Wat is hogesnelheidsbewerking?
Hangt ervan af aan wie je het vraagt.
Sommige mensen beschouwen het als een marketingterm-sla 'hoge-snelheid' op het specificatieblad en vragen meer. Anderen raken in verhitte discussies over de exacte toerentaldrempels. Het bruikbare antwoord ligt ergens tussenin.
High{0}} machinaal bewerken, of HSM, betekent doorgaans snijden met snelheden die vijf tot tien keer sneller zijn dan wat als normaal wordt beschouwd voor een bepaald materiaal. Maar ‘normaal’ blijft veranderen naarmate gereedschappen en machines verbeteren, dus de definitie beweegt mee. Twintig jaar geleden was 8.000 toeren snel. VMC's op instap-niveau bereiken dat zonder te proberen.
Het Salomon-ding
Vrijwel elk artikel over HSM vermeldt Carl Salomon en zijn Duitse patent uit 1931. Hier is de korte versie: hij voerde experimenten uit waarbij hij aluminium verspande met spiraalvormige molens tegen belachelijke snelheden gedurende een periode van -tot wel 16.500 m/min in sommige tests- en ontdekte dat de snijtemperatuur niet zomaar eeuwig blijft stijgen. Het piekt op een bepaalde kritische snelheid en daalt vervolgens naarmate je sneller gaat.
Het patentnummer is 523594 als je je erin wilt verdiepen. De meeste oorspronkelijke onderzoeksaantekeningen van Salomon zijn tijdens de oorlog verloren gegaan. Daarom is er nog steeds discussie over wat hij precies heeft gemeten en hoe. Onderzoekers in plaatsen als Aken hebben jarenlang geprobeerd zijn rondingen te verifiëren. De consensus is nu dat de basisrelatie standhoudt, maar dat deze ingewikkelder is dan een simpele lijn in een grafiek.
Waarom doet dit er toe? Omdat het een regime suggereert waarbij sneller snijden feitelijk minder warmte in het werkstuk genereert. En voor iedereen die onderdelen bewerkt die geen thermische vervorming kunnen verdragen-dunne wanden, nauwe toleranties, complexe geometrie-is dat een groot probleem.
Waar gaat warmte naartoe?
Dit is wat er gebeurt bij hoge snijsnelheden, althans volgens de leerboeken: de chip vormt zich en vertrekt zo snel dat hij de meeste snijwarmte met zich meevoert. Sommige bronnen geven cijfers als 90% of 95%. Eerlijk gezegd is het moeilijk om dit precies te meten, en het percentage hangt af van het materiaal, de gereedschapsgeometrie, de koelvloeistof en een heleboel andere variabelen.
Wat makkelijker waar te nemen is: bij de juiste HSM-parameters worden de chips heet-soms blauw of bruin verkleurd op staal-terwijl het onderdeel zelf relatief koel blijft. Je kunt dit voelen. Voer een proefsnede uit, stop de machine, raak het werkstuk aan. Je zult je er niet aan verbranden, ook al doen de chips dat wel.
Voor schimmelwerk is dit van belang omdat holtes allerlei kenmerken hebben die hitte haten. Dunne ribben. Diepe zakken. Muren met vrijwel geen tocht. Bewerk deze conventioneel en ze groeien tijdens het snijden, en krimpen vervolgens als ze afkoelen, en je afmetingen komen ergens terecht waar je niet de bedoeling had. Bewerk ze onder HSM-omstandigheden en ze blijven overal maatvaster.
Dat is tenminste de theorie. Echte resultaten zijn afhankelijk van veel factoren. Ik heb winkels zien investeren in HSM-apparatuur en nog steeds thermische problemen zien bestrijden omdat hun werkstukbevestiging niet stijf genoeg was, of omdat ze hun snijstrategieën niet hadden aangepast, of een tiental andere dingen.
Het gereedschapsgedeelte waar niemand voor wil betalen
Met gewone gereedschapshouders kunt u geen HSM uitvoeren. Dit is waar winkels in de problemen komen-ze kopen een hoge- spil en proberen hun bestaande CAT40- of BT30-gereedschappen te gebruiken.
Het natuurkundeprobleem
Het probleem is de middelpuntvliedende kracht. Bij 15.000 of 20.000 tpm zet de spilboring uit door centrifugale belasting. Een massieve gereedschapsschacht zet niet op dezelfde manier uit. De taps toelopende pasvorm wordt losser. De uitloop gaat omhoog. Plotseling levert uw dure hoge-spindel slechtere resultaten op dan uw oude machine.
