Фреза для высокопроизводительной обработки стали Jabro HPM JHP951

Фреза для высокопроизводительной обработки стали Jabro HPM JHP951

Производители постоянно ищут способы повысить скорость, качество и экономическую эффективность металлообработки. Чтобы удовлетворить эту потребность, поставщики станков, программного обеспечения CAM и инструмента продолжают разрабатывать новую продукцию и стратегии обработки. В сочетании эти два фактора учитывают особые ситуации обработки, направленные на обеспечение максимального качества. Прогресс, наблюдающийся сегодня в сфере чернового фрезерования, например, свидетельствует о преимуществах комбинированного применения современных технологий обработки.

Элементы процесса

Станок — основа процесса фрезерования. Для эффективного чернового фрезерования станок должен обладать достаточной жесткостью, чтобы выдерживать усилия резания, а также иметь возможность быстрого ускорения и замедления линейных движений для максимизации удельного съема металла и минимизации времени между проходами. Кроме того, мощный шпиндель позволяет применять высокие режимы резания. И наконец, система ЧПУ станка должна соответствовать быстро меняющимся современным требованиям к мощности и движению по линейным и поворотным осям.

Эти требования зависят от программного обеспечения CAM. При расчете траекторий фрезерования разработчики ПО должны учитывать и простые, и сложные процессы фрезерования. Основная операция — боковое фрезерование, при котором концевая фреза взаимодействует с заготовкой, при этом боковая сторона инструмента находится на определенной осевой (ap) и радиальной (ae) глубине резания. Простая операция бокового фрезерования подразумевает минимальные изменения радиального контакта и дуги контакта инструмента при каждом проходе. Следовательно, оператор может регулировать дугу контакта, чтобы максимально воспользоваться преимуществами конструкции производительной концевой фрезы, включая большое количество канавок и усиленную сердцевину большой толщины. Увеличение количества канавок позволяет применять повышенные скорости подачи, а прочная сердцевина инструмента помогает справиться с высокими нагрузками.

Тем не менее, при фрезеровании пазов возникает другая ситуация. При фрезеровании пазов задействован весь диаметр концевой фрезы, что создает дугу контакта 180°. Нагрузка на фрезу намного больше, чем нагрузка при боковом фрезеровании, удалить стружку труднее, а значит, она может снова попасть под режущую кромку и сломать инструмент.

При фрезеровании материалов с низкой теплопроводностью, например нержавеющей стали, титана и никелевых сплавов, возникают дополнительные проблемы: тепло концентрируется на режущей кромке, что приводит к быстрому износу инструмента. В результате этого может быть невозможно использовать всю осевую глубину резания инструмента. Обработка детали будет выполняться в несколько шагов с увеличением осевой глубины, что увеличит время обработки. Фрезерование пазов также требует использования невысоких скоростей резания и подачи, что снижает производительность.

Современное программное обеспечение CAM упрощает фрезерование пазов, позволяя применять сложные методики обработки, такие как трохоидальное фрезерование. При использовании троходиальных траекторий ПО направляет инструмент меньшего размера, чем требуемый паз, повторяющимися круговыми движениями по осям X и Y. Радиальный контакт инструмента меньше, чем половина его диаметра, а круговая траектория эффективно превращает фрезерование пазов в боковое фрезерование. Дуга контакта существенно сокращается, что позволяет использовать многозубые концевые фрезы и большие глубины резания, чтобы увеличить скорость съема металла и сократить время цикла.

Простое боковое фрезерование и обработка пазов с контактом по всему диаметру являются двумя крайностями фрезерования, между которыми находятся операции обработки выпуклых и вогнутых контуров. Такие ситуации возникают все чаще: требования к деталям становятся более сложными, что повышает необходимость эффективно обрабатывать элементы сложной формы.

Основной проблемой является контроль дуги контакта фрезы с заготовкой. При обработке вогнутой детали увеличивается дуга контакта и