Wat is snijden op hoge snelheid?

De term "High Speed ​​Cutting" (ook bekend als high-speed bewerking) is er een die de afgelopen 5 tot 10 jaar aanzienlijk is gegroeid in de maakindustrie. Ondanks zijn nieuwe status als modewoord, blijft de definitie van dit proces enigszins ongrijpbaar, of wordt het op zijn best losjes gedefinieerd als simpelweg frezen met een voldoende hoog toerental. De realiteit van snijden op hoge snelheid is iets genuanceerder, maar vereist niettemin aandacht vanwege de aanzienlijke efficiëntie die het biedt. In dit bericht zullen we kijken naar het ontstaan ​​en de ontwikkeling van het hogesnelheidssnijden als proces. Het onderzoek naar en de ontwikkeling van de methodologie voor het op hoge snelheid snijden was het meest gevorderd in de late jaren 70 en vroege jaren 80 door middel van het Advanced Manufacturing Research Program, gefinancierd door DARPA. Het doel van dit programma was om een ​​middel te identificeren voor snellere materiaalverwijdering door het gebruik van aanzienlijk hogere RPM en voedingssnelheden dan traditioneel werden gebruikt. Dit programma testte snijsnelheden (Vc) die varieerden van slechts 0,05 inch/min tot wel 960.000 inch/min en meer. In het midden van de jaren '80 werd in Europa soortgelijk onderzoek gedaan aan de Technische Universiteit van Darmstadt. De resultaten van deze onderzoeksinspanningen waren het besef dat de 'sweet spot' van een snijproces met hoge snelheid varieert, afhankelijk van het materiaal dat wordt gefreesd en de geometrie van het snijgereedschap. In het algemeen worden deze sweet spots als volgt gedefinieerd:

Zodra de drempel in het HSM-assortiment is bereikt, beginnen de voordelen van deze snijmethode zich te manifesteren. De voordelen van snijden op hoge snelheid worden gerealiseerd op vier belangrijke gebieden:

1.) Verhoogde bewerkingsnauwkeurigheid

Naarmate de snijsnelheid toeneemt, neemt de snijkracht af als gevolg van een fenomeen dat thixotropie wordt genoemd - of de eigenschap van een materiaal om "verzacht te worden" vanwege de schuifspanning die erop wordt uitgeoefend door de snijkant van het gereedschap, en om vervolgens terug te keren naar de oorspronkelijke hardheidseigenschappen zodra het snijproces is voltooid. Deze eigenschap geldt met name voor aluminiumlegeringen, waardoor aluminium een ​​ideale kandidaat is voor snijprocessen met hoge snelheid.

2.) Verbeteringen in oppervlakteafwerking

Algemene kennis van machinale bewerking leert ons dat wrijvingswarmte in een freesproces gelijk wordt gegenereerd aan elke kant van de snijkant van het gereedschap (goed voor bijna 80% van alle geïnduceerde wrijvingswarmte), terwijl nog eens 20% wordt gegenereerd door de vervorming of buiging van de resulterende spaan . Bij een snijproces met hoge snelheid wordt de spaanlading met zo'n hoge snelheid afgevoerd dat het grootste deel (ongeveer 60%) van deze op wrijving gebaseerde warmte niet voldoende tijd heeft om naar het omringende werkstuk of naar het gereedschap zelf te geleiden. Als resultaat vertoont de machinaal bewerkte oppervlakteafwerking een superieure kwaliteit met een merkbare vermindering van de door temperatuur veroorzaakte degradatie van het werkstuk.

3.) Verminderde boorvorming

Gebaseerd op studies gericht op best practices voor machinale bewerking met hoge snelheid, wordt een opmerkelijke afname van de boorvorming waargenomen zodra een voldoende hoge snijsnelheid is bereikt. Deze vermindering van de boorvorming is een functie van zowel de snijsnelheid zelf als het juiste geometrische ontwerp van de snijkant. Kortom, een snijgereedschap dat goed is ontworpen om te passen bij het werkmateriaal dat met voldoende snelheid wordt geroteerd, beïnvloedt een snede die snel genoeg is om het materiaal volledig en netjes af te scheren - waardoor de vorming van een boor wordt verminderd of geëlimineerd.

4.) Verbeterde spaanafvoer

Net als de vermindering van de boorvorming, is de verbetering van de spaanafvoer die wordt genoten door degenen die snijmethoden met hoge snelheid toepassen, voornamelijk het resultaat van de geometrie van het snijgereedschap in combinatie met de hoge energietoestand die wordt geproduceerd door het toegepaste toerental. Met een snijsnelheid van meer dan 500 m/min en een snijgereedschap dat is geoptimaliseerd om in korte tijd een groot volume spanen te verwijderen, kan de resulterende spanenlading met een hoge snelheid uit het verwerkingsgebied worden uitgeworpen, waardoor de mogelijkheid aanzienlijk wordt verkleind van nabewerking van spanen of beschadiging van het werkstuk door een overvloed aan restspanen. Nu spiltoerentallen in het bereik van 8.000 tot 12.000 tpm heel gebruikelijk worden in de markt voor gereedschapsmachines, is de mogelijkheid om gebruik te maken van de voordelen van snijden op hoge snelheid in staal, gietijzer en legeringen op nikkelbasis al beschikbaar voor fabrikanten die bereid zijn zich aan te passen hun strategieën aan die passen bij de best practices van HSC. Snijden met hoge snelheid van non-ferro materialen zoals messing, aluminium en technische kunststoffen vereist een aanzienlijk hoger toerental, en daarom moeten degenen die willen profiteren van de voordelen van snijden op hoge snelheid voor deze materialen zich concentreren op freesapparatuur die in staat is om te werken op hoge spilsnelheden van 25.000 tot 50.000 RPM of meer. Met de behoefte aan bewerkte onderdelen die steeds hogere niveaus van precisie en kwaliteit vertonen, biedt snijden op hoge snelheid een manier om "slimmer, niet harder" te werken - door gebruik te maken van een CNC-freessysteem waarbij een synergie tussen materiaal, snijgereedschap en snijsnelheid maakt prestatieniveaus mogelijk die ongezien zijn in traditionele bewerkingspraktijken.