Sleutelfactoren voor succesvol frezen van gehard staal

In het verleden konden bij het voorfrezen van gehard staal alleen een zeer lage snijsnelheid en voeding, evenals een grote snijdiepte en gereedschapsloopafstand worden gebruikt. Deze bewerkingsmethode is langzaam en tijdrovend, en het is mogelijk om diepe getrapte gereedschapsmarkeringen op het werkstuk te vormen. Daarom is het noodzakelijk om meerdere opeenvolgende semi-nabewerkingsfrezen en nabewerkingsfrezen uit te voeren. Een ander alternatief is om ruw frezen uit te voeren op werkstukken met een lage hardheid, er vervolgens een warmtebehandeling op uit te voeren en vervolgens de geharde werkstukken opnieuw op de freesmachine te klemmen om semi-fijn frezen en fijn frezen door middel van meervoudig klemmen te voltooien. Een andere methode is elektrische ontladingsbewerking (EDM) voor gehard staal, maar dit proces is ook erg tijdrovend en kostbaar.

Nu vervangt de high-speed hardfreestechnologie met kleine snijdiepte en grote voeding deze tijdrovende en arbeidsintensieve traditionele processen steeds meer. De bewerkingswerkplaats kan eerst gaten en waterlijnen op de matrijsblank boren, vervolgens een warmtebehandeling uitvoeren en vervolgens de hogesnelheidsfreesstrategie toepassen om ruw frezen en fijn frezen te voltooien door eenmalige opspanning. Hardfrezen heeft een hoog verspaningsrendement. Omdat het bijna netvormige werkstuk kan worden verkregen na ruw frezen, kan de werklast van semi-fijn frezen en fijn frezen aanzienlijk worden verminderd. De machinaal bewerkte oppervlakteafwerking van hard frezen kan 10-12rms bereiken. Dit proces kan de productie-efficiëntie aanzienlijk verbeteren en de kosten van meervoudig klemmen en herhaalde bewerking van werkstukken verlagen.

Om echter met succes high-speed hardfreestechnologie toe te passen, is het noodzakelijk om de belangrijkste factoren die van invloed zijn op het proces grondig te begrijpen en volledig in overweging te nemen.

Hardheid en bewerkbaarheid van werkstukmaterialen

Het hardheidsbereik gemeten voor een typisch gehard staal is meestal hrc48-65. Als we echter kijken naar de bewerkbaarheid van daadwerkelijke bewerking, vertegenwoordigt de Rockwell-hardheid niet alles. De hardheid van D2-matrijsstaal is bijvoorbeeld ongeveer hrc60-62, maar het hoge chroomgehalte (11%-13%) verhoogt de taaiheid van het materiaal, dus de bewerkbaarheid ervan ligt dichter bij het werkstukmateriaal met een hardheid van hrc62-65. Voor D2-matrijsstaal en soortgelijke meercomponentengelegeerde staalsoorten moeten de snijparameters worden gebruikt die door de leverancier van het gereedschap zijn verstrekt en die algemeen van toepassing zijn op materialen met een hogere hardheid.

Constante chipbelasting behouden

Bij het frezen (vooral bij het frezen met hoge snelheid van gehard staal) is de sleutel tot het verlengen van de standtijd en het verbeteren van de kwaliteit van het onderdeel het handhaven van de consistentie van de spaanbelasting die wordt gedragen door de snijkant van de frees. Spaanbelasting =voedingssnelheid ÷ spiltoerental × aantal messen. Als de spaanbelasting te veel of ongepast verandert (te groot of te klein), zal de frees te snel verslijten, breken of beschadigen.

