La turaţie maximă

La turaţie maximă

Prelucrarea prin așchiere cu viteză ridicată (HSM) nu numai că a condus la apariția diferențelor mari conceptuale între mașinile-unelte, dar a contribuit și la conștientizarea importanței axelor principale ale acestora; probabil că acesta este componentul esențial al unei mașini-unelte și factorul cheie al succesului operațiilor HSM.

Utilizarea unui ax principal la turaţii ridicate și atingerea echilibrului optim între turaţie și moment reprezintă dezideratul oricărui dezvoltator de axe principale. Performanţele acestui component depind de diferiţi factori. Unul dintre ei, esenţial, îl reprezintă realizarea ansamblului motor (unic sau motoare jumelate) cu adaptare ideală a sistemului de rulmenţi, a elementelor de etanșare și a soluţiei de prindere a sculei.

Pe parcursul prelucrării, axul principal nu este în contact direct cu semifabricatul, dar interacţionează activ prin intermediul sistemului tehnologic, iar elementul direct este scula așchietoare. Această conexiune activează ca un conductor pe întregul traseu și are rolul de a transforma caracteristicile impresionante ale unui ax de mare viteză în rezultate excepţionale ale prelucrării. Un alt element extrem de important aflat pe traseul ,,muchie așchietoare-ax principal" este adaptorul (conul) în care se montează scula, montat la rândul lui în ax. Dacă acest mic ansamblu (sculă-con) nu furnizează performanţele așteptate, rezultatul final este inacceptabil, oricât de performant ar fi axul principal. De aceea, ansamblul, care este de fapt o extensie a unui ax HSM trebuie să asigure la rândul său aceleași niveluri ridicate de acurateţe, fiabilitate și siguranţă, pe care le asigură axul principal.

Turaţiile ridicate generează forţe centrifuge. În cazul prelucrărilor HSM, spre deosebire de metodele de prelucrare tradiţionale, aceste forţe cresc exponenţial și se transformă practic în eforturi semnificative aplicate sculei așchietoare, cu influenţă covârșitoare asupra performanţelor și a durabilităţii. Atunci când sunt utilizate capete de frezare cu plăcuţe amovibile, forţele centrifugale pot duce la ruperea șuruburilor de fixare, la pierderea plăcuţelor, și în final, la distrugerea totală a capului de frezat. Fragmentele rezultate pe parcursul acestui proces nu numai că pot deteriora mașina-unealtă și piesa prelucrată, dar îl pot pune în pericol chiar și pe operator. De aceea, producătorii de scule așchietoare sunt obligaţi să ţină cont pe parcursul proiectării și realizării sculei de situaţiile ante-menţionate și să ia măsurile tehnologice necesare asigurării fiabilităţii. În consecinţă, capetele de frezare echipate cu plăcuţe amovibile trebuie să aibă o structură robustă și un sistem securizat de prindere/blocare a plăcuţelor. Vă propunem să analizăm șurubul de fixare a plăcuţei, cel mai mic și mai vulnerabil element al întregului sistem tehnologic, dar cu mare impact asupra fiabilităţii întregului sistem. Este foarte important ca șurubul să fie blocat utilizând cheia dinamometrică adecvată (figura 1). Chiar și așa, montarea cu momentul adecvat nu este suficientă pentru ca scula să fie asigurată 100%. Astfel, s-a recurs la proiectarea unui buzunar inteligent, care să minimalizeze încărcarea dinamică a șurubului.

Capetele de frezare ISCAR – HSM90S FAL-22 au fost create în mod special pentru a asigura frezarea Aluminiului cu regimuri de așchiere intensive. Sunt echipate cu plăcuţe de talie mare, capabile să prelucreze cu adâncimi de așchiere de până la 22 mm. Buzunarul e prevăzut cu o nervură în relief pe suprafaţa de bază, iar pe suprafaţa de așezare a plăcuţei este realizat un canal cu același profil. Canalul și nervura realizează practic un ansamblu

n FIGURA 1. Cheile dinamometrice asigură montare sigură și fiabilă a plăcuțelor în buzunarele capetelor de frezat.

n FIGURA 2. Construcția robustă a capetelor de frezare indexabile, la 90°, asigură prelucrarea componentelor de Aluminiu din Industria Aeronautică cu regimuri intensive. Momentul de blocare a șurubului și turația maximă sunt detalii inscripționate pe corpul sculei.

precis (figura 2). Plăcuţa este astfel blocată, iar deplasarea ei radială se anulează, micșorându-se astfel eforturile pe care forţele centrifugale ridicate le generează asupra șurubului. Această soluţie asigură frezarea în siguranţă la turaţii de până la 31.000 rpm.

