התחרותיות בשוק והלחץ לייצר ולעבד חלקים בצורה יעילה ומהירה יותר, העבירו את המיקוד מעיבוד שבבי קונבנציונלי לעיבוד מהיר (HSM). עיבוד מהיר כרוך בהשגת קצב הסרת חומרים גבוה יותר על ידי שימוש במהירות ציר גבוהה יותר, הזנה גבוהה יותר ומהירות חיתוך. HSM יכול לעזור לשפר את הפרודוקטיביות, להפחית את זמן המחזור ולשפר את חיי הכלי ביעילות.
לאלומיניום אחד ממאפייני העיבוד הגבוהים ביותר והיישומים שלו בתעשיות שונות, במיוחד תעשיות תעופה וחלל ורכב צמחו מאוד בשנים האחרונות. לכן, הרצון להפוך את תהליך כרסום האלומיניום ליעיל ויצרני יותר הוביל להתאמת תהליך העיבוד המהיר על ידי תעשיות שונות. עם זאת, ישנם כמה אתגרים לכרסום אלומיניום שיש לטפל בהם כדי להפוך את התהליך לבטוח ויעיל. חלק מהאתגרים הללו הם:
- עיבוד שבבי במהירות גבוה מייצר חום גבוה בממשק פני השטח-כלי. חום זה יכול להפוך את האלומיניום להקשה בעבודה ויכול להקשות על תהליך עיבוד וכרסום נוסף. כדי להתגבר על זה, יש להשתמש באסטרטגיית קירור.
- עיבוד מהיר פירושו שיעורי מהירות חיתוך גבוהים יותר, מה שמוביל לרעידות ולפטפוטים משופרים. רעידות אלו מזיקות לחיי הכלי ועלולות לפגוע גם בחלק האלומיניום. לכן, יש לנקוט אמצעי זהירות נוסף באיזון ובתכנון של הכלי המשמש בעת ביצוע מכשיר הכרסום במכונה במהירות גבוהה.
- מהירות החיתוך הגבוהה יותר במהלך כרסום פירושה כוחות חיתוך גדולים יותר על הכלי וחומר העבודה. כוחות גדולים יותר אלו יכולים להפוך את הטיפול בכלי למורכב יותר. אם לא נעשה כראוי, הכלי יכול להתנתק מהמטפל ולגרום נזק למכונה וגם למפעיל.
- ההפעלה של עיבוד שבבי במהירות גבוהה דורשת מיומנויות נוספות מאשר מכונות קונבנציונליות. מפעיל וטכנאי לא מיומנים יכולים להוכיח שהם מזיקים.
לאחר שהתגברו על האתגרים הללו ובטיחות המפעיל מובטחת, ניתן להפיק את היתרונות של עיבוד שבבי במהירות גבוהה. המאפיין העיקרי של תהליך עיבוד יעיל הוא קצב ההזנה. קצב הזנה גבוה יותר מבטיח פרודוקטיביות גבוהה יותר של תהליך העיבוד. היבט אחד המבדיל בין עיבוד שבבי במהירות גבוהה לבין כרסום קונבנציונלי הוא מהירות ההזנה הגבוהה יותר שניתן להשיג עם HSM. יתר על כן, יכולת העיבוד הגבוהה יותר של האלומיניום הופכת את הכרסום שלו ליעילה ויעילה יותר בהשוואה למתכות או חומרים מרוכבים אחרים. תכונה חיובית זו של האלומיניום הופכת אותו למועיל לשימוש בתעשיית התעופה והחלל. קצב הסרת החומר הגבוה יותר הופך את תהליך הטחינה למהיר ויעיל יותר. הייצור של חלקי רכב וחלל, הדורשים כמות גדולה יותר של פינוי חומרים, פרודוקטיבי יותר באמצעות מכונות כרסום מהירות.
