Скорочення споживання енергії в металообробці - явище не нове. Проте сьогодні це одне з найважливіших технічних вимог. Розуміння відповідальності галузі за захист навколишнього середовища призвело до розвитку процесів, винаходу матеріалів та розробки устаткування, які значно знижують споживання енергії в ході обробки.
Сучасні обробні центри споживають менше енергії, в порівнянні з попередниками, та показують більшу продуктивність. Спочатку типовий виробничий процес був розділений на попередню і остаточну обробку, які виконувалися на двох верстатах. Перший потужний верстат знімав більшу частину припуску, а другий верстат застосовувався для більш точних операцій: досягнення остаточної форми і необхідної якості поверхні. Сьогодні це робиться за один етап і в два рази швидше. Збільшення швидкості та зниження навантажень призводить до підвищення продуктивності і скорочення рівня необхідної потужності. Крім того, знижуються сили, що діють на основні вузли верстата (шпіндель, напрямні та ін.), що позитивно впливає на термін служби обладнання та інструменту і робить обробку більш точною і передбачуваною.
Важливу роль в цьому відіграє ріжучий інструмент. Тому вимоги до потужності можуть бути пом'якшені за рахунок застосування найперспективнішого інструменту.
Передова геометрія ріжучої крайки
При фрезеруванні споживана потужність залежить від декількох параметрів: матеріал заготівлі, глибина та ширина різання, швидкість і подача. Комбінація цих параметрів визначає опір матеріалу механічній обробці і загальну силу різання, що виникає під час процесу. Існує ще один важливий фактор, тісно пов'язаний з цими силами - геометрія використовуваного інструменту, а конкретніше, передні кути як в нормальному, так і в осьовому напрямку.
Передній кут впливає на тангенціальну складову сили різання і є основним визначальним фактором необхідної потужності, якщо всі інші параметри рівні. Осьовий передній кут впливає на поділ загальної сили різання на складові і на величину тангенціальної сили різання в тому числі. Що стосується фрез зі змінними пластинами, передні кути визначаються формою передньої поверхні і позиціонуванням пластини в корпусі.
На початку 90-х компанія ISCAR представила серію HELIMILL - фрези для пластин зі спіральної ріжучої крайкою. Така форма крайки була отримана шляхом поєднання передньої поверхні складної форми та бічної спіральної поверхні. Конструкція HELIMILL створює постійний позитивний нормальний передній кут і позитивний осьовий передній кут уздовж усієї ріжучої довжини. Ця особливість відразу призвела до скорочення споживаної потужності і забезпечила м'яке різання. HELIMILL - новий підхід до проектування, який розглядається сьогодні, як загальновизнаний формат для змінних фрезерних пластин (формована передня поверхня ставиться на перший план).
Намагаючись збільшити передній кут, конструктор прагне сильно «нахилити» передню поверхню. Однак є серйозне обмеження, так як збільшення переднього кута послаблює ріжучу крайку і негативно позначається на міцності. Спіральна крайка створює різницю між висотами, яка вимірюється між сусідніми кутами пластини. Виробництво таких виробів методом спікання - непросте завдання, яке вимагає серйозних технологічних зусиль. Сьогоднішній прогрес порошкової металургії дає більше можливостей збільшити як передній кут, так і кут спіралі ріжучої крайки без шкоди міцності. Пластини ISCAR H690 WNMU 0705 (рис. 1) - хороший приклад великого нахилу передньої поверхні, який дозволяє зменшити споживану потужність. Поширення вживання терміну «високопозитивна» при описі сучасних фрезерних пластин підкреслює нові динамічні зміни. Це визначення підкреслює сучасний стан техніки. Оскільки виробництво інструменту з твердосплавними пластинами не виснажує ресурси топології, «високопозитивна» сьогодні може вважатися «нормальною» завтра.
