Eine Einführung in die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) - Neuigkeiten

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) ist eine fortschrittliche Schneidtechnologie, bei der Materialien mit deutlich höheren Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben bearbeitet werden als bei der herkömmlichen Bearbeitung. Es geht nicht nur darum, eine Spindel schneller laufen zu lassen; Es handelt sich um ein hochentwickeltes System, das hohe Spindelgeschwindigkeiten, schnelle Vorschübe, geringe Schnitttiefen und einen speziellen CNC-Ansatz kombiniert, um bemerkenswerte Steigerungen bei Produktivität, Präzision und Oberflächenqualität zu erzielen.

Kernprinzip: Der „Sweet Spot“

Die Grundidee von HSM besteht darin, Material zu entfernen, indem ein kleinerer Teil des Schneidwerkzeugs mit dem Werkstück in Eingriff gebracht wird (eine geringe Schnitttiefe), es aber mit sehr hoher Geschwindigkeit über die Oberfläche bewegt wird. Dadurch kann die Wärme mit dem Span abgeführt werden, bevor sie auf das Werkstück oder das Werkzeug übertragen und dieses beschädigen kann. Dies steht im Gegensatz zur konventionellen Bearbeitung, bei der häufig langsamere Geschwindigkeiten und tiefere Schnitte zum Einsatz kommen und mehr Wärme und Werkzeugdruck erzeugt werden.

Hauptmerkmale von HSM

Hohe Schnittgeschwindigkeiten (SFM oder m/min):Die Spindelgeschwindigkeiten können zwischen 10.000 und über 60.000 U/min liegen und manchmal sogar höher, verglichen mit einigen tausend U/min bei der herkömmlichen Bearbeitung.

Hohe Vorschubgeschwindigkeiten (IPM oder mm/min): Das Werkzeug bewegt sich sehr schnell über das Werkstück, um eine konstante Spanlast aufrechtzuerhalten.

Geringe radiale Schnitttiefe (Zustellung): HSM verwendet typischerweise sehr leichte Schnitte, oft nur einen kleinen Prozentsatz des Werkzeugdurchmessers.

Hohe axiale Schnitttiefe (für bestimmte Operationen): Obwohl die Schnittbreite gering ist, kann das Werkzeug oft mit voller Spannutenlänge betrieben werden, sodass tiefe Merkmale effizient bearbeitet werden können.

Spezialisierte CNC-Steuerungen: HSM erfordert CNC-Steuerungen mit extrem hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten, um die komplexen Werkzeugwege und schnellen Richtungsänderungen ohne Pause zu bewältigen (ein Phänomen, das als „Verweilmarken“ bekannt ist).

Hauptvorteile und Vorteile

Die Umstellung auf HSM bietet mehrere wesentliche Vorteile:

Drastisch verkürzte Bearbeitungszeit: Durch die Kombination von hohen Geschwindigkeiten und schnellen Vorschüben werden die Materialabtragsraten deutlich erhöht, was zu kürzeren Produktionszyklen führt.

Hervorragende Oberflächenbeschaffenheit: Die leichten, schnellen Schnitte führen zu einer viel glatteren Oberfläche, wodurch häufig sekundäre Nachbearbeitungsvorgänge wie Handpolieren oder Schleifen überflüssig werden oder sogar ganz überflüssig werden.

Höhere Genauigkeit und weniger Teileverzerrung: Da sehr wenig Wärme auf das Teil übertragen wird, werden Wärmeausdehnung und Verformung minimiert. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Herstellung empfindlicher Komponenten in der Luft- und Raumfahrt- und Medizinindustrie.

Möglichkeit zur Bearbeitung dünnwandiger-Teile: Die geringen Schnittkräfte verhindern, dass sich dünne Elemente während der Bearbeitung verbiegen oder vibrieren.

Verlängerte Werkzeuglebensdauer (in einigen Fällen): Obwohl Werkzeuge mit hohen Geschwindigkeiten laufen, können die geringere Wärmeentwicklung und die geringeren Schnittkräfte pro Zahn zu einem geringeren Verschleiß und damit zu einer längeren Werkzeuglebensdauer führen-vorausgesetzt, die richtigen Parameter werden verwendet.

Grundlegende Anforderungen für HSM

Die Implementierung von HSM ist nicht so einfach wie die Erhöhung der Geschwindigkeit auf einer Standardmaschine. Es erfordert ein vollständig integriertes System:

HSM-fähige CNC-Maschine: Eine Maschine mit einer Hochfrequenzspindel, hochpräzisen Kugelumlaufspindeln, einem starren Rahmen zur Vibrationsdämpfung und schnellen Servoantrieben.

Spezialisierte Schneidwerkzeuge: Werkzeuge müssen perfekt ausbalanciert sein, oft aus Hartmetall oder fortschrittlichen Materialien wie CBN oder PKD, und mit spezifischen Geometrien für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ausgelegt sein.

CAM-Software für HSM: Die Software muss „trochoide“ oder „adaptive“ Werkzeugwege generieren. Hierbei handelt es sich um glatte, fließende Pfade, die eine konstante Werkzeugbelastung aufrechterhalten, scharfe Richtungsänderungen vermeiden und verhindern, dass das Werkzeug direkt in das Material eintaucht.

Richtiges Halten der Werkstücke: Das Werkstück muss mit außergewöhnlicher Steifigkeit gehalten werden, um den hohen Beschleunigungen und Verzögerungen standzuhalten.

Allgemeine Anwendungen

HSM ist besonders wertvoll in Branchen, die komplexe Geometrien, hohe Präzision und effizienten Materialabtrag erfordern:

Luft- und Raumfahrt: Bearbeitung großer, komplexer Strukturbauteile aus massiven Aluminiumlegierungen.

Formen- und Formenbau: Herstellung komplizierter Spritzgussformen und Druckgussformen, oft aus gehärtetem Stahl, mit hervorragender Oberflächenqualität.

Medizinisch: Herstellung präziser, komplexer Komponenten wie orthopädische Implantate und chirurgische Instrumente.

Elektronik: Bearbeitung von Kühlkörpern und Gehäusen aus Aluminium und Kupfer für die Unterhaltungselektronik.

Abschluss

Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung stellt einen Paradigmenwechsel in der subtraktiven Fertigung dar. Durch die Optimierung der Interaktion zwischen Werkzeug und Werkstück im Hinblick auf Geschwindigkeit und Effizienz ermöglicht HSM Herstellern, qualitativ hochwertigere Teile schneller und präziser als je zuvor zu produzieren, was es zu einem Eckpfeiler der modernen, hochwertigen Fertigung macht.