Обработка глубоких полостей

Процесс обработки отверстия диаметром ¾ дюйма в заготовке из тантала. Даже в отверстиях меньшего диаметра, до 6 мм, в тонкостенной титановой трубе этот инструмент способен обрабатывать поверхности с чистотой 8-10 мкм и служит в 10 раз дольше инструмента, использовавшегося ранее, при скорости обработки выше на 16%

Говоря об обработке глубоких полостей, вспомним, что специализированные твердосплавные пластины для большой скорости подачи режут значительно быстрее, при этом меньшее боковое давление на инструмент предотвращает колебание, которое может привести к поломке, а жесткие хвостовики снижают как колебание, так и износ инструмента, особенно при работе на больших вылетах.

Компании Medfab Manufacturing с помощью микрорезца Ingersoll T-Micro удалось значительно улучшить процесс растачивания отверстий малого диаметра в производимых компонентах медицинского назначения.

Нововведения в области металлообрабатывающего инструмента значительно облегчают работу при выполнении широкого диапазона задач.  Осуществление стабильного фрезерования по контуру на глубину 55 см в литьевой форме из закаленной стали или турбинной лопатки из нержавейки уже не является фантастикой. Высокие стенки или перегородки тоже перестали быть препятствием при обработке поверхности дна, а фрезерование поверхностей глубоко утопленных плоскостей в чугунных отливках происходит в 3-5 раз быстрее, чем раньше, без обычной при этом вибрации инструмента и с гораздо меньшим риском поломки.

Обработка глубоких полостей

Чтобы идти в ногу со спросом в области крупноразмерных литьевых форм и штампов, компания Chicago Mold Engineering разработала ускоренный способ выборки глубоких полостей и, наоборот, выступающих деталей в закаленной стали

Новые фрезы для обработки с большой скоростью подачи Ingersoll Hi-Feed Mini позволяют проводить получистовую обработку в два раза быстрее, чем раньше. По стали высокой твердости марки P20 (аналог нашей 38ХНМ – прим. перев.) инструмент диаметром 32 мм идет с минутной скоростью свыше 500 см/мин.

Есть и ещё чем похвастаться. На сегодняшний день производители медицинского инструмента наладили стабильный процесс сверления отверстий с соотношением глубины к диаметру 4:1 в тонкостенных титановых заготовках – это процесс, который ставил в тупик обычные металлорежущие инструменты в течение более чем десятилетия.

Сегодня наиболее расторопные производители форм для литья пластмасс выбирают глубокие полости в формах в два раза быстрее.

«Ни один инструмент при обработке на больших вылетах  не удовлетворяет одновременно все требования, кроме тех инструментов, что обладают двумя общими особенностями. К таким продуктам относятся твердосплавные пластины с геометрией для высокоскоростной обработки и сверхжёсткий хвостовик или удлинитель», – говорит Конрад Форман, менеджер по фрезеровальной продукции компании Ingersoll Cutting Tools в Северной Америке. – «Таким образом, выбор инструмента для конкретной задачи будет зависеть, в основном, от формы выемки, которую необходимо сделать».

Улучшение выборки полостей в литьевых формах

Большая часть новинок своим появлением обязана отрасли изготовления штампов и пресс-форм с её типичными операциями фрезерования в глубине полостей форм из закаленной стали. Последние рыночные тенденции к укрупнению и углублению форм только активизируют эту проблему. «В среднем за последние 5 лет глубина полостей форм выросла на 12-20 см», – говорит Джей Нобл, ведущий оператор металлообрабатывающего комплекса компании Redoe Mold Ltd, расположенной в г. Виндзор канадской провинции Онтарио.

В настоящее время в компании Redoe финишная обработка выемок глубиной от 38 до 56 см происходит вдвое быстрее, чем раньше, и устранена проблема ломки кромок. При этом используется новый комплект инструмента – высокоскоростная фреза Form MasterV от Ingersoll, смонтированная на удлинителе хвостовика Ingersoll Inno-Fit.

При высокой скорости подачи инструмент подается быстрее, но делает более мелкие надрезы. Металл снимается быстрее, но при этом возникают меньшие напряжения инструмента, особенно уменьшаются боковые силы, усложняющие работу инструменту с большим вылетом. Специализированные твердосплавные пластины для высокой скорости подачи обычно треугольные, с малыми углами в плане (10-20°) по сравнению с обычными режущими пластинами.

Вот некоторые из особенностей сверхжесткого удлинителя хвостовика Inno-Fit: самоцентровка, трехточечный дизайн соединительной муфты, увеличенная площадь контакта сопрягаемых поверхностей и исключительно износостойкий материал изготовления. Для сравнения: большинство обычных удлинителей хвостовиков используют для стыковки систему скользящего зацепления.

Инструментальные решения от Ingersoll, включая модифицированную тороидальную фрезу для высокоскоростной подачи, позволяют достойно выполнить поставленную задачу, включая фрезерование поднутрений. Уход от шлифования вручную улучшил точность изготовления с 1.1 мм до 0,01 мм и позволил получить чистоту поверхности до 32 мкм, тем самым увеличив эффективность работы самой гидроэлектростанции. Теперь турбинные колеса изготавливаются вдвое быстрее.

Обработка глубоких полостей

Больше 500 часов обработки с большим вылетом требуется компании Canyon Hydro для изготовления более чем трехметрового турбинного колеса для гидроэлектростанций на своем металлообрабатывающем центре, который сам по себе является произведением искусства. Обратите внимание на фрезерную головку с удлиненным инструментом слева внизу на фото

Компания Chicago Mold Engineering – представитель несколько иного подхода. Для выборки неглубоких выемок в компании используют фрезу Ingersoll Hi Feed Mini, одну из самых маленьких фрез на рынке с геометрией для высокоскоростной подачи «high-feed». В результате эта компания, располагающаяся в г. Св.Чарльз, штат Иллинойс, выполняет получистовую обработку быстрее чем раньше и более, чем в два раза, быстрее. Новый инструмент имеет больше зубьев, чем использовавшийся ранее, снижая силу резания на зуб без замедления операции. С учетом меньших боковых сил предприятию для своих целей хватает и менее дорогого, стандартного удлинителя.

Фрезерование турбинных лопаток для больших турбин гидроэлектростанций почти на 100% состоит из операций, выполняемых с большим вылетом, и инструмент всегда подвержен риску появления вибрации, которая не позволит выдержать требования спецификации. Соответственно в компании Canyon Hydro, что в г. Самас, штат Вашингтон, сделали всё для ликвидации причин возникновения вибрации с самого первого этапа – установки новейшего суперсовременного шестиосевого обрабатывающего центра.

Турбины, в самой гидроэнергетике называемые «бегунки», могут достигать размаха до трех с половиной метров и при обработке в течение трех месяцев 24 часа 7 дней в неделю могут терять до полутора тонн в весе снятого металла. Большая часть фрезерования производится при большом вылете. Почти вся обработка выполняется на полуметровых удлинителях, при этом поверхность должна быть чище 32 мкм, а геометрическая точность должна выдерживаться в пределах 0.25 мм.

Компании Canyon и Ingersoll вместе разработали необходимый инструментальный пакет, делая акцент на точности и качестве поверхности, даже в ущерб производительности. Для менее крупногабаритных турбин компания сделала выбор в пользу Ingersoll FormMaster Pro, специально сконструированного для стабильной черновой и чистовой обработки на большом вылете. Помимо геометрии для высокоскоростной подачи, особенностью этой трехзубой фрезы являются твердосплавные пластины с зубчатой режущей кромкой, которые последовательно и неумолимо «выгрызают» металл из заготовки. Каждая пластина расположена под углом 5 минут к предыдущей на траектории вращения, поэтому каждая режущая кромка идет со сдвигом от траектории предыдущей. Операция происходит вдвое быстрее, чем раньше, при этом выдерживаются все допуски. Невероятно!

На больших бегунках требуется фрезеровать несколько поднутрений, используя полуметровый удлинитель. Поднутрения обрабатываются с помощью модифицированной фрезы FormMaster Pro, в конструкцию которой добавлено несколько новых режущих кромок. Большую часть времени она работает как обычная торцевая фреза, а при необходимости ещё и как фреза для Т-образных пазов. Результат обработки больших бегунков тот же, что и меньших – вдвое быстрее, и все спецификации соблюдены.

Отверстия большого диаметра и глубины

Выполнение отверстий больших диаметров и на больших вылетах инструмента также значительно продвинулось с использованием инструмента с высокоскоростной подачей. Компания Baldor Electric недавно нашла ему настолько успешное применение, что с тех пор использует этот инструмент ещё на 10 операциях и думает о его внедрении на нескольких других принадлежащих ей заводах.

