Выбор подходящей геометрии

Идеальное соотношение главной и вспомогательной режущих кромок (все изображения предоставлены Advanced Tool)

В этой авторской статье рассказывается о том, как определить подходящую геометрию концевой микрофрезы.

Чем меньше диаметр фрезы, тем выше цена инструмента. Если рассматривать категорию микрофрез, то можно увидеть прямую зависимость между малым диаметром и высокой точностью фрезы. Более строгие допуски повышают сложность производства.

Для изготовления данных инструментов требуются специальные точильно-шлифовальные станки с ЧПУ, которые могут обрабатывать заготовки диаметром менее 2 мм. К таким станкам предъявляются особые требования: очень малые допуски, высочайшая точность, а также контроль температуры и вибрации. Их рабочие зоны намного меньше зон станков с ЧПУ, обрабатывающих концевые фрезы диаметром 25 мм и более.

Концевые фрезы различаются по качеству, но почему? Ведь если большинство производителей инструментов имеют аналогичные станки с ЧПУ, программное обеспечение и шлифовальные круги, качество фрез не должно сильно варьироваться. Кроме того, заказчик может указать нужный диаметр, форму, число зубьев, длину режущей части и общую длину. Также доступен выбор геометрии инструмента, угла наклона режущей кромки, шага зубьев и даже покрытия. Что же может повлиять на качество с такой высокой степенью контроля?

Увы, все эти параметры затрагивают лишь малую часть того объема решений, которые приходится принимать производителям. Существует около 21 различных свойств и геометрических характеристик, которые нужно выбрать во время производственного процесса. Такое разнообразие выбора относится и к концевым фрезам диаметром от 0,025 мм до 2,5 см и более.

При этом каждая характеристика имеет отдельный набор переменных, создавая в целом невероятное количество комбинаций. Несмотря на это, промышленные стандарты требуют соответствия или нахождения «в пределах допуска» почти любого отклонения. Но то, что некоторые параметры могут пройти контроль, не всегда гарантирует качество.

Устанавливаемые производителем характеристики включают ширину режущей кромки, глубину канавки, диаметр сердечника, углы осевого зазора, передний угол, толщину ленточки и перемычки, и это далеко не все. Определенное сочетание свойств делает одну фрезу эффективной, а другую не очень. Производители определяют, какая характеристика приемлема, а какая нет, задавая при этом допуски ­– малые или большие. Также указывается, насколько часто в процессе производства будут вноситься коррективы для достижения точной геометрии.

Рис. 1

Выбор подходящей геометрии

Идеальное соотношение главной и вспомогательной режущих кромок

Выбор подходящей геометрии

Соотношение главной и вспомогательной режущих кромок, отличающееся от стандарта

Выбор подходящей геометрии

Соотношение главной и вспомогательной режущих кромок, отличающееся от стандарта

Выбор подходящей геометрии

Соотношение главной и вспомогательной режущих кромок, отличающееся от стандарта

На рисунке 1 показаны варианты главной и вспомогательной режущих кромок концевой фрезы. Оба инструмента можно считать изготовленными в пределах допуска, но их рабочие показатели будут различаться. Красная линия обозначает главную кромку. Обратите внимание, что ширина кромки (толщина) отличается на каждом рисунке. Изображения иллюстрируют разницу между идеальным (картинка слева) и неоптимальным (все остальные картинки) соотношениями между главной и вспомогательной кромками. Фреза на левом рисунке имеет комбинацию характеристик, придающих ей большую прочность и обеспечивающих высокую стойкость режущей кромки. На трех последующих изображениях показаны соотношения, соответствующие допускам, но не гарантирующие при этом оптимального уровня производительности. Например, если ширина главной кромки слишком большая, фреза создает большее трение во время работы. Если она очень маленькая, режущая кромка будет менее стойкой.

Выбор подходящей геометрии

Рисунок 2: Идеальная режущая кромка концевой сферической фрезы

На рисунке 2 показана ленточка с перемычкой двузубой концевой сферической фрезы диаметром 1 мм. Рисунок демонстрирует вид вершины фрезы высокого качества. Обратите внимание, что белая линия, пересекающая вершину, имеет почти S-образную форму. Это режущая кромка.

Дешевые фрезы часто имеют прямую ленточку вдоль вершины, поскольку прямую кромку на концевой сферической фрезе намного проще заточить, нежели S-образную. Но такая форма не является оптимальной ввиду того, что во время резания с заготовкой контактирует вся площадь кромки, принимая на себя большую часть давления.

Рисунок 3 демонстрирует слишком тонкую ленточку (перемычку). Недостаточная толщина в центре обуславливает снижение производительности, как и в случае с концевой фрезой на рисунке 2.

Выбор подходящей геометрии

Рисунок 3: Фреза с очень тонкой ленточкой (перемычкой)

Каждый производитель имеет свой собственный рецепт, основанный на том, что понимается под хорошей геометрией. Учитывается опыт компании в работе с различными материалами. Рецепт производителя может основываться на его положении на рынке. Если используется модель, которая в первую очередь ориентирована на цену, то для решения определенных ценовых вопросов некоторые свойства могут исключаться. Например, при производстве концевых микрофрез распространена практика заточки только главной режущей кромки.

Одна из самых больших проблем при изготовлении концевых микрофрез – это неправильное обращение оператора, в результате чего на поверхности фрезы могут образоваться царапины и другие дефекты. Твердый сплав очень хрупок и легко ломается. При обработке микрофрез с диаметром меньше, чем можно увидеть невооруженным глазом, оператор может случайно повредить режущую кромку, так об этом и не узнав. Единственный способ выявить повреждение – рассмотреть инструмент под микроскопом.

На рисунке 4 показана фреза диаметром 0,76 мм с микротрещиной на нижней режущей кромке. Такие повреждения часто возникают из-за неправильного обращения во время заточки или нанесения покрытия на инструмент.

Выбор подходящей геометрии

Рисунок 4: Концевая фреза с трещиной на нижней режущей кромке

За время процесса обработки концевая фреза попадает в руки оператору дважды: когда заготовка устанавливается на шлифовальный станок, и когда из станка выгружается готовая деталь. Этап нанесения покрытия требует неоднократного контакта оператора с деталью для очистки, непосредственно нанесения покрытия и определенных операций финишной обработки. Это создает дополнительный риск повреждения режущей кромки. Поэтому для производителя очень важно разработать процедуры правильного обращения с заготовкой или обратиться к специалистам по нанесению покрытий для решения данной проблемы. Операторы должны  проходить соответствующее обучение обращению с деталью и ее проверке.

Для максимально эффективной работы пользователь микрофрезы должен уметь выбрать нужный инструмент и хорошего производителя. Каждый год инженеры-технологи проводят бесчисленные часы, тестируя новые и улучшенные микрофрезы в надежде достичь лучших результатов, повысить прибыль, снижая вместе с тем производственные затраты. Они всегда в поисках высоких скоростей резания и подачи, стойкости инструмента и лучшего качества поверхности.

Этих целей достичь непросто, ведь одинаковых условий не бывает. То, что хорошо работает в одной ситуации, может показывать другие результаты даже в очень похожих условиях с аналогичным оборудованием.

Выбор хорошего производителя и оптимальной комбинации концевых фрез среди бесчисленного множества вариантов может отнять огромное количество времени и сил. Но не нужно опускать руки – понимание и анализ геометрии инструмента может значительно облегчить процесс поиска.

Источник материала: перевод статьи
Identifying proper micro-endmill geometry,

MICROmanufacturing

Автор статьи-оригинала:
Шерри ДеПерно (Sherry DePerno),
президент и генеральный директор
компании Advanced Tool



Понравилась статья? Поделитесь: