Алюминий и его сплавы — один из наиболее широко используемых материалов. Он легкий, прочный, долговечен и устойчив к коррозии. Именно поэтому была разработана новая стратегия фрезерования алюминия.

Одним из современных успешных методов фрезерования алюминия является высокоскоростная обработка на станках с ЧПУ. Основное отличие по сравнению с обычным фрезерованием состоит в том, что скорость высокоскоростного фрезерования значительно выше, и с его помощью станок может увеличить подачу резания. Это более продуктивный и инновационный способ производства небольших партий деталей и прототипов. Развивающаяся металлообрабатывающая промышленность требует быстрого производства деталей. С каждым месяцем требования к индивидуальным деталям или быстрым прототипам становятся все выше и выше. Все больше и больше клиентов хотят выполнять заказы быстрее. Они также хотят, чтобы эти компоненты имели более высокую точность, чем раньше.

Что такое высокоскоростная обработка?

Первоначально разработанная немецким изобретателем доктором Карлом Салмоном в 1920-х годах, высокоскоростная обработка родилась, когда ее создатель понял, что для конкретного металла заготовки тепло, выделяемое на границе раздела между режущим инструментом и заготовкой, достигает максимума при определенном количестве об/мин.

При обычной фрезерной обработке используется низкая скорость подачи и большие параметры резания, тогда как при высокоскоростной фрезерной обработке используется высокая скорость подачи и малые параметры резания. По сравнению с обычной фрезерной обработкой высокоскоростная фрезерная обработка имеет следующие характеристики:

✅ Высокая эффективность.
Скорость шпинделя при высокоскоростном фрезеровании обычно составляет от 15 000 об/мин до 40 000 об/мин, вплоть до 100 000 об/мин. При резке стали скорость резки составляет около 400 м/мин, что в 5-10 раз выше, чем при традиционной фрезерной обработке. При обработке полостей пресс-форм его эффективность по сравнению с традиционными методами обработки (традиционное фрезерование, электроэрозионная обработка и т. д.) увеличивается в 4-5 раз.

✅ Высокая точность.
Точность обработки при высокоскоростном фрезеровании обычно составляет 10 мкм, а иногда э́даже выше.

✅ Высокое качество поверхности.
Поскольку повышение температуры заготовки при высокоскоростном фрезеровании невелико (около 3°С), на поверхности нет метаморфического слоя и микротрещин, а термическая деформация также невелика. Наилучшая шероховатость поверхности Ra составляет менее 1 мкм, что снижает трудоемкость последующей шлифовки и полировки.

✅ Можно обрабатывать высокотвердые материалы.
При высокоскоростной обработке можно фрезеровать сталь твердостью 50-54HRC, а максимальная твердость при фрезеровании может достигать 60HRC.

Благодаря характеристикам фрезерование алюминия HSM (высокоскоростная чистовая обработка) очень выгодно во многих неожиданных аспектах. Выбрав стратегию HSM для алюминия вместо обычного фрезерования, вы получите следующие преимущества.

Высокая эффективность

Скорость резания при высокоскоростном фрезеровании может в три раза превышать традиционную. При обработке более мягких алюминиевых сплавов скорость можно даже увеличить вдвое.
Насколько нам известно, подача обработки является параметром, определяющим производительность всего процесса фрезерования. То есть по сравнению с обычным фрезерованием эффективность высокоскоростной обработки может быть значительно выше. Обрабатываемость алюминия позволяет увеличить скорость вращения шпинделя до 18 000 об/мин и выше.
Такая высокая скорость съема материала делает услуги по обработке алюминия с использованием стратегии HSM алюминия очень выгодным продуктом для автомобильной и аэрокосмической промышленности. В первом случае прототип автомобиля требует большого съема материала, желательно с минимальным количеством настроек фрезерования. Во втором случае много длинных и крупных деталей с глубокими карманами (они должны быть легкими, поэтому большая их часть перерабатывается в набор пересекающихся ребер) и тонкими стенками. Кроме того, алюминиевые сплавы используются в самолетах и ракетах. 80%.

