Горизонтальный станок

Когда слышишь ?горизонтальный станок?, первое, что приходит в голову — массивная рама и стабильность. Но с нашими сплавами в ООО Хунань Цзято Новые Материалы всё оказалось не так прямолинейно. Многие коллеги до сих пор считают, что главное — жёсткость станины, а вот момент с тепловыми деформациями при длительной обработке заготовок из Al-Sc часто упускают. Я сам лет пять назад чуть не угробил партию из-за этого.

Почему горизонтальный станок — не панацея для алюминиево-скандиевых сплавов

Мы в https://www.jthsa.ru начали экспериментировать с горизонтальными станками ещё в 2018-м, когда запускали линию для аэрокосмических компонентов. Ожидали, что ориентация шпинделя решит проблемы с отводом стружки — ведь с нашими сплавами липкая стружка вечная головная боль. Но выяснилось, что при обработке тонкостенных профилей вибрация гасится хуже, чем на вертикальных конфигурациях. Пришлось допиливать систему подачи СОЖ — стандартные форсунки не обеспечивали равномерного охлаждения по всей зоне реза.

Запомнился случай с заказом для сателлитовых панелей: техкарта требовала соблюдения шероховатости Ra 0.8, но на первых прогонах стабильно выходило Ra 1.2–1.4. Разбирались неделю — оказалось, проблема в резонансных частотах при поперечном ходе стола. Пришлось менять схему крепления заготовки и уменьшать вылет инструмента. Кстати, именно тогда мы отказались от универсальных патронов в пользу индивидуальных цанг для каждого типоразмера заготовки.

Сейчас уже выработали своё правило: перед запуском серии обязательно делаем тестовый проход с замером температур в трёх точках заготовки. Если перепад превышает 5°C — корректируем режимы резания, даже если это противочит рекомендациям производителя станка. Наши сплавы, особенно марки с 0.4% Sc, критичны к локальному перегреву — могут появиться микротрещины в зоне реза.

Как мы адаптировали горизонтальные станки под высокопрочные сплавы

Первое, что пришлось менять — система ЧПУ. Стандартные управляющие программы не учитывали специфику нашей продукции. Например, при фрезеровке ребер жёсткости для авиационных шпангоутов нужно было пересчитывать подачи на каждом участке — где-то материал ?плывёт?, где-то дает усадку. Сейчас используем кастомные постпроцессоры, которые учитывают пластичность именно наших сплавов.

Важный момент — инструмент. Раньше брали стандартные твердосплавные фрезы, но для обработки сверхпрочных алюминиево-скандиевых сплавов этого оказалось мало. Перешли на алмазно-активированные покрытия и увеличили количество зубьев — стружка стала мельче, но стабильность процесса выросла. Кстати, расходники теперь закупаем только у трёх проверенных поставщиков — сэкономили на этом 20% брака.

Самое сложное было с отладкой системы автоматической смены инструмента. При работе с нашими сплавами критична чистота конуса шпинделя — малейшая стружка приводит к биению. Пришлось разработать процедуру продувки сжатым воздухом после каждой смены фрезы. Да, это увеличило время цикла на 7–8 секунд, но зато снизило количество бракованных позиций на 15%.

Ошибки, которые дорого нам обошлись

В 2020-м попробовали использовать горизонтальный станок с ЧПУ для одновременной обработки четырёх заготовок — хотели увеличить производительность. Рассчитали всё по книжным формулам, но не учли, что наши сплавы при интенсивном резании выделяют больше тепла. В итоге — термическая деформация осей X и Z, пришлось останавливать линию на три дня для калибровки. Убыток — около 400 тысяч рублей.

Другая типичная ошибка — экономия на системе охлаждения. Ставили стандартные чиллеры, но для наших задач мощности не хватало. Пришлось докупать дополнительный контур охлаждения специально для шпиндельной группы. Сейчас рекомендуем всегда закладывать запас по холодильной мощности минимум 30% от паспортных значений станка.

Был и курьёзный случай: пытались использовать магнитные плиты для крепления — забыли, что наши сплавы парамагнитны. Пришлось срочно переделывать всю оснастку на механические зажимы. Теперь всегда проверяем магнитные свойства материала перед запуском в производство.

Практические наблюдения по работе с разными марками сплавов

С маркой 1570 (0.3% Sc) горизонтальные станки ведут себя стабильнее всего — можно работать на повышенных подачах. А вот с 1580 (0.5% Sc) уже сложнее — приходится снижать скорость резания на 15–20%, иначе инструмент изнашивается в два раза быстрее. Кстати, для этой марки мы вообще отказались от стандартных СОЖ — перешли на специальные составы с антиадгезионными присадками.

Интересный эффект заметили при обработке листов разной толщины. До 20 мм можно использовать стандартные режимы, а вот свыше 25 мм начинается неприятное явление — вибрация по оси Y. Пришлось разрабатывать специальные программы с переменным шагом. Сейчас это уже отработанная технология, но первые полгода потратили на эксперименты.

Важный нюанс — чистота поверхности после черновой обработки. Многие недооценивают этот этап, но именно от него зависит качество финишных операций. Мы выработали своё правило: после каждого чернового прохода делаем контрольный замер шероховатости. Если Ra больше 3.2 — сразу корректируем параметры, не дожидаясь финиша.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас тестируем горизонтальные станки с системой активного гашения вибраций — перспективно для наших задач. Особенно для обработки крупногабаритных конструкций типа рам спутниковых антенн. Но пока есть проблемы с точностью позиционирования при длительных циклах — вероятно, придется дорабатывать сервоприводы.

Ещё одно направление — совмещение аддитивных технологий с механической обработкой на одном станке. Пробовали прототип — пока нестабильно, но для ремонта локальных дефектов в литых заготовках вполне рабочее решение. Особенно для восстановления геометрии после термической обработки.

Главное ограничение — стоимость оснастки. Для каждой новой детали нужно проектировать индивидуальную систему крепления — это увеличивает сроки подготовки производства. Сейчас думаем над универсальной модульной системой, но пока идеального решения нет. Возможно, придется сотрудничать с другими предприятиями из нашей отрасли для разработки стандартов.

Выводы, которые можно сделать уже сейчас

Горизонтальный станок для обработки алюминиево-скандиевых сплавов — инструмент не универсальный, но при грамотной адаптации незаменимый. Главное — не слепо следовать инструкциям, а понимать физику процесса резания именно вашего материала. Мы в ООО Хунань Цзято Новые Материалы за три года набили достаточно шишек, чтобы выработать собственную методику.

Сейчас уже можем с уверенностью сказать: успех на 70% зависит от правильной подготовки технологического процесса и только на 30% — от самого оборудования. Даже самый продвинутый станок без понимания специфики материала не даст нужного результата.

Для тех, кто только начинает работать с нашими сплавами, советую начинать с простых операций и постепенно усложнять задачи. И обязательно вести журнал всех корректировок режимов резания — этот опыт бесценен. Мы в https://www.jthsa.ru сейчас как раз составляем такую базу данных для внутреннего использования — возможно, в будущем поделимся наработками с отраслью.