Visokohitrostna obdelava – aluminij

Tržna konkurenčnost in pritisk za učinkovitejšo in hitrejšo proizvodnjo in strojne dele sta preusmerila fokus s konvencionalne obdelave na visokohitrostno obdelavo (HSM). Visokohitrostna obdelava vključuje doseganje višje stopnje odvzema materiala z uporabo večje hitrosti vretena, večjega pomika in hitrosti rezanja. HSM lahko pomaga izboljšati produktivnost, zmanjšati čas cikla in učinkovito podaljšati življenjsko dobo orodja.

Aluminij ima eno najvišjih lastnosti obdelovalnosti in njegova uporaba v različnih panogah, zlasti v letalski in avtomobilski industriji, se je v zadnjih letih izjemno povečala. Zato je želja, da bi bil postopek rezkanja aluminija učinkovitejši in produktivnejši, pripeljala do prilagajanja procesa visoke hitrosti obdelave v različnih panogah. Vendar pa obstaja nekaj izzivov pri rezkanju aluminija, ki jih je treba obravnavati, da bo postopek varen in učinkovit. Nekateri od teh izzivov so:

  • Visokohitrostna obdelava proizvaja visoko toploto na vmesniku površina-orodje. Ta toplota lahko povzroči, da se aluminij utrdi in oteži nadaljnjo obdelavo in rezkanje. Da bi to premagali, je treba uporabiti strategijo hlajenja.
  • 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.
  • Višje rezalne hitrosti med rezkanjem pomenijo večje rezalne sile na orodju in obdelovancu. Te večje sile lahko otežijo rokovanje z orodjem. Če ni opravljeno pravilno, se lahko orodje odklopi od nosilca in poškoduje stroj in upravljavca.
  • Upravljanje visoke hitrosti obdelave zahteva dodatne spretnosti kot običajni stroji. Nekvalificiran operater in tehnik se lahko izkaže za škodljivo.

Ko so ti izzivi premagani in je zagotovljena varnost operaterja, je mogoče izkoristiti prednosti hitre obdelave. Glavna značilnost učinkovitega obdelovalnega procesa je pomik. Višje pomike zagotavljajo večjo produktivnost obdelovalnega procesa. Eden od vidikov, ki razlikujejo visokohitrostno obdelavo od običajnega rezkanja, je višja hitrost podajanja, ki jo je mogoče doseči s HSM. Poleg tega je zaradi večje obdelovalnosti aluminija njegovo rezkanje učinkovitejše in produktivnejše v primerjavi z drugimi kovinami ali kompoziti. Zaradi te ugodne lastnosti aluminija je koristen za uporabo v vesoljski in avtomobilski industriji. Višja hitrost odstranjevanja materiala omogoča hitrejši in učinkovitejši postopek rezkanja. Proizvodnja avtomobilskih in letalskih delov, ki zahtevajo večjo količino odvzema materiala, je produktivnejša z uporabo hitrih rezkalnih strojev.

Pomemben dejavnik pri uporabi hitrega rezkalnega stroja je povišana temperatura na mestu reza. Študije kažejo na zvišanje temperature, ko se hitrost krme poveča. To lahko povzroči spremembo mehanskih lastnosti materiala z delovnim utrjevanjem. Posledica tega je povečana mehanska trdnost in zmanjšana obdelovalnost. Za premagovanje tega izziva je treba uporabiti hladilno tekočino. Pri aluminiju je ugodna lastnost znižanje temperature sčasoma, ko hitrost naraste čez določeno točko. Na začetku se s povečanjem hitrosti podajanja temperatura pri rezu poveča. Ko temperatura doseže največjo vrednost, vsako nadaljnje povečanje hitrosti podajanja povzroči padec temperature. Ta znižana temperatura je ugodna za naš postopek rezkanja aluminija, saj so zahteve po hladilni tekočini nizke in mehanske lastnosti materialov niso prizadete.

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.

Uporaba zmanjšanih premerov za rezalno orodje pri rezkanju aluminija je možna tudi pri hitrih rezkalnih strojih. Pri običajnem rezkanju se uporabljajo rezalna orodja večjega premera pri nižjih hitrostih vrtenja vretena. Vendar pa se pri HSM uporabljajo rezalna orodja zmanjšanega premera, kar ima za posledico nižjo globino rezanja aluminijastega obdelovanca. To je ugodno, ker lahko zmanjšani premeri omejijo centrifugalne sile. Te centrifugalne sile so odgovorne za neuravnoteženost orodja, zaradi česar je rokovanje z orodji zapleteno. Povečanje velikosti centrifugalnih sil nad kritično vrednost lahko povzroči, da se orodje odmakne iz stroja in povzroči poškodbe operaterja ali obdelovanca ali pa se celo zlomi. Kot smo že pojasnili, je ta zmanjšan premer rezalnega orodja odgovoren tudi za proizvodnjo tankih sekancev.

Skratka, visoka hitrost odstranjevanja materiala, ki jo ponuja HSM, ne poveča le učinkovitosti in produktivnosti procesa rezkanja aluminija, ampak se tudi znatno poveča življenjska doba rezkalnega stroja in opreme. Hitrejše rezalne stopnje med rezkanjem aluminija znatno zmanjšajo prenos toplote na obdelovanec in orodje. To zmanjšano širjenje toplote zmanjša toplotne napetosti, ki bi se sicer pojavile v orodju ali obdelovancu. Prav tako je proces utrjevanja dela vlažen, kar olajša obdelavo in zmanjša obrabo orodja, s čimer se podaljša njegova življenjska doba.