Встречайте: энергоэффективное резание

Стремление к сокращению потребления энергии в металлообработке – явление не новое; сегодня это одно из важнейших технических требований. Понимание ответственности отрасли за защиту окружающей среды поспособствовало развитию процессов, материалов и оборудования, которые значительно снижают потребление энергии в ходе обработки.

Современные обрабатывающие центры потребляют меньше энергии по сравнению с предшественниками и показывают большую производительность. Изначально типовой производственный процесс был разделен на предварительную и окончательную обработку, которые выполнялись на двух станках. Первый мощный станок снимал большую часть припуска, а второй станок применялся для более точных операций: достижения окончательной формы и требуемого качества поверхности. Сегодня это делается за один этап и в два раза быстрее. Увеличение скорости и снижение нагрузок приводит к повышению производительности и сокращению уровня требуемой мощности. Кроме того, снижаются силы, действующие на основные узлы станка (шпиндель, направляющие и т.д.), что в конечном итоге положительно влияет на срок службы оборудования и инструмента и делает обработку более точной и предсказуемой.

Немаловажную роль в этом играет режущий инструмент. Поэтому требования к мощности могут быть смягчены за счет применения самого перспективного инструмента.

Передовая геометрия режущей кромки
При фрезеровании потребляемая мощность зависит от нескольких параметров: материал заготовки, глубина и ширина резания, скорость и подача. Комбинация этих зависимостей определяет сопротивление материала механической обработке и общую силу резания, возникающую во время процесса. Существует еще один важный фактор, тесно связанный с этими силами – геометрия используемого инструмента, а конкретнее, передние углы как в нормальном, так и в осевом направлении.

Передний угол влияет на тангенциальную составляющую силы резания и является основным определяющим фактором требуемой мощности, если все остальные параметры равны. Осевой передний угол влияет на разделение общей силы резания на составляющие и на величину тангенциальной силы резания в том числе. Что касается фрез с СМП, передние углы определяются формой передней поверхности и позиционированием пластины в корпусе.

В начале 90-х ISCAR представил серию HELIMILL – фрезы для пластин со спиральной режущей кромкой. Такая форма кромки была получена путем совмещения передней поверхности сложной формы и боковой спиральной поверхности. Конструкция HELIMILL создает постоянный положительный нормальный передний угол и положительный осевой передний угол вдоль всей режущей длины. Эта особенность сразу привела к сокращению потребляемой мощности и обеспечила мягкое резание. HELIMILL – новый подход к проектированию, который рассматривается сегодня, как общепризнанный формат для сменных фрезерных пластин, ставит формованную переднюю поверхность на первый план.

Пытаясь увеличить передний угол, конструктор стремится сильно наклонить переднюю поверхность. Однако есть серьезное ограничение, так как увеличение переднего угла ослабляет режущую кромку и отрицательно сказывается на прочности. Спиральная кромка создает разницу между высотами, которая измеряется между соседними углами пластины. Производство таких спекаемых изделий – непростая задача, которая требует серьезных технологических усилий. Сегодняшний прогресс в порошковой металлургии дает больше возможностей увеличить как передний угол, так и угол спирали режущей кромки без ущерба прочности. Пластины ISCAR H690 WNMU 0705 (Рис. 1) – хороший пример большого наклона передней поверхности, который позволяет уменьшить потребляемую мощность. Распространение употребления термина "высокопозитивная" при описании современных фрезерных пластин подчеркивает новые динамические изменения. Это определение подчеркивает современное положение техники. Поскольку производство инструмента с твердосплавными пластинами не истощает ресурсы топологии, “высокопозитивная“ сегодня может считаться “нормальной” завтра.

Работать быстрее с меньшим потреблением энергии
Считается, что механическая обработка с максимальной мощностью является эффективным средством повышения производительности. Черновое фрезерование глубоких полостей фрезами с наборной режущей кромкой или плоскостей фрезами большого диаметра и большой осевой глубиной резания, когда за проход снимается значительный припуск – типичные примеры такого подхода. Для этих операций характерна большая скорость съема металла и потребляемая мощность, поскольку фрезерование с большими силами резания требует использования очень мощных станков. В этом случае эффективность достигается за счет удаления материала максимально возможного сечения на низких и средних подачах.

В то же время другая техника чернового фрезерования предлагает диаметрально противоположный принцип: быстрое движение инструмента и малая глубина резания. В этом случае потребляемая мощность резко падает без потери производительности – инструмент работает с очень большой подачей, гарантируя эффективный съем металла. Эта энергосберегающая, "быстрая" технология является отличной заменой энергоемкой, "медленной" технологии с большой глубиной резания. Фрезерование с высокой подачей (HFM), успешно применяемое на современном быстром оборудовании, стало серьезной альтернативой традиционному подходу.

Фрезы HFM (“высокая подача”) имеют особенную геометрию (Рис. 2), которую ISCAR применил на всех сериях фрезерного инструмента: фрезы с СМП, монолитные фрезы и головки Multi-Master. Кроме того ISCAR представил уникальные сменные пластины, которые при установке на обычные фрезы преобразуют их в инструмент HFM для работы с высокой подачей.

Альтернативные стратегии обработки – вызов укоренившимся методам
Расширение возможностей современного инструмента привело к появлению новых стратегий фрезерования, которые наряду с другими преимуществами сокращают потребление энергии.

В качестве примера можно привести точение крупногабаритных деталей. При точении скорость резания традиционно обеспечивается вращением заготовки. Если главный привод станка не способен вращать тяжелую заготовку с требуемой частотой, скорость резания будет отставать от необходимого диапазона. Это ограничение приводит к потере производительности. Сегодня современные многофункциональные станки предлагают эффективное решение: фрезоточение – способ, сочетающий фрезерование и точение, когда фреза обрабатывает вращающуюся заготовку. Большинство фрез ISCAR с СМП может использоваться для фрезоточения, однако правильное позиционирование инструмента и расчет режимов резания требуют более глубокого понимания конкретных особенностей этого процесса.

Обычно фрезерование пазов и канавок начинается с обработки цельного материала с полным контактом инструмента и заготовки. Такой метод приводит к увеличению сил резания и потребляемой мощности. Техника высокоскоростного трохоидального фрезерования может стать эффективной альтернативой обычной стратегии фрезерования пазов. При трохоидальном фрезеровании быстро вращающая фреза обрабатывает паз по дуге с большой глубиной и очень маленькой шириной резания и срезает тонкие слои материала с большой скоростью и подачей. Этот метод позволяет заметно снизить потребляемую мощность. Неудивительно что трохоидальное фрезерование успешно используется для производства деталей со сложными пазами и канавками, таких как моноколеса, импеллеры и т.п., а также тонкостенных деталей. ISCAR недавно представил серию Ti-TURBO – монолитные фрезы ECK H7/9-CFR с уникальной геометрией, 7 или 9 зубьями, переменным углом подъема спирали и неравномерным угловым шагом (Рис. 3). Основное применение – трохоидальное фрезерование труднообрабатываемых титановых сплавов.

Передовые стратегии обработки и правильный выбор инструмента создают новые возможности для энергосбережения. Уменьшение потребляемой мощности – одно из необходимых условий современного производства. Станки обеспечивают промышленность всеми средствами для создания высокопроизводительной и энергоэффективной технологии. Инструмент не только режет металл, но и сокращает потребление энергии.

Рис. 1


Рис. 2


Рис. 3

Privacy Statement