Productietijd Reduceren met HPC en HSM: Een Complete Snijoplossing

Samenvatting:

• High-performance cutting (HPC) maximaliseert materiaalafvoertempo's om cycletijden te knippen, terwijl high-speed machining (HSM) vertrouwt op snelle sneden bij hoge snelheden. Beide vereisen tooling, besturingen en machines stabiel genoeg om hun gebruik te ondersteunen.
• HPC vereist machines die chips snel kunnen evacueren, meestal horizontale bewerkingscentra, vijf-as machines of geïnverteerde machines. Adaptieve besturingen en simulaties helpen gebruikers ook krachtpiekken of andere problemen te vermijden die het snijgereedschap, de spindel of het onderdeel kunnen beschadigen. Winkels moeten ook moderne snijgereedschapsgeometrieën gebruiken die gebouwd zijn voor stabiliteit om toollevensduur en prestaties te maximaliseren.
• HSM profiteert van hoge spindelsnelheden, maar vereist werkelijk hoge spindelsversnelling. Meeste moderne CAM pakketten bevatten functies die gebruikers in staat stellen HSM technieken snel toe te passen op onderdeelfeatures. Snijgereedschappen voor deze geavanceerde technieken moeten moderne coatings gebruiken om de hitte die deze toolpaden genereren beter te weerstaan.

High-performance cutting (HPC) en high-speed machining (HSM) hebben misschien geen formele standaarden, maar in de praktijk maken deze typen tools en toolpaden significante verbeteringen in cycletijden en winstgevendheid. De methoden pakken verschillende variabelen aan, met HPC verwijzend naar tools en toolpaden die zware, agressieve sneden gebruiken om materiaalafvoertempo te verhogen, terwijl HSM verwijst naar tools en toolpaden die snelle, lichte bewegingen maken om hoge gemiddelde voedersnelheden te handhaven en niet-snijtijd te reduceren.

Sandvik Coromant maakt tooling voor beide uiteinden van deze high-performance dichotomie, en Sandvik Mass Production Solution Specialist Chris Monroe heeft ervaring met hoe job shops deze tools tot hun grootste effect kunnen gebruiken. Uiteindelijk komt het neer op het gebruik van de juiste besturing en CAM-systeem; vol gebruik maken van moderne coatings en geometrieën; en machines kiezen met de juiste stevigheid, spindelsnelheid en chip-ruimte voor uw toepassing.

Uitgelichte Inhoud

Hoewel HSM tooling over het algemeen een gladde oppervlakteafwerking achterlaat dan ruwfrezen-gefocuste HPC tooling, zegt Monroe dat het geen strikte scheiding is. Tools zoals Sandvik's Plura HD frezen kwalificeren als HPC tools onder het OEM's classificatiesysteem, maar achterlaten nog steeds een respectabele oppervlakteafwerking. Afbeeldingen met dank aan Sandvik Coromant.

HPC vs. HSM

Het grootste voordeel van HPC toolpaden, zegt Monroe, is dat ze continue betrokkenheid met het onderdeel aanmoedigen. Hoewel dit veel betere stevigheid en vastzetting op de machine vereist, met name als programmeurs zwaardere sneden nemen die meer koppel op de opstelling uitoefenen, kan het materiaalafvoertempo's dramatisch verhogen.

HSM toolpaden, zegt hij, tonen hun krachten door verbeterde beweegkwaliteit en constante spandikte. Ze houden radiale betrokkenheid klein terwijl de snijder continu beweegt, wat snijkrachten verlaagt en toollevensduurconsistentie verbetert. Met deze toollevensduur, zegt Monroe dat HSM toolpaden goed geschikt zijn voor lights-out bewerken. Deze toolpaden schalen goed met hogere RPMs, maar vereisen voornamelijk voldoende machineversnelling en ondersteuning voor een significante look-ahead in de besturing.

CAM en Besturing

Monroe zegt dat CNC een voorwaarde is voor moderne HPC en HSM toolpaden, aangezien handmatige bediening niet kan profiteren van de functies van HPC en HSM tooling. Een besturing met een grote look-ahead is noodzakelijk om de snelle bewegingen van HSM te volgen en versnelling te controleren zodat bewegingen glad en vrij van trapvorming of ruck zijn. Adaptieve besturingen passen goed bij HPC toolpaden, omdat ze real-time snelheids- en voederaanpassingen mogelijk maken om problemen met plotselinge kracht- of hitterpiekken te voorkomen.

CNC maakt ook het gebruik van CAM en simulatiesoftware mogelijk, wat veel van de moeilijkheden met het instellen van geavanceerde toolpaden mitigeert. Monroe wijst op canned cycles in CAM software die in staat zijn programmeren van moeilijke features zoals strakke hoeken te stroomlijnen, die zorgvuldige snelheidsbeheer vereisen om te voorkomen dat de tool tegen het onderdeel slamt. Hij zegt ook dat CAM software adaptieve toolpaden in smedewerk of gietwerk mogelijk maakt, wat licht aanpast wanneer werkstukken voor dezelfde klus kleine dimensionale fluctuaties hebben voor bewerking. Simulatiefuncties helpen winkels chips te controleren en belasting te monitoren, wat zorgt dat ze de bovengrenzen van hun tools' productiviteit kunnen benaderen zonder de werkwone te verstopen of de spindel te beschadigen.

Monroe beveelt geen enkele CAM of besturing merk boven een ander aan, alleen dat winkels up-to-date versies gebruiken als onderdeel van hun HPC of HSM workflow. Zelfs waar verschillende typen software verschillende functies bevatten, reduceren ze allemaal de hoeveelheid tijd die een winkel lucht snijd. Door koppel en stroomverbruik consistent te houden, reduceren ze thermische instabiliteit, verbeteren toollevensduur en verhogen uiteindelijk productiviteit.

