Что больше нравится?

Воскресенье, 18 Июль 2021 05:06

Гибридный инструмент из стали и композита

Автор 
Оцените материал
(2 голосов)

Качественные режущие инструменты могут быть дорогостоящими, но стоимость инструмента становится менее актуальной, когда время обработки одной детали сокращается на 78 процентов.

 

Это цифра, приведенная в январе этого года у одного моего клиента, который заменил стандартный дисковый фрезерный инструмент на гибридную модель из стали и композита, чтобы ускорить обработку звеньев цепи из кованой стали.

Гибридный инструмент из стали и композита

 

 

В основе этого триумфа в области фрезерования лежит почти десятилетие интенсивных исследований и разработок в области гибридных металлокомпозитных конструкций. Это исследование, проведенное компанией CompoTech, инжиниринговой компанией по производству композитных материалов, включает в себя не только режущие инструменты, но и другие звенья технологической цепочки обработки: держатели инструментов, шпиндели и конструктивные компоненты самого станка.

 

 

Больше нагрузка на инструмент на станке с меньшей мощностью

Как показано ниже, звено цепи требовало фрезерования боковых и нижних сторон кованой заготовки из высокопрочной стали. Хотя производитель был удовлетворен основами процесса фрезерования, двухдисковой фрезы оказалось недостаточно для достижения желаемого уровня производительности. Добавление еще двух дисков сделает эту работу, но каждый дополнительный диск добавит 7,3 кг дополнительного веса. Вместе эти четыре диска были бы слишком тяжелыми для 25-килограммового ограничения веса основной оправки BT50 L 150 мм на станке (двухпаллетный HMC Doosan Mecatec HM63H).

 

Фрезерование боковых и нижних граней соединительного звена кованой цепи заняло 10 секунд с использованием новой четырехдисковой гибридной фрезы по сравнению с 45 секундами для двухдискового металлического инструмента.

 

Эти фрезерные диски состоят из внутреннего стального кольца для оправки, наружного стального кольца, облицованного твердосплавными пластинами, и центральной ступицы из эпоксидной смолы, пропитанной сверхвысокомодульными углеродными волокнами.

 

Больше нагрузка на инструмент на станке с меньшей мощностью

 

В дополнение к двум дополнительным дискам гибридный инструмент предлагает больше режущих пластин на каждом диске (по 16 на каждом, по сравнению только с 4 на предыдущем двухдисковом инструменте). При весе 16,25 кг (в пределах допустимого веса) инструмент позволил увеличить скорость и подачу на 50% и 54% соответственно, не опасаясь повреждения станка или детали. Время фрезерования сократилось с 45 до 10 секунд на деталь (в сумме почти на 80 процентов общее сокращение). Срок службы инструмента также улучшился. Гибридный композитный диск обработал более 1200 деталей до смены инструмента, по сравнению с 250 деталями для предыдущей модели с двумя дисками.

 

 

Более широкий потенциал

   

Как продемонстрировал Макино на выставке EMO 2019, главным преимуществом гибридных металлокомпозитных инструментов является возможность использования более инертных режущих инструментов с которыми может работать станок.

 

Этот инструмент, как и другие, разработанные CompoTech и Hofmeister, обладает теми же общими преимуществами, что и дисковая фрезы. Малый вес приводит к низкой инерции, что позволяет легче и агрессивнее манипулировать режущим инструментом. Наряду с низкой массой, жесткость материала увеличивает частоту собственных колебаний материала, тем самым улучшая демпфирование. Наконец, коэффициент теплового расширения материала (CTE) из углепластика близок к нулю, что делает инструменты лучшими терморезисторами, которые могут работать без охлаждающей жидкости. Согласно CompoTech, эти свойства в совокупности обеспечивают более плавную, быструю и точную обработку — возможно, до такой степени, что исключается отдельная чистовая обработка, — а также меньший износ режущего инструмента и станка.

 

Процесс, который делает возможными эти конструкции инструментов и шпинделей, является основной компетенцией CompoTech: метод укладки композитных нитей, в котором используется шестиосевой робот для подгонки секций из изначально жесткого, легкого и виброгасящего материала на стальную конструкцию. Это позволяет настраивать свойства в соответствии с обрабатываемыми деталями. Примеры включают усиление геометрии угла, изменение частоты вибрации или управление направлением теплового расширения. Расточные инструменты особенно выигрывают от жесткости, поскольку они длинные и узкие и, следовательно, особенно подвержены изгибающим силам.

 

 

Особые свойства  более длинных симметрично вращающихся конструкций делают держатели инструментов и шпиндели объектами для подобных исследований. В некоторых экспериментальных конструкциях шпинделей используются композитные материалы для всех материалов, за исключением опорных поверхностей, резьбы и других критических точек контакта. Что касается преимуществ этих конструкций, можно рассмотреть недавнее исследование профессора Ацуши Мацубары с кафедры микроинженерии Киотского университета. В ходе испытаний вал гибридного шпинделя, который весил на 70 процентов меньше, чем аналогичный стальной шпиндель, показал на 75 процентов меньшее смещение при нагреве до 70 ° C. Меньшая инерция позволила разгоняться до максимальной скорости (18 000 об / мин) на 17 процентов быстрее, чем в стальной версии, а шпиндель гасил вибрацию в 16 раз лучше. Глубина резания также увеличилась с 5,5 до 10 мм.

 

Фреза

 

На данный момент “Технология наиболее эффективна, когда предназначена для решения одной конкретной проблемы, а не для попыток улучшить широкий спектр технологий изготовления деталей.. Идеальным примером является применение дискового фрезерования.

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии