Cos'è la lavorazione ad alta-velocità?
Dipende a chi chiedi.
Alcune persone lo trattano come un termine di marketing-schiaffo "alta-velocità" sulla scheda tecnica e fanno pagare di più. Altri entrano in accese discussioni sulle soglie RPM esatte. La risposta utile è da qualche parte nel mezzo.
La lavorazione ad alta-velocità, o HSM, generalmente significa tagliare a velocità da cinque a dieci volte superiori a quelle considerate normali per un determinato materiale. Ma il “normale” continua a cambiare man mano che strumenti e macchine migliorano, quindi la definizione cambia con esso. Vent'anni fa, 8.000 giri al minuto erano veloci. Ora i VMC entry-level riescono a raggiungere questo obiettivo senza nemmeno provarci.
La cosa di Salomon
Praticamente ogni articolo su HSM menziona Carl Salomon e il suo brevetto tedesco del 1931. Ecco la versione breve: ha eseguito esperimenti di taglio dell'alluminio con frese elicoidali a velocità ridicole per l'epoca-fino a 16.500 m/min in alcuni test-e ha scoperto che la temperatura di taglio non continua a salire per sempre. Raggiunge il picco a una velocità critica, quindi diminuisce man mano che vai più veloce.
Il numero di brevetto è 523594 se vuoi approfondirlo. La maggior parte degli appunti di ricerca originali di Salomon sono andati perduti durante la guerra, motivo per cui c'è ancora un dibattito su cosa esattamente ha misurato e come. I ricercatori in luoghi come Aquisgrana hanno trascorso anni cercando di verificare le sue curve. Il consenso ora è che la relazione di base vale, ma è più complicata di una semplice linea su un grafico.
Perché è importante? Perché suggerisce un regime in cui il taglio più veloce genera effettivamente meno calore nel pezzo. E per chiunque lavori parti che non tollerano la distorsione termica-pareti sottili, tolleranze strette, geometria complessa-questo è un grosso problema.
Il calore va dove?
Ecco cosa succede ad alte velocità di taglio, almeno secondo i libri di testo: il truciolo si forma e se ne va così velocemente che porta via con sé la maggior parte del calore di taglio. Alcune fonti parlano di numeri come il 90% o il 95%. Onestamente, misurarlo con precisione è difficile e la percentuale dipende dal materiale, dalla geometria dell'utensile, dal refrigerante e da una serie di altre variabili.
Ciò che è più facile da osservare: con parametri HSM corretti, i trucioli si staccano caldi-a volte scoloriscono in blu o marrone sull'acciaio-mentre la parte stessa rimane relativamente fredda. Puoi sentirlo. Eseguire un taglio di prova, arrestare la macchina, toccare il pezzo. Non ti brucerà, anche se i chip potrebbero.
Per i lavori sugli stampi, questo è importante perché le cavità hanno tutti i tipi di caratteristiche che odiano il calore. Costole sottili. Tasche profonde. Pareti quasi senza spifferi. Lavorali in modo convenzionale e crescono durante il taglio, quindi si restringono mentre si raffreddano e le tue dimensioni finiscono in un punto non previsto. Lavorateli alle condizioni HSM e rimarranno più stabili dimensionalmente.
Almeno questa è la teoria. I risultati reali dipendono da molti fattori. Ho visto officine investire in attrezzature HSM e continuare a combattere problemi termici perché il bloccaggio del pezzo non era sufficientemente rigido o non avevano adattato le strategie di taglio o una dozzina di altre cose.
La parte di utensileria per la quale nessuno vuole pagare
Non è possibile eseguire l'HSM con i normali portautensili. È qui che le officine si mettono nei guai-acquistano un mandrino ad alta-velocità e provano a utilizzare gli utensili CAT40 o BT30 esistenti.
Il problema della fisica
Il problema è la forza centrifuga. A 15.000 o 20.000 giri/min, il foro del mandrino si espande a causa del caricamento centrifugo. Il gambo di un utensile solido non si espande allo stesso modo. La vestibilità conica si allenta. Il runout aumenta. All'improvviso il tuo costoso mandrino ad alta-velocità produce risultati peggiori rispetto alla tua vecchia macchina.
La soluzione è l'HSK-un design tedesco (Hohl-Schaft-Kegel, gambo conico cavo) diventato uno standard ISO a metà degli anni '90. La struttura cava consente al gambo di espandersi con il mandrino e di entrare in contatto contemporaneamente sia con il cono che con la faccia. La forza di bloccaggio aumenta all'aumentare della velocità anziché diminuire.
Quello che nessuno ti dice in anticipo: passare a HSK significa sostituire l'intero magazzino degli attrezzi. Ogni portautensile, ogni pinza, ogni estensione. Più pergole e preimpostazioni se non sono compatibili. Si aggiunge velocemente. E poi hai bisogno di persone che sappiano come gestire correttamente gli utensili HSK-è più sensibile alla precisione-rispetto agli strumenti con conicità ripida.
La programmazione è metà dell'opera
I mandrini ad alta-velocità non ottengono alcun risultato se il percorso utensile forza costantemente la decelerazione. Questa è forse la più grande disconnessione tra l’acquisto della funzionalità HSM e il suo utilizzo effettivo.
La programmazione dello stampo vecchia-scuola generava migliaia di minuscoli segmenti di linea per approssimare le curve. I controllori li hanno elaborati uno alla volta. Con l'alimentazione convenzionale, va bene. Nei feed HSM, il controllo non riesce a tenere il passo. La macchina rallenta, raggiunge, accelera, rallenta di nuovo. Si verificano movimenti a scatti e segni di testimoni sulla superficie.
Il CAM moderno utilizza invece l'interpolazione spline-curve NURBS che sostituiscono centinaia di segmenti di linea con un'unica definizione matematica. Il programma si accorcia. Il controllore può guardare oltre. L'avanzamento rimane coerente grazie alla geometria complessa.
Ma il supporto NURBS varia tra i sistemi CAM e i controlli della macchina. E configurarlo correttamente richiede conoscenze che non tutti i programmatori possiedono. Conosco officine che utilizzano apparecchiature HSM costose con CAM obsoleti, che generano percorsi utensile a segmenti di linea-e si chiedono perché non vedono i risultati attesi.
Cambia anche la strategia di taglio. La sgrossatura convenzionale esegue tagli pesanti con avanzamenti lenti-seppellisci la fresa, spingi forte. La sgrossatura HSM richiede un leggero impegno radiale ad avanzamenti elevati. La taglierina rimane carica, ma mai sovraccarica. Le forze restano basse. Le pareti sottili non si deformano. I piccoli strumenti non si rompono.
Per raggiungere questo obiettivo è necessario un software CAM che supporti percorsi utensile a coinvolgimento costante-e programmatori che capiscano quando utilizzarli. La macchina è quasi la parte facile.
Per negozi di stampi
Se tutto ciò è importante dipende da cosa stai costruendo.
Stampi complessi-linee di giunzione intricate, superfici ottiche, nuclei sottili, chiusure-errate-sono i maggiori vantaggi. Il tempo che dedicheresti al montaggio e alla lucidatura al banco si converte nel tempo del mandrino, che è più prevedibile e ripetibile. La finitura superficiale della macchina migliora tanto da far diminuire significativamente il lavoro manuale. La dipendenza dall'elettroerosione diminuisce perché è possibile fresare caratteristiche che prima richiedevano elettrodi.
Stampi semplici con tolleranze generose? Il rimborso è meno evidente. La lavorazione convenzionale potrebbe funzionare bene.
La maggior parte dei lavori di stampaggio a iniezione si colloca nel mezzo. La domanda non è se l'HSM funziona-quello è stabilito. La domanda è se il mix di posti di lavoro giustifica l’investimento in attrezzature, strumenti, software e formazione. Questo è un calcolo diverso per ogni negozio.
Dirò una cosa: il divario tra i negozi che hanno reali capacità HSM e quelli che non ne sono dotati si sta ampliando. Le aspettative sui tempi di consegna continuano a restringersi. Le specifiche della superficie continuano a diventare più esigenti. I clienti con lavori complessi si stanno concentrando sui fornitori che possono effettivamente consegnarli. Se tale pressione si applica a te dipende dalla tua posizione sul mercato.
Non esiste una risposta universale. Ma se perdi preventivi per lavori complessi, o la manodopera per l'adattamento continua ad aumentare, o i clienti continuano a chiedere tempi di consegna più rapidi per lavori complessi,-quelli sono segnali a cui vale la pena prestare attenzione.