Belastingmonitoring is vitaal bij het werken met HPC toolpaden, aangezien krachtpiekken kunnen optreden wanneer tools te hard worden geduwd.

Efficiënte Tool Geometrie

Vooruitgang in snijgereedschapsgeometrie heeft meer veerkrachtige tooling voor HPC operaties mogelijk gemaakt, met Monroe in staat om verschillende voorbeelden in Sandvik's lineup aan te wijzen. Het bedrijf heeft tooling gecreëerd met kegelvormige kernen, die een taper naar de toolbasis omvatten. Monroe zegt dat deze tapers stevigheid verbeteren en trillingen reduceren, wat toollevensduur verlengt en nuttig is voor high-feed zijfrezen en bewerken van diepe zakken. De tooling OEM heeft ook begonnen tooling met ongelijke helingen vrij te geven, zowel symmetrisch als asymmetrisch. De laatste beperken resonantie in de snede door helingen van verschillende hoekpitches te gebruiken, terwijl de eerste simpelweg zijn helingen paarwijs zodanig dat geen aangrenzende helingen dezelfde hoekpitch gebruiken. In beide gevallen ervaren winkels betere toolstabiliteit, wat hen dan in staat stelt om op agressievere voeders en snelheden te draaien om klussen sneller te voltooien.

Monroe deelde een voorbeeld van een klant die zijn standaard tooling voor ruwfrezen en afwerken van het oppervlak van een staal 1030 lagerdoos vergelijk met Sandvik's ongelijke heling WhisperKut tooling. Met de oudere tool kon de winkel vier stukken produceren met een tafelvoeding van 214 mm/min. Met Sandvik's nieuwere tool kon de winkel 40 stukken produceren met één tool bij een tafelsnelheid van 835 mm/min. Naast deze significante toename in toollevensduur, elimineerde Sandvik's tooling ook een additionele handmatige na-bewerking oppervlakteafwerkingsstap om punten buiten toleranties te corrigeren.

Hittebestendige Coatings

HSM tooling heeft onderdessen geprofiteerd van vooruitgang in coatingtechnologie die de hogere hitte in de snede kan weerstaan naarmate toolsnelheid toeneemt. In Sandvik's geval richten deze verbeteringen zich niet zoveel op nieuwe coatingformuleringen als op nieuwe manieren om bewezen coatings toe te passen en te lagen voor betere prestaties. Monroe zegt dat de OEM recentelijk verschillende PVD coatingprocessen heeft ontwikkeld die helpen de coatings aan hun substraten te laten hechten en kristallijne structuren in de coatings te genereren om slijtage en afvlakking beter te weerstaan.

Voor één klant was de coating op een Sandvik DURA tool hittebestendig genoeg dat de winkel het kon gebruiken op een 304 RVS klus met een tafelsnelheid van 43,45 ipm vergeleken met een concurrent's 25,12 ipm. Zelfs bij een iets lagere voeding per tand, produceerde de Sandvik tool 50 werkstukken in 7,4 uur voordat vervanging nodig was, terwijl de concurrent's tool 20 delen in 5,1 uur produceerde voordat vervanging nodig was. Sandvik berekende een productiviteitsboost van 73% voor de klant met een 42% cycletijde reductie en een 48% kostenreductie.

Een van de grootste voordelen van geavanceerde tooling is gecontroleerde, constante betrokkenheid, zegt Monroe. Door in de snede te blijven, besteden winkels meer tijd aan het maken van spannen, wat leidt tot lagere cycletijden en hogere doorvoer.

Geavanceerde Tooling Vereist Geavanceerde Machine Tools

Monroe zegt dat zowel verticale als horizontale drie- en vier-as machines goede fits zijn voor HSM toolpaden, maar waarschuwt dat HPC beter presteert met horizontale machines vanwege chip-evacuatie behoeften.zelfs dan, adviseert hij ervoor te zorgen dat de machine hoge-druk koelant en lucht systemen gereed heeft om te helpen met chips. Vijf-as machines zijn over het algemeen compatibel met zowel HPC als HSM toolpaden, hoewel Monroe zegt om aandacht te besteden aan de rotatie-as versnellingssnelheid, aangezien dit een beperkende factor kan zijn als winkels het deel niet snel genoeg kunnen reöriënteren om bij te blijven met de voedersnelheid. Zwaartekracht assisteert ook in chip-evacuatie op vijf-as machines, wat winkels in staat stelt om agressievere voedersnelheden te draaien omdat chips uit zakken bevrijd kunnen worden. Hetzelfde principe geldt voor geïnverteerde freesbanken en draaibanken, die Monroe zegt doorgaans de stabiliteit hebben om zowel HPC als HSM toolpaden te hanteren.

De debuut van machines met hoge-RPM spindels (40.000 RPM) en voldoende stabiele constructies om de volle fluiten van tools onder continue belasting zonder trilling te gebruiken, maken HPC en HSM toolpaden meer haalbaar, zegt Monroe, met verbeterde toollevensduur zelfs bij agressieve snelheden en voeders. Veel moderne machines bieden spindelsnelheden 20-40% hoger dan die algemeen beschikbaar vijf jaar geleden, zegt Monroe, met materiaalafvoertempo's 100-300% hoger. Samen met moderne tooling geometrieën en coatings, maken deze het gebruik van toolpaden mogelijk die dramatische verbeteringen in cycletijden tonen terwijl de tijd tussen toolvervanging wordt verlengd.