De oplossing is HSK-een Duits ontwerp (Hohl-Schaft-Kegel, holle conische schacht) dat halverwege de jaren negentig een ISO-norm werd. De holle constructie laat de schacht uitzetten met de spil en maakt gelijktijdig contact met zowel de tapsheid als het vlak. De klemkracht neemt toe naarmate de snelheid toeneemt in plaats van naar beneden.
Wat niemand u vooraf vertelt: overstappen op HSK betekent dat u uw hele gereedschapsbak moet vervangen. Elke houder, elke spantang, elk verlengstuk. Plus houders, plus voorinstellingen als ze niet compatibel zijn. Het loopt snel op. En dan heb je mensen nodig die weten hoe ze op de juiste manier met HSK-gereedschap moeten omgaan-het is nauwkeuriger-gevoelig dan steil taps materiaal.
Programmeren is het halve werk
Spindels met hoge-snelheid bereiken niets als het gereedschapspad voortdurend vertraging afdwingt. Dit is misschien wel het grootste verschil tussen het kopen van HSM-mogelijkheden en het daadwerkelijk gebruiken ervan.
Ouderwetse--programmering genereerde duizenden kleine lijnsegmenten om curven te benaderen. Verwerkingsverantwoordelijken hebben deze één voor één verwerkt. Bij conventionele voedingen prima. Bij HSM-voeders kan de controle het niet bijbenen. De machine vertraagt, haalt in, versnelt en vertraagt weer. Je krijgt schokkerige bewegingen en sporen van getuigen op het oppervlak.
Moderne CAM gebruikt in plaats daarvan spline-interpolatie-NURBS-curven die honderden lijnsegmenten vervangen door één wiskundige definitie. Het programma wordt korter. De controller kan verder vooruitkijken. De voeding blijft consistent dankzij de complexe geometrie.
Maar NURBS-ondersteuning varieert tussen CAM-systemen en machinebesturingen. En om het correct in te stellen, is kennis nodig die niet elke programmeur heeft. Ik ken winkels die dure HSM-apparatuur gebruiken met verouderde CAM, die lijn-toolpaths genereren en zich afvragen waarom ze niet de verwachte resultaten zien.
Ook de snijstrategie verandert. Bij conventioneel voorbewerken zijn zware sneden nodig bij langzame voedingen-begraaf de frees, duw hard. HSM-voorbewerken vergt lichte radiale aangrijping bij hoge voedingen. De snijder blijft geladen, maar nooit overbelast. De krachten blijven laag. Dunne muren buigen niet door. Kleine gereedschappen breken niet.
Om dit goed te doen is CAM-software nodig die constante-toolpaths ondersteunt en programmeurs die begrijpen wanneer ze deze moeten gebruiken. De machine is bijna het makkelijke gedeelte.
Voor schimmelwinkels
Of dit allemaal van belang is, hangt af van wat u aan het bouwen bent.
Complexe mallen-ingewikkelde scheidingslijnen, optische oppervlakken, dunne kernen, strakke afsluitingen-afsluitingen- profiteren hier het meeste van. De tijd die u besteedt aan het passen en polijsten op de bank, wordt omgezet in spiltijd, wat voorspelbaarder en herhaalbaarder is. De oppervlakteafwerking van de machine verbetert zodanig dat het handmatige werk aanzienlijk afneemt. De EDM-afhankelijkheid neemt af omdat u onderdelen kunt frezen waarvoor vroeger elektroden nodig waren.
Eenvoudige mallen met ruime toleranties? De terugverdientijd is minder duidelijk. Conventionele bewerking zou prima kunnen dienen.
Het meeste spuitgietwerk valt daar ergens tussenin. De vraag is niet of HSM werkt-dat staat vast. De vraag is of uw functiemix de investering in apparatuur, tooling, software en training rechtvaardigt. Dat is voor iedere winkel een andere berekening.
Eén ding wil ik zeggen: de kloof tussen winkels die echte HSM-mogelijkheden hebben en winkels die dat niet hebben, wordt steeds groter. De verwachtingen op het gebied van de doorlooptijd worden steeds strenger. Surface-specificaties worden steeds veeleisender. De klanten met complex werk concentreren zich op leveranciers die het ook daadwerkelijk kunnen leveren. Of die druk op u van toepassing is, hangt af van uw marktpositie.
Er is geen universeel antwoord. Maar als u offertes kwijtraakt voor complex werk, of als het aantal passende werkzaamheden blijft stijgen, of als klanten blijven vragen om een snellere doorlooptijd bij ingewikkelde opdrachten-, dan zijn dit tekenen die de moeite waard zijn om op te letten.