TEAM CUTTING TOOLS
Содержание

Высокоскоростное фрезерование (High Speed Cutting) – с большой скоростью к успеху

Высокоскоростное фрезерование имеет особенно большой потенциал в области обработки на станках с ЧПУ, поскольку позволяет сократить время исполнения заказов и повысить производительность при высоком качестве результатов. В этой статье мы познакомимся поближе с технологией высокоскоростного фрезерования и рассмотрим следующие моменты:

Трудности при высокоскоростном фрезеровании

Одной из главных проблем при высокоскоростном фрезеровании является возникновение вибраций. Как это происходит? Поскольку каждая колебательная система (вал, корпус) имеет частоту собственных колебаний, при воздействии (толчок, отклонение) она продолжает совершать колебательное движение, пока не останавливается вследствие потерь на динамический гистерезис (камертон) или под действием отрицательной частоты такой же величины. Однако если извне с равномерным интервалом происходит возбуждение, и эта частота возбуждения находится приблизительно в том же диапазоне, что и частота собственных колебаний системы, отмечается взаимное наложение обеих частот. В таких ситуациях говорят о резонансном случае → Система входит в резонанс (начинает вибрировать).

Каковы последствия вибрации при фрезеровании?

  •  Глубина обработки ap не является постоянной → неровная поверхность низкого качества
  •  Не обеспечивается постоянная размерная точность
  •  Значительное снижение стойкости
  •  Сколы на режущих кромках
  •  Возможно ослабление закрепления заготовки
  •  Большая нагрузка на направляющие и подшипники станка

Преимущества высокоскоростной обработки

  • Вследствие очень большого удельного съема материала больше не требуется черновая обработка
  • Очень хорошее качество обработки поверхности < 0,001 мм (Ra) → качество шлифования
  • Сокращение машинного времени до 50 %
  • Динамическая устойчивость при обработке вследствие высокой частоты собственных колебаний инструмента → исключение вибраций
  • Не происходит деформация заготовки вследствие тепловых напряжений, так как тепло отводится вместе со стружкой
  • Очень экономичное решение

Диапазоны скоростей резания зависят от обрабатываемого материала

Армированные волокном пластмассы

Алюминий

Бронза, латунь

Чугун

Титановые сплавы

Сплавы на основе никеля

  1. Обычный диапазон
  2. Переходный диапазон
  3. Высокоскоростной диапазон

Максимальные рабочие параметры для минимизации рисков

* диаметр инструмента в мм

  1. по стандарту GW
  2. по стандарту EN ISO 15641

Температура обработки

Мягкий алюминий

Цветные металлы

Бронза

Чугун

Сталь

Отвод тепла со стружкой является главной проблемой при высокоскоростной обработке. На диаграмме показан температурный режим при обработке отдельных материалов. 

Определение оптимальных режимов резания при высокоскоростном фрезеровании

Согласно результатам нашего испытания при скорости резания ок. 600 м/мин происходит резкое увеличение износа. Эта серия испытаний показывает, что верхняя граница для радиусных фрез с Z=2 и Z=4 соответствует скорости резания 580 м/мин.

Правильный выбор ширины резания при высокоскоростном фрезеровании имеет решающее значение для увеличения стойкости. При высокоскоростном фрезеровании лучше работать с малой глубиной врезания, нежели стремиться к достижению максимальной производительности по съему металла, как это происходит при черновой обработке. Она достигается не за счет глубины врезания, а за счет максимально возможной скорости резания.

Амортизация – Стоит ли приобретать станок со шпинделем с приводом от высокочастотного электродвигателя?

Сравнение амортизации показывает, что, несмотря на более высокие затраты на приобретение фрезерного станка со шпинделем с приводом от высокочастотного электродвигателя, обработка обходится значительно дешевле за счет более высокой экономичности.

Особенно выгодна высокоскоростная обработка для малых предприятий, ориентированных на гибкое производство деталей среднего размера. При средней экономии времени 50 % достигается также сокращение издержек производства прим. на 25 %–27 %.

Интересные факты о высокоскоростном фрезеровании

Понятие высокоскоростного фрезерования или высокоскоростной обработки отверстий следует применять с учетом обрабатываемого материала. Очевидно, что диапазон высокоскоростной обработки алюминия должен находиться в другом диапазоне скоростей резания, чем при обработке, например, сталей или специальных материалов. Ограничение скорости резания в этом отношении сопоставимо с традиционным фрезерованием.

Можно сказать, что по мере увеличения скорости резания усилия резания сначала заметно снижаются, а затем снова сильно возрастают.

Необходимо также отметить, что при сверхвысоких скоростях резания (прим. 130 000 м/мин) происходит непропорциональное увеличение износа. Однако при обработке в диапазоне скоростей резания прим. до 5000 м/мин износ по задней поверхности, в зависимости от обрабатываемого материала, сначала сильно увеличивается, а затем некоторое время остается стабильным.

Примечательно также, что при увеличивающейся скорости резания сила отжима (сила, противодействующая усилию фрезы) может уменьшиться на величину до 70 %. Это имеет важное значение, если речь идет об обработке профилей с минимальной толщиной стенки, а также для получения поверхностей, сопоставимых по качеству с шлифованными.

Что касается обработки алюминия, то здесь удельный съем материала достигает максимума при скоростях резания от 3100 до 4700 м/мин. Повышение удельного съема материала прим. на 35 % дало дополнительный эффект, а именно качество поверхностной обработки со среднеарифметическим отклонением профиля 1 мкм. Однако оптимальные значения сильно зависят от состава сплава.

Подходящий инструмент для конкретного материала при высокоскоростном фрезеровании

Высокоскоростное фрезерование алюминия

Для обработки алюминия требуется спиральный инструмент с большими стружечными впадинами. Здесь предпочтительны фрезы с 2 режущими кромками и с углом наклона спирали ок. 45°. Инструмент должен иметь передний угол 15°–20° и поперечный задний угол 10°–12°. Если используется станок с пониженной мощностью шпинделя, с малыми подачами или для обработки глубоких пазов, рекомендуется применять однокромочный спиральный инструмент. При скорости резания ок. 2000 м/мин можно легко обеспечить стойкость 500 м.

Высокоскоростное фрезерование меди

Для обработки меди и медных сплавов следует использовать такие же инструменты, что и при обработке алюминия. Величина подачи на зуб, в зависимости от состава сплава, составляет от 0,02 до 0,4 мм.

Фрезерование чистой меди во избежание наростообразования должно выполняться только инструментом с прецизионной заточкой режущей кромки.
Попутное фрезерование в этом случае предпочтительнее встречного. Однако при этом лучше использовать керамические инструменты, поскольку они позволяют выполнять обработку с повышенными скоростями резания (до 10-кратных).

Армированные волокном пластмассы

Для обработки армированных волокном пластмасс высокоскоростная технология подходит особенно хорошо, так как при повышении скорости резания заметно уменьшаются усилия резания, а за счет высоких подач предупреждается расслоение в краевых зонах. Благодаря отводу выделяющегося при обработке тепла со стружкой материал испытывает минимальные тепловые нагрузки.

Углепластики и стеклопластики

Обработку, по возможности, следует выполнять встречным фрезерованием, причем поперек волокон, а не параллельно волокнам. Однако качество обработки от удовлетворительного до хорошего обеспечивают только инструменты с PCD. Оптимальные режимы резания соответствуют прим. vc = 4500 м/мин и vf до 30 м/мин. Инструмент должен иметь передний угол ок. 5° и поперечный задний угол 10°.

Пластики, армированные асбестом

Поскольку в этом случае приходится разрезать армирующие волокна, предпочтительными являются острые режущие кромки и геометрия, применяемая при обработке легких сплавов. Оптимальные результаты дают инструменты, которые можно отнести к группе ISO-K. Оптимальные режимы резания соответствуют скорости резания от 2000 м/мин до 3000 м/мин и скорости подачи от
10 м/мин до 15 м/мин.

Сталь

При высокоскоростном фрезеровании стали скорость резания 750 м/мин позволяет добиться стойкости на уровне
20–25 м. Диапазоны скоростей резания от 500 м/мин до 1500 м/мин абсолютно реальны с твердосплавными фрезами класса ISO-P. Высокоскоростное фрезерование особенно хорошо зарекомендовало себя в сфере производства штампов и пресс-форм, где изделия сложной формы изготавливаются строчечным фрезерованием, как правило, с помощью режущих кромок конусной геометрии.

Здесь за счет высоких скоростей подачи и резания можно добиться существенного роста временных и качественных показателей. Практика показывает, что при неизменном переднем угле (0°) по мере увеличения поперечного заднего угла и повышения подачи достигается увеличение стойкости.

Оптимальный поперечный задний угол составляет прим. 12°–20°. Инструменты с прямыми канавками, которые имеют подрезной зуб или режут через центр, в сфере производства штампов и пресс-форм показали оптимальные результаты благодаря жесткости. Предпочтительны подачи от 0,3 до 0,7 мм, попутное фрезерование, а также
обработка без СОЖ, причем скорость резания должна составлять от 500 м/мин до 1500 м/мин.

Чугун

Обработка чугуна возможна с помощью твердосплавных инструментов с передним углом от 0° до 6° и поперечным задним углом 12°. Инструменты обязательно должны иметь покрытие. В связи с этим необходимо обратить внимание на то, что образование гребешковых и поперечных микротрещин на покрытии удерживается на минимальном уровне посредством мягкого контакта с материалом и отвода.

При скоростях резания 1000 м/мин удельный съем материала при обработке, например, GG 25 может быть увеличен в 10 раз. Стойкость составляет около 20 м на режущую кромку, а качество поверхностной обработки сопоставимо с качеством шлифования. Стойкость можно увеличить, если выбирать относительно высокую подачу, т. е. подачу на зуб, на уровне прим. от 0,3 до 0,4 мм.

Графит

При обработке графита важное значение имеют не только малые усилия резания, но и порошкообразная консистенция стружечного материала. Стружечный материал должен максимально быстро и полностью отводиться из зоны резания, так как от этого в значительной степени зависит стойкость. Для противодействия абразивному эффекту наши фрезы для обработки графита имеют алмазное покрытие.

Этот сверхтвердый слой оптимально противодействует абразивному износу, что приводит, в свою очередь, к увеличению стойкости. Для улучшения отвода стружки обработку следует выполнять попутным фрезерованием.

Сравнение высокоскоростного и обычного фрезерования

Пример

  Высокоскоростное фрезерование
(красным цветом)
Обычное фрезерование (зеленым цветом)
Инструмент Твердосплавный, 2 зуба Ø 3,0 мм
Задача Канавки 3 мм x 700 мм x 6 мм
Количество проходов 3 3
Подача
на зуб (мм)
0,03 0,03
Частота вращения (об/мин) 80.000 5.000
Скорость резания 753 47
Скорость подачи
(мм/мин)
4.800 300
Cтойкость (м) 25 37
Машинное время (с) 25,8 421,8