שיקול חשוב, תוך שימוש במכונת כרסום במהירות גבוהה, הוא הטמפרטורות המוגברות בנקודת החיתוך. מחקרים מצביעים על עלייה בטמפרטורה ככל שקצב ההזנה גדל. זה יכול לגרום לשינוי בתכונות המכניות של החומר על ידי התקשות העבודה. כתוצאה מכך חוזק מכני מוגבר וירידה ביכולת העיבוד. כדי להתגבר על האתגר הזה, יש להשתמש בנוזל קירור. עם אלומיניום, תכונה חיובית היא ירידה בטמפרטורות בסופו של דבר ככל שהמהירות עולה מעבר לנקודה מסוימת. בתחילה, עם עלייה במהירות ההזנה, הטמפרטורה בחתך עולה. לאחר שהטמפרטורה מגיעה לערך מרבי, כל עלייה נוספת במהירות ההזנה גורמת לירידה בטמפרטורה. טמפרטורה מופחתת זו טובה לתהליך הטחינה שלנו של אלומיניום מכיוון שדרישות נוזל הקירור נמוכות והתכונות המכניות של החומרים אינן מושפעות.
יתרון נוסף של כרסום אלומיניום שימוש בעיבוד שבבי מהיר הוא ייצור של שבבים דקים. מכיוון שמהירויות החיתוך גבוהות יותר עם קטרים מופחתים של כלי חיתוך, השבבים המיוצרים במהלך הכרסום דקים. גורם נוסף התורם לשבבים הדקים הללו הוא יכולת העיבוד של האלומיניום. מתכת רכה זו, בניגוד לסגסוגות ומתכות אחרות כמו טיטניום, כרום וסגסוגות טונגסטן, קלה יותר לעיבוד ולכן במהירויות גבוהות יותר מייצרת שבבים דקים יותר. שבבים דקים אלו מתאימים לתהליך הטחינה מכיוון שהם מסייעים בפיזור חום. השבבים מעבירים חום מנקודת החיתוך ומכאן, מפחיתים את הסיכוי להתקשות העבודה. חומר זה המוקשה בדרך אחרת עלול לקלקל את הכלי ואף עלול לשבור אותו או לגרום נזק לחומר העבודה עצמו.
השימוש בקטרים מופחתים עבור כלי חיתוך במהלך כרסום אלומיניום אפשרי גם עבור מכונות כרסום מהירות. בכרסום קונבנציונלי, נעשה שימוש בכלי חיתוך בקוטר גדול יותר במהירויות סיבוב נמוכות יותר של הציר. עם זאת, עבור HSM, נעשה שימוש בכלי חיתוך בקוטר מופחת, וכתוצאה מכך לחתוך עומק נמוך יותר של חלק העבודה מאלומיניום. זה חיובי מכיוון שקטרים מופחתים יכולים להגביל את הכוחות הצנטריפוגליים. כוחות צנטריפוגליים אלו אחראים לחוסר איזון של הכלים שעלול להפוך את הטיפול בכלים למורכב. העלייה בעוצמת הכוחות הצנטריפוגליים מעבר לערך קריטי עלולה לגרום לכלי להתנתק מהמכונה ולגרום נזק למפעיל או לחומר העבודה או אפילו לשבור את עצמו. כפי שהוסבר קודם לכן, הקוטר המופחת הזה של כלי החיתוך אחראי גם לייצור שבבים דקים.
לסיכום, המהירות הגבוהה של פינוי החומרים שמציעה HSM לא רק מגבירה את היעילות והפרודוקטיביות של תהליך כרסום האלומיניום, אלא גם אורך החיים של מכונת הכרסום והציוד עולה במידה ניכרת. קצבי החיתוך המהירים יותר במהלך כרסום אלומיניום מפחיתים במידה ניכרת את העברת החום לחומר העבודה כמו גם לכלי. התפשטות מופחתת זו של חום מפחיתה את הלחצים התרמיים שאחרת היו מופיעים בכלי או בחומר העבודה. כמו כן, תהליך הקשחת העבודה מופחת, מקל על יכולת העיבוד ומפחית את הבלאי של הכלי, ובכך משפר את חייו.