Сократите время производства с помощью HPC и HSM:комплексное решение для резки

Резюме:

• Высокопроизводительная резка (HPC) позволяет максимально увеличить скорость съема металла и сократить время цикла, а высокоскоростная обработка (HSM) предполагает быструю резку на высоких скоростях. Оба требуют инструментов, средств управления и машин, достаточно стабильных для их использования.
• HPC требуются машины, которые могут быстро удалять стружку, обычно это горизонтальные обрабатывающие центры, пятиосные станки или перевернутые станки. Адаптивное управление и моделирование также помогают пользователям избегать скачков усилия или других проблем, которые могут привести к повреждению режущего инструмента, шпинделя или детали. Производственным предприятиям также следует использовать режущие инструменты современной геометрии, обеспечивающие стабильность и максимально увеличивающие срок службы и производительность инструмента.
• HSM выигрывает от высоких скоростей шпинделя, но на самом деле требует высокого ускорения шпинделя. Большинство современных пакетов CAM включают функции, которые позволяют пользователям быстро применять методы HSM к элементам деталей. Режущие инструменты для этих передовых технологий должны иметь современные покрытия, чтобы лучше противостоять теплу, генерируемому этими траекториями движения инструмента.

Возможно, высокопроизводительная резка (HPC) и высокоскоростная обработка (HSM) не имеют формальных стандартов, но на практике эти типы инструментов и траекторий движения инструмента значительно сокращают время цикла и повышают рентабельность. Методы учитывают различные переменные:HPC относится к инструментам и траекториям инструмента, которые используют тяжелые, агрессивные резания для увеличения скорости съема материала, а HSM относится к инструментам и траекториям инструмента, которые требуют быстрых и легких движений для поддержания высоких средних скоростей подачи и сокращения времени без резания.

Sandvik Coromant производит инструменты для обоих концов этой высокопроизводительной дихотомии, а специалист Sandvik по решениям для массового производства Крис Монро имеет опыт того, как мастерские могут использовать эти инструменты с максимальной эффективностью. В конечном итоге все сводится к использованию правильного управления и системы CAM; полное использование современных покрытий и геометрии; и комплектовочные станки с необходимой жесткостью, скоростью вращения шпинделя и зазором стружки для вашего применения.

Рекомендуемый контент

Хотя в целом инструменты HSM обеспечивают более гладкую поверхность, чем инструменты HPC, ориентированные на черновую обработку, Монро говорит, что здесь нет строгого разделения. Такие инструменты, как концевые фрезы Sandvik Plura HD, квалифицируются как инструменты HPC в соответствии с системой классификации OEM, но при этом оставляют приличное качество поверхности. Изображения предоставлены Sandvik Coromant.

HPC или HSM

По словам Монро, самое большое преимущество инструментов HPC заключается в том, что они способствуют непрерывному взаимодействию с деталью. Хотя это требует гораздо большей жесткости и крепления на станке, особенно когда программисты выполняют более тяжелые резы, которые требуют большего крутящего момента на установке, это может значительно увеличить скорость съема металла.

По его словам, траектории инструмента HSM демонстрируют свои сильные стороны благодаря улучшенному качеству движения и постоянной толщине стружки. Они сохраняют малым радиальное зацепление при непрерывном движении фрезы, снижая силы резания и увеличивая срок службы инструмента. По словам Монро, благодаря такому сроку службы траектории инструмента HSM хорошо подходят для обработки без освещения. Эти траектории движения инструмента хорошо масштабируются при более высоких скоростях вращения, но в первую очередь требуют достаточного ускорения станка и поддержки значительного прогнозирования в системе управления.

CAM и управление

Монро говорит, что ЧПУ является обязательным условием для современных траекторий обработки инструментов HPC и HSM, поскольку ручное управление не может использовать преимущества инструментов HPC и HSM. Элемент управления с большим прогнозом необходим для отслеживания быстрых движений HSM и управления ускорением, чтобы движения были плавными, без ступенек или рывков. В то же время адаптивные элементы управления хорошо подходят для траекторий инструментов HPC, поскольку они позволяют регулировать скорость и подачу в реальном времени, чтобы предотвратить проблемы, связанные с внезапными скачками силы или тепла.

ЧПУ также позволяет использовать CAM и программное обеспечение для моделирования, которые устраняют многие трудности, связанные с настройкой расширенных траекторий движения инструмента. Монро указывает на постоянные циклы в программном обеспечении CAM, способные упростить программирование сложных функций, таких как крутые углы, которые требуют тщательного управления скоростью, чтобы предотвратить удар инструмента о деталь. Он также говорит, что программное обеспечение CAM может обеспечить адаптивную траекторию движения инструмента при поковках или отливках, слегка корректируя ее, когда заготовки для одной и той же работы перед обработкой имеют незначительные отклонения в размерах. Функции моделирования помогают цехам контролировать стружку и контролировать нагрузку, гарантируя, что они смогут достичь верхних пределов производительности своих инструментов, не засоряя рабочую зону и не повреждая шпиндель.

Монро не рекомендует одну CAM-систему или контрольную марку перед другой, просто магазины используют актуальные версии в рамках своего рабочего процесса HPC или HSM. Даже если разные типы программного обеспечения содержат разные функции, все они сокращают время, в течение которого магазин будет резать воздух. Поддерживая постоянное использование крутящего момента и мощности, они уменьшают тепловую нестабильность, увеличивают срок службы инструмента и, в конечном итоге, повышают производительность.

