Промышленность ведущих стран мира достаточно широко использует высокоскоростную обработку (ВСО) при обработке:
- пресс-форм и штампов;
- изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов;
- деталей из композиционных материалов;
- изделий из закаленных сталей;
- деталей из сплавов на основе никеля и др.
Скорости резания, освоенные в настоящее время, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики высокоскоростного резания
| Обрабатываемые материалы | Инструментальные материалы | Способ обработки | Скорость резания, м/мин |
| Сплавы алюминия, магния,
волокнистые материалы |
Твердые сплавы, ПКА | Фрезерование | 700-10 000 |
| Жаропрочные сплавы | Твердые сплавы,
оксиднокарбидная керамика, КНБ |
Фрезерование | 80-250 |
| Закаленные стали HRC 58-64 | КНБ | Фрезерование | 80-200 |
| Закаленные стали HRC 58-64 | КНБ | Точение | 80-250 |
| Стали HRC 58-64 | Оксидно-карбидная керамика | Точение | 400-600 |
| Жаропрочные сплавы | Оксидно-карбидная керамика, КНБ | Точение | 200-250 |
Например, при фрезеровании высокопрочных алюминиевых сплавов используются следующие диапазоны скоростей:
- быстрорежущие стали — 160–180 м/мин;
- твердые сплавы — 500–3000 м/мин;
- ПКА — 2500–10 000 м/мин.
Эффект от высокоскоростной обработки объясняется следующим.
- При высокой скорости резания значительно увеличивается температура в зоне образования стружки, материал обрабатываемой детали разупрочняется, следовательно, силы резания уменьшаются, это позволяет увеличить рабочую подачу. Дополнительно необходимо отметить, что при повышении температуры до определенных пределов прочность и ударная вязкость твердых сплавов увеличиваются.
- При ВСО пластические деформации протекают с большой скоростью в плоскости сдвига. При повышении скорости деформаций силы резания при достижении определенной температуры в зоне образования стружки, вдруг начинают существенно снижаться.
- Время контакта режущей кромки с заготовкой и стружкой так мало, а скорость отрыва стружки столь высока, что большая часть тепла, образующегося в зоне резания, удаляется вместе со стружкой, а заготовка и инструмент просто не успевают нагреваться, как при тонком точении стали ХВГ (HRC 58–62) инструментом из КНБ просто сгорает (имеет вид папиросной бумаги и рассыпается в руках).
- При формировании стружки 80% тепла образуется в зоне механической деформации материала, 18% — в зоне контакта стружка-инструмент и 2% — в зоне трения режущей кромки инструмента с обрабатываемым материалом.
Несколько обособлены вопросы выбора оборудования для ВСО. Эти вопросы чисто технологические и зависят от:
- обрабатываемых материалов, их термического состояния;
- номенклатуры деталей, подлежащих обработке на станке;
- видов заготовок;
- коэффициентов использования материала;
- диаметров применяемых фрез или заготовок и т. д.
Обрабатываемый материал, его состояние определяют диапазон скоростей резания, вид заготовки и коэффициент использования материала — мощность и режим работы привода (ПВ100, ПВ60), диапазон диаметров — частоты вращения шпинделя и т. д. Например, фрезерные станки типоразмера Gantri при частоте вращения шпинделя 32 000 мин–1 могут иметь крутящий момент 64 и 10 000 Н·м при мощности привода главного движения соответственно 26 и 150 кВт. Привода подач обеспечивают скорость перемещений по координатам до 20–60 м/мин. Станок с приводом 26 кВт и моментом 64 Н·м обеспечит высокопроизводительную обработку обнижений на обшивках взамен химического фрезерования. Обработку монолитных панелей на нем придется выполнять растровым методом фрезами небольших диаметров, что приведет к росту трудоемкости даже по сравнению с оборудованием с механическими приводами главного движения.
Для панелей из плит применение станка с приводом 150 кВт и моментом 10 000 Н·м обеспечит высокопроизводительную обработку фрезами любых диаметров. Современные системы программного управления обеспечивают работу оборудования с большими скоростями подач, но стратегия обработки конструктивных элементов деталей должна быть привязана к отраслям, а не копировать подходы формообразования поверхностей растровым методом. Применение растровой обработки дает высокие результаты при обработке штамповой оснастки, вентиляторных колес, импеллеров, гребных винтов и т. д. Он совершенно непригоден для панелей, балок, шпангоутов и т. д. Например, схема трохоидной обработки пазов: одна сторона паза обрабатывается по схеме попутного фрезерования, а другая — встречного, это недопустимо для высокопрочных алюминиевых сплавов, но приемлемо для сталей.
Общими требованиями к системам управления являются:
- высокая скорость считывания информации;
- исключение участков резких разгонов и торможений;
- отсутствие пауз при переходе от кадра к кадру.