Профильное фрезерование

Производители аэрокосмической, автомобильной и даже медицинской техники обычно сталкиваются с одной проблемой — потребностью в высокоточных, сложных конструкциях, которые при этом должны быть экономически эффективными, быстрыми и минимально обременительными в плане обработки материалов. Профильное фрезерование — это ориентированная на решение и точная форма обработки, способная решать эти проблемы. Оно позволяет создавать сложные геометрии, переходы в сечениях, гладкие поверхности, которые имеют решающее значение для современного производства.
В этой статье мы рассмотрим основные проблемы профильного фрезерования, включая общие типы, необходимые инструменты, методы, а также возможные проблемы и стратегии для обеспечения решения проблем высокой точности и эффективности.

Профильное фрезерование — это тип специализированного фрезерования, который создает контурные или криволинейные поверхности на заготовке. Целью является формирование точных профилей и форм из различных материалов, включая металлы, пластики и композиты. Для эффективного удаления материала обрабатывающий инструмент настраивается на работу по заданной траектории, как правило, на станке с ЧПУ (числовым программным управлением). Операция профилирования с ЧПУ особенно важна в таких отраслях, как аэрокосмическая и медицинская, где требуются высокоточные компоненты со сложными конструкциями и гладкой отделкой.

Значение в производстве
Профильное фрезерование — это передовая технология, которая имеет определенные преимущества по сравнению с традиционными методами фрезерования. Короче говоря, она позволяет конструктору достичь большей точности при работе со сложными формами и контурами и, следовательно, производить очень сложные компоненты.
Это обычно применяется к деталям и компонентам, которые требуют определённой геометрии вместе с гладкими поверхностями. Например, в автомобильном производстве высокоточное профилирование с ЧПУ помогает в производстве компонентов двигателя и других деталей с определенными допусками.
При профильном фрезеровании возможность работать с различными материалами, окончательная отделка поверхности и геометрические детали обрабатываемой детали являются в высшей степени адаптивными. Таким образом, возможность фрезеровать детали с мелкими деталями позволяет нам удовлетворять постоянно растущие требования к разнообразию современных изготавливаемых деталей, которые другие распространенные методы обработки считают очень сложными для достижения.

Как работает фрезерование профиля?

Процессы профильного фрезерования включают в себя различные этапы.
Шаг 1: Черновая обработка.
Во время профильного фрезерования первая фаза называется «черновая обработка», во время которой удаляется большая часть материала. При черновой обработке большие фрезы с радиусными или черновыми вставками используются в очень агрессивной манере для удаления большей части материала заготовки.

Цель черновой обработки — сформировать деталь общей формы, оставив ровно столько материала (обычно от 1 мм до 3 мм), чтобы удалить его на получистовых и чистовых этапах. Черновая обработка также является необходимой операцией при изготовлении крупных сложных элементов в крупносерийных деталях, поскольку она позволяет сделать следующие этапы процесса обработки более точными.

Шаг 2: Получистовая обработка.
Получистовая обработка выполняется после черновой обработки, которая направлена ​​на придание заготовке формы. Небольшие инструменты используются для удаления материала, оставшегося после черновой обработки. Эта стадия улучшает поверхность детали для чистовой обработки. Хотя получистовая обработка не так сложна, как чистовая обработка, она обеспечивает значительное уменьшение поверхностного материала до достижения окончательного качества поверхности.

Шаг 3: Завершение.
Финишная обработка относится к достижению конечного качества поверхности. На этом этапе последний материал, покрывающий деталь, удаляется с помощью инструментов с тонкими режущими кромками. Эти инструменты оставляют после себя гладкую поверхность, точно повторяющую особенности детали.
Финишная обработка имеет решающее значение для обеспечения правильной геометрии детали, особенно в условиях жёстких допусков. При профильном фрезеровании финишная обработка определяет конечные размеры и качество поверхности деталей, используемых в таких высокопроизводительных отраслях, как аэрокосмическая и медицинская промышленность.

Шаг 4: Суперфинишная обработка.
Это метод, который выходит за рамки обычного процесса финишной обработки, чтобы достичь сверхгладкой поверхности и чрезвычайно точных допусков. Он часто используется в аэрокосмической промышленности, точных медицинских инструментах и ​​других подобных областях, где качество финишной обработки поверхности имеет первостепенное значение. Специализированные инструменты и процессы финишной обработки поверхности, которые позволяют добиться зеркальной отделки компонентов, используются в суперфинишной обработке.

Инструменты, используемые при профильном фрезеровании

В процессе профильного фрезерования используются различные виды инструментов , такие как:

Инструменты для черновой и получерновой обработки.
Круглые пластины: эти компоненты прочные и могут выдерживать значительные нагрузки резания, что делает их идеальными для черновых операций, таких как интенсивное удаление материала.
Инструменты с радиусом: Эти инструменты имеют изогнутые края и используются при получерновой обработке. Они повышают устойчивость инструмента к вибрациям во время резки, делая его более эффективным на более твердых материалах.


Инструменты для финишной обработки.

Концевые фрезы со сферическим концом: широко используемые для профильного фрезерования, эти фрезы позволяют обрабатывать плавные кривые и сложные контуры. Они подходят для финишных и суперфинишных стадий процесса, чтобы гарантировать высокую точность и качество поверхности.
Конусные концевые фрезы: Они необходимы для резки сложных и замысловатых форм, поскольку имеют резцы определённой формы. Эти резцы позволяют работать на твёрдых поверхностях, с которыми обычные резцы не могут работать.


Как выбрать правильный материал инструмента?

Выбор правильного материала инструмента очень важен для получения правильной микроскопической отделки поверхности, срока службы инструмента при использовании и эффективности резки режущими инструментами.

Материал инструмента.

Основные характеристики
  • Углеродистые материалы.
  • Высокая износостойкость, долговечность.
  • Высокоскоростная обработка, твёрдые материалы.

Быстрорежущая сталь.

  • Экономически эффективный, гибкий.
  • Обработка общего назначения.

Керамические инструменты.
  • Термостойкий, идеально подходит для высокоскоростной обработки.
  • Точная отделка твёрдых материалов.


Методы профильного фрезерования

Существует много типов методов профилирования. Классификации в основном основаны на направлении подачи, скорости фрезерования и геометрической сложности. Давайте рассмотрим сравнительную разработку распространенных методов профильного фрезерования;

2D и 3D профильное фрезерование.
При сравнении стоимости и сложности 2D CNC-профилирование менее затратно и используется в основном на плоских поверхностях или конструкциях с ограниченной глубиной. В отличие от этого, 3D-профилирование позволяет создавать гораздо более сложные формы и контуры с помощью глубоких полостей и тонкой обработки поверхности.

Использование в обработке.
Основные контуры, карманы.
Детали, формы, сложные конструкции для аэрокосмической отрасли.

Преимущества.
Проще и экономичнее.
Высокоточные, сложные конструкции.

Попутное фрезерование

Попутное фрезерование: инструмент вращается в том же направлении, что и подача, что обеспечивает превосходное качество обработки поверхности и снижает износ инструмента. Используется, когда требуется высокая чистота обработки.
Традиционное фрезерование: Инструмент вращается в противоположном направлении подачи, что может вызвать больше вибраций и дефектов поверхности. Но подходит для грубых работ и старых станков.

Высокоскоростная обработка
Высокоскоростная обработка определяется как повышение производительности за счет увеличения скорости резания. Некоторые из ее преимуществ включают в себя увеличение подачи, более быстрое время цикла, превосходную отделку и меньший износ инструмента. С другой стороны, она также требует более продвинутой обработки с ЧПУ вместе со специальными инструментами, вполне способными справиться с измененными условиями напряжения и нагрева во время этих операций.

Факторы, влияющие на операции профильного фрезерования

На эффективность и результативность операций профильного фрезерования влияют несколько факторов сложности :

Свойства материала: Режущий материал всегда характеризуется твёрдостью, прочностью и теплопроводностью. Такие свойства влияют на то, как он или другие материалы подвергаются силам резания. Такие материалы, как титан и нержавеющая сталь, можно резать только на низких скоростях из-за их твёрдости, тогда как алюминий и другие мягкие материалы можно обрабатывать на относительно более высоких скоростях.
Операции на станках: Факторы точности, жёсткости и скорости станка с ЧПУ имеют первостепенное значение для выполнения эффективных операций по фрезерованию профилей. Любой станок, которому не хватает жёсткости, обязательно обеспечит некачественную отделку поверхности и низкий срок службы инструмента.
Параметры резки: производительность проекта фрезерования зависит от параметров резки, включая скорость резания, глубину резания и скорость подачи. Эти параметры значительно снижают износ инструментов, повышают эффективность обработки и улучшают качество поверхности. Таким образом, любая неровность может нарушить общую производительность фрезерного станка.

Распространенные проблемы при профильном фрезеровании

Несмотря на свою гибкость, процесс профильного фрезерования может вызывать некоторые проблемы, которые впоследствии могут повлиять на эффективность, точность и жизненный цикл используемого инструмента. Самый первый шаг к достижению желаемого результата — понять эти проблемы и найти их решения.

Износ инструмента.
Наиболее распространенной проблемой является износ и поломка инструмента, и она часто возникает, когда имеют дело с стойкими материалами или используют высокую скорость резания. Если инструмент ломается или быстро изнашивается, все больше времени и ресурсов следует тратить на его замену.
Наиболее эффективно эту проблему решают инструменты с покрытием, которые обладают высокой прочностью и термостойкостью. Кроме того, регулярное обслуживание инструмента способствует увеличению срока его службы за счет повышения скорости резания.

Проблемы с отделкой поверхности.
Проблемы с отделкой поверхности могут возникнуть из-за неправильных параметров резки, что приводит к снижению точности обработки и ненадлежащей отделке. Изменение траектории инструмента и минимизация вибраций во время обработки увеличивают шансы на преодоление этих проблем. Последовательное выравнивание, наряду с поддержанием скорости подачи, увеличивает шансы на улучшение отделки поверхности.


Проблемы с отделкой поверхности.

Вибрация.
Вибрация также является следствием вибрации или особенности настроек станка. Эти проблемы могут ухудшить качество заготовки и увеличить скорость износа инструмента. Чтобы избежать этих эффектов или смягчить их, необходимо правильно демпфировать инструменты, а также закрепить заготовку с помощью надлежащего зажима. Другие методы включают увеличение жесткости станка и настройку лучших параметров резки для станка.

Преодоление этих проблем требует сочетания выбора правильных инструментов, точных методов обработки с ЧПУ и эффективного достижения и контроля уровня вибрации в станке. Внедряя эти решения, производители могут добиться лучших результатов при фрезеровании профиля и повысить производительность.

Лучшие практики для профильного фрезерования

Сосредоточьтесь на эффективности траектории инструмента: если они эффективны, время цикла улучшится. Ненужных движений будет мало или вообще не будет, что оптимизирует время, затрачиваемое на работу, а также уменьшит износ инструмента.
Выбор подходящего инструмента: Инструмент, который будет использоваться, должен соответствовать материалу, который будет фрезероваться, требуемой поверхности и геометрии детали. Неиспользование неправильного типа даст неблагоприятные результаты как в производительности, так и в качестве поверхности.
Станок после использования: Недостаток масла в станке , отсутствие повторной калибровки и очистки со временем значительно ухудшат точность обработки на станке.
Адаптация к изменяющимся факторам: изменение скорости резания и подачи, а также корректировка для улучшения условий полезны для инструмента и заготовок.

Применение профильного фрезерования

Профильное фрезерование используется в различных отраслях промышленности, в том числе:

Аэрокосмический сектор: имеет широкий спектр применения в аэрокосмическом секторе, например, создание сложных турбинных лопаток и других структурных компонентов, а также тепловых экранов, все из которых требуют точной детализации и строгих допусков.
Автомобильный сектор: Профильная обработка используется в автомобильных блоках двигателей, компонентах трансмиссии двигателя и других автомобилях вторичного рынка или изготовленных по индивидуальному заказу из-за ее преимуществ скорости и точности.
Изготовление пресс-форм и штампов: Изготовление пресс-форм для литья под давлением и других инструментов для формирования сложных объектов в значительной степени зависит от профильной фрезерованной части пресс-формы.
Производство медицинских приборов: профильное фрезерование применяется для производства хирургических инструментов, имплантатов и других медицинских приборов с высокой степенью точности и чистоты поверхности.

Будущие тенденции в профильном фрезеровании

Прогресс в технологии инструментов: Новые разработки в покрытиях, материалах и формах инструментов меняют технологию инструментов в лучшую сторону и увеличивают долговечность инструмента.

Применение автоматизации и ИИ: Профильное фрезерование будет еще больше совершенствоваться с внедрением автоматизации и ИИ. Это повышает скорость производства, снижает затраты и повышает однородность результата. Автоматизированные системы способны изменять параметры резки во время работы, поддерживая технологию в оптимальных параметрах.

Начало экологически чистой обработки: все больше внимания уделяется созданию экологически чистых конструкций обработки с помощью энергосберегающих устройств, новых экологически чистых смазочно-охлаждающих жидкостей и технологий минимизации отходов.

Заключение
Совершенно очевидно, что современное производство выигрывает от профильного фрезерования, поскольку оно позволяет достигать высокой степени замысловатости конструкций и отделки поверхностей приемлемого качества. Производственная промышленность положительно справляется с различными типами профильного фрезерования. Идти в ногу с новейшими технологическими разработками поможет производственным фирмам оставаться актуальными и идти в ногу с технологическими требованиями передовых отраслей.
Made on
Tilda