Максимальная эффективность высокопроизводительной обработки: почему важны державы инструментов

Между труднобрабатываемыми материалами, высокими скоростями и подачами — и балансировкой инструмента — державы играют гораздо более важную роль в успехе изготовления деталей на высокопроизводительном станке, чем вы могли думать. Узнайте почему.

Ваш цех только что купил новый высокопроизводительный machining-центр. Он обладает впечатляющими спецификациями, включая шпиндель 20 000 об/мин, скорость быстрого перемещения 2400 дюймов/мин и соответствующие подачи. Он намного быстрее всего остального на полу. Все наслаждаются чавкающим звуком стружки, ударяющейся в листовое металл, и низким гулом двигателя шпинделя глубоко в резании.

Есть только одна проблема: на этих новых более высоких скоростях шпинделя вибрация (chatter) заставляет всех искать беруши. Срок службы инструмента ухудшается. При обработке деталей из 17-4 PH и титанового сплава Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Triple 5), которые босс начал привозить недавно, вытягивание инструмента (tool pullout) стало большой проблемой. Результат? Кучи деталей, которые должны были изготавливаться ежедневно от инвестиций в HPMC, просто не появляются.

Справедливости ради, у вас могут быть те же жалобы и на старые, менее способные machining-центры. Фактически, это могло быть одной из причин покупки нового станка. Прискорбно сообщать, но проблема, скорее всего, в том, что боковые зажимные державы для фрез (side-lock) и колетниковые зажимы типа ER, которые вы использовали десятилетиями, не подходят для современных технологий обработки.

«У вас есть станок, способный на высокие скорости и подачи, режущий инструмент с новейшими геометриями и покрытиями, а держава — интерфейс между ними — почему экономить?» — говорит Рональд Уэст, старший глобальный менеджер по продуктам в Kennametal. «С современными станками, способными на более высокие скорости и подачи, удержание инструмента стало важнее чем когда-либо, чтобы воспользоваться возможностями высокопроизводительного режущего инструмента».

Некоторые производители вкладывают средства в станок и новейшие режущие технологии, но нередко встречаются фирмы, использующие товарные державы, не подходящие для работы. Тем не менее, это один из самых важных элементов в современных высокопроизводительных средах — особенно в авиакосмических приложениях, где вы работаете с передовыми материалами, объясняет Уэст.

«Боковые зажимные державы всё еще широко представлены в отрасли, но они действительно несправедливы по отношению к инвестициям в твердосплавные режущие инструменты, которые компании покупают сейчас», — говорит Уэст. «Держава должна соответствовать типу высокопроизводительного станка, используемого сегодня».

Остановить движение инструмента, избежать лишнего брака, сохранить срок службы инструмента

Рассмотрите вытягивание инструмента. Обработка титана и других жаропрочных суперсплавов генерирует высокие силы резания не только в осевом и радиальном направлениях, но и в осевом (повторение в оригинале), что может привести к вытягиванию инструмента. Еще важнее использовать правильный тип держав, чтобы предотвратить поломку инструмента и брак деталей. Это может быть незначительно — всего несколько тысяч долей дюйма за раз, но вероятность велика, что этого достаточно, чтобы списать очень дорогие детали. Как ни точите канавки и фаски на шанке инструмента, он все равно будет двигаться, скорее всего, когда вы меньше всего ожидаете.

Лучшее решение — держава, специально разработанная для устранения вытягивания. Многие поставщики лицензируют запатентованную технологию Safe-Lock компании Haimer. Все они обогнают традиционные боковые зажимные державы, улучшив характеристики биения. Вот небольшой пример доступных решений:

• Гидравлическая держава для фрез CoroChuck 930 компании Sandvik Coromant использует «fulcrum»-механизм двух-точечного зажима для предотвращения движения.
• Гидравлический зажим HydroForce™ компании Kennametal для тяжелой фрезеровки заявляет исключительное биение и точность — и опциональная втулка SAFE-LOCK помогает избежать вытягивания при обработке труднобрабатываемых материалов (таких как используемые в авиакосмической и энергетической отраслях).
• The Mega Perfect от Big Kaiser принимает фрезы с цилиндрическим шанком по Weldon, но, как заявляется, устраняет скольжение и вытягивание.

