Hög skärhastighet är en naturlig del av höghastighetsbearbetning. Ett verktyg måste vara exakt i sin utformning för noggrannheten på den tillverkade detaljen men det krävs också för mekaniken runt en snabbt roterande kropp. Idag används höghastighetsbearbetning mer och mer i grovbearbetning. Varför är det så och vad finns det för verktygslösningar till detta?
Höghastighetsbearbetning blev populärt inom industrin under 1990-talet. Metoden blev mer etablerad inom vissa branscher men den drev på den tekniska utvecklingen inom verktygsindustrin. Under senare tid har intresset ökat för höghastighetsbearbetning och mer specifikt för precisionen och andra egenskaper på skärande verktyg och hållare för detta ändamål.
Den tekniska utvecklingen inom förformning av komponenter ökar kraven på verktyg för höghastighetsbearbetning. Verktygen måste upprätthålla och repetera bearbetningen inom snäva toleranser. Nivån på noggrannhetskraven beror på bearbetningsmetod, tex fräsning, svarvning eller borrning och typ av operation såsom grov-, medel- eller finbearbetning.
Genom precisionsgjutning, MIM och 3D printning kan man ta fram komponenter som ligger nära slutlig form. Detta gör att behovet att avverka stora materialvolymer genom grovbearbetning minskar. I formverktygsindustrin är användningen av höghastighetsbearbetning ett sätt att minska produktionstiden avsevärt jämfört med mer traditionella metoder. Inom flygindustrin är det nu vanligt att bearbeta svåra varmhållfasta material med keramiska verktyg på extremt höga skärhastigheter i kombination med små skärdjup och inom bearbetningen av aluminium har höghastighetsbearbetning blivit det normala.
Några vanliga fördelar vid bearbetning med små skärdjup per passering är lägre effektförbrukning, lägre skärtemperaturer och bättre ytfinhet. Modern höghastighetsbearbetning med små skärdjup per passering är en naturlig fortsättning. Vanligtvis används roterande verktyg, oftast fräsar vid höghastighetsbearbetning. I många fall när komplexa profiler och spår måste tillverkas från ett solitt arbetsstycke är trokoidal-fräsning en bra höghastighetsmetod med låg belastning. Vid trokoidal-fräsning rör sig en snabbt roterande fräs längs ett komplicerad bana och skär tunna men breda lager av arbetsmaterialet. Resultatet blir en komponent som är mycket nära slutlig form. Återstående finbearbetning utförs med traditionell höghastighetsfräsning. Denna metod används ofta vid tillverkning av blisks och impellrar inom flyindustrin och kan beskrivas med det lite märkliga uttrycket “noggrann grovfräsning”
Framgångsrik höghastighetsbearbetning är beroende av ett antal nyckelfaktorer såsom verktygsmaskin, bearbetningsstrategi, verktygshållare och skärverktyg. Fleraxliga låg-effekt maskiner för höghastighetsbearbetning kännetecknas av högt vridmoment, snabba styrsystem och intelligenta mjukvaror. Dessa maskiner har kapaciteten att effektivt utnyttja olika bearbetningsstrategier. Idag finns det många tillförlitliga verktygshållare som är konstruerade för säker användning på allt högre varvtal. Under dessa förutsättningar kan det vara skärverktyget som är den begränsande faktorn för att maximalt kunna utnyttja moderna maskiner. Detta är oftast enklare att åtgärda än om begräsningen sitter i maskin eller hållare.
Över tid har inte de grundläggande kraven på verktyg radikalt förändrats men istället krävs en gradvis förbättring av livslängd, mer effektivitet med ökande skärhastighet och matningshastigheter. Mindre bearbetningsmån kräver verktyg med bättre toleranser. Ett idealt verktyg är både exakt och välbalanserat och har förmågan att ge långa livslängder på höga varvtal. ISCAR, ärliga som vi är mot vårt eget motto "Where innovation never stops!”, har utvecklat en rad lösningar som ger förbättringar inom höghastighetsbearbetning och många av dessa är solida hårdmetallverktyg.