Het is bijzonder moeilijk om een ​​constante spaanbelasting te handhaven bij het frezen van het gebruikelijke driedimensionale profiel bij de productie van matrijzen. Conventionele programmeermethoden gebruiken meestal een lineaire hoge snijsnelheid en een groot voedingspad, maar bij het frezen van complexe profielen verandert de belasting die door het gereedschap wordt gedragen voortdurend en is het mogelijk dat de bewerkingsmachine niet in staat is om de vereiste spaanbelasting te behouden. Wanneer de frees bijvoorbeeld de hoek van 90 ° bereikt, wordt de snijhoek verdubbeld en neemt ook de snijkracht toe. Als de voedingssnelheid niet wordt verlaagd, zal de frees snel versleten of beschadigd raken. Om het veranderende matrijsprofiel te frezen, kan de bewerkingstechnicus de voedingssnelheid handmatig verlagen via de voedingsoverbelastingscontroller, of het nokkenbewerkingsprogramma en het besturingssysteem van de bewerkingsmachine kunnen gezamenlijk de voedingssnelheid tot een redelijk niveau verlagen.

Door het nokkenbewerkingsprogramma en het gereedschap op de bewerkingsmachine te laden en de hoogte van de frees in de z-richting op ongeveer 25,4 mm boven het werkstuk in te stellen, kan de bewerkingstechnicus bepalen of de gespecificeerde voedingssnelheid kan worden bereikt. De werkelijke voedingssnelheid kan worden gekend door middel van één proefrun. De basisprincipes van de fysica maken het onmogelijk om altijd de vereiste voeding en spaanbelasting te handhaven. Een handige vuistregel is dat als de houdtijd van de geprogrammeerde voeding minder is dan 80% van de totale verwerkingstijd, het spiltoerental dienovereenkomstig moet worden verlaagd om een ​​consistente spaanbelasting te garanderen.

Uitloop van gereedschap verminderen

Bij het frezen is een andere belangrijke, maar vaak over het hoofd geziene factor, het uitlopen van het gereedschap. Over het algemeen geldt dat als de slingering groter is dan 0,01 mm (1/7 van de diameter van mensenhaar), de standtijd kan worden gehalveerd. Het is erg belangrijk om de rondloop van het gereedschap zoveel mogelijk te verminderen bij het gebruik van frezen met zeer kleine specificaties. Voor sommige frezen met een kleine diameter zal een uitloop van 0,01 mm de spaanbelasting op een enkele tand verdubbelen, wat resulteert in een versnelde slijtage van de snijkant van de frees. Hoewel sommige bewerkingswerkplaatsen dure werktuigmachines en hoogwaardige gereedschappen gebruiken, gebruiken ze goedkope gereedschapshouders met lage precisie, wat een belangrijke reden is voor veel bewerkingsproblemen. Uiterst nauwkeurige gereedschapsopnames (inclusief hot-fitting klauwplaten, hydraulische klauwplaten, enz.) kunnen in principe de negatieve impact van gereedschapsslingering elimineren.

Gebruik geavanceerde programmeersoftware

De bewerkingsprogrammeersoftware is essentieel om een ​​constante spaanbelasting te behouden. Vergeleken met het lagere programmeersysteem kan het high-end nokkensysteem meer datapunten gebruiken om het gereedschapspad te definiëren. Dit soort nokkenprogramma kan ook het in- en uitsnijden van het gereedschap regelen, zodat de snijkracht die op het mes inwerkt op een redelijk niveau wordt gehouden. Hoewel hoogwaardige CAM-software meestal duurder is, kunnen de voordelen ervan over het algemeen de hogere initiële aanschafkosten overtreffen.

De functie van het besturingssysteem voor bewerkingsmachines speelt ook een belangrijke rol bij efficiënt frezen. Om de hogesnelheidsfreesstrategie effectief te implementeren, moet de bewerkingsmachine een sterke rekenkracht hebben om vooraf te voorspellen en soepel om te gaan met de snelle veranderingen van bewerkingsparameters die door het nokkenprogramma worden gespecificeerd. Bij frezen met hoge snelheid, om complexe machinebewegingsopdrachten te volgen en uit te voeren, moet het besturings- en servosysteem van de werktuigmachine een groot aantal codeblokken met hoge snelheid verwerken, maar de oude controller en server voldoen hier mogelijk niet aan vereiste.

