ISCAR promoterer trokoidal høyhastighetsfresing
Av Joppe Næss Christensen
Trokoidal dynamisk bearbeiding gir en rekke fordeler ved høyhastighetsmaskinering, og i følge ISCAR har verktøyprodusenten gode løsninger for å benytte metoden.
For flere tiår siden gjorde innføringen av verktøymaskiner med betydelig økte rotasjons- og lineærhastigheter suksess med effektive HSM-metoder (høyhastighetsbearbeiding). Dynamisk, eller trokoidal, var en av disse metodene. Hovedprinsippet i dynamisk fresing er den store skjæredybden (vanligvis ikke mer enn 5XD) når den er kombinert med en mindre skjærebredde (vanligvis opptil 0,2 av en verktøydiameter). Denne kombinasjonen har betydelige fordeler.
Forbedrer produktiviteten
Redusert skjærebredde minsker varmebelastningen på skjærkanten og gir økt skjærehastighet. Ved dynamisk fresing kan skjærehastigheten være høyere sammenlignet med tradisjonelle fresemetoder. Den beskjedne skjærebredden reduserer radialkomponenten av skjærekraften betydelig, noe som forårsaker bøying og vibrasjoner. Dette sikrer høy driftsstabilitet og muliggjør økt skjæredybde.
Radial spontynning gjør det mulig for høyere matinger å opprettholde den nødvendige nøyaktige spontykkelsen. Derfor er fresing med et lite radialt inngrep, og en betydelig skjæredybde, utført ved høye skjærehastigheter og matehastigheter en god metode til å forbedre maskinproduktiviteten.
Videre gir en slik bearbeidingsmetode gradvis, jevnt fordelt slitasje langs hele skjærekanten, og dermed øker verktøyets levetid.
Dynamisk fresing har vist seg å være produktivt ved dyp skulderfresing og brede kanter. Skjæreteknikken er godt egnet til sluttmaskinering – en maskineringsprosess hvor et verktøy med liten diameter bearbeider områder som er vanskelig tilgjengelige, for eksempel hule hjørner.
Effektiv mikromaskinering
Utviklingen for databasert numerisk styring (CNC) og datastyrt produksjon (CAM) har generert ytterligere forbedring: trokoidal fresing med en komplisert verktøybane i stedet for en lineær matebevegelse – egnet for dynamisk fresing. I matematikk er trokoid en kurve, generert av punktet i en sirkel som ruller langs en guide uten å skyve. I trokoidal fresing beveger et skjæreverktøy seg langs en kurve som skjærer materialet i tynne lag. Vanligvis er kurven en sirkelbue (halvsirkel), og verktøyet går tilbake til startpunktet ved buestrengen, og gjentar deretter banen med en liten overlapp. I dette tilfellet vil verktøymønsteret se ut som bokstaven D. Fresing langs den krumme buen muliggjør konstant belastning av skjærekanten, og eliminerer kraftig belastningsøkning når man begynner å skjære i materialet.
I tillegg til den D-formede banen, som nå regnes som "klassisk", er i dag de mest avanserte maskinene med den nyeste styringsteknologien enda mer komplekse. Trokoidale verktøykurver minimerer tiden uten skjæring og optimaliserer maskinens bevegelser.
Trokoidal bearbeiding er kjent for å være veldig effektiv til dyp sporfres, lommer og hulrom, og er også en veldig lovende metode for å frese materialer som er harde og vanskelig å bearbeide, spesielt titan og høytemperatur-superlegeringer (HTSA). I tillegg er trokoidal fresing ekstremt nyttig for å forbedre ytelsen ved maskinering under ustabile forhold: ikke-stive arbeidsstykker, områder med tynne vegger, dårlige verktøyholdere osv. Og enda mer, jevn og betydelig redusert verktøybelastning gjør trokoidal fresing effektiv og anvendelig i mikromaskinering.
De største utfordringene i trokoidal fresing er verktøymaskinstyring og intelligent programmering av banen. Imidlertid blir en annen viktig faktor, nemlig skjæreverktøyet, ofte oversett når du skal løse disse utfordringene. Uten riktig verktøy, vil alle anstrengelser for å programmere banen og opprettholde en jevn belastning på skjærene, redusere forventede resultater. Dette vil igjen skape utfordringer for verktøyprodusentene om å produsere et optimalt verktøy som tilfredsstiller kravene for trokoidalfresing.
