Wat zijn de vereisten voor snijgereedschappen en gereedschapshouders bij snelfrezen?

Hogesnelheidssnijden (HSM) is een belangrijke technologie die veel wordt gebruikt in de moderne freestechnologie. Door toepassing van de HSM-freestechniek kunnen niet alleen diverse zachte en harde materialen worden gefreesd, maar kan ook een uitstekende werkstuknauwkeurigheid worden bereikt. In dit artikel worden de eisen van HSM aan snijgereedschappen en gereedschapshouders geïntroduceerd.

1, eisen van HSM aan snijgereedschappen
1. Geometrische vorm
Gereedschapstrillingen hebben een directe invloed op de oppervlaktekwaliteit die tijdens de bewerking wordt verkregen. Daarom is het uiterst belangrijk om tijdens de HSM-precisiebewerking een uniforme snijkracht op het gereedschap te behouden, om trillingen van het gereedschap te voorkomen.
De invloed van aangrenzende geometrische kenmerken van snijgereedschappen op de snijkracht:
1) Een goede concentriciteit is bevorderlijk voor een uniforme verdeling van de belasting op de snijkant;
2) Een grotere overlap van snijkanten is gunstig voor het verkrijgen van uniforme snijkrachtkarakteristieken (grotere spiraalhoek en aantal groeven);
3) Een korte snijlengte is gunstig voor het verkrijgen van een betere stijfheid (ten opzichte van de steile wand van de werktuigmachine wordt de diameter van de as enigszins verkleind);
4) De dwarsdoorsnede van de kern is het beste en de spanningsconcentratie in de groef is het kleinst.

Met HSM kunnen materialen met een hoge sterkte worden verwerkt, wat betekent dat de weerstand tegen vervorming toeneemt met het toenemen van de hardheid van het te bewerken materiaal. De toename van de belasting op de snijkant vereist een stabiel ontwerp van de geometrische vorm van de snijkant. Bij hoge snijomstandigheden zal er echter meer wrijvingswarmte ontstaan ​​in het vrije gedeelte van het werkstukoppervlak, wat betekent dat de vrijloophoek van het gereedschap moet worden verkleind. Daarom kan het vergroten van de stabiliteit van de snijkant alleen worden bereikt door de hellingshoek te verkleinen. In gevallen waarin het materiaal erg hard is en het gereedschapsmateriaal bros, kan dit zelfs resulteren in negatieve hoeken.
De nauwkeurig afgestemde straal is aan de punt van de snijkant geslepen om te voorkomen dat de snijkant roodgloeiend wordt of plaatselijk breekt bij plotselinge verhitting.
Als een hoge nauwkeurigheid vereist is voor de vorm van het te bewerken werkstuk, heeft de sferische straal van het gebruikte precisiebewerkingsgereedschap een directe invloed op de vormnauwkeurigheid van het te bewerken werkstuk. Daarom is het als basisvoorwaarde erg belangrijk om gereedschappen met zeer strikte radiustoleranties (binnen het micrometerbereik) te gebruiken bij het precisiebewerkingsproces van zeer nauwkeurige onderdelen.