Levensduur van gereedschap beheren

Voor de standtijd van frezen met hoge snelheid, zolang de spaanbelasting, rondloop en andere problemen (zoals de stijfheid van de machine) zorgvuldig worden overwogen, kunnen onverwachte resultaten worden geproduceerd. Bij het frezen van gehard staal kan de juiste toepassing van de frees de standtijd verlengen. Natuurlijk is ook de definitie van de standtijd een van de factoren waarmee rekening moet worden gehouden. De eisen van de klant aan de oppervlakteafwerking van de matrijs kunnen de onderhoudstijd van de frees beperken voordat het gereedschap wordt vervangen.

Hoge snijtemperaturen hebben een nadelige invloed op de standtijd. Daarom kan bij frezen met hoge snelheid het gebruik van een kleine snijdiepte de tijd voor de frees om het snijden te verlaten verlengen, zodat de snijkant kan worden gekoeld, waardoor de standtijd wordt verlengd. Bij het frezen van werkstukmaterialen met een hardheid groter dan HRC 48, om thermische schokken aan het gereedschap te voorkomen, kan meestal luchtstraalkoeling of olienevel / luchtnevel worden gebruikt om de koelvloeistof te vervangen. Hoewel in sommige gevallen de koelvloeistofstroom de spanen kan wegspoelen en secundair snijden kan voorkomen, is straalkoeling ongetwijfeld een betere optie omdat het de noodzaak elimineert dat het gereedschap bestand is tegen snelle en ernstige temperatuurveranderingen.

Selecteer geschikte snijgereedschappen

Net als de ontwikkelingstrend van de hele industrie, stellen matrijsproducten steeds hogere eisen aan maatnauwkeurigheid, en deze vereisten worden weerspiegeld in de snijgereedschappen die worden gebruikt om matrijzen en hun onderdelen te verwerken. Een paar jaar geleden was de typische radiale maattolerantie van een kogelfrees 10 μm. Nu is het bijna 5 μM. Het is moeilijk om een ​​hoge pasnauwkeurigheid te bereiken voor onderdelen die zijn bewerkt met een kogelfrees met een lage vormnauwkeurigheid. In de matrijsindustrie met strikte nauwkeurigheidseisen (bijvoorbeeld de mismatch-fout van vloeibare siliconen extrusiematrijs wordt teruggebracht tot 2 μ m) Het is erg belangrijk om fouten veroorzaakt door gereedschap te voorkomen.

Omdat het frezen van geharde materialen veel snijwarmte zal produceren, gebruiken veel hardmetalen vingerfrezen die worden gebruikt voor hardfrezen een thermische barrièrecoating (zoals AlTiN-coating). Om de hittebestendigheid en sterkte te verbeteren, gebruiken deze frezen meestal een microkristallijne gecementeerde carbidematrix met een hoge hardheid (kobaltgehalte 8%) en de snijkant neemt een negatieve hellingshoek aan om instorting van de rand te voorkomen. Bij fijnfrezen kunnen kubische boornitride (CBN) frezen worden gebruikt, en schachtfrezen zijn zeer geschikt voor ruw frezen.

Micro-frees kan microfuncties verwerken die voorheen alleen door EDM kunnen worden gerealiseerd. Op dit moment zijn er frezen met een diameter van slechts 0,1 mm beschikbaar, en zelfs zo'n kleine frees kan effectief worden toegepast op hogesnelheidsfrezen, zolang er maar een kortere groeflengte wordt aangenomen.

Uitgebreid evenwicht brengen tussen verschillende factoren

Om de productie-efficiëntie en de bewerkingskwaliteit van het frezen van gehard staal te maximaliseren, moeten we precisiegereedschappen, geavanceerde CAM-software, hoogwaardige werktuigmachines, zeer nauwkeurige gereedschapsspantangen en andere maatregelen nemen (zoals het vervangen van koelvloeistof). Leveranciers van gereedschap, werktuigmachines en werkstukken zijn meestal bereid om hun eigen expertise en vaardigheden te leveren om de verwerkingswerkplaats te helpen een echte procesbalans te bereiken en zijn productiviteitsdoelen te bereiken