Працювати швидше з меншим споживанням енергії
Вважається, що механічна обробка з максимальною потужністю є ефективним засобом підвищення продуктивності. Чорнове фрезерування глибоких порожнин фрезами зі складальною ріжучою крайкою або площин фрезами великого діаметра і великою осьовою глибиною різання, коли за прохід знімається значний припуск - типові приклади такого підходу. Для цих операцій характерна велика швидкість знімання металу і споживана потужність, оскільки фрезерування з великими силами різання вимагає використання дуже потужних верстатів. В цьому випадку ефективність досягається за рахунок видалення матеріалу максимально можливого перетину на низьких і середніх подачах.
У той же час інша техніка чорнового фрезерування пропонує діаметрально протилежний принцип: швидкий рух інструменту та мала глибина різання. В цьому випадку споживана потужність різко падає без втрати продуктивності - інструмент працює з дуже великою подачею, гарантуючи ефективне знімання металу. Ця енергозберігаюча, «швидка» технологія є відмінною заміною енергоємної, «повільної» технології з великою глибиною різання. Фрезерування з високою подачею (HFM), яке успішно застосовується на сучасному швидкому обладнанні, стало серйозною альтернативою традиційному підходу.
Фрези HFM ( «висока подача») мають особливу геометрію (рис. 2), яку компанія ISCAR застосувала на всіх серіях фрезерного інструменту: фрези зі змінними пластинами, монолітні фрези і головки Multi-Master. Крім того, компанія ISCAR представила унікальні змінні пластини, які при установці на звичайні фрези перетворюють їх в інструмент HFM для роботи з високою подачею.
Альтернативні стратегії обробки - виклик укоріненим методам
Розширення можливостей сучасного інструменту призвело до появи нових стратегій фрезерування, які поряд з іншими перевагами скорочують споживання енергії.
Як приклад можна привести точіння великогабаритних деталей. При точінні швидкість різання традиційно забезпечується обертанням заготівлі. Якщо головний привід верстата не здатний обертати важку заготівлю з необхідною частотою, швидкість різання буде відставати від необхідного діапазону. Це обмеження призводить до втрати продуктивності. Сьогодні сучасні багатофункціональні верстати пропонують ефективне рішення: фрезоточіння - спосіб, що поєднує фрезерування і точіння, коли фреза обробляє заготівлю, що обертається. Більшість фрез ISCAR зі змінними пластинами може використовуватися для фрезоточіння, проте правильне позиціонування інструменту та розрахунок режимів різання вимагають більш глибокого розуміння конкретних особливостей цього процесу.
Зазвичай фрезерування пазів і канавок починається з обробки цільного матеріалу з повним контактом інструменту та заготівлі. Такий метод призводить до збільшення сил різання та споживаної потужності. Техніка високошвидкісного трохоїдного фрезерування може стати ефективною альтернативою звичайної стратегії фрезерування пазів. При трохоїдному фрезеруванні фреза, яка швидко обертається, обробляє паз по дузі з великою глибиною і дуже маленькою шириною різання; знімає тонкі шари матеріалу з великою швидкістю і подачею. Цей метод дозволяє помітно знизити споживану потужність. Не дивно, що трохоїдне фрезерування успішно використовується для виробництва деталей зі складними пазами і канавками, таких як моноколеса, імпелери та ін., а також тонкостінних деталей. Компанія ISCAR недавно представила серію Ti-TURBO - монолітні фрези ECK H7/9-CFR з унікальною геометрією, 7 або 9 зубами, змінним кутом підйому спіралі і нерівномірним кутовим кроком (рис. 3). Основне застосування - трохоїдне фрезерування важкооброблюваних титанових сплавів.
Передові стратегії обробки та правильний вибір інструменту створюють нові можливості для енергозбереження. Зменшення споживаної потужності - одна з необхідних умов сучасного виробництва. Верстати забезпечують промисловість усіма засобами для створення високопродуктивної та енергоефективної технології. Інструмент не тільки ріже метал, але і скорочує споживання енергії.