Fler skäreggar, mindre vibrationer
ISCAR’s sortiment av mångskäriga solida CHATTERFREE-pinnfräsar utvecklades för vibrationsfri höghastighetsbearbetning. Pinnfräsarna har olika spiralvinkel och variabel tanddelning och passar för medelgrov till fin höghastighetsbearbetning och grovbearbetning med trokoidalteknik. CHATTERFREE sortimentet består av många pinnfräsar för olika applikationer exempelvis 7 skäriga pinnfräsar för härdat material och finbearbetning och flerskäriga pinnfräsar med lika många skäreggar som diameter för generell bearbetning. Det senaste tillskottet till CHATTERFREE sortimentet är designade med spåndelare på skären (Fig.1). Spåren ökar motståndet mot vibrationer och reducerar skärkrafterna, detta förbättrar markant prestandan vid trokoidalfräsning och bearbetning med långa överhäng. Trokoidalfräsning genererar tunna men långa spånor. Att dela spånorna i kortare delar bidrar till bättre spånevakuering och ytfinhet vilket ökar noggrannheten och produktiviteten vid grov höghastighetesbearbetning.

Snabb bearbetning med keramik
Vid fräsning i svårbearbetade varmhållfasta material med hårdmetall måste en låg skärhastighet väljas. Vid bearbetning med ett litet radiellt skärdjup, upp till 10% av fräsdiametern, kan skärhastigheten men industrin söker alltid vägar att öka produktiviteten och för bearbetning av varmhållfasta material är den låga skärhastigheten ett hinder för det. En lösning är att använda keramer för höghastighetsbearbetning. ISCAR har utvecklat solida keramiska pinnfräsar som kan användas på skärhastigheter upp till 1000 m/min, dramatiskt högre än för solida hårdmetall pinnfräsar. Dessa nya pinnfräsar är tillgängliga i diametrar mellan 6–20 mm och har 3 eller 7 skäreggar (Fig. 2). Vid grovfräsning med keramiska pinnfräsar reduceras maskintiden drastiskt.

Mästare i hög hastighet
För applikationer som kräver lång räckvidd måste verktyget vara extra långt. Ett solitt verktyg är oftast inte en bra lösning för detta. En sammansatt lösning med ett skaft och ett skärande solid hårdmetallhuvud är ekonomiskt en bättre lösning. ISCAR MULTI-MASTER – en familj av verktyg med utbytbara skärhuvuden bygger på detta koncept. Familjen består av manga olika skaft, skärhuvuden, förlängare och reduceringsdelar som minskar behoven av specialverktyg. En viktig fördel med MULTI-MASTER är den mycket korta bytestiden eftersom ingen inmätning av verktyget eller justering av CNC-programmet behövs. Skärhuvudet kan bytas utan att verktyget tas ur spindeln. Bra stabilitet, hög balanseringsgrad och hög noggrannhet gör att MULTI-MASTER passar för höghastighetsbearbetning. Ett typiskt applikationsexempel är 3D finbearbetning av komponenter i härdat stål. ISCAR’s kulformade “MM-HBR” (Fig. 3) utvecklades för detta och har en 240° sfärisk skäregg, centrumskärande eggar och ISO h7 tolerans på skärdiametern.

Tillförlitliga verktygshållare
Höghastighetsbearbetning kan inte genomföras utan tillförlitliga och noggranna verktygshållare som har hög balanseringsklass. Krympchuckar är en av de mest populära verktygshållartyperna. ISCAR's krympchuckar i X-STREAM familjen har kylkanaler för högtryckskylning längs skaftet och är en del av hela SHRINKIN sortimentet. Den nyutvecklade designen riktar kylningen mot skäreggarna. Vid höghastighetsbearbetning av detaljer inom flygindustrin, exempelvis blisks, ökar välriktad kylning prestandan avsevärt. De nya chuckarna med välriktad kylning minskar risken för att spånor kommer in i skärförloppet igen vid bearbetning av djupa fickor och kaviteter. Resultatet blir bättre spånevakuering och längre livslängd.
Kylmedlet kan vara ett sätt att uppgradera en bearbetningsmaskin från låg till hög hastighet. SPINJET, en familj av kompakta höghastighets-spindlar drivna av kylmedlet (Fig. 4), kan bibehålla rotation upp till 55 000 varv per minut och på så vis uppnå höghastighetsbearbetning i maskiner med lågt varvtal, fortfarande mycket vanliga i verkstäderna.
Teknikskiften kräver nya bearbetningskoncept; mer produktiva, mer ekonomiska och mer uthålliga. Höghastighetsbearbetning har redan visat att det är en metod som klarar dagens behov från industrin. Framstegen i att producera komponenter utan bearbetning förflyttar fokus mot grov höghastighetsbearbetning med låg effekt. Tillverkare av skärverktyg känner redan det ökande behovet av verktyg för dessa applikationer. Det är en trend som tveklöst måste tas hänsyn till.

fig1


fig2


fig3


fig4