Мониторинг нагрузки жизненно важен при работе с траекториями инструментов HPC, поскольку при слишком сильном надавливании на инструменты могут возникнуть скачки силы.

Эффективная геометрия инструмента

Достижения в области геометрии режущего инструмента позволили создать более надежную оснастку для операций высокопроизводительных вычислений, и Монро может привести несколько примеров в линейке Sandvik. Компания создала инструменты с коническими сердечниками, которые сужаются к основанию инструмента. Монро утверждает, что эти конусы повышают жесткость и снижают вибрацию, продлевая срок службы инструмента и оказываются полезными для бокового фрезерования с высокой подачей и обработки глубоких карманов. OEM-производители оснастки также начали выпускать оснастку с неравными спиралями, как симметричными, так и асимметричными. Последний ограничивает резонанс в разрезе, используя спирали с разными углами наклона, в то время как первый просто объединяет свои спирали в пары, поэтому никакие соседние спирали не используют одинаковый угол наклона. В обоих случаях цеха получают лучшую стабильность инструмента, что позволяет им работать с более агрессивными подачами и скоростями для более быстрого выполнения работ.

Компания Monroe привела пример того, как один из клиентов сравнил свой стандартный инструмент для черновой и чистовой обработки поверхности корпуса подшипника из стали 1030 с инструментом Sandvik WhisperKut с неравным спиралем. С помощью более старого инструмента цех мог обрабатывать четыре детали при подаче стола 214 мм/мин. Благодаря новому инструменту Sandvik цех мог производить 40 деталей одним инструментом при скорости стола 835 мм/мин. Помимо значительного увеличения срока службы инструмента, инструмент Sandvik также устранил дополнительный этап ручной последующей обработки поверхности для исправления точек, выходящих за пределы допусков.

Жаропрочные покрытия

Между тем, инструменты HSM выиграли от достижений в технологии покрытий, которые могут противостоять более высокому нагреву при резании по мере увеличения скорости инструмента. В случае Sandvik эти улучшения касаются не столько новых составов покрытий, сколько новых способов нанесения и проверенных слоев покрытий для повышения производительности. Монро говорит, что OEM-производитель недавно разработал несколько процессов нанесения PVD-покрытия, которые помогают покрытиям прилипать к подложкам и создают в покрытиях кристаллические структуры, которые лучше противостоят износу и отслаиванию.

По мнению одного клиента, покрытие на инструменте Sandvik DURA оказалось достаточно термостойким, чтобы его можно было использовать при обработке нержавеющей стали 304 со скоростью стола 43,45 дюймов в минуту по сравнению со скоростью 25,12 дюймов в минуту у конкурента. Даже при несколько меньшей подаче на зуб инструмент Sandvik изготавливал 50 деталей за 7,4 часа без необходимости замены, в то время как инструмент конкурента изготавливал 20 деталей за 5,1 часа без необходимости замены. Sandvik подсчитал, что производительность клиента увеличится на 73 % при сокращении времени цикла на 42 % и снижении затрат на 48 %.

По словам Монро, одним из величайших преимуществ современных инструментов является контролируемая и постоянная работа. Оставаясь в рамках процесса резки, цеха тратят больше времени на изготовление щепы, что приводит к сокращению времени цикла и повышению производительности.

Для усовершенствованных инструментов требуются усовершенствованные станки

Монро говорит, что как вертикальные, так и горизонтальные трех- и четырехосные станки хорошо подходят для траекторий инструмента HSM, но предупреждает, что HPC работает лучше с горизонтальными станками из-за необходимости удаления стружки. Даже в этом случае он рекомендует убедиться, что на станке имеются системы подачи охлаждающей жидкости под высоким давлением и подачи воздуха, готовые помочь со стружкой. Пятиосные станки, как правило, совместимы как с траекториями инструмента HPC, так и с HSM, хотя Монро советует обращать внимание на скорость ускорения оси вращения, поскольку это может быть ограничивающим фактором, если цеха не могут достаточно быстро переориентировать деталь, чтобы соответствовать скорости подачи. Гравитация также способствует эвакуации стружки на пятиосных станках, помогая цехам использовать более агрессивные скорости подачи, поскольку стружка может высвобождаться из карманов. Тот же принцип применим к инвертированным фрезерным и токарных станкам, которые, по словам Монро, обычно обладают стабильностью для работы с траекториями инструмента как HPC, так и HSM.

По словам Монро, появление станков с высокоскоростными шпинделями (40 000 об/мин) и достаточно стабильными конструкциями, позволяющими использовать все канавки инструментов при постоянной нагрузке без вибрации, делает траектории инструментов HPC и HSM более жизнеспособными, обеспечивая увеличенный срок службы инструмента даже при агрессивных скоростях и подачах. По словам Монро, многие современные станки имеют скорость вращения шпинделя на 20–40 % выше, чем те, которые были доступны пять лет назад, а скорость съема материала на 100–300 % выше. Вместе с современными геометриями инструментов и покрытиями они позволяют использовать траектории движения инструмента, которые значительно сокращают время цикла и одновременно увеличивают время между сменами инструмента.