De asemenea, pentru reducerea forţelor centrifuge, corpul frezei trebuie să fie echilibrat dinamic, cu precizie ridicată. Există standarde naţionale și internaţionale și norme care specifică foarte clar dezechilibrul dinamic permis. Când se demarează proiectarea unui cap de frezare destinat prelucrărilor HSM, trebuie neapărat avută în vedere distribuţia masei. Simetria faţă de axa sculei este esenţială. Sigur, echilibrul teoretic, calculat pentru un obiect virtual, nu poate înlocui echilibrul dinamic necesar corpului real. Calculul cât mai precis diminuează însă la maximum dezechilibrul real, care poate fi și el îmbunătăţit prin acţiuni practice compensatorii. Proiectarea performantă face mult mai ușoară această operaţie.

Este bine cunoscută ambiţia inginerului proiectant de a realiza corpuri de scule cât mai durabile, echipate cu plăcuţe indexabile. În particular, suprafaţa din buzunar pe care se așează plăcuţa trebuie să aibă duritate cât mai mare, cu scopul de a rezista cât mai bine frecărilor. Pe de altă parte, cu cât duritatea e mai ridicată, cu atât un corp care se rotește cu turaţie ridicată e mai predispus dezintegrării. Așadar, găsirea echilibrului optim între duritate și tenacitate este o altă provocare legată de realizarea unei prelucrări eficiente HSM.

Sculele monobloc au acurateţe mai ridicată și constructiv sunt fără îndoială superioare din punctul de vedere al echilibrului dinamic. De asemenea, în mod natural am putea spune, sculele monobloc au diametre inferioare celor echipate cu plăcuţe amovibile și deci au nevoie de turaţii mai ridicate pentru a atinge viteze de așchiere similare. Aceasta este și motivul pentru care majoritatea sculelor HSM sunt în construcţie monobloc.

În mod uzual, sculele monobloc sunt realizate din carburi metalice sinterizate; în același timp, recent, scule realizate din materiale ceramice au câștigat teren și au devenit din ce în ce mai populare, în special la prelucrarea super-aliajelor. În orice caz, alegerea sculei monobloc celei mai potrivite unei aplicaţii, în special a frezei dedicate operaţiilor HSM nu este deloc ușoară.

Similar, consolele în care lucrează frezele monobloc (exprimate în rapoarte Lungime/ Diametru) sunt superioare celor pe care le utilizează frezele echipate cu plăcuţe. De aceea, diametrul relativ redus combinat cu geometria elicei, duce la obţinerea unei secţiuni critice reduse. Prin urmare, este necesară atenţie deosebită pentru evitarea regimurilor vibratorii.

În vederea rezolvării acestei probleme, inginerii proiectanţi prevăd în mod frecvent pas variabil combinat cu unghi variabil al elicei. Inevitabil, scula nu mai respectă principiul simetriei menţionat anterior, ceea ce poate induce comportare defectuoasă în prelucrare. Devine astfel clar că proiectarea unei astfel de scule necesită multă ingeniozitate, pentru că acceptarea unor compromisuri este inevitabilă. (figura 3)

 FIGURA 3.

Freza monobloc ISCAR, prevăzută cu 7 dinți, dedicată prelucrărilor HSM este prevăzută cu unghiuri diferite de înclinare a elicelor, pas variabil și fragmentatoare de așchii prevăzute pe muchia așchietoare. Acestea fiind zise, concluzia este că realizarea unei scule anti-vibratorii performante echivalează cu câștigarea în mare parte a bătăliei. Am menţionat deja că adaptorul se montează într-un ax principal de mare viteză. Și atunci, cât de importantă mai este scula, fie ea și ideală, dacă de fapt se montează într-un adaptor care din construcţie este un element mult mai masiv și ar putea fi necompatibil cu o prelucrare HSM?

Sub nicio formă nu putem separa caracteristicile dinamice ale sculei de cele ale adaptorului. Firesc, echilibrarea dinamică se face pentru ansamblul sculă-adaptor. Este unica soluţie pentru a asigura toate cerinţele: acurateţe, fiabilitate și siguranţă.

Sistemele moderne CAD/CAM pot estima comportamentul dinamic al diferitelor produse, bazate pe modelele 3D. Furnizarea modelelor pentru sculele așchietoare, pentru adaptoarele acestora și pentru diferitele accesorii din ansamblu reprezintă o caracteristică tipică unui producător serios de scule. Cu această ocazie, reamintim cu satisfacţie că ISCAR a perfecţionat în mod semnificativ opţiunile de creare a ansamblurilor în catalogul său electronic.

În concluzie, HSM – operaţii cu viteze ridicate și eficienţă excepţională - au adus inevitabil cerinţe de proiectare și realizare fără precedent în domeniul sculelor așchietoare. A