Bedre dynamisk styrke
Hva kjennetegner en høyeffektiv trokoidal fres?
Først og fremst må den trokoide fresen være egnet for høyhastighetsbearbeiding. Dette er relatert til passende toleranseparametere samt balansering og sikkerhet når det brukes i betydelige spindelhastigheter og mer. Fresing med store skjæredybder øker verktøyets overheng, mens skjæreverktøyets dynamiske oppførsel er avgjørende for å sikre stabil bearbeiding. Ved fresing med liten skjærebredde, er det bare én tann som jobber med materialet i arbeidsstykket til enhver tid.
Optimalisering av kontaktområdet langs tannen er en viktig faktor for stabil fresing, og fresen med den beste skjærekantprofilen er avgjørende for å finne best mulig løsning. Den effektive avvirkningen av tynt spon som genereres ved trokoidal fresing, krever ikke et stort sponrom i freseverktøyet.
Selv en kort undersøkelse av ovennevnte viser at en flerskjærs hardmetall pinnefres (SCEM) eller Multi Master-freser, med utskiftbare hardmetallhoder, oppfyller kravene til fulle. SCEM representerer faktisk de fleste trokoide freseverktøy i dag.
Disse pinnefresene har forståelig nok sine egne designegenskaper som kan gjenkjennes i den nyeste, innovative ISCAR-produktlinjen. Flere egenskaper kjennetegner disse produsentene: a) annerledes skjærespiral og variabel tannvinkling som gir en vibrasjonsbestandig utforming for å forbedre stabiliteten i HSM med høyt overheng, b) et spesialformet skjær som resulterer i økt kjernediameter for å forbedre dynamisk styrke, og c) nok plass for sponavvirkning for å sikre jevn sponflyt. Disse produktene opprettholder, ifølge ISCAR, høy nøyaktighet og leverer maksimale metallavvirkningsvolumer ved bearbeiding av de vanligste maskineringsmaterialene.
Gode resultater
Diameterområdet for ISCARs pinnefreser i hardmetall (SCEM) for trokoidal fresing er 2–25 mm. Chatterfree EC-E7/H7-CF pinnefreser i hardmetall har syv skjær og en rekke hjørneradier. De er tilgjengelige i en serie på to, tre, fire og seks forhold mellom skjærelengde og diameter (figur 1). Pinnefresene er produsert av PVD-belagt ultrafin karbidkvalitet IC902.
Den sentrale egenskapen ved den 7-skjærs pinnefresen, ECP-H7-CF (fig. 2), er skjærekantens "splitcut"-geometri. Innføring av denne geometrien gir, ifølge ISCAR, økt ytelse ved høyt overheng og forbedrer sponevakueringen betydelig i maskinering av dype lommer og hulrom. Det er viktig å merke seg at "splitcut" på skjærekanten sørger for en tilfredsstillende overflatebehandling for de fleste operasjonelle krav.
Ti-TURBO 7- og 9-skjærs pinnefreser i hardmetall, ECK-H7 / 9-CFR, som er utformet spesielt for høyhastighetsbearbeiding av titanlegeringer, har en skjærelengde på rundt 2X verktøydiameter. På grunn av særdeles god vibrasjonsdemping og en optimal kantgeometri, ifølge produsenten, viser disse pinnefresene i hardmetall gode resultater i trokoidal fresing av ulike flykomponenter, inkludert bearbeiding av kurvede spor i rotorblader av titan (blisks).
Hvis trokoidal fresing brukes på grunne spor eller hjørner av titandeler, kan 6-skjærs Multi-Master utskiftbare hoder, som nylig ble introdusert, være en mer passende løsning (fig. 3). Hodeutformingen er innarbeidet ISCARs kompetanse og erfaring innen dette feltet, og har muliggjort et robust produkt for effektiv maskinering av titankvaliteter som er vanskelig å skjære, slik som Ti-10V-2Fe-3Al og Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr.
Denne gjennomgangen ville være ufullstendig uten noen notater om verktøyholdere, som er avgjørende for suksessen med trokoidal fresing. Maskineringspraksis viser at de beste resultatene oppnås når fresene er montert i hydrauliske eller krympeholdere (fig. 4).
For mer informasjon se: www.svea.no og www.iscar.com