2. Materialen en coatings
Het gereedschapsmateriaal moet harder zijn dan het te bewerken materiaal. Hoe groter het hardheidsverschil tussen het werkstukmateriaal en het gereedschapsmateriaal, hoe kleiner de gereedschapslijtage en hoe langer de levensduur van het gereedschap. Omdat de lokale temperatuur erg hoog is, moet er ook voor worden gezorgd dat het gereedschapsmateriaal antioxiderende eigenschappen heeft.
De grote thermische belastingsschommelingen en de eis aan de oxidatieweerstand van gereedschapsmaterialen vereisen uiteindelijk een coating op gereedschapslichamen van fijnkorrelig wolfraamcarbide.
De beproefde coatingsystemen zoals TiN, TiCN en TiAlCN hebben bij de HSM-verwerking snel hun grenzen bereikt. Daarom is er een meercomponenten coatingsysteem ontwikkeld, dat is gebaseerd op een hoog aluminiumnitridegehalte en gecombineerd met andere elementen zoals yttrium, vanadium of tantaal. Door het gebruik van nanolaagstructuren, CBN en PKD kunnen ook hogere prestaties worden bereikt.
2, HSM-vereisten voor gereedschapshouders
Vanwege het hoge spiltoerental dat nodig is bij de HSM-bewerking, kunnen het beste HSK-A- en HSK-E-gereedschapshoudersystemen worden gebruikt. Door de montage van de meshouderflens op de spilkop heeft de meshouder een duidelijke mechanische ondersteuning in de Z-richting, waardoor deze niet door verhoogde centrifugaalkracht bij hogere snelheden in de spil wordt gesleept.

De fundamentele fout kan zijn opgetreden tijdens de voorbereidingsfase van de verwerking, waardoor het onmogelijk werd om kleine trillingen en een veilige procescontrole te bereiken. Om een ​​stabiele HSM-bewerking te bereiken, is het van cruciaal belang om het gereedschap en de gereedschapshouder naar behoefte uit te balanceren en hun coaxialiteit te controleren. Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met de rotatiesnelheidslimiet die verband houdt met de ongebalanceerde massa.

Ongebalanceerde of niet-concentrische roterende gereedschapssystemen zullen resulteren in:
1) Zeer slechte oppervlaktekwaliteit
2) Zeer lage standtijd
3) Slechte verwerkingsstabiliteit en veiligheid
4) Mogelijke schade aan de freesspindel
De onbalans en afwijking van de ideale concentriciteit veroorzaakt door plotselinge veranderingen tijdens de verwerking worden duidelijk weergegeven in het onderstaande schema:

Geen afwijking vergeleken met perfecte concentriciteit: kleinere theoretische ruwheid

Afwijking van perfecte concentriciteit: grotere theoretische ruwheid
De uitgebalanceerde massa heeft een aanzienlijke invloed op de dynamische prestaties van het gehele roterende systeem.
Onbalans komt overeen met het roteren van een excentrisch voorwerp. Dit excentrische voorwerp kan een middelpuntvliedende kracht veroorzaken, die toeneemt met de kwadratische waarde van de rotatiesnelheid. Dit betekent dat de middelpuntvliedende kracht veroorzaakt door dezelfde onbalans op een spil met een toerental van 42.000 tpm 441 maal groter is dan die van een spil met een toerental van 2000 tpm (212=441). Daarom heeft de onbalans van de gereedschapshouder bij machinaal bewerken met hoge snelheid bijzonder duidelijke nadelige gevolgen.
Door de gereedschapsklemtechniek in HSM toe te passen, kunt u de gereedschapshouder gebruiken met de volgende artikelen:
Aanhalen
Gewricht verkleinen
Het wordt niet aanbevolen om alternatieve systemen zoals Weldon-connectoren te gebruiken, omdat deze duidelijke gebreken vertonen bij de HSM-verwerking.

Door de uitstekende dempingseigenschappen van de gereedschapshouder met spantang kan deze goede resultaten opleveren bij het voorbewerkingsproces. Daarom kan het, samen met de verbinding met kleinere diameter, een extreem hoge stijfheid en herhaalbaarheidsnauwkeurigheid bereiken. Dit is cruciaal voor het verkrijgen van een perfect werkstukoppervlak. Door het gebruik van verbindingen met een kleinere diameter kunt u een zeer nauwkeurige concentriciteit (afwijking kleiner dan 0.003 mm) en een aanzienlijke koppeloverdracht bereiken.
De ontwerpstructuur van verschillende gereedschapshouders met kleinere diameter: de overdracht van koppel hangt af van de ontwerpstructuur van de klemapparatuur; De ontwerpstructuren kunnen sterk variëren.