Обработка глубоких полостей

С помощью приема винтового фрезерования компания Baldor Electric экономит время и деньги при выполнении отверстий большого диаметра как при фрезеровании на поверхности, так и в углублениях. Экономическая эффективность и безопасность процесса оказались гораздо выше, чем при орбитальном фрезеровании

При работе винтовым способом торцевая фреза Ingersoll Hi-Feed Deka с 25-сантиметровым удлинителем сверлит отверстия с нуля втрое быстрее, чем раньше, а также устраняет вероятность поломки инструмента и необходимость в перезаточке. Режущие грани сменных пластин работают гораздо дольше, чем обычная твердосплавная фреза – примерно в десять раз, при этом ни разу не дали повода сомневаться в их надежности.

В одной из деталей требовалось проделать в стальной отливке отверстие диаметром более 25 см в глубине между перегородками. До этого Baldor применял цельную твердосплавную торцевую фрезу и способ орбитального фрезерования. В настоящее время эта операция выполняется фрезой для быстрой подачи Ingersoll Deka, двигающейся по винтовой траектории. Смена способа фрезерования и инструмента утроили скорость съема материала и увеличили срок службы в … 20 раз!

Преимущества проистекают из двух факторов: геометрии фрезы Deka и траектории движения фрезы, которая углубляется по мере работы. При этом не требуется никакого засверливания, обработка производится с нуля. Также не требуется пауз для погружения фрезы, присущих фрезерованию орбитальным способом, а геометрия фрезы значительно снижает боковые силы, действующие на инструмент.

Опыт компании Medfab Manufacturing является прекрасным показателем того, что выборка крошечных отверстий на большом вылете больше не является такой проблемой, как раньше. Сотрудники компании, располагающейся в Лейквиле, штат Миннесота, описали свою проблему так: обработка по внутреннему диаметру, тонкостенная титановая заготовка, коэффициент 4:1 и  чистота поверхности по спецификации – 16 микрон. Заготовка представляет собой титановую трубку длиной 25 и диаметром 6.4 мм со стенками тоньше ногтя.

В качестве средства для решения проблемы прекрасно подошёл расточной резец от Ingersoll со сложной и необычной конструкцией, представляющий собой деталь эллиптического сечения с возможностью подачи СОЖ через твердосплавную пластину и c геометрией для высокоскоростной подачи. Называется эта фантастическая вещица Ingersoll T-Micro Turbo. Кончик режущей кромки отцентрирован относительно поперечного сечения державки, овальной в разрезе, при этом нагрузки принимаются на длинную сторону овала, что обеспечивает дополнительную жесткость и уменьшает вибрацию, а короткая сторона образует сужение, облегчающее удаление стружки.

Время обработки до этого составляло 3.5 минуты, после чего следовала 15-минутная ручная полировка каждой детали до достижения чистоты внутренней поверхности 20 мкм, указанных в спецификации. С использованием резца T-Micro время обработки снизилось до 3 минут, чистота поверхности после обработки получалась 8-10 микрон (даже на 250-й по счёту детали), соответственно, полностью отпала необходимость в последующей ручной полировке.

Опираясь на этот успех, компания Medfab теперь применяет микрорезец T-Micro для обработки деталей из тантала, марка MM35P (обрабатываемость как у уаспалоя), а также сплавов с высоким содержанием никеля.

Глубоко между перегородками

По словам г-на Формана, обработка плоских поверхностей также выигрывает при применении режущих пластин с высокоскоростной подачей и высокими режущими свойствами. В доказательство он приводит обдирку и плунжерное фрезерование выпуклостей на глубине 38 см между перегородками, проводимые на Hol-Mac Incorporated, г. Бэй Спринг, штат Миссисипи.

Обработка глубоких полостей

Типовая операция фрезерования верхнего слоя стальных отливок в компании Hol-Mac Inc., включающая в себя обработку в глубине до 38 см. Предприятие использует тангенциальное фрезерование и фрезу Ingersoll S-Max для первичной обработки большинства крупноразмерных отливок. В результате такого подхода производительность увеличилась вдвое по сравнению с прошлым, срок службы инструмента увеличился вчетверо, а поломки инструмента канули в лету

Несколько лет назад во время таких операций иногда происходило разрушение твердосплавной пластины, при этом инструмент ломался, после чего выламывал шпиндель станка, прежде чем оператор успевал даже моргнуть, не то чтобы выключить станок. Инженер по производству Джон Скарборо задался целью найти альтернативу и, в конце концов, пришёл к решению сделать ставку на торцевую фрезу с тангенциально ориентированными режущими пластинами Ingersoll S-Max. Переход на новый инструмент не только полностью устранил поломки, ведущие к таким катастрофическим последствиям, но и удвоил производительность более чем 20-ти операций, производящихся на большом вылете инструмента.

