BIG Kaiser Precision Tooling Inc.

BIG Kaiser Precision Tooling: микросверла Sphinx 80xD

Для создания микродеталей нужно больше, чем просто маленькие резцы. Читайте авторскую статью про микрофрезы и микрообработку, их преимущества и особенности.

Девятнадцать минут с начала второго тайма, и женская хоккейная команда университета Оттавы «Джи-Джис» отстает на одно очко. Появившись из ниоткуда, задира с левого фланга Хельга Лефевр отбрасывает центрального защитника «Джи-Джис» Холли МакДаф к забору, раздробив ее скулу и оставив рваную рану чуть выше линии роста волос Холли. Кровь окрашивает голубую полоску в красный цвет, но толпа ревет от восторга, когда бесстрашный юниор, не обращая внимания на боль, забивает три гола подряд в третьем тайме и ведет команду к победе.

В больнице доктор обработал рану и наложил на щеку Холли крошечную металлическую пластину, а затем прикрепил срезанный лоскут кожи к ее лбу с помощью скобок. Из-за риска возникновения инфекции он настоял на проведении нескольких анализов крови. Пока Холли шла на поправку, ее молодой человек сфотографировал ее для «Фейсбука» на смартфон. «Отличный шрам, Холли, – сказал он. – Он похож на кленовый лист».

Костные пластины, хирургические скобки, оборудование для анализа крови, даже смартфоны и их камеры, которые становятся все более мощными – ничто из этого не было бы возможным без миниатюрных режущих инструментов. И все же, как правильно отмечает Кори Цетковиц, для успешной эксплуатации режущих инструментов толщиной меньше человеческого волоса нужно еще многое наладить, включая правильный подбор инструментальных патронов, параметров подачи и скорости.

Что значит «малый»?

Цетковиц является инженером-аналитиком в компании BIG Kaiser Precision Tooling Inc. (Хоффман-Эстейтс, штат Иллинойс) и руководителем производственного направления по режущим инструментам марки Sphinx. Он поясняет, что микрообработка, в результате которой получаются детали и элементы размером менее 0,5 мм, становится все более распространенным направлением, при этом размеры отдельных элементов могут быть даже меньше, чем 100 микрон.

Цетковиц поясняет, что микрорезец – это не просто уменьшенная модель концевой фрезы диаметром 12 мм, которую вы установили в обрабатывающий центр этим утром. По мере уменьшения резцов толщина перемычки увеличивается относительно диаметра инструмента, что делает баланс между удалением стружки и прочностью фрезы еще более хрупким. К тому же становится сложнее достигнуть остроты кромок, поскольку резцы уменьшаются в размере – даже тончайшее покрытие на концевой фрезе для черновой обработки может быть больше, чем вся глубина канавки на микроинструменте. Это значительно усложняет шлифовку миниатюрными резцами, поскольку глубина реза во время обработки зачастую зависит от радиуса кромки инструмента. В конечном итоге Цетковиц предлагает отказаться от нанесения покрытия. Его преимущества несущественны, а при нанесении на инструменты диаметром менее 0,2 мм оно может даже оказать негативное влияние.

Инструмент Haimer USA

Инструмент Haimer USA

Нарост на режущей кромке резца, быстрый износ инструмента, неожиданные поломки – все проблемы, с которыми мы сталкиваемся при обычном фрезеровании, по мере уменьшения инструмента увеличиваются в геометрической прогрессии. Однако существует простой способ устранить многие сложности, с которыми связано микрофрезерование, утверждает Цетковиц – нужно увеличить скорость. «Очень часто клиенты используют миниатюрные концевые фрезы, не учитывая при этом подходящую окружную скорость».

Возьмите калькулятор. При работе с концевой фрезой диаметром 12 мм на средней скорости обработки поверхности 150 футов в минуту необходим всего 1271 оборот в минуту. С этим может справиться любой примитивный станок. Но уменьшите этот резец до 0,1 мм, и даже самый быстрый обрабатывающий центр покажет плохие результаты, требуя целых 150000 оборотов в минуту.

Необходим разгон

Не стоит беспокоиться, говорит Цетковиц. По цене хорошего подержанного мотоцикла можно приобрести пневматический шпиндель с частотой вращения от 60000 до 120000 оборотов в минуту, который может превратить даже самый медленный шпиндель в спринтера. «Недостаточная скорость – самый большой враг микрообработки, но и другие факторы, такие как дисбаланс и износ инструмента, не менее важны при уменьшении размера. Поскольку пневматическая скоростная головка изолирована и не зависит от вращения шпинделя станка, никакое внешнее воздействие не вызовет дисбаланс. Это улучшает эксплуатационные характеристики фактически любого микроинструмента, особенно старого оборудования, где шпиндель не всегда в хорошем состоянии».

Iscar SOLID MINI

Iscar SOLID MINI

Iscar – еще одна компания, продвигающая использование скоростных головок для микрофрезерования. Как поясняет технический директор Итей Шараби (Etay Sharabi), разработка компании Spinjet использует систему охлаждения станка для вращения микроинструментов на скорости до 40000 оборотов в минуту, что идеально для низкоскоростных автоматических станков. Шараби рекомендует использовать высокоточные цанги типа ER11 «AA» в большинстве вариантов микрообработки, за исключением тех случаев, где отношение длины инструмента к диаметру превышает 4:1. «Оптимальное решение в этой ситуации, по нашему мнению, – использовать термозажимной патрон. Мы также рекомендуем применять параметры микрообработки, указанные в нашем руководстве ITA (Руководство по инструментам Iscar), которые основаны на результатах внутренних испытаний, проведенных в одном из наших технических центров».

По словам Брента Хольдена, президента компании Haimer USA (Вилла-Парк, штат Иллинойс), существует две причины, из-за которых крепление с помощью термообжима является лучшим решением для микрофрезерования. «При использовании термозажимных патронов возникает совсем небольшой дисбаланс. Они обеспечивают равномерный износ на протяжении всего жизненного цикла инструментальной оправки, что особенно важно для микроинструментов». Вторая причина – это скорость. Гидравлические и большинство цанговых патронов обычно ограничены 35000 оборотами в минуту, в то время как термозажимной патрон может с легкостью удвоить эту цифру.

Хвостовики микрорезцов обычно имеют размер 3 мм или менее. Хольден призывает не волноваться тех, кто озабочен совсем незначительным расширением отверстия, которое обуславливает силу зажима, на таком маленьком термозажимном патроне. «Инструменты класса H6 или выше имеют оптимальный допуск на размер хвостовика. У нас никогда не возникало проблем с проскальзыванием».

Последний совет Хольдена для тех, кто желает заниматься микрообработкой: купите балансировочный станок. Как упоминалось ранее, для миниатюрных фрез требуются высокие скорости шпинделя, а это значит, что необходима балансировка инструментальной оправки. В то время как для обработки больших, менее требовательных деталей на скоростях до 10000 оборотов в минуту предварительной балансировки оправок обычно бывает достаточно, трудно не согласиться с тем, что при микрообработке балансировка инструмента в сборе обязательна. Это значит, что любой мастерской, серьезно занимающейся высокоскоростной обработкой, необходимо инвестировать примерно 30000 долларов в балансировочный станок. По словам Хольдена, износ и баланс – важные компоненты, влияющие на успешность использования микроинструмента.

Источник материала: перевод статьи
Mini mills,
Shop Metalworking Technology (SMT)

Автор:
п
ишущий редактор
Кип Хэнсон (Kip Hanson)



Понравилась статья? Поделитесь: