Hogesnelheidsbewerking – aluminium

Het concurrentievermogen van de markt en de druk om onderdelen efficiënter en sneller te produceren en te bewerken, hebben de focus verlegd van conventionele bewerking naar hogesnelheidsbewerking (HSM). Bewerken met hoge snelheid omvat het bereiken van een hogere materiaalverwijderingssnelheid door een hogere spilsnelheid, hogere voeding en snijsnelheid te gebruiken. HSM kan helpen de productiviteit te verbeteren, de cyclustijd te verkorten en de levensduur van het gereedschap efficiënt te verlengen.

Aluminium heeft een van de hoogste bewerkbaarheidskenmerken en de toepassingen in verschillende industrieën, met name de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie, zijn de afgelopen jaren enorm gegroeid. Daarom heeft de wens om het aluminiumfreesproces efficiënter en productiever te maken geleid tot de aanpassing van het hogesnelheidsbewerkingsproces door verschillende industrieën. Er zijn echter enkele uitdagingen bij het frezen van aluminium die moeten worden aangepakt om het proces veilig en efficiënt te maken. Enkele van deze uitdagingen zijn:

  • Bewerking op hoge snelheid produceert hoge hitte bij de oppervlakte-gereedschapsinterface. Deze hitte kan het aluminium hard maken en kan het verdere bewerkings- en freesproces bemoeilijken. Om dit te ondervangen, moet een koelstrategie worden toegepast.
  • 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.
  • De hogere snijsnelheden tijdens het frezen betekenen grotere snijkrachten op het gereedschap en het werkstuk. Deze grotere krachten kunnen het hanteren van het gereedschap complexer maken. Als het niet goed wordt gedaan, kan het gereedschap losraken van de handler en schade aan de machine en de bediener veroorzaken.
  • Het bedienen van hogesnelheidsbewerkingen vereist extra vaardigheden dan conventionele machines. Een ongeschoolde operator en technicus kan schadelijk zijn.

Zodra deze uitdagingen zijn overwonnen en de veiligheid van de machinist is gegarandeerd, kunnen de voordelen van bewerking op hoge snelheid worden geplukt. Het belangrijkste kenmerk van een efficiënt bewerkingsproces is de voedingssnelheid. Hogere voedingen zorgen voor een hogere productiviteit van het bewerkingsproces. Een aspect dat high-speed bewerking onderscheidt van conventioneel frezen, is de hogere voedingssnelheid die kan worden bereikt met HSM. Bovendien maakt de hogere bewerkbaarheid van aluminium het frezen efficiënter en productiever in vergelijking met andere metalen of composieten. Deze gunstige eigenschap van aluminium maakt het geschikt voor gebruik in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie. De hogere materiaalafname maakt het freesproces sneller en efficiënter. De productie van auto- en ruimtevaartonderdelen, waarvoor een grotere hoeveelheid materiaal moet worden verwijderd, is productiever met behulp van hogesnelheidsfreesmachines.

Een belangrijke overweging bij het gebruik van een hogesnelheidsfreesmachine zijn de verhoogde temperaturen op het snijpunt. Studies wijzen op een stijging van de temperatuur naarmate de voedingssnelheden worden verhoogd. Dit kan een verandering in de mechanische eigenschappen van het materiaal veroorzaken door uitharding. Dit resulteert in een verhoogde mechanische sterkte en een afname van de bewerkbaarheid. Om deze uitdaging te overwinnen, moet een koelvloeistof worden gebruikt. Bij aluminium is een gunstige eigenschap dat de temperatuur uiteindelijk daalt naarmate de snelheid boven een bepaald punt stijgt. Aanvankelijk, met een toename van de aanvoersnelheid, neemt de temperatuur bij de snede toe. Nadat de temperatuur een maximale waarde heeft bereikt, veroorzaakt elke verdere verhoging van de toevoersnelheid een temperatuurdaling. Deze verlaagde temperatuur is gunstig voor ons freesproces van aluminium omdat de koelvloeistofbehoefte laag is en de mechanische eigenschappen van materialen onaangetast blijven.

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.

Het gebruik van verkleinde diameters voor snijgereedschappen tijdens het frezen van aluminium is ook mogelijk voor hogesnelheidsfreesmachines. Bij conventioneel frezen worden snijgereedschappen met een grotere diameter gebruikt bij lagere spilrotatiesnelheden. Voor HSM worden echter snijgereedschappen met een kleinere diameter gebruikt, wat resulteert in een lagere snedediepte van het aluminium werkstuk. Dit is gunstig omdat kleinere diameters de centrifugaalkrachten kunnen beperken. Deze middelpuntvliedende krachten zijn verantwoordelijk voor het uit balans brengen van gereedschappen, wat het hanteren van gereedschappen complex kan maken. De toename van de centrifugaalkrachten boven een kritische waarde kan ertoe leiden dat het gereedschap losraakt van de machine, waardoor de bediener of het werkstuk wordt beschadigd of zelfs kapot gaat. Zoals eerder uitgelegd, is deze kleinere diameter van het snijgereedschap ook verantwoordelijk voor de productie van dunne spanen.

Kortom, de hoge materiaalafnamesnelheid van HSM verhoogt niet alleen de efficiëntie en productiviteit van het aluminiumfreesproces, maar ook de levensduur van de freesmachine en -apparatuur neemt aanzienlijk toe. De snellere snijsnelheden bij het frezen van aluminium verminderen de warmteoverdracht naar het werkstuk en het gereedschap aanzienlijk. Deze verminderde verspreiding van warmte vermindert de thermische spanningen die anders in het gereedschap of het werkstuk zouden verschijnen. Ook wordt het proces van uitharding van het werk gedempt, waardoor de bewerkbaarheid gemakkelijker wordt en de slijtage van het gereedschap wordt verminderd, waardoor de levensduur wordt verlengd.