У фрез с тангенциальной ориентацией пластин режущие пластины как бы лежат на окружности, образуемой траекторией их движения при вращении фрезы, в то время как у обычных фрез они располагаются «стоя» (см.рисунок). При таком «лежачем» положении основной вектор сил резания прикладывается к увеличенному в глубину сечению пластины, что позволяет по максимуму использовать прочностные свойства пластины и значительно увеличить надежность работы при операциях на большом вылете.

По словам Формана, на сегодняшний день фрезы с тангенциально ориентированными пластинами могут выполнять операции с плоскостями и, немного, операции по врезанию.

Обработка глубоких полостей

1 — тангенциальная ориентация пластин; 2 — обычная ориентация пластин

У фрез с тангенциальной ориентацией пластин режущие пластины как бы лежат на окружности, образуемой траекторией их движения при вращении фрезы, при этом основной вектор сил резания прикладывается к увеличенному в глубину сечению пластины, что значительно увеличивает надежность работы.

Несмотря на то, что силы резания при обработке пластмасс значительно ниже, чем металла, инструмент для высокоскоростной подачи и там обеспечивает дополнительные преимущества при обработке на больших вылетах.

По оценкам одного из производителей изделий из пластмасс, располагающегося в штате Иллинойс, после перехода на инструмент со сменными твердосплавными пластинами в целом по предприятию произошло увеличение производительности на 30%, по сравнению с цельным инструментом из быстрорежущей стали. Высокоскоростные фасонные фрезы Ingersoll позволяют выполнять операции с большим вылетом вдвое быстрее, по сравнению с фрезами из быстрорежущей стали, при этом срок службы новых фрез увеличился более чем в 20 раз. Некоторые из твердосплавных фрез выглядят как новые после более чем года ежедневного использования.

«Такой успех может оказаться тревожным звонком для производителей, прикипевшим к использованию инструмента из быстрореза», – утверждает Форман. – «Затраты на первоначальное оснащение производства инструментом со сменными твердосплавными пластинами, конечно, выше, чем на цельный инструмент из быстрорежущей стали, но он очень быстро окупается за счет более высокой производительности и значительно увеличенного срока службы».

Обработка глубоких полостей

На этом рисунке показано, как за счет эллиптической формы державки удлиненного расточного резца T-Micro увеличивается жесткость всей режущей конструкции, и при этом увеличивается площадь каналов удаления стружки. Схематическое изображение и разрез инструмента Ingersoll – слева, обычного инструмента – справа (примечание переводчика)

Кончик режущей пластины с геометрией для высокоскоростной подачи располагается на длинной оси овала, что придает дополнительную жесткость. Стружка удаляется через боковые отводы, каналы увеличены за счет овальной формы державки, сплюснутой с боков. Канал смазочно-охлаждающей жидкости с подачей через режущую пластину позволяет увеличить эффективность вымывания стружки.

По словам Формана, выигрыш в эффективности заключается в комбинации факторов: значительно большей прочности и износостойкости твердосплавного инструмента по сравнению с инструментом из быстрорежущей стали, геометрии режущих пластин, оптимизированной для высокоскоростной подачи и недоступной для цельного твердосплавного инструмента, а также значительно большего максимального диаметра фрез, оснащенных сменными пластинами. При движении зубьев по окружности большего диаметра получается более тонкая стружка, что позволяет применить увеличенную скорость подачи и более мягкий угол врезания.

«Требования, предъявляемые к инструменту для обработки на больших вылетах, никогда полностью не уйдут, но с использованием современных технологий и инструмента сама обработка перестанет быть вашей головной болью, а помощь приходит только к тем, кто её ищет», – заключает Форман.

Перевод статьи
No More Headaches With Long-Reach Machining

автора Doc Ardrey,
Americanmachinist.com

Скачать каталоги инструмента Ingersoll и получить информацию о данном производителе вы можете по этой ссылке: Инструмент Ingersoll, каталоги Ingersoll



Понравилась статья? Поделитесь: