Essentiële strategieën voor efficiënt frezen van gehard staal

In het verleden, bij ruwfrezen van gehard staal, konden alleen zeer lage snijsnelheid en voedsnelheid, alsmede grote snijdiepte en gereedschapsloopafstand worden gebruikt. Deze verwerkingsmethode is langzaam en tijdrovend, en het is mogelijk om diepe getrapte gereedschapssporen op het werkstuk te vormen. Daarom is het nodig om meerdere opvolgende half-afwerkings- en afwerkingsbewerkingen uit te voeren. Een alternatief is om ruwfrezen uit te voeren op werkstukken met lage hardheid, daarna warmtebehandeling op ze uit te voeren, en vervolgens de geharde werkstukken opnieuw op de freesmachine te spannen om half-fijnfrezen en fijnfrezen door meerdere spannen te voltooien. Een andere methode is elektrisch ontladingsbewerking (EDM) voor gehard staal, maar dit proces is ook erg tijdrovend en duur.

Nu vervangt de hoge-snelheid hardfreestechnologie met kleine snijdiepte en grote voeding steeds meer deze tijdrovende en arbeidszware traditionele processen. De bewerkingswerkplaats kan eerst gaten en waterlijnen boren op de vormblank, dan warmtebehandeling uitvoeren, en vervolgens de hoge-snelheid freesstrategie adopteren om ruwfrezen en fijnfrezen door éénmalige spanning te voltooien. Hardfrezen heeft een hoge metaalverwijderingssnelheid. Omdat het nabij-netto-vorm werkstuk kan worden verkregen na ruwfrezen, kan de werkbelasting van half-fijnfrezen en fijnfrezen aanzienlijk worden verminderd. De bewerkte oppervlakteafwerking van hardfrezen kan 10-12 RMS bereiken. Dit proces kan de productie-efficiëntie aanzienlijk verbeteren en de kosten van meerdere spannen en herhaalde bewerking van werkstukken verlagen.

Echter, om hoge-snelheid hardfreestechnologie succesvol toe te passen, is het nodig de sleutelfactoren die het proces beïnvloeden grondig te begrijpen en volledig te overwegen.

Hardheid en bewerkbaarheid van werkstukmaterialen

De gemeten hardheidsbereik voor een typisch gehard staal is meestal HRC48-65. Echter, bij het overwegen van de bewerkbaarheid van de actuele bewerking, vertegenwoordigt Rockwell-hardheid niet alles. Bijvoorbeeld, de hardheid van D2 vormstaal is ongeveer HRC60-62, maar de hoge chroominhoud (11%-13%) verhoogt de zwaarte van het materiaal, zodat de bewerkbaarheid dichter bij het werkstukmateriaal met hardheid van HRC62-65 ligt. Voor D2 vormstallen en vergelijkbare multi-component legeringsstalen, moeten de snijparameters die door de gereedschapsleverancier worden verstrekt en doorgaans van toepassing zijn op hogere hardheid materialen, worden gebruikt.

Constant spaanbelasting handhaven

In frezen (vooral in hoge-snelheid frezen van gehard staal), is de sleutel om de gereedschapslevensduur te verlengen en de onderdeelkwaliteit te verbeteren het handhaven van de consistentie van de spaanbelasting die door de snijrand van de frees wordt gedragen. Spoorbelasting = voedsnelheid ÷ spindelsnelheid × Aantal snijden. Als de spaanbelasting te veel of ongeschikt verandert (te groot of te klein), zal de frees te snel verslijten, breken of beschadigd worden.

