Различные типы инструментов пригодны для работы с твердыми сплавами, включая (слева направо) сферические, тороидальные, полукруглые и фрезы с плоским торцом

Различные типы инструментов пригодны для работы с твердыми сплавами, включая (слева направо) сферические, тороидальные, полукруглые и фрезы с плоским торцом

Чтобы достичь максимального уровня качества и стабильного позиционирования инструмента, очень важно правильно выбрать режущий инструмент, особенно для сложных случаев. Ниже представлены рекомендации по выбору инструментов для траекторий высокоскоростной обработки, труднодоступных зон, прямых стенок и резания графита.

Выбор подходящего режущего инструмента критичен для обеспечения качества и стабильности позиционирования, особенно если приходится сталкиваться с  траекториями высокоскоростной обработки, труднодоступными участками детали, прямыми стенками и резанием графита. Далее приводятся рекомендации по подбору инструмента в этих случаях.

Траектории высокоскоростной обработки

Сегодня системы CAD/CAM позволяют достичь высокой точности, контролируя дугу контакта при движении по трохоидальной траектории при высокоскоростной обработке (трохоида – изогнутая траектория фиксированной точки на окружности, двигающаяся по прямой линии). Величина контакта не растет даже при входе в угол или другой сложной геометрии. Современные режущие инструменты малого диаметра позволяют воспользоваться этим технологическим преимуществом. Инструменты меньшего размера менее дорогостоящи по сравнению с крупногабаритными и зачастую могут удалить больше материала в минуту благодаря траекториям высокоскоростного резания. Это объясняется тем, что инструмент с бо́льшим диаметром создает больший контакт с поверхностью, что требует снижения скорости до традиционных уровней подачи. В результате меньший по размерам инструмент обеспечивает более высокую интенсивность съема металла.

Подобные тороидальные инструменты позволяют обрабатывать труднодоступные зоны

Подобные тороидальные инструменты позволяют обрабатывать труднодоступные зоны

Однако с малыми инструментами по-прежнему остается проблема соответствия инструмента и его покрытия не только процессу трохоидальной обработки, но и обрабатываемому материалу. Сегодняшние высокоэффективные инструменты обладают особой геометрией в зависимости от области применения, которая соответствует как материалу, так и технологии резания. Например, шестизубый инструмент может прорезать паз в стали H13 с твердостью 54 по Роквеллу с использованием оптимизированных траекторий. Инструмент с диаметром 0,5 дюйма может прорезать паз шириной 1 дюйм. При попытке прорезать паз шириной 0,5 дюйма инструментом с аналогичной шириной контакт с поверхностью будет слишком велик, и инструмент сломается. Проверенное правило – использовать инструмент с диаметром, примерно равным половине размера наиболее узкой зоны. В этом примере наиболее узкая зона – дюймовый паз, поэтому для него самым большим подходящим инструментом будет инструмент с диаметром 0,5 дюйма. Когда радиус инструмента меньше, чем наиболее узкая часть детали, остается пространство для движения инструмента, и угол контакта минимизируется. Это означает, что можно использовать инструмент с большим числом режущих кромок и более высокой скоростью подачи.

Жесткость станка также определяет размер используемого резца. На станках с конусом 40, к примеру, диаметр инструмента обычно меньше 0,5 дюйма. Инструменты с большим диаметром создают большее усилие, чем может обработать станок, возникает вибрация, отклонения, снижается качество поверхности, и срок службы инструмента сокращается.

Кроме того, когда диаметр инструмента равен половине размера наиболее узкой зоны, угол контакта может оставаться невысоким и не увеличиваться. Например, если программируется обработка детали с 10-процентным перемещением между проходами, угол составит 37 градусов. При традиционной траектории перемещения угол мог возрастать до 127 градусов каждый раз, когда инструмент менял направление. Новые траектории заставляют инструмент «звучать» в углах практически так же, как и по прямой. По звуку можно определить необходимость в оптимизации траектории. Если инструмент звучит одинаково в течение всей операции, это значит, что пики нагрева и удары отсутствуют. Если инструмент скрипит каждый раз при смене направления или ударяет в угол, это может свидетельствовать о том, что следует уменьшить диаметр резца для снижения угла контакта. Когда звук резания постоянен, на инструмент оказывается постоянное давление, которое не меняется при изменении геометрии детали. Это объясняется тем, что угол контакта постоянен.

Труднодоступные зоны

На этой схеме показаны рекомендуемые величины ширины и глубины обработки тороидальным инструментом.  Изображения предоставлены RobbJack Corp.

На этой схеме показаны рекомендуемые величины ширины и глубины обработки тороидальным инструментом. Изображения предоставлены RobbJack Corp.

Тороидальные инструменты – лучший выбор для резания в труднодоступных местах, например, винтовых отверстиях или ребрах, или когда диаметр фрезы приближен к радиусу детали. Надежная тороидальная форма инструмента создает эффект утончения стружки, что позволяет обрабатывать заготовку быстрее при более высокой скорости подачи инструмента. Кроме того, такой инструмент имеет меньший радиус, чем традиционная концевая сферическая фреза, поэтому можно увеличить перемещение фрезы между проходами и поддерживать плоскость поверхности без больших выступов, обычно остающихся после прохода сферической фрезой.

