Фрезерование с ЧПУ (числовым программным управлением) — это универсальный и точный производственный процесс, используемый для создания широкого спектра компонентов и изделий. Одним из ключевых факторов, оказывающих существенное влияние на операции фрезерования с ЧПУ, является твердость обрабатываемого материала. Твердость материала играет решающую роль в определении параметров обработки, износа инструмента, качества обработки поверхности и общей эффективности. В этой статье мы рассмотрим, как твердость материала влияет на операции фрезерования с ЧПУ и какие факторы следует учитывать производителям при работе с материалами различной твердости.
Что такое твердость материала?
Твердость материала — это способность материала сопротивляться деформации, проникновению или царапанию под действием приложенного усилия. Это важнейшее механическое свойство, которое влияет на обрабатываемость, усилие резания и срок службы инструмента. Твердость обычно измеряется с помощью таких шкал, как Brinell (HB), Rockwell (HRC) или Vickers (HV), в зависимости от материала и области применения.
Материалы подразделяются на три основные категории в зависимости от твердости:
- Мягкие материалы: Например, алюминий, пластик и латунь.
- Материалы средней твердости: Примерами могут служить низкоуглеродистая сталь, бронза и титановые сплавы.
- Твердые материалы: Например, закаленная сталь, инструментальная сталь и жаропрочные сплавы.
Как твердость материала влияет на фрезерный станок с ЧПУ
1. Выбор режущего инструмента
Твердость материала определяет тип режущего инструмента, который может быть эффективно использован:
— Мягкие материалы: Более мягкие материалы, такие как алюминий и пластмассы, можно обрабатывать с помощью быстрорежущей стали (HSS) или твердосплавных инструментов. Эти материалы легче поддаются резке и вызывают минимальный износ инструмента.
— Твердые материалы: Для обработки более твердых материалов требуются твердосплавные инструменты с покрытием (например, нитрид титана или алмазоподобный углерод) или керамические инструменты. Эти инструменты предназначены для работы при высоких температурах и устойчивы к износу, вызванному резанием твердых поверхностей.
2. Скорости резания и подачи
Твердость материала напрямую влияет на рекомендуемые скорости резания и подачи:
— Мягкие материалы: Более мягкие материалы могут обрабатываться на более высоких скоростях и скоростях подачи. Это позволяет ускорить производственные циклы при сохранении точности.
— Твердые материалы: для более твердых материалов требуются более низкие скорости резания и подачи, чтобы предотвратить повреждение инструмента и чрезмерное нагревание. Неправильные настройки могут привести к поломке инструмента или некачественной отделке.
3. Износ инструмента и его долговечность
Более твердые материалы приводят к большему износу режущего инструмента. Это происходит из-за того, что режущие кромки подвергаются большему трению и нагреву во время обработки. Частая смена инструмента и более высокая стоимость оснастки являются распространенными проблемами при работе с твердыми материалами. Правильный выбор материала инструмента и использование надлежащих методов охлаждения могут помочь продлить срок службы инструмента.
4. Отделка поверхности
Твердость материала влияет на достижимую чистоту поверхности:
— Мягкие материалы: при фрезеровании этих материалов поверхность становится более гладкой. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать смазывания или деформации из-за чрезмерных усилий резания.
— Твердые материалы: Неправильная обработка твердых материалов часто приводит к более грубой обработке поверхности. Использование острых инструментов, меньших скоростей и точных проходов для чистовой обработки может помочь добиться лучших результатов.
5. Выработка тепла
Более твердые материалы выделяют больше тепла в процессе фрезерования из-за более высокого трения и стойкости. Это тепло может повлиять на свойства материала и сократить срок службы инструмента. Правильное нанесение охлаждающей жидкости или использование методов сухой обработки необходимы для эффективного управления тепловыделением.
6. Время и затраты на механическую обработку
Твердость материала напрямую влияет на время и стоимость операций механической обработки:
— Мягкие материалы: легче поддаются механической обработке, что сокращает время цикла и снижает затраты.
— Твердые материалы: требуют более тщательной и точной обработки, что приводит к увеличению времени цикла и удорожанию производства.
Насадки для фрезерования материалов с различным уровнем твердости
Для мягких материалов:
Выбор инструмента:
Острые кромки: Выбирайте инструменты с острыми режущими кромками и положительными углами наклона, чтобы свести к минимуму усилие резания и предотвратить разрыв материала.
Подходящий материал: Выбирайте быстрорежущую сталь (HSS) или твердосплавную оснастку в зависимости от конкретного мягкого материала и желаемой отделки.
Конструкция канавок: Рассмотрите возможность использования нескольких канавок для лучшего удаления стружки, особенно из более мягких материалов.
Параметры резки:
Высокая скорость резания: Работайте на относительно высокой скорости резания, чтобы снизить риск образования наростов на кромке инструмента.
Низкая скорость подачи: Используйте меньшую скорость подачи, чтобы предотвратить чрезмерное удаление стружки и сохранить хорошее качество поверхности.
Небольшая глубина резания: Делайте резание на меньшую глубину, чтобы свести к минимуму тепловыделение и износ инструмента.
Для среднетвердых материалов:
Выбор инструмента:
Твердосплавная оснастка: Выбирайте высококачественные твердосплавные пластины с покрытиями, предназначенными для твердых материалов, учитывая такие аспекты, как угол скоса, угол спирали и количество канавок, в зависимости от материала и желаемой отделки.
Отрицательные углы наклона: Выбирайте отрицательные углы наклона, чтобы обеспечить лучший контроль стружки и стабильность при обработке твердых материалов.
Острые режущие кромки: Убедитесь, что инструменты правильно заточены, чтобы свести к минимуму тепловыделение и износ.
Параметры резки:
Низкая нагрузка на стружку:
Поддерживайте постоянную и относительно низкую нагрузку на стружку, чтобы предотвратить чрезмерное нагревание и износ инструмента.
Оптимизированная скорость резания:
Регулируйте скорость резания в зависимости от комбинации материала и инструмента, чтобы обеспечить баланс между эффективным удалением материала и сроком службы инструмента.
Высокая скорость подачи:
Там, где это возможно, используйте более высокую скорость подачи для улучшения качества поверхности и удаления стружки.
Для твердых материалов:
Выбор инструмента:
Высококачественные твердосплавные пластины: Выбирайте твердосплавные пластины с четкой геометрией, такие как button orTland, и выбирайте марку, специально разработанную для твердых материалов с высокой термостойкостью.
Покрытие: Выбирайте такие покрытия, как TiN, TiAlN или CBN (кубический нитрид бора) для повышения износостойкости и отвода тепла.
Множество канавок: Используйте концевые фрезы с большим количеством канавок (4-8) для лучшего удаления стружки.
Отрицательный угол наклона: Отрицательные углы наклона помогают предотвратить образование сколов и повышают срок службы инструмента при обработке твердых материалов.
Параметры резки:
Легкие пропилы: Используйте малую глубину пропила и уменьшенную ширину пропила (обычно 25-40% от диаметра инструмента), чтобы свести к минимуму тепловыделение.
Низкая подача на зуб: Поддерживайте низкую скорость подачи, чтобы предотвратить чрезмерную нагрузку на режущую кромку.
Высокая частота вращения шпинделя: При необходимости используйте более высокие частоты вращения шпинделя для улучшения удаления стружки.
Применение фрезерного станка с ЧПУ для обработки материалов различной твердости
— Мягкие материалы: Алюминий широко используется в аэрокосмической, автомобильной и потребительской промышленности благодаря своим легким свойствам и обрабатываемости.
— Материалы средней твердости: Титан широко используется в медицинских имплантатах и аэрокосмических компонентах, где соотношение прочности и веса имеет решающее значение.
— Твердые материалы: Закаленные стали используются в производстве инструментов, автомобильных компонентов и тяжелого машиностроения, где требуются долговечность и износостойкость.
Вывод
Твердость материала является критическим фактором при фрезеровании с ЧПУ, который влияет на все — от выбора инструмента до параметров обработки и качества конечной детали. Понимание того, как твердость влияет на процесс, позволяет производителям оптимизировать свои операции, снизить износ инструмента и добиться стабильных результатов. Благодаря настройке инструментов, скоростей и подач в соответствии с конкретной твердостью материала фрезерный станок с ЧПУ может создавать прецизионные компоненты для широкого спектра отраслей промышленности и применений. Будь то обработка мягкого алюминия или прочной закаленной стали, тщательное планирование и исполнение являются ключом к успеху в фрезерном деле с ЧПУ.