Olivier Mahieu

4EM/EM

Productie & transformatie

Hoge snelheidsfrezen

Hoge Snelheids Frezen (HSF) is een snel groeiende verspaningstechniek waarbij gebruik wordt

gemaakt van hoge snij -en voedingssnelheden. Hiermee is het mogelijk de bewerkingstijden

aanzienlijk te verkorten en de oppervlaktegesteldheid van het werkstuk te verbeteren.

Belangrijkste kenmerken HSF frezen:

- Freesdiameter <25mm

- Snijsnelheden zijn een factor 5 tot 10 hoger dan bij

conventionele bewerkingen

- Hoge spindeltoerentallen (20.000/30.000- 100.000 rpm)

- Grote voedingssnelheden (tot 50 m/min)

- Kleine voeding per tand

- Kleine snededieptes en snedebreedtes

Bovenstaande kenmerken leiden tot de volgende voordelen bij HSF:

- Lagere verspaningskrachten (door kleine snededieptes -en breedtes) waardoor

hardere materialen te verspanen zijn. (kan gemeten worden dmv dynamometer, zi

verder)

- Betere oppervlaktegesteldheid (idem)

- Kans op restspanningen in het werkstuk is klein doordat warmte met de spanen

wordt afgevoerd (vanwege de hoge verspaningssnelheid)

- Tijdwinst:

betere oppervlaktegesteldheden leiden tot minder of zelfs geen

nabewerking

grotere voedingssnelheden = groter verspaand volume per tijdseenheid

Hogere eisen die worden gesteld aan de machines, gereedschaphouders, gereedschappen en aan de

beheersing van het proces maken hogere investeringen noodzakelijk. Hiertoe dient ook de opleiding

van de operators gerekend te worden.

Voorwaarden

Om HSF effectief toe te passen moeten de juiste machines en gereedschappen voorhanden zijn en

alles moet op elkaar afgestemd zijn. Omdat de toerentallen hoog zijn stelt deze vorm van bewerking

hoge eisen aan nauwkeurigheid en stabiliteit van machine, opspanning en gereedschap.

Gereedschap

Alle HSF-frezen zijn vervaardigd uit een ultrafijnkorrelig hardmetaal , CBN (Cubisch Borium

Nitride) en PKD (Poly Kristalijn Diamant) (0,3 – 0,5µm). De geometrie van deze frezen is speciaal

aangepast om een maximale stabiliteit te garanderen. De frezen hebben een hogere nauwkeurigheid

zowel qua snijdiameter (g7) als qua rondloopnauwkeurigheid (<5 µm bij L<100 mm). Alle HSF

frezen zijn voorzien van een cilindrische gladde schacht volgens DIN6535HA met een krappe

tolerantie (h5) voor probleemloos spannen in een krimphouder.

De frezen moeten ook uitgebalanceerd zijn.

- Kogelfrezen

Volradiusfrezen voor 3D contourfrezen

- Torische frezen

Hoekradiusfrezen voor 3D contourfrezen

- Meersnijders standaard en korte uitvoering

Frezen voor omtrekfrezen, met en zonder hoekradius.

Kogelfrezen

Dit programma omvat kogelfrezen voor het HSF contourfrezen van gehard staal (> 45 HRC),

aluminium en grafiet. De frezen zijn standaard leverbaar van Ø2 tot Ø20 mm.

De kogelfrezen voor gehard staal zijn standaard voorzien van een Starcoating, die de frezen

uitermate geschikt maakt voor het droogverspanen. Deze Starcoating is een TiAlN-coating die een

lagere wrijvingscoëfficiënt heeft en daarmee zorgt voor lagere snijkrachten. Bovendien is de

geometrie in het centrumbereik van de frees aangepast zodat een hoger snijdend vermogen wordt

verkregen bij een relatief lage snijsnelheid.

De kogelfrezen voor aluminium zijn standaard ongecoat. Voor bepaalde aluminiumsoorten kan de

frees worden voorzien van een  geschikte coating. De snijvlakken van de aluminiumfrezen zijn

extra glad afgewerkt om kleefwerking tegen te gaan.

De kogelfrezen voor grafiet zijn standaard voorzien van een slijtvaste diamantcoating.

De korte uitvoering is voorzien van een verjonging.

Torische frezen.

Ons programma omvat torische frezen voor het HSF contourfrezen van gehard staal (> 45 HRC) en

aluminium. Met torische frezen kan een betere oppervlaktegesteldheid bereikt worden ten opzichte

van kogelfrezen. Echter vele CAM programmatuur is ingericht voor kogelfrezen en kan de

geometrie van een torische frees (nog) niet verwerken. 

De torische frezen voor staal zijn standaard beschikbaar van Ø2 tot Ø16 mm. Per diameter zijn ze

uitgevoerd in verschillende hoekradiussen en in verschillende lengtes.

Ze zijn voorzien van een TiAlN-Starcoating, die de frezen uitermate geschikt maakt voor het

droogverspanen van de geharde staalsoorten.

De torische frezen voor aluminium zijn standaard leverbaar van Ø6 tot Ø25 mm. Deze frezen zijn

standaard ongecoat. Voor bepaalde aluminiumsoorten kan de frees worden voorzien van een 

geschikte coating. De snijvlakken van de aluminiumfrezen zijn extra glad afgewerkt om

kleefwerking tegen te gaan. 

De torische frezen voor grafiet hebben een kleine hoekradius en zijn standaard voorzien van een

slijtvaste diamantcoating.

De korte uitvoering is voorzien van een verjonging.

Meersnijders

Meersnijders zijn geschikt voor omtrekfrezen waarbij hoge eisen gesteld worden aan

oppervlaktegesteldheid en evenwijdigheid. Ze zijn standaard leverbaar vanaf Ø3 tot Ø20 mm. De

frezen zijn voorzien van TiAlN-Starcoating, die de frezen uitermate geschikt maakt voor het

droogverspanen op gehard staal (>45 HRC).

De meersnijders zijn verkrijgbaar in scherpe uitvoering of met een hoekradius, tevens zijn ze ook in

een korte uitvoering leverbaar.

Opspansystemen (gereedschapshouder)

Eén van de voorwaarden voor High Speed Milling is een trillingsvrij systeem.

De firma Clarkson levert exclusief voor de Benelux het Marquart krimpsysteem wat zorgt voor

grote stabiliteit en nauwkeurigheid en klemkracht, ook bij High Speed Milling.

Alle type opnamen, HSK, DIN 69871, MAS-BT etc. zijn te leveren, ook in lange uitvoering.

Daarnaast is het natuurlijk mogelijk om 'specials' te leveren naar uw eigen wensen.

Alle houders zijn zeer nauwkeurig, rondloopnauwkeurigheid van minimaal 4 mm en zijn standaard

gebalanceerd tot maximaal Q2,5 bij 30000 omw./min.

Principe

De firma Marquart houdt zich al meer dan vijftien jaar bezig met het krimpsysteem en is dan ook

grondlegger van deze vorm van opspannen. Het is gebaseerd op het verschil in uitzettingscoëfficïent

van verschillende materialen. Voor het opspannen van een frees wordt de houder verwarmd

waardoor de boring uitzet. De koude frees kan nu op zijn plaats gebracht worden. Wanneer de

houder afkoelt 'krimpt' deze om de frees heen waardoor een monolithisch geheel ontstaat. Voor het

verwijderen van het gereedschap uit de houder wordt het geheel weer opgewarmd waardoor de

boring van de houder sterker uitzet dan de schacht van de frees (verschil in uitzettingscoëfficïent)

en de frees zeer gemakkelijk kan verwijderd worden.

Om ervoor te zorgen dat de houder gelijkmatig uitzet over de gehele spanlengte hebben de

Marquart krimphouders een speciale gepatenteerde vorm. De houders zijn namelijk voorzien van

speciale rillen die zorgen voor een gelijkmatige opwarming en verwijding van de houder.

Wisselen van gereedschap

Voor het verwisselen van frezen heeft Marquart een volautomatisch hetelucht systeem ontwikkeld.

De verticaal opgespannen houder wordt verwarmd met hete lucht. Door middel van een instelbare

afslag bent u er zeker van dat de frees geheel op zijn plaats zit en de houder niet kan worden

oververhit. Voor het verwijderen van de frees wordt de houder 'ondersteboven' ingespannen en

wanneer de frees door zijn eigen gewicht uit de houder valt wordt deze opgevangen.

Zowel bij het uit- als het inkrimpen wordt de warmtebron automatisch uitgeschakeld zodra de

bewerking voltooid is. Dit voorkomt onnodige (over)verhitting van de houder en gereedschap.

Voordelen Marquart systeem

Zeer grote spankracht

Grote rondloopnauwkeurigheid

Geen bewegende delen dus blijvend gebalanceerd

Elk type houder leverbaar (ook specials)

Maximale reductie van trillingen

Zeer grote levensduur

Standtijd verbetering van gereedschap

Verkorting productietijd

Grote bedrijfszekerheid

Volautomatisch in- en uitkrimpen van freesgereedschap

Geen kans op oververhitting van de houder

Ideaal voor High Speed Milling

Vergroting van levensduur van de spindel als gevolg van minder trillingen

Spindels voor HSF

This prototype spindle was constructed for use in a high speed machining center. Although not yet in production, the spindle demonstrates many benefits of magnetic bearings in this application.

Magnetic bearings allow a high speed, high power spindle to deliver consistent performance. Performance is not affected by thermal issues or by wear.