Тороидальные инструменты подходят для винтовых отверстий или ребер, поскольку в этих случаях обычно создается значительная площадь контакта поверхности с фрезой. Использование двузубой фрезы тороидальной формы минимизирует контакт с поверхностью, выделение тепла и отклонение во время резания. В этих условиях тороидальный инструмент обычно заключен внутрь разреза, поэтому максимальное радиальное перемещение между проходами составляет 25 % диаметра инструмента, а максимальная  глубина Z на проход составляет 2 % диаметра инструмента. Когда инструмент по спирали входит в деталь или в винтовое отверстие, угол входа по спирали составляет 2-3 градуса до достижения двухпроцентной глубины Z.

Когда инструмент не полностью заключен внутрь разреза, например, когда выбирается материал из угла или проводится окончательная зачистка, величину радиального перемещения определяет твердость материала. При твердости 30-50 по Роквеллу максимальное радиальное перемещение составляет 5 % диаметра инструмента. Для материалов с твердостью свыше 50 максимальное радиальное перемещение и максимальная  глубина Z диаметра инструмента на проход составляют 2 %.

Прямые стенки

На этой схеме показана увеличенная площадь контакта, создаваемая режущим инструментом большего размера по сравнению с инструментом меньшего диаметра

На этой схеме показана увеличенная площадь контакта, создаваемая режущим инструментом большего размера по сравнению с инструментом меньшего диаметра

Полукруглые фрезы лучше всего подходят для резания в зонах с широким доступом с плоской поверхностью или прямыми стенками. Инструменты с 4 или 6 зубьями, в частности, превосходят остальные инструменты при профилировании наружной формы с прямыми стенками или открытыми зонами. Чем выше число зубьев, тем выше скорость подачи инструмента, хотя при программировании все равно следует минимизировать контакт с фрезой и выполнять резы малой ширины. На менее жестких станках выгоднее использовать инструменты с меньшим диаметром, поскольку они уменьшают площадь контакта с поверхностью.
Многозубые полукруглые фрезы применяются аналогичным образом, как и тороидальные инструменты, с теми же величинами перемещения между проходами и глубиной реза. Они позволяют делать пазы в материалах с повышенной твердостью по траекториям тороидальных инструментов или новым траекториям, контролируя угол контакта фрезы. Как объяснялось ранее, очень важно убедиться, что диаметр инструмента составляет порядка 50 % ширины паза, чтобы обеспечить достаточное  пространство для движения, поддержания постоянного угла контакта и минимизирования выделяемого тепла.

Резание графита

При обработке прямых стенок дуга контакта составляет 37 градусов, при традиционной обработке углов эта величина составляет 127 градусов

При обработке прямых стенок дуга контакта составляет 37 градусов, при традиционной обработке углов эта величина составляет 127 градусов

Абразивность, присущая процессу обработки графита, приводит к быстрому изнашиванию стандартных твердосплавных инструментов, а изношенный инструмент не обеспечивает точное соблюдение геометрии. Траектория и техника резания не являются чрезвычайно важными аспектами при резании графита, тип фрезы, как правило, определяется формой электрода. Инструменты с алмазным покрытием используются широко благодаря их дополнительной стойкости к износу. Алмаз синтезируется на твердосплавном инструменте, создавая очень прочный, устойчивый к износу слой, который существенно продлевает срок службы инструмента. Срок службы инструмента с алмазным покрытием в 10-30 раз больше, чем у обычной твердосплавной фрезы без покрытия.

Например, сферическая твердосплавная фреза диаметром ¼ дюйма без покрытия обычно может обрабатывать комплексный графитовый электрод 6х6 дюймов в течение примерно четырех часов, пока не начнется выкрашивание острых кромок. Срок службы инструмента с алмазным покрытием срок составит свыше 98 часов без выкрашивания.

Некоторые формы – тонкие ребра, острая геометрия, малые размеры – требуют использования инструментов с очень острой режущей кромкой. Алмазное покрытие толщиной всего лишь 2-3 микрона может увеличить срок службы инструмента и сделать кромку достаточно острой. Поскольку такое тонкое алмазное покрытие не является очень дорогостоящим, оно идеально подходит для производств малого масштаба, для которых не так критичен срок службы инструмента, как в случае с обычной толщиной 18 микрон.

На данных увеличенных изображениях показаны режущие кромки инструмента (слева направо) без покрытия, с алмазным покрытием толщиной 2-4 микрона, с алмазным покрытием толщиной 18-20 микрон

На данных увеличенных изображениях показаны режущие кромки инструмента (слева направо) без покрытия, с алмазным покрытием толщиной 2-4 микрона, с алмазным покрытием толщиной 18-20 микрон

Подобная технология спасает изготовителей пресс-форм, работающих с малыми объемами производства и выбирающих менее затратные инструменты, от необходимости жертвовать сроком службы инструмента ради низких издержек. Они могут воспользоваться преимуществами твердосплавных инструментов с настоящим алмазным покрытием, малая толщина которого будет удовлетворять их конкретным требованиям. Алмазные покрытия сегодня доступны с вариацией толщины от 2 до 25 микрон.

Наилучший режущий инструмент для конкретной ситуации должен определяться не только обрабатываемым материалом, но и типом резания и техникой фрезерования. Оптимизация подбора фрезы, скорости резания и подачи, методики программирования позволит осуществлять резание быстрее и с меньшими затратами.

Смотрите видео здесь.

Источник: перевод статьи
Tooling Up for Challenging Cuts,

MoldMaking Technology

Автор статьи:
Mike MacArthur,
Robbjack Corp



Понравилась статья? Поделитесь: