Κατεργασία υψηλής ταχύτητας – Αλουμίνιο

Η ανταγωνιστικότητα της αγοράς και η πίεση για παραγωγή εξαρτημάτων και μηχανών πιο αποτελεσματικά και γρήγορα έχουν μετατοπίσει την εστίαση από τη συμβατική μηχανική κατεργασία στην κατεργασία υψηλής ταχύτητας (HSM). Η μηχανική κατεργασία υψηλής ταχύτητας περιλαμβάνει την επίτευξη υψηλότερου ρυθμού αφαίρεσης υλικού χρησιμοποιώντας μεγαλύτερη ταχύτητα ατράκτου, υψηλότερη τροφοδοσία και ταχύτητα κοπής. Το HSM μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση της παραγωγικότητας, στη μείωση του χρόνου κύκλου και στη βελτίωση της διάρκειας ζωής του εργαλείου αποτελεσματικά.

Το αλουμίνιο έχει ένα από τα υψηλότερα χαρακτηριστικά μηχανικής κατεργασίας και οι εφαρμογές του σε διάφορες βιομηχανίες, ιδιαίτερα στην αεροδιαστημική και την αυτοκινητοβιομηχανία, έχουν αναπτυχθεί τρομερά τα τελευταία χρόνια. Ως εκ τούτου, η επιθυμία να γίνει η διαδικασία άλεσης αλουμινίου πιο αποτελεσματική και παραγωγική οδήγησε στην προσαρμογή της διαδικασίας μηχανικής κατεργασίας υψηλής ταχύτητας από διάφορες βιομηχανίες. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις στην άλεση αλουμινίου που πρέπει να αντιμετωπιστούν για να γίνει η διαδικασία ασφαλής και αποτελεσματική. Μερικές από αυτές τις προκλήσεις είναι:

  • Η μηχανική κατεργασία υψηλής ταχύτητας παράγει υψηλή θερμότητα στη διεπαφή επιφάνειας-εργαλείου. Αυτή η θερμότητα μπορεί να κάνει το αλουμίνιο να σκληρύνει και να δυσκολέψει περαιτέρω τη διαδικασία κατεργασίας και φρεζαρίσματος. Για να ξεπεραστεί αυτό, πρέπει να εφαρμοστεί μια στρατηγική ψύξης.
  • High-speed machining means higher cutting speed rates, which leads to enhanced vibrations and chatter. These vibrations are detrimental to tool life and can also damage the aluminum part. Therefore, extra precaution must be given to balancing and design of tool used while performing the milling apparatus on a high-speed machine.
  • Οι υψηλότερες ταχύτητες κοπής κατά το φρεζάρισμα σημαίνουν μεγαλύτερες δυνάμεις κοπής στο εργαλείο και στο τεμάχιο εργασίας. Αυτές οι μεγαλύτερες δυνάμεις μπορούν να κάνουν το χειρισμό του εργαλείου πιο περίπλοκο. Εάν δεν γίνει σωστά, το εργαλείο μπορεί να αποδεσμευτεί από το χειριστή και να προκαλέσει ζημιά στο μηχάνημα καθώς και στον χειριστή.
  • Η λειτουργία μηχανικής κατεργασίας υψηλής ταχύτητας απαιτεί επιπλέον δεξιότητες από τις συμβατικές μηχανές. Ένας ανειδίκευτος χειριστής και τεχνικός μπορεί να αποδειχθεί επιβλαβής.

Μόλις ξεπεραστούν αυτές οι προκλήσεις και εξασφαλιστεί η ασφάλεια του χειριστή, τα οφέλη της μηχανικής κατεργασίας υψηλής ταχύτητας μπορούν να καρπωθούν. Το πρωταρχικό χαρακτηριστικό μιας αποτελεσματικής διαδικασίας μηχανικής κατεργασίας είναι ο ρυθμός τροφοδοσίας. Οι υψηλότεροι ρυθμοί τροφοδοσίας εξασφαλίζουν υψηλότερη παραγωγικότητα της διαδικασίας κατεργασίας. Μια πτυχή που διαφοροποιεί τη μηχανική κατεργασία υψηλής ταχύτητας από τη συμβατική άλεση είναι η υψηλότερη ταχύτητα τροφοδοσίας που μπορεί να επιτευχθεί με το HSM. Επιπλέον, η υψηλότερη μηχανική ικανότητα του αλουμινίου καθιστά την άλεση του πιο αποτελεσματική και παραγωγική σε σύγκριση με άλλα μέταλλα ή σύνθετα υλικά. Αυτή η ευνοϊκή ιδιότητα του αλουμινίου το καθιστά ευεργετικό για χρήση στην αεροδιαστημική και την αυτοκινητοβιομηχανία. Ο υψηλότερος ρυθμός αφαίρεσης υλικού καθιστά τη διαδικασία άλεσης ταχύτερη και αποτελεσματική. Η παραγωγή ανταλλακτικών αυτοκινήτων και αεροδιαστημικής, που απαιτούν μεγαλύτερη ποσότητα αφαίρεσης υλικού, είναι πιο παραγωγική με τη χρήση μηχανών φρεζαρίσματος υψηλής ταχύτητας.