Температура резания

Исследования показали, что температура резания меняется с увеличением скорости. Вначале по мере увеличения скорости увеличивается и температура. Однако далее температура резко падает. Увеличение скорости резания в конечном итоге лишь немного снизит температуру. Это изменение идеально подходит для высокоскоростного фрезерования.
Например, при фрезеровании алюминия на скорости 300-500 м/мин температура может достигать 600-800 градусов. Однако, когда мы увеличим скорость до 1200, температура упадет ниже 200 градусов, а температура составляет всего 150 градусов при 1800 м/мин. С этого момента нет смысла резать быстрее.
Локальная термообработка не вызовет изменения свойств материала в этой зоне. Металлические частицы не будут увеличиваться, а требования к охлаждению намного меньше. Это очевидное преимущество.

Более долгий срок службы инструмента

Это кажется странным из-за высокой скорости резания. Поэтому обычно предполагается, что износ инструмента должен быть выше. Однако если сравнить его с количеством материала, срезаемого традиционным фрезерованием, разница очевидна. С точки зрения стойкости инструмента для высокоскоростного фрезерования алюминия – явный победитель.
Что способствует продлению срока службы инструмента? Во-первых, значительно снижается температура резания. Это означает более высокую прочность материала инструмента. Кроме того, при высокоскоростном фрезеровании ширина стружки невелика. Это связано с тем, что, несмотря на увеличение подачи, инструмент вращается быстрее и может срезать более тонкую стружку.
Кроме того, при обработке алюминия одной из основных проблем является то, что алюминий слишком мягкий и прилипает к режущей кромке инструмента во время обработки. Это снижает остроту инструмента и увеличивает силу резания, тем самым сокращая срок службы инструмента.

Точность высокоскоростного фрезерования алюминия

Считается, что более высокая скорость подачи ухудшит качество поверхности алюминиевой детали, поскольку режущая кромка инструмента может идти дальше, и инструмент может вращаться и резать. Как правило, это приводит к широкой стружке, более высоким силам резания и ухудшению качества поверхности. Однако при высокоскоростной обработке, несмотря на большую подачу, скорость инструмента выше, поэтому стружка фактически тоньше, чем при обычном фрезеровании. Кроме того, из-за небольшой силы резания вибрация невелика. Все эти функции помогают повысить точность.

Низкий расход СОЖ

Некоторые стратегии HSM для обработки алюминия вообще не используют охлаждающую жидкость. Обработка при 200 градусах практически не требует охлаждающих материалов и инструментов. Однако при некоторых чрезвычайно точных операциях для улучшения качества деталей по-прежнему используется СОЖ, но количество СОЖ гораздо меньше, чем при обычной механической обработке. В некоторых процессах высокоскоростного фрезерования алюминия используется так называемая минимальная смазка. Количество нанесенной охлаждающей жидкости достаточно только для образования пленки, тем самым уменьшая трение и обеспечивая некоторое охлаждение, поэтому необходимое количество охлаждающей жидкости обычно невелико.

Постоянный угол зацепления инструмента

Одной из основных проблем при фрезеровании полости концевой фрезой является придание полости угла. Концевую фрезу необходимо повернуть на 90 градусов, чтобы образовалась полость, при этом разрезаемый ею материал необходимо увеличить вдвое (с обеих сторон полости). Это приводит к локальному увеличению силы резания и очень вредно для срока службы инструмента и точности детали. Однако фрезерование алюминия HSM имеет множество заранее определенных стратегий формирования траектории инструмента, включая постоянный угол зацепления инструмента. Это означает, что при обработке всего окружающего его материала по круговой траектории инструмент постепенно приближается к этому углу. Таким образом, сила резания остается постоянной, а точность остается прежней. Кроме того, можно продлить срок
службы инструмента.