Service intervals are greatly increased over conventional bearings.

The magnetic bearings automatically detect overload situations and instantly shut down the machining operation.____________________________________

Customers SKF Nova AB

Drive Spindle Hyperspin AS40/40 - 40,000 rpm, 40kW (S1)

Bearings Radial (front): 4000NRadial (rear): 2000NThrust: 1000N

Controller MB15300

Application Specifics - Cartridge Housing, 232 mm diameter- Water cooled- IP55 housing with air purge

Machines

De opbouw van een machine is niet wezenlijk anders dan een normale freesbank, zodat zaken als

automatische gereedschapswissel e.d. mogelijk blijven.

Fabrikanten:

MAS

The verticale bewerkingscentrums

vertegenwoordigen een nieuw concept uit de derde

generatie van bewerkingscentrums.

Modulair machine ontwerp en in het bijzonder de

spindelkop geeft de klant de mogelijkheid,om een

machine uitvoering te kiezen,aangepast aan uw

technische wensen.

 

Toepassingen

a) Matrijzenbouw

Op dit moment wordt HSV o.a. toegepast in hoogwaardige vormmatrijzen en producten.

b) Prototypes

Aluminium mounting frame for electronic device

This milling approach combines high spindle speeds with increased feed rates. This results in a high chip-forming rate and lower milling forces, producing an improved surface quality and closer tolerances.

When using similar chip-forming rates to those in conventional milling, high speed milling results in significantly lower forces, thus allowing the machining of thin walls and the use of high tool length to diameter ratios.

Materialise has introduced this technology to complement its rapid prototyping techniques of stereolithography and selective laser sintering. This allows fast, accurate machining of materials like fibre reinforced plastics and tool grade aluminium on 3-axis HSM machines processing complex surfaces layer by layer. This "2 1/2D" approach and the use of STL data gives great flexibility in data processing and results in short lead times by reducing complex CAM-programming.

The CNC programs are based on STL files, this enables us to process them in the same logistical environment as the standard RP technologies resulting in short lead times. The program fully supports a 2 1/2D approach as well as 3D milling for high quality complex surfaces.

Renwood cosmetic bottles

Standard accuracy: ± 0.1 mm (up to ± 0.05 mm possible).

Suitable materials for HSM: Aluminium, plastics (also fibre reinforced), high-density polyurethane foam.

Typical applications: Aluminium and plastic parts for functional prototypes. Solid foam models for design evaluation. Prototype tools for vacuum forming. Largest application is the manufacturing of tool inserts for rapid tooling.

Standard lead time:

5 - 10 working days.

c) vliegtuigindustrie

Referenties:

www.hoorn-carbide.com

www.oudereimer.nl/

www.kistler.com

www.shu.ac.uk/schools/research/mri/index.htm

www.skf.com/portal/skf/home?lang=en&site=COM

 

There is a huge potential market related to high speed machining in the aerospace industry, where many complex machined components are required.

Dynamometer measures cutting forces during high-speed milling

Type 9125 rotating dynamometer measures vertical force and

moment about spindle axis at speeds to 25,000 rpm. Digital data

measuring signal is transmitted non-contacting between

dynamometer and stationary signal receiver/processor. Signal

processor contains RS-232C interface allowing for remote control

and selection of 3 force measuring ranges (675, 225, 70 lbf). Quartz

sensors yield wide dynamic data response with force threshold level

of 0.007 lbf and moment of 0.9 lbf-in.

New Rotating Multi-Component Dynamometer Type 9125 Measures Cutting Forces During

Milling at High Speeds

Kistler Instrument Corporation is pleased to announce the release of a new rotating dynamometer

that measures cutting forces at the milling cutter during the machining process. The 9125

Dynamometer measures two components, Fz the vertical force and Mz the moment about the

spindle axis at speeds up to 25,000 rpm. A digital, data measuring signal is transmitted non-

contacting between the rotating dynamometer and a stationary signal receiver/processor.

The signal processor contains an RS-232C interface allowing for remote control and selection of

three force measuring ranges (675, 225 & 70 lbf) and three moment ranges (445, 180, & 90 lbf-in).

The high rigidity of the quartz sensors used in the dynamometer yield a wide dynamic data response

with a force threshold level of 0.007 lbf and moment of 0.9 lbf-in. Weighing in at 3.3 lbs, the 9251

dynamometer is carefully balanced so not to produce a load on the spindle more than a normal tool.

The internal design is such that coolant flow through the dynamometer is not obstructed.

The 9125 Dynamometer is ideally suited for high speed milling and boring where the monitoring of

cutting forces during the machining process is critical due to expensive nature of the tools or the

work piece.

Kistler is a worldwide supplier of precision instrumentation for the measurement of pressure, force

and acceleration serving the R&D, Industrial and OEM Communities.