El mecanitzat d'alta velocitat (HSM) és una tecnologia important àmpliament utilitzada en la tecnologia moderna de fresat. Mitjançant l'aplicació de la tecnologia de fresat HSM, és possible no només fresar diversos materials tous i durs, sinó també aconseguir una precisió excel·lent de la peça. Aquest article descriu els requisits HSM per a eines i suports.
1. Requisits HSM per a les eines de tall
1. Geometria
La vibració de l'eina afecta directament la qualitat de la superfície obtinguda per mecanitzat. Per tant, és extremadament important mantenir una força de tall uniforme a l'eina durant l'acabat HSM per evitar la vibració de l'eina.
La influència de les característiques geomètriques adjacents de l'eina sobre la força de tall:
• La bona concentricitat facilita la distribució uniforme de la càrrega a la vora de tall
• Major solapament de la vora de tall per a característiques de força de tall uniformes (angle d'hèlix més gran i nombre de flautes)
• Longitud de tall curta per a una millor rigidesa (el diàmetre de l'eix es redueix una mica en comparació amb les parets escarpades de la màquina)
• Millor condició de la secció transversal del nucli amb una concentració mínima de tensió a l'osca
Els materials d'alta resistència es poden processar amb HSM, la qual cosa significa que la resistència a la deformació augmenta amb la duresa del material a processar. L'augment de la càrrega a la vora de tall requereix un disseny estable de la geometria de la vora de tall. Tanmateix, es generarà més calor de fricció a l'àrea lliure de la superfície de la peça a alta velocitat de tall, la qual cosa significa que s'ha de reduir l'angle lliure de l'eina. Per tant, augmentar l'estabilitat de la vora de tall només es pot aconseguir reduint l'angle de bisell. En els casos en què el material és molt dur i el material de l'eina és fràgil, fins i tot pot provocar un angle de bisell negatiu.
Els radis que s'ajusten amb precisió es tallen a la punta de la fulla per evitar condicions de calor vermell o trencaments parcials de la vora quan s'escalfa sobtadament.
Si cal que la precisió de la forma de la peça de treball sigui molt alta, el radi de la part de la bola de l'eina d'acabat utilitzada té un impacte directe en la precisió de la forma de la peça a processar. Per tant, com a condició bàsica, és molt important utilitzar eines amb toleràncies de radi molt ajustades (en el rang de micres) durant l'acabat de peces molt delicades.
2. Materials i recobriments
El material de l'eina ha de ser més dur que el material a mecanitzar. Com més gran sigui la diferència de duresa entre el material de la peça i el material de l'eina, menys desgast de l'eina i més llarga serà la vida útil de l'eina. A causa de les altes temperatures locals, també cal assegurar-se que el material de l'eina sigui resistent a l'oxidació.
Les grans fluctuacions en la càrrega tèrmica i la necessitat de resistència a l'oxidació del material de l'eina condueixen a la necessitat eventual de recobriments en cossos d'eines de carbur de tungstè de gra fi.
Els sistemes de recobriment provats i provats com TiN, TiCN i TiAlCN assoleixen ràpidament els seus límits en el processament HSM. Per això, s'han desenvolupat sistemes de recobriment multicomponent, basats en nitrurs amb un alt contingut d'alumini, en combinació amb altres elements com itri, vanadi o tàntal. També es pot aconseguir un rendiment més elevat mitjançant estructures de nanocapes, CBN i PKD.
2. Requisits d'HSM per als portaeines
A causa de les altes velocitats de l'eix requerides en el mecanitzat HSM, és millor utilitzar els sistemes de suport d'eines HSK-A i HSK-E. Com que la brida del portaeines està muntada al capçal de l'eix, el portaeines té un suport mecànic definit en la direcció Z, de manera que a velocitats més altes no s'arrossega a l'eix a causa de les forces centrífugues augmentades.
És possible que ja s'hagin produït errors fonamentals en la fase de preparació del procés, cosa que fa que menys vibracions i un control segur del procés sigui impossible. Per aconseguir un mecanitzat HSM estable, és essencial equilibrar i comprovar l'alineació de l'eina i el conjunt del portaeines segons sigui necessari. També s'ha de tenir en compte el límit de velocitat de rotació associat a la massa desequilibrada.
Un sistema d'eines rotatives mal equilibrat o desalineat donarà lloc a:
• molt mala qualitat superficial
• vida útil molt baixa
• Poca estabilitat i seguretat del procés
• Possible dany al cargol de fresat
El desequilibri i la desviació de la concentricitat ideal causats per canvis bruscos en el procés es poden veure molt clarament al diagrama esquemàtic següent:
Cap desviació en comparació amb la concentricitat perfecta: menor rugositat teòrica
Desviació de la concentricitat perfecta: major rugositat teòrica
La massa d'equilibri té una influència important en el rendiment dinàmic de tot el sistema giratori.
El desequilibri equival a tenir un objecte excèntric girant. Aquest cos excèntric pot induir una força centrífuga que augmenta quadràticament amb la velocitat de rotació. Això vol dir que el mateix desequilibri indueix 441 vegades més força centrífuga en un eix a 42,000 rpm que en un eix a 2,000 rpm (212=441). Per tant, un desequilibri de la disposició del portaeines en el mecanitzat d'alta velocitat té conseqüències adverses especialment pronunciades.
Aplicant la tecnologia de subjecció d'eines a HSM, podeu utilitzar portaeines amb:
• Pinces i
• Reductors
No es recomana sistemes alternatius com els connectors Weldon, ja que tenen inconvenients importants en el processament HSM.
A causa de les bones propietats d'amortiment dels portaeines de pinça que donen bons resultats durant el procés de desbast, juntament amb les juntes reductores es pot aconseguir un alt grau de rigidesa i repetibilitat. Això és essencial per obtenir una superfície de peça perfecta. L'ús de reductors us permet aconseguir una concentricitat molt precisa (desviació inferior a 0,003 mm) i un parell de transferència elevat.
Estructura de disseny de diversos portaeines reductores: el parell de transmissió depèn de l'estructura de disseny de l'equip de subjecció; diferents estructures de disseny, poden ser molt diferents.
