Verkort de productietijd met HPC en HSM:een complete snijoplossing

Samenvatting:

• Hoogwaardig snijden (HPC) maximaliseert de verspaningssnelheden om de cyclustijden te verkorten, terwijl high-speed machining (HSM) afhankelijk is van snelle sneden bij hoge snelheden. Beide vereisen gereedschappen, bedieningselementen en machines die stabiel genoeg zijn om het gebruik ervan te ondersteunen.
• HPC vereist machines die spanen snel kunnen afvoeren, meestal horizontale bewerkingscentra, vijfassige machines of omgekeerde machines. Adaptieve bedieningselementen en simulaties helpen gebruikers ook krachtpieken of andere problemen te voorkomen die het snijgereedschap, de spil of het onderdeel kunnen beschadigen. Werkplaatsen moeten ook moderne snijgereedschapgeometrieën gebruiken die zijn gebouwd voor stabiliteit om de standtijd en prestaties te maximaliseren.
• HSM profiteert van hoge spilsnelheden, maar vereist echt een hoge spilversnelling. De meeste moderne CAM-pakketten bevatten functies waarmee gebruikers snel HSM-technieken op onderdeelkenmerken kunnen toepassen. Snijgereedschappen voor deze geavanceerde technieken zouden moderne coatings moeten gebruiken om beter bestand te zijn tegen de hitte die deze gereedschapsbanen genereren.

High-performance snijden (HPC) en high-speed machining (HSM) hebben misschien geen formele normen, maar in de praktijk zorgen dit soort gereedschappen en gereedschapspaden voor aanzienlijke verbeteringen in de cyclustijden en winstgevendheid. De methoden pakken verschillende variabelen aan, waarbij HPC verwijst naar gereedschappen en gereedschapsbanen die gebruik maken van zware, agressieve sneden om de materiaalverwijderingssnelheid te verhogen, terwijl HSM verwijst naar gereedschappen en gereedschapsbanen die snelle, lichte bewegingen maken om hoge gemiddelde voedingen te behouden en de niet-snijtijd te verminderen.

Sandvik Coromant maakt gereedschappen voor beide kanten van deze hoogwaardige dichotomie, en Sandvik Mass Production Solution Specialist Chris Monroe heeft ervaring met hoe werkplaatsen deze gereedschappen met het grootste effect kunnen gebruiken. Uiteindelijk komt het neer op het gebruik van het juiste besturings- en CAM-systeem; volledig gebruik maken van moderne coatings en geometrieën; en plukmachines met de juiste stijfheid, spilsnelheid en spaanafvoer voor uw toepassing.

Aanbevolen inhoud

Hoewel HSM-gereedschap over het algemeen een gladdere oppervlakteafwerking achterlaat dan op voorbewerking gericht HPC-gereedschap, zegt Monroe dat dit geen strikte scheiding is. Gereedschappen zoals de Plura HD-schachtfrezen van Sandvik kwalificeren als HPC-gereedschappen volgens het classificatiesysteem van de OEM, maar laten toch een respectabele oppervlakteafwerking achter. Afbeeldingen met dank aan Sandvik Coromant.

HPC versus HSM

Het grootste voordeel van HPC-toolpaden is volgens Monroe dat ze een voortdurende betrokkenheid bij het onderdeel stimuleren. Hoewel dit een veel betere stijfheid en bevestiging op de machine vereist, vooral omdat programmeurs zwaardere sneden maken die meer koppel op de opstelling uitoefenen, kan dit de verspaningssnelheid dramatisch verhogen.

HSM-gereedschapsbanen tonen volgens hem hun sterke punten door een verbeterde bewegingskwaliteit en een constante spaandikte. Ze houden de radiale aangrijping klein terwijl de frees continu beweegt, waardoor de snijkrachten afnemen en de standtijd consistenter wordt. Met deze standtijd zijn HSM-gereedschapsbanen volgens Monroe zeer geschikt voor bewerkingen zonder licht. Deze gereedschapspaden zijn goed schaalbaar bij hogere toerentallen, maar vereisen vooral voldoende machineversnelling en ondersteuning voor een aanzienlijke vooruitblik op het gebied van de besturing.

CAM en bediening

Monroe zegt dat CNC een voorwaarde is voor moderne HPC- en HSM-gereedschapspaden, omdat handmatige bediening niet kan profiteren van de kenmerken van HPC- en HSM-gereedschappen. Een besturing met een grote vooruitblik is nodig om de snelle bewegingen van HSM te volgen en de versnelling te regelen, zodat bewegingen soepel en vrij van traptreden of schokkerigheid verlopen. Adaptieve bedieningselementen passen ondertussen goed bij HPC-gereedschapspaden, omdat ze realtime snelheids- en voedingsaanpassingen mogelijk maken om problemen met plotselinge kracht- of hittepieken te voorkomen.

CNC maakt ook het gebruik van CAM- en simulatiesoftware mogelijk, waardoor veel van de problemen bij het opzetten van geavanceerde gereedschapspaden worden verholpen. Monroe wijst op standaardcycli in CAM-software die het programmeren van moeilijke functies, zoals krappe bochten, kunnen stroomlijnen, waarvoor zorgvuldig snelheidsbeheer nodig is om te voorkomen dat het gereedschap tegen het onderdeel botst. Hij zegt ook dat CAM-software adaptieve gereedschapspaden in smeed- of gietstukken mogelijk kan maken, waarbij kleine aanpassingen kunnen worden gedaan wanneer werkstukken voor dezelfde taak kleine dimensionale fluctuaties vertonen voordat ze worden bewerkt. Simulatiefuncties helpen werkplaatsen de spanen onder controle te houden en de belasting te monitoren, zodat ze de bovengrenzen van de productiviteit van hun gereedschap kunnen bereiken zonder de werkzone te verstoppen of de spil te beschadigen.

Monroe beveelt niet het ene CAM- of controlemerk aan boven het andere, alleen dat winkels up-to-date versies gebruiken als onderdeel van hun HPC- of HSM-workflow. Zelfs als verschillende soorten software verschillende functies bevatten, verkorten ze allemaal de tijd die een winkel in de lucht zit. Door het koppel en het energieverbruik consistent te houden, verminderen ze de thermische instabiliteit, verbeteren ze de standtijd en verhogen ze uiteindelijk de productiviteit.

Belastingmonitoring is essentieel bij het werken met HPC-gereedschapsbanen, omdat er krachtpieken kunnen optreden als u de gereedschappen te hard duwt.

Efficiënte gereedschapsgeometrie

Vooruitgang in de geometrie van snijgereedschappen heeft veerkrachtiger gereedschap voor HPC-bewerkingen mogelijk gemaakt, waarbij Monroe verschillende voorbeelden uit het assortiment van Sandvik kon aanhalen. Het bedrijf heeft gereedschap gemaakt met conische kernen, die taps toelopen naar de basis van het gereedschap. Monroe zegt dat deze conussen de stijfheid verbeteren en trillingen verminderen, waardoor de standtijd wordt verlengd en nuttig blijken te zijn voor zijfrezen met hoge voeding en het bewerken van diepe kamers. De gereedschaps-OEM is ook begonnen met het uitbrengen van gereedschap met ongelijke helixen, zowel symmetrisch als asymmetrisch. De laatste beperken de resonantie in de snede door gebruik te maken van spiralen met verschillende spoedhoeken, terwijl de eerste eenvoudigweg de spiralen koppelt, zodat geen aangrenzende spiralen dezelfde spoedhoek gebruiken. In beide gevallen ervaren werkplaatsen een betere gereedschapsstabiliteit, waardoor ze met agressievere voedingen en snelheden kunnen werken om opdrachten sneller te voltooien.

Monroe deelde een voorbeeld van een klant die zijn standaardgereedschap voor het voorbewerken en afwerken van het oppervlak van een stalen 1030 lagerkast vergeleek met Sandviks WhisperKut-gereedschap met ongelijke spiraal. Met het oudere gereedschap kon de werkplaats vier stukken bewerken met een tafelvoeding van 214 mm/min. Met het nieuwere gereedschap van Sandvik kon de werkplaats 40 stuks produceren met één gereedschap bij een tafelsnelheid van 835 mm/min. Naast deze aanzienlijke toename van de standtijd, elimineerde Sandviks gereedschap ook een extra handmatige nabewerking van de oppervlakteafwerking om punten buiten de toleranties te corrigeren.