Хотите получить максимум от своих металлорежущих усилий? Прочитайте «Как максимизировать производительность станка с помощью держав инструментов».

Контроль гармоник, вибрации и шпинделя

Вы вращаете инструменты быстрее чем когда-либо, и биение, с которым вы мирились годами, быстро измотает даже лучшую фрезу. Как если бы плохого срока службы инструмента было недостаточно, более высокие обороты генерируют гармоники, ведущие к вибрации, возможно, с последующим повреждением шпинделя из-за несбалансированности.

У вас есть несколько вариантов управления этими более высокими скоростями, подачами, вибрацией и гармониками, включая: термоусадочные державы, гидравлические зажимы и механические фрезерные зажимы. Вы должны протестировать каждый из них самостоятельно, задокументировав результаты и принимая решение на основе производительности на ваших станках, а не цены.

Термоусадочное удержание инструмента (Shrink-Fit)

Вам понадобится термоусадочная установка, и вы потратите лишнюю минуту или две на нагрев и охлаждение державы при каждой смене инструмента, но многие цехи клянутся экстремальной точностью и врожденной балансировкой термоусадки. Haimer утверждает, что это менее 40 секунд всего.

Гидравлические державы и зажимы

Гидравлические зажимы точны, просты в использовании и обеспечивают надежное удержание инструмента. HydroForce™ от Kennametal — один из используемых для тяжелой фрезеровки, заявляет о трехкратной силе зажима по сравнению с обычными гидравлическими системами и требует только шестигранного ключа для работы. Зажимы HydroForce имеют гасительную способность, улучшающую срок службы инструмента, особенно при обработке титана и других высокотемпературных сплавов.

Механические фрезерные зажимы

Schunk, Iscar, Guhring и другие предлагают механические фрезерные зажимы, рассчитанные на 20 000 об/мин и биение 0,0002 дюйма или лучше (как и Sandvik Coromant, Big Kaiser и другие). Опять же, работа проста, с жесткостью и силами зажима, намного превышающими 100-летнюю фаску Weldon.

Кстати, о наследии удержания инструмента: надеемся, ваш новый станок поставляется с шпинделем HSK, Capto, KM4X или сопоставимым. CAT и BT-фланцы отлично подходят для менее требовательной работы, но пluging через HRSA-материалы или шлифовка полости штампа на высоких скоростях шпинделя требует современного шпиндельного интерфейса.

На этих скоростях станка вам нужен баланс инструмента

Большинство экспертов по оснастке говорят, что сбалансированные сборки держав обязательны для скоростей шпинделя 20 000 об/мин и выше, в то время как другие считают, что порог ниже.

«Когда вы работаете на станках так быстро, обычно выше 12 000 об/мин, рекомендуется всегда балансировать всю систему (т.е. державу с режущим инструментом)», — говорит Уэст. «Это просто увеличивает срок службы инструмента и уменьшает износ шпинделя… С колетниковым зажимом или адаптером для фрезы немного сложнее сохранить баланс из-за их конструкции и необходимого оборудования, но обычно гидравлические зажимы и термоусадочные адаптеры гораздо легче точно балансировать для высокоскоростных применений».

На 6000 об/мин вы не заметите дисбаланс так сильно, отмечает Уэст, но на более высоких скоростях баланс инструмента критически важен — и это то, что может быть неправильно понято при разговоре о державах.

Для помощи требуется специальная балансировочная машина, а также дополнительные усилия в процессе пресеттинга инструмента. Убедитесь, что вы делаете пресеттинг. Предварительно сбалансированные державы не будут достаточны, так как вся сборка, включая режущий инструмент и удерживающую гайку (для CAT и BT), должна быть сбалансирована как единое целое. Следуя этим рекомендациям и включая плановое обслуживание для продления срока службы инструмента, вы сократите простой и будете делать лучшие детали.

«Вы можете показать улучшение показателей детали с правильными державами», — говорит Уэст. «Это то, что легко упустить, но что делает огромную разницу».

Замечали ли вы разницу, которую может сделать держава на высокопроизводительном machining-центре? Поделитесь своим опытом.