Ένα σημαντικό στοιχείο, κατά τη χρήση μιας μηχανής φρεζαρίσματος υψηλής ταχύτητας, είναι οι αυξημένες θερμοκρασίες στο σημείο κοπής. Οι μελέτες δείχνουν αύξηση της θερμοκρασίας καθώς αυξάνονται οι ρυθμοί τροφοδοσίας. Αυτό μπορεί να προκαλέσει αλλαγή στις μηχανικές ιδιότητες του υλικού με τη σκλήρυνση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη μηχανική αντοχή και μείωση της μηχανικής ικανότητας. Για να ξεπεραστεί αυτή η πρόκληση, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ψυκτικό. Με το αλουμίνιο, μια ευνοϊκή ιδιότητα είναι η μείωση της θερμοκρασίας τελικά καθώς η ταχύτητα αυξάνεται πέρα ​​από ένα ορισμένο σημείο. Αρχικά, με την αύξηση της ταχύτητας τροφοδοσίας, η θερμοκρασία στην κοπή αυξάνεται. Αφού η θερμοκρασία φτάσει σε μια μέγιστη τιμή, οποιαδήποτε περαιτέρω αύξηση στην ταχύτητα τροφοδοσίας προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας. Αυτή η μειωμένη θερμοκρασία είναι ευνοϊκή για τη διαδικασία άλεσης αλουμινίου, καθώς οι απαιτήσεις ψυκτικού υγρού είναι χαμηλές και οι μηχανικές ιδιότητες των υλικών δεν επηρεάζονται.

Another advantage of aluminum milling using high-speed machining is the production of thin chips. As the cutting speeds are higher with reduced diameters of cutting tools, the chips produced during milling are thin. Another factor contributing to these thin chips is the machinability of aluminum. This soft metal, unlike other alloys and metals like titanium, chromium, and tungsten alloys, is easier to machine and hence at higher speeds produces thinner chips. These thin chips are favorable for the milling process as they help in heat dissipation. The chips transfer heat from the point of cut and hence, reduce the chances of work hardening. This otherwise work-hardened material can deteriorate the tool and may even break it or can cause damage to the workpiece itself.

Η χρήση μειωμένων διαμέτρων για εργαλεία κοπής κατά τη διάρκεια της φρεζαρίσματος αλουμινίου είναι επίσης δυνατή για φρέζες υψηλής ταχύτητας. Στη συμβατική άλεση, χρησιμοποιούνται εργαλεία κοπής μεγαλύτερης διαμέτρου σε χαμηλότερες ταχύτητες περιστροφής του άξονα. Ωστόσο, για το HSM, χρησιμοποιούνται εργαλεία κοπής μειωμένης διαμέτρου, με αποτέλεσμα την κοπή σε μικρότερο βάθος του τεμαχίου αλουμινίου. Αυτό είναι ευνοϊκό επειδή οι μειωμένες διάμετροι μπορούν να περιορίσουν τις φυγόκεντρες δυνάμεις. Αυτές οι φυγόκεντρες δυνάμεις είναι υπεύθυνες για την ανισορροπία των εργαλείων που μπορεί να κάνουν το χειρισμό των εργαλείων περίπλοκο. Η αύξηση του μεγέθους των φυγόκεντρων δυνάμεων πέρα ​​από μια κρίσιμη τιμή μπορεί να προκαλέσει είτε την απομάκρυνση του εργαλείου από το μηχάνημα προκαλώντας βλάβη στον χειριστή ή το τεμάχιο εργασίας ή ακόμη και να σπάσει το ίδιο. Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, αυτή η μειωμένη διάμετρος του κοπτικού εργαλείου είναι επίσης υπεύθυνη για την παραγωγή λεπτών τσιπς.

Συμπερασματικά, η υψηλή ταχύτητα αφαίρεσης υλικού που προσφέρει η HSM όχι μόνο αυξάνει την αποτελεσματικότητα και την παραγωγικότητα της διαδικασίας άλεσης αλουμινίου, αλλά η μακροζωία της μηχανής και του εξοπλισμού φρεζαρίσματος αυξάνεται επίσης σημαντικά. Οι ταχύτεροι ρυθμοί κοπής κατά την άλεση αλουμινίου μειώνουν σημαντικά τη μεταφορά θερμότητας στο τεμάχιο εργασίας καθώς και στο εργαλείο. Αυτή η μειωμένη διάδοση της θερμότητας μειώνει τις θερμικές τάσεις που διαφορετικά θα εμφανίζονταν στο εργαλείο ή στο τεμάχιο εργασίας. Επίσης, η διαδικασία της σκλήρυνσης εργασίας μειώνεται, καθιστώντας ευκολότερη τη μηχανική επεξεργασία και μειώνοντας τη φθορά του εργαλείου, ενισχύοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του.