Hittebestendige coatings

HSM-gereedschap heeft ondertussen geprofiteerd van de vooruitgang in de coatingtechnologie die bestand is tegen de hogere hitte in de snede naarmate de gereedschapssnelheid toeneemt. In het geval van Sandvik richten deze verbeteringen zich niet zozeer op nieuwe coatingformuleringen als wel op nieuwe manieren om beproefde coatings aan te brengen en in lagen te leggen voor betere prestaties. Monroe zegt dat de OEM onlangs verschillende PVD-coatingprocessen heeft ontwikkeld die ervoor zorgen dat de coatings aan hun substraten blijven kleven en kristallijne structuren in de coatings genereren om beter bestand te zijn tegen slijtage en afbladderen.

Voor één klant was de coating op een Sandvik DURA-gereedschap zo hittebestendig dat de werkplaats deze kon gebruiken op een 304 SS-klus met een tafelsnelheid van 43,45 ipm, vergeleken met de 25,12 ipm van een concurrent. Zelfs bij een iets lagere voeding per tand produceerde het Sandvik-gereedschap 50 werkstukken in 7,4 uur voordat vervanging nodig was, terwijl het gereedschap van de concurrent 20 onderdelen produceerde in 5,1 uur voordat vervanging nodig was. Sandvik berekende een productiviteitsverbetering van 73% voor de klant met een cyclustijdreductie van 42% en een kostenreductie van 48%.

Een van de grootste voordelen van geavanceerde tools is de gecontroleerde, constante betrokkenheid, zegt Monroe. Door op de snede te blijven, besteden winkels meer tijd aan het maken van chips, wat leidt tot kortere cyclustijden en een grotere doorvoer.

Geavanceerde gereedschappen vereisen geavanceerde werktuigmachines

Monroe zegt dat zowel verticale als horizontale drie- en vierassige machines goed passen bij HSM-gereedschapspaden, maar waarschuwt dat HPC beter presteert met horizontale machines vanwege de spaanafvoerbehoeften. Zelfs dan raadt hij aan ervoor te zorgen dat de machine beschikt over hogedrukkoelmiddel- en luchtsystemen die klaar staan ​​om te helpen met spanen. Vijfassige machines zijn over het algemeen compatibel met zowel HPC- als HSM-gereedschapspaden, hoewel Monroe zegt aandacht te besteden aan de versnelling van de roterende as, omdat dit een beperkende factor kan zijn als werkplaatsen het onderdeel niet snel genoeg kunnen heroriënteren om de voedingssnelheid bij te houden. De zwaartekracht helpt ook bij de spaanafvoer op machines met vijf assen, waardoor werkplaatsen agressievere voedingssnelheden kunnen hanteren omdat spanen uit de zakken kunnen worden bevrijd. Ditzelfde principe is van toepassing op omgekeerde frees- en draaibanken, waarvan Monroe zegt dat ze doorgaans de stabiliteit hebben om zowel HPC- als HSM-gereedschapspaden aan te kunnen.

De introductie van machines met spindels met een hoog toerental (40.000 tpm) en voldoende stabiele constructies om de volledige spaangroeven van gereedschappen te gebruiken onder langdurige belasting zonder trillingen, maken HPC- en HSM-gereedschapsbanen levensvatbaarder, zegt Monroe, met een verbeterde standtijd, zelfs bij agressieve snelheden en voedingen. Veel moderne machines bieden spilsnelheden die 20 tot 40% hoger zijn dan die van vijf jaar geleden, zegt Monroe, terwijl de materiaalverwijderingssnelheden 100 tot 300% hoger zijn. Samen met moderne gereedschapsgeometrieën en coatings maken deze het gebruik van gereedschapspaden mogelijk die dramatische verbeteringen in de cyclustijden laten zien, terwijl de tijd tussen gereedschapswisselingen wordt verlengd.