Het is met name moeilijk om een constante spaanbelasting te handhaven bij het frezen van de veelvoorkomende driedimensionale profielen in vormproductie. Conventionele programmeermethoden nemen meestal lineaire hoge snijsnelheid en grote voeding gereedschapspad aan, maar bij het frezen van complexe profielen, verandert de belasting die door het gereedschap wordt gedragen constant, en de werktuigmachine kan mogelijk niet de vereiste spaanbelasting handhaven. Bijvoorbeeld, wanneer de frees de 90° hoek bereikt, zal de snijhoek verdubbeld worden, en de snijkracht zal ook toenemen. Als de voedsnelheid niet wordt verlaagd, zal de frees snel verslijten of beschadigd worden. Om het veranderende vormprofiel te frezen, kan de bewerkingstechnicus handmatig de voedsnelheid verlagen via de voedingsoverbelastingcontroller, of het CAM-bewerkingsprogramma en het machinebesturingssysteem kunnen gezamenlijk de voedsnelheid verlagen tot een redelijk niveau.

Door het CAM-bewerkingsprogramma en het gereedschap op de werktuigmachine te laden en de Z-richting hoogte van de frees op ongeveer 25,4 mm boven het werkstuk in te stellen, kan de bewerkingstechnicus bepalen of de gespecificeerde voedsnelheid bereikt kan worden. De actuele voedsnelheid kan via één proefloop bekend worden. De basisprincipes van de natuurkunde maken het onmogelijk om de vereiste voedsnelheid en spaanbelasting te allen tijde te handhaven. Een nuttige vuistregel is dat als de vasthoudingstijd van de geprogrammeerde voedsnelheid minder dan 80% van de totale verwerkingstijd is, de spindelsnelheid dienovereenkomstig moet worden verlaagd om ervoor te zorgen dat de spaanbelasting consistent is.

Gereedschapsuitloop verminderen

In frezen is een ander belangrijk maar vaak over het hoofd geziene factor gereedschapsuitloop. Over het algemeen, als de uitloop groter is dan 0,01 mm (1/7 van de diameter van een menselijk haar), kan de gereedschapslevensduur met de helft worden verkort. Het is erg belangrijk om de gereedschapsuitloop zoveel mogelijk te verminderen bij het gebruik van frezen met zeer kleine specificaties. Voor sommige kleine-diameter frezen, zal een uitloop van 0,01 mm de spaanbelasting die op een enkele tand werkt, verdubbelen, wat resulteert in versnelde slijtage van de snijrand van de frees. Hoewel sommige bewerkingswerkplaatsen dure werktuigmachines en hoogwaardige gereedschappen gebruiken, gebruiken ze goedkope gereedschapsspannen met lage precisie, wat een belangrijke reden is voor veel bewerkingsproblemen. Hoogprecisie gereedschapsspannen (inclusief warmtepassingsspannen, hydraulische spannen, etc.) kunnen het negatieve effect van gereedschapsuitloop basisweg elimineren.

Geavanceerde programmeringssoftware adopteren

De bewerkingsprogrammeersoftware is essentieel om een constante spaanbelasting te handhaven. Vergeleken met het lagere programmeersysteem, kan het high-end CAM-systeem meer datapunten gebruiken om het gereedschapspad te definiëren. Dit soort CAM-programma kan ook het insnijden en uitschuiven van het gereedschap controleren, zodat de snijkracht die op de snee wordt uitgeoefend, op een redelijk niveau wordt gehouden. Hoewel high-end CAM-software meestal duurder is, kunnen de voordelen over het algemeen de hogere initiële aankoopkosten overtref.

De functie van het machinebesturingssysteem speelt ook een belangrijke rol in efficiënt frezen. Om de hoge-snelheid freesstrategie effectief te implementeren, moet de werktuigmachine sterke rekenkracht hebben om van tevoren te voorspellen en de snelle veranderingen van bewerkingsparameters die door het CAM-programma worden gespecificeerd, soepel af te handelen. In hoge-snelheid frezen, om complexe machinebewegingscommando's te volgen en uit te voeren, wordt het besturings- en servosysteem van de werktuigmachine vereist om een groot aantal codeblokken met hoge snelheid te verwerken, maar de oude controller en server voldoen mogelijk niet aan deze vereiste.

Gereedschapslevensduur beheren

Voor de gereedschapslevensduur van hoge-snelheid frezen, zolang de spaanbelasting, gereedschapsuitloop en andere problemen (zoals werktuigmachinestevigheid) zorgvuldig worden overwogen, kunnen onverwachte resultaten worden geproduceerd. Bij het frezen van gehard staal, kan de correcte toepassing van de frees de gereedschapslevensduur verlengen. Natuurlijk is de definitie van gereedschapslevensduur ook een van de factoren die moeten worden overwogen. De klanteisen voor de oppervlakteafwerking van de vorm kunnen de diensttijd van de frees beperken voordat het gereedschap wordt vervangen.

Hoge snijtemperatuur zal een nadelige invloed hebben op de gereedschapslevensduur. Daarom kan in hoge-snelheid frezen, het gebruik van een kleine snijdiepte de tijd vergroten dat de frees uit het snijden komt, zodat de snijrand kan afkoelen, wat de gereedschapslevensduur verlengt. Bij het bewerken van werkstukmaterialen met hardheid groter dan HRC 48, om thermische schok aan het gereedschap te voorkomen, kunnen luchtstraal koeling of olierook / lucht rook meestal worden gebruikt om de koelvloeistof te vervangen. Hoewel in sommige gevallen de koelvloeistofstroom de spanen kan wegspoelen en secundaire snijden voorkomt, is straalkoeling ongetwijfeld een betere optie omdat het de noodzaak voor het gereedschap om snelle en zware temperatuurveranderingen te ondergaan, elimineert.

Geschikte snijgereedschappen selecteren

Als de ontwikkelings trend van de hele industrie, hebben vormproducten steeds hogere eisen aan dimensionele nauwkeurigheid, en deze eisen worden gereflecteerd in de snijgereedschappen die worden gebruikt om vormen en hun onderdelen te verwerken. Een paar jaar geleden was de typische radiale dimensietolerantie van een balneusfrees 10 μm. Nu is het dicht bij 5 μm. Het is moeilijk om hoge pasnauwkeurigheid te bereiken voor onderdelen bewerkt door een balneusfrees met lage vormnauwkeurigheid. In de vormfabricageindustrie met strikte nauwkeurigheidsvereisten (bijvoorbeeld, de mismatch fout van vloeibare silicone extrusievorm wordt gereduceerd tot 2 μm) is het erg belangrijk om fouten veroorzaakt door gereedschappen te vermijden.

Omdat het frezen van geharde materialen veel snijwarmte produceert, gebruiken veel hardmetaal eindfrezen die voor hardfrezen worden gebruikt, thermische barrière coating (zoals AlTiN coating). Om de hittebestendigheid en sterkte te verbeteren, nemen deze frezen meestal een hoog-hardheid microkristallijn hardmetaal substraat (kobaltgehalte 8%) aan, en de snijrand neemt negatieve raakhoek aan om randkollaps te voorkomen. In fijnfrezen kunnen kubisch boornitride (CBN) messen worden gebruikt, en mes-eindfrezen zijn zeer geschikt voor ruwfrezen.

Micro-frees kan micro-kenmerken verwerken die eerst alleen door EDM gerealiseerd konden worden. Op dit moment zijn frezen met diameters zo klein als 0,1 mm beschikbaar, en zelfs zo'n klein frees kan effectief worden toegepast op hoge-snelheid frezen zolang een kortere golflengte wordt aangenomen.

Alle factoren総合平衡

Om de productie-efficiëntie en bewerkingskwaliteit van het frezen van gehard staal te maximaliseren, moeten we precisie gereedschappen, geavanceerde CAM-software, hoog-presterende werktuigmachines, hoge-precisie gereedschapscollets en andere maatregelen (zoals het vervangen van koelvloeistof) comprehensief toepassen. Gereedschap, werktuigmachine en werkstukmateriaalleveranciers zijn meestal bereid om hun eigen expertise en vaardigheden te leveren om de bewerkingswerkplaats te helpen een echte procesbalans te bereiken en haar productiviteitsdoelen te halen.