Методы высокоскоростного фрезерования твёрдой стали
Раньше при черновом фрезеровании закаленной стали можно было использовать только очень низкую скорость резания и подачи, а также большую глубину резания и расстояние перемещения инструмента. Этот метод обработки медленный и трудоемкий, на заготовке возможно образование глубоких ступенчатых следов инструмента. Поэтому необходимо проводить многократное последующее получистовое и чистовое фрезерование. Альтернативой является выполнение чернового фрезерования заготовок с низкой твердостью, затем проведение на них термообработки, а затем перезажим закаленных заготовок на фрезерном станке для выполнения получистового фрезерования и чистового фрезерования посредством многократного зажима. Другой метод — электроэрозионная обработка (ЭЭО) закаленной стали, но этот процесс также очень трудоемкий и дорогостоящий.
Сейчас технология высокоскоростного фрезерования с малой глубиной резания и большой подачей все больше заменяет эти трудоемкие традиционные процессы. Можно сначала просверлить отверстия и ватерлинии в заготовке штампа, затем провести термообработку, а затем применить стратегию высокоскоростного фрезерования для выполнения чернового и чистового фрезерования посредством однократного зажима.
Поскольку после чернового фрезерования можно получить заготовку почти чистой формы, рабочая нагрузка при полутонком и чистовом фрезеровании может быть значительно снижена. Чистота обработанной поверхности при твердом фрезеровании может достигать 10-12 среднеквадратичных значений. Этот процесс позволяет значительно повысить эффективность производства и снизить затраты на многократный зажим и повторную обработку заготовок.
Однако для успешного применения технологии высокоскоростного твердого фрезерования необходимо досконально понимать и полностью учитывать ключевые факторы, влияющие на процесс.
При фрезеровании еще одним важным, но часто упускаемым из виду фактором является биение инструмента. Вообще говоря, если биение превышает 0,01 мм (1/7 диаметра человеческого волоса), срок службы инструмента может сократиться вдвое. Очень важно максимально уменьшить биение инструмента при использовании фрез с очень малыми характеристиками. Для некоторых фрез малого диаметра биение в 0,01 мм удвоит нагрузку от стружки, действующую на один зуб, что приведет к ускоренному износу режущей кромки фрезы. Хотя в некоторых обрабатывающих цехах используются дорогие станки и высококачественные инструменты, они используют недорогие патроны для инструментов с низкой точностью, что является важной причиной многих проблем при обработке. Высокоточные инструментальные патроны (включая патроны с горячей установкой, гидравлические патроны и т. д.) могут практически устранить негативное влияние биения инструмента.
Используйте мультифункциональное ПО для программирования
Программное обеспечение для создания УП необходимо для поддержания постоянной нагрузки на стружку. По сравнению с системой программирования более низкого уровня, высокопроизводительная кулачковая система может использовать больше точек данных для определения траектории инструмента. Этот тип кулачковой программы также может контролировать врезание и вырезание инструмента, чтобы сила резания, действующая на лезвие, поддерживалась на разумном уровне. Хотя высококачественное программное обеспечение CAM обычно дороже, его преимущества могут окупить более высокую первоначальную стоимость покупки.
Функция системы управления станком также играет важную роль в эффективном фрезеровании. Чтобы эффективно реализовать стратегию высокоскоростного фрезерования, станок должен обладать большой вычислительной мощностью, чтобы заранее прогнозировать и плавно обрабатывать быстрые изменения параметров обработки, заданных кулачковой программой. При высокоскоростном фрезеровании для отслеживания и выполнения сложных команд движения станка требуется, чтобы система управления и сервопривод станка обрабатывали большое количество блоков кода на высокой скорости, но старый контроллер и сервер могут не соответствовать этому требованию.
Управление сроком службы инструмента
Что касается стойкости инструмента при высокоскоростном фрезеровании, если тщательно учитывать нагрузку стружки, биение инструмента и другие проблемы (например, жёсткость станка), можно получить неожиданные результаты. При фрезеровании закаленной стали правильное применение фрезы может продлить срок службы инструмента. Конечно, определение срока службы инструмента также является одним из факторов, которые следует учитывать. Требования заказчика к качеству поверхности матрицы могут ограничить срок службы фрезы до замены инструмента.
Высокая температура резания отрицательно влияет на срок службы инструмента. Следовательно, при высокоскоростном фрезеровании использование небольшой глубины резания может увеличить время выхода фрезы из резания, так что режущая кромка может быть охлаждена, тем самым продлевая срок службы инструмента. При фрезеровании материалов заготовок с твердостью более 48 HRC, чтобы избежать термического удара инструмента, для замены охлаждающей жидкости обычно можно использовать воздушно-струйное охлаждение или масляный туман/воздушный туман. Хотя в некоторых случаях поток охлаждающей жидкости может смыть стружку и избежать вторичной резки, струйное охлаждение, несомненно, является лучшим вариантом, поскольку оно устраняет необходимость выдерживать резкие и изменения температуры инструмента.
Выберите подходящие режущие инструменты
Как и тенденция развития всей отрасли, к пресс-формам предъявляются все более высокие требования к точности размеров, и эти требования отражаются на режущих инструментах, используемых для обработки форм и их деталей. Несколько лет назад типичный допуск радиального размера фрезы со сферическим концом составлял 10 мкм. Сейчас она близка к 5 мкм. Для деталей, обработанных шаровой концевой фрезой с низкой точностью формовки, трудно добиться высокой точности посадки. В промышленности по производству пресс-форм со строгими требованиями к точности (например, погрешность несоответствия пресс-формы для экструзии жидкого силикона снижается до 2 мкм). Очень важно избегать ошибок, вызванных инструментами.
Поскольку при фрезеровании закаленных материалов выделяется большое количество тепла, многие твердосплавные концевые
Сейчас технология высокоскоростного фрезерования с малой глубиной резания и большой подачей все больше заменяет эти трудоемкие традиционные процессы. Можно сначала просверлить отверстия и ватерлинии в заготовке штампа, затем провести термообработку, а затем применить стратегию высокоскоростного фрезерования для выполнения чернового и чистового фрезерования посредством однократного зажима.
Поскольку после чернового фрезерования можно получить заготовку почти чистой формы, рабочая нагрузка при полутонком и чистовом фрезеровании может быть значительно снижена. Чистота обработанной поверхности при твердом фрезеровании может достигать 10-12 среднеквадратичных значений. Этот процесс позволяет значительно повысить эффективность производства и снизить затраты на многократный зажим и повторную обработку заготовок.
Однако для успешного применения технологии высокоскоростного твердого фрезерования необходимо досконально понимать и полностью учитывать ключевые факторы, влияющие на процесс.
При фрезеровании еще одним важным, но часто упускаемым из виду фактором является биение инструмента. Вообще говоря, если биение превышает 0,01 мм (1/7 диаметра человеческого волоса), срок службы инструмента может сократиться вдвое. Очень важно максимально уменьшить биение инструмента при использовании фрез с очень малыми характеристиками. Для некоторых фрез малого диаметра биение в 0,01 мм удвоит нагрузку от стружки, действующую на один зуб, что приведет к ускоренному износу режущей кромки фрезы. Хотя в некоторых обрабатывающих цехах используются дорогие станки и высококачественные инструменты, они используют недорогие патроны для инструментов с низкой точностью, что является важной причиной многих проблем при обработке. Высокоточные инструментальные патроны (включая патроны с горячей установкой, гидравлические патроны и т. д.) могут практически устранить негативное влияние биения инструмента.
Используйте мультифункциональное ПО для программирования
Программное обеспечение для создания УП необходимо для поддержания постоянной нагрузки на стружку. По сравнению с системой программирования более низкого уровня, высокопроизводительная кулачковая система может использовать больше точек данных для определения траектории инструмента. Этот тип кулачковой программы также может контролировать врезание и вырезание инструмента, чтобы сила резания, действующая на лезвие, поддерживалась на разумном уровне. Хотя высококачественное программное обеспечение CAM обычно дороже, его преимущества могут окупить более высокую первоначальную стоимость покупки.
Функция системы управления станком также играет важную роль в эффективном фрезеровании. Чтобы эффективно реализовать стратегию высокоскоростного фрезерования, станок должен обладать большой вычислительной мощностью, чтобы заранее прогнозировать и плавно обрабатывать быстрые изменения параметров обработки, заданных кулачковой программой. При высокоскоростном фрезеровании для отслеживания и выполнения сложных команд движения станка требуется, чтобы система управления и сервопривод станка обрабатывали большое количество блоков кода на высокой скорости, но старый контроллер и сервер могут не соответствовать этому требованию.
Управление сроком службы инструмента
Что касается стойкости инструмента при высокоскоростном фрезеровании, если тщательно учитывать нагрузку стружки, биение инструмента и другие проблемы (например, жёсткость станка), можно получить неожиданные результаты. При фрезеровании закаленной стали правильное применение фрезы может продлить срок службы инструмента. Конечно, определение срока службы инструмента также является одним из факторов, которые следует учитывать. Требования заказчика к качеству поверхности матрицы могут ограничить срок службы фрезы до замены инструмента.
Высокая температура резания отрицательно влияет на срок службы инструмента. Следовательно, при высокоскоростном фрезеровании использование небольшой глубины резания может увеличить время выхода фрезы из резания, так что режущая кромка может быть охлаждена, тем самым продлевая срок службы инструмента. При фрезеровании материалов заготовок с твердостью более 48 HRC, чтобы избежать термического удара инструмента, для замены охлаждающей жидкости обычно можно использовать воздушно-струйное охлаждение или масляный туман/воздушный туман. Хотя в некоторых случаях поток охлаждающей жидкости может смыть стружку и избежать вторичной резки, струйное охлаждение, несомненно, является лучшим вариантом, поскольку оно устраняет необходимость выдерживать резкие и изменения температуры инструмента.
Выберите подходящие режущие инструменты
Как и тенденция развития всей отрасли, к пресс-формам предъявляются все более высокие требования к точности размеров, и эти требования отражаются на режущих инструментах, используемых для обработки форм и их деталей. Несколько лет назад типичный допуск радиального размера фрезы со сферическим концом составлял 10 мкм. Сейчас она близка к 5 мкм. Для деталей, обработанных шаровой концевой фрезой с низкой точностью формовки, трудно добиться высокой точности посадки. В промышленности по производству пресс-форм со строгими требованиями к точности (например, погрешность несоответствия пресс-формы для экструзии жидкого силикона снижается до 2 мкм). Очень важно избегать ошибок, вызванных инструментами.
Поскольку при фрезеровании закаленных материалов выделяется большое количество тепла, многие твердосплавные концевые
Твердость и обрабатываемость материалов заготовок
Диапазон твердости, измеренной для типичной закаленной стали, обычно составляет 48–65 HRC. Однако при рассмотрении обрабатываемости при реальной механической обработке твердость по Роквеллу не отражает всего. Например, твердость штамповой стали Д2 составляет около 60-62HRC, но высокое содержание в ней хрома (11-13%) увеличивает ударную вязкость материала, поэтому ее обрабатываемость приближается к материалу заготовки с твердостью 62-65HRC. Для штамповых сталей D2 и аналогичных многокомпонентных легированных сталей необходимо использовать параметры резания, предоставленные поставщиком инструмента и обычно применимые к материалам с более высокой твердостью.
Поддержание постоянной загрузки стружки
При фрезеровании (особенно при высокоскоростном фрезеровании закаленной стали) ключом к продлению срока службы инструмента и улучшению качества детали является поддержание постоянной нагрузки стружки, воспринимаемой режущей кромкой фрезы. Нагрузка стружки = скорость подачи ÷ скорость шпинделя × количество лезвий. Если нагрузка стружки меняется слишком сильно или ненадлежащим образом (слишком большая или слишком маленькая), фреза будет изнашиваться, ломаться или повреждаться очень быстро.
Особенно сложно поддерживать постоянную нагрузку стружки при фрезеровании обычного трехмерного профиля при производстве штампов. Обычные методы программирования используют линейную высокую скорость резания и большую траекторию подачи инструмента, но при фрезеровании сложных профилей нагрузка на инструмент постоянно меняется, и станок может быть не в состоянии поддерживать требуемую нагрузку стружки. Например, когда фреза достигнет угла 90°, ее угол резания увеличится вдвое, а также увеличится сила резания. Если скорость подачи не уменьшить, фреза будет быстро изнашиваться или повреждаться. Чтобы фрезеровать изменяющийся профиль матрицы, оператор станка может вручную уменьшить скорость подачи с помощью контроллера перегрузки подачи, или программа обработки кулачков и система управления станком могут совместно снизить скорость подачи до разумного уровня.
Загрузив программу обработки кулачка и инструмент в станок и установив высоту фрезы в направлении Z примерно на 25,4 мм над заготовкой, оператор станка может определить, может ли быть достигнута заданная скорость подачи. Фактическую скорость подачи можно узнать после одного пробного запуска. Основные принципы физики не позволяют постоянно поддерживать требуемую скорость подачи и нагрузку стружки. Полезное эмпирическое правило заключается в том, что если время выдержки запрограммированной скорости подачи составляет менее 80% от общего времени обработки, скорость шпинделя должна быть соответственно уменьшена, чтобы обеспечить постоянную загрузку стружки.
Поддержание постоянной загрузки стружки
При фрезеровании (особенно при высокоскоростном фрезеровании закаленной стали) ключом к продлению срока службы инструмента и улучшению качества детали является поддержание постоянной нагрузки стружки, воспринимаемой режущей кромкой фрезы. Нагрузка стружки = скорость подачи ÷ скорость шпинделя × количество лезвий. Если нагрузка стружки меняется слишком сильно или ненадлежащим образом (слишком большая или слишком маленькая), фреза будет изнашиваться, ломаться или повреждаться очень быстро.
Особенно сложно поддерживать постоянную нагрузку стружки при фрезеровании обычного трехмерного профиля при производстве штампов. Обычные методы программирования используют линейную высокую скорость резания и большую траекторию подачи инструмента, но при фрезеровании сложных профилей нагрузка на инструмент постоянно меняется, и станок может быть не в состоянии поддерживать требуемую нагрузку стружки. Например, когда фреза достигнет угла 90°, ее угол резания увеличится вдвое, а также увеличится сила резания. Если скорость подачи не уменьшить, фреза будет быстро изнашиваться или повреждаться. Чтобы фрезеровать изменяющийся профиль матрицы, оператор станка может вручную уменьшить скорость подачи с помощью контроллера перегрузки подачи, или программа обработки кулачков и система управления станком могут совместно снизить скорость подачи до разумного уровня.
Загрузив программу обработки кулачка и инструмент в станок и установив высоту фрезы в направлении Z примерно на 25,4 мм над заготовкой, оператор станка может определить, может ли быть достигнута заданная скорость подачи. Фактическую скорость подачи можно узнать после одного пробного запуска. Основные принципы физики не позволяют постоянно поддерживать требуемую скорость подачи и нагрузку стружки. Полезное эмпирическое правило заключается в том, что если время выдержки запрограммированной скорости подачи составляет менее 80% от общего времени обработки, скорость шпинделя должна быть соответственно уменьшена, чтобы обеспечить постоянную загрузку стружки.
Уменьшите биение инструмента
При фрезеровании еще одним важным, но часто упускаемым из виду фактором является биение инструмента. Вообще говоря, если биение превышает 0,01 мм (1/7 диаметра человеческого волоса), срок службы инструмента может сократиться вдвое. Очень важно максимально уменьшить биение инструмента при использовании фрез с очень малыми характеристиками. Для некоторых фрез малого диаметра биение в 0,01 мм удвоит нагрузку от стружки, действующую на один зуб, что приведет к ускоренному износу режущей кромки фрезы. Хотя в некоторых обрабатывающих цехах используются дорогие станки и высококачественные инструменты, они используют недорогие патроны для инструментов с низкой точностью, что является важной причиной многих проблем при обработке. Высокоточные инструментальные патроны (включая патроны с горячей установкой, гидравлические патроны и т. д.) могут практически устранить негативное влияние биения инструмента.
Используйте мультифункциональное ПО для программирования
Программное обеспечение для создания УП необходимо для поддержания постоянной нагрузки на стружку. По сравнению с системой программирования более низкого уровня, высокопроизводительная кулачковая система может использовать больше точек данных для определения траектории инструмента. Этот тип кулачковой программы также может контролировать врезание и вырезание инструмента, чтобы сила резания, действующая на лезвие, поддерживалась на разумном уровне. Хотя высококачественное программное обеспечение CAM обычно дороже, его преимущества могут окупить более высокую первоначальную стоимость покупки.
Функция системы управления станком также играет важную роль в эффективном фрезеровании. Чтобы эффективно реализовать стратегию высокоскоростного фрезерования, станок должен обладать большой вычислительной мощностью, чтобы заранее прогнозировать и плавно обрабатывать быстрые изменения параметров обработки, заданных кулачковой программой. При высокоскоростном фрезеровании для отслеживания и выполнения сложных команд движения станка требуется, чтобы система управления и сервопривод станка обрабатывали большое количество блоков кода на высокой скорости, но старый контроллер и сервер могут не соответствовать этому требованию.
Управление сроком службы инструмента
Что касается стойкости инструмента при высокоскоростном фрезеровании, если тщательно учитывать нагрузку стружки, биение инструмента и другие проблемы (например, жёсткость станка), можно получить неожиданные результаты. При фрезеровании закаленной стали правильное применение фрезы может продлить срок службы инструмента. Конечно, определение срока службы инструмента также является одним из факторов, которые следует учитывать. Требования заказчика к качеству поверхности матрицы могут ограничить срок службы фрезы до замены инструмента.
Высокая температура резания отрицательно влияет на срок службы инструмента. Следовательно, при высокоскоростном фрезеровании использование небольшой глубины резания может увеличить время выхода фрезы из резания, так что режущая кромка может быть охлаждена, тем самым продлевая срок службы инструмента. При фрезеровании материалов заготовок с твердостью более 48 HRC, чтобы избежать термического удара инструмента, для замены охлаждающей жидкости обычно можно использовать воздушно-струйное охлаждение или масляный туман/воздушный туман. Хотя в некоторых случаях поток охлаждающей жидкости может смыть стружку и избежать вторичной резки, струйное охлаждение, несомненно, является лучшим вариантом, поскольку оно устраняет необходимость выдерживать резкие и изменения температуры инструмента.
Выберите подходящие режущие инструменты
Как и тенденция развития всей отрасли, к пресс-формам предъявляются все более высокие требования к точности размеров, и эти требования отражаются на режущих инструментах, используемых для обработки форм и их деталей. Несколько лет назад типичный допуск радиального размера фрезы со сферическим концом составлял 10 мкм. Сейчас она близка к 5 мкм. Для деталей, обработанных шаровой концевой фрезой с низкой точностью формовки, трудно добиться высокой точности посадки. В промышленности по производству пресс-форм со строгими требованиями к точности (например, погрешность несоответствия пресс-формы для экструзии жидкого силикона снижается до 2 мкм). Очень важно избегать ошибок, вызванных инструментами.
Поскольку при фрезеровании закаленных материалов выделяется большое количество тепла, многие твердосплавные концевые фрезы, используемые для твердого фрезерования, используют термобарьерное покрытие (например, покрытие AlTiN). Чтобы улучшить термостойкость и прочность, в этих фрезах обычно используется микрокристаллическая твердосплавная матрица высокой твердости (содержание кобальта 8%), а режущая кромка имеет отрицательный передний угол для предотвращения разрушения кромки. При тонком фрезеровании можно использовать фрезы из кубического нитрида бора (CBN), а концевые фрезы с лезвиями очень подходят для чернового фрезерования.
Микрофреза может обрабатывать микроэлементы, которые раньше можно было реализовать только с помощью электроэрозионной обработки. В настоящее время доступны фрезы диаметром всего 0,1 мм, и даже такая маленькая фреза может эффективно применяться для высокоскоростного фрезерования, если используется меньшая длина канавки.
Комплексный баланс различных факторов
Чтобы максимизировать эффективность производства и качество обработки фрезерования закаленной стали, мы должны комплексно применять прецизионные инструменты, современное программное обеспечение CAM, высокопроизводительные станки, высокоточные инструментальные цанги и принимать другие меры (например, замену охлаждающей жидкости). Поставщики инструментов, станков и материалов заготовок обычно готовы предоставить свой собственный опыт и навыки, чтобы помочь обрабатывающему цеху достичь реального баланса процессов и достижения целей производительности.
Используйте мультифункциональное ПО для программирования
Программное обеспечение для создания УП необходимо для поддержания постоянной нагрузки на стружку. По сравнению с системой программирования более низкого уровня, высокопроизводительная кулачковая система может использовать больше точек данных для определения траектории инструмента. Этот тип кулачковой программы также может контролировать врезание и вырезание инструмента, чтобы сила резания, действующая на лезвие, поддерживалась на разумном уровне. Хотя высококачественное программное обеспечение CAM обычно дороже, его преимущества могут окупить более высокую первоначальную стоимость покупки.
Функция системы управления станком также играет важную роль в эффективном фрезеровании. Чтобы эффективно реализовать стратегию высокоскоростного фрезерования, станок должен обладать большой вычислительной мощностью, чтобы заранее прогнозировать и плавно обрабатывать быстрые изменения параметров обработки, заданных кулачковой программой. При высокоскоростном фрезеровании для отслеживания и выполнения сложных команд движения станка требуется, чтобы система управления и сервопривод станка обрабатывали большое количество блоков кода на высокой скорости, но старый контроллер и сервер могут не соответствовать этому требованию.
Управление сроком службы инструмента
Что касается стойкости инструмента при высокоскоростном фрезеровании, если тщательно учитывать нагрузку стружки, биение инструмента и другие проблемы (например, жёсткость станка), можно получить неожиданные результаты. При фрезеровании закаленной стали правильное применение фрезы может продлить срок службы инструмента. Конечно, определение срока службы инструмента также является одним из факторов, которые следует учитывать. Требования заказчика к качеству поверхности матрицы могут ограничить срок службы фрезы до замены инструмента.
Высокая температура резания отрицательно влияет на срок службы инструмента. Следовательно, при высокоскоростном фрезеровании использование небольшой глубины резания может увеличить время выхода фрезы из резания, так что режущая кромка может быть охлаждена, тем самым продлевая срок службы инструмента. При фрезеровании материалов заготовок с твердостью более 48 HRC, чтобы избежать термического удара инструмента, для замены охлаждающей жидкости обычно можно использовать воздушно-струйное охлаждение или масляный туман/воздушный туман. Хотя в некоторых случаях поток охлаждающей жидкости может смыть стружку и избежать вторичной резки, струйное охлаждение, несомненно, является лучшим вариантом, поскольку оно устраняет необходимость выдерживать резкие и изменения температуры инструмента.
Выберите подходящие режущие инструменты
Как и тенденция развития всей отрасли, к пресс-формам предъявляются все более высокие требования к точности размеров, и эти требования отражаются на режущих инструментах, используемых для обработки форм и их деталей. Несколько лет назад типичный допуск радиального размера фрезы со сферическим концом составлял 10 мкм. Сейчас она близка к 5 мкм. Для деталей, обработанных шаровой концевой фрезой с низкой точностью формовки, трудно добиться высокой точности посадки. В промышленности по производству пресс-форм со строгими требованиями к точности (например, погрешность несоответствия пресс-формы для экструзии жидкого силикона снижается до 2 мкм). Очень важно избегать ошибок, вызванных инструментами.
Поскольку при фрезеровании закаленных материалов выделяется большое количество тепла, многие твердосплавные концевые фрезы, используемые для твердого фрезерования, используют термобарьерное покрытие (например, покрытие AlTiN). Чтобы улучшить термостойкость и прочность, в этих фрезах обычно используется микрокристаллическая твердосплавная матрица высокой твердости (содержание кобальта 8%), а режущая кромка имеет отрицательный передний угол для предотвращения разрушения кромки. При тонком фрезеровании можно использовать фрезы из кубического нитрида бора (CBN), а концевые фрезы с лезвиями очень подходят для чернового фрезерования.
Микрофреза может обрабатывать микроэлементы, которые раньше можно было реализовать только с помощью электроэрозионной обработки. В настоящее время доступны фрезы диаметром всего 0,1 мм, и даже такая маленькая фреза может эффективно применяться для высокоскоростного фрезерования, если используется меньшая длина канавки.
Комплексный баланс различных факторов
Чтобы максимизировать эффективность производства и качество обработки фрезерования закаленной стали, мы должны комплексно применять прецизионные инструменты, современное программное обеспечение CAM, высокопроизводительные станки, высокоточные инструментальные цанги и принимать другие меры (например, замену охлаждающей жидкости). Поставщики инструментов, станков и материалов заготовок обычно готовы предоставить свой собственный опыт и навыки, чтобы помочь обрабатывающему цеху достичь реального баланса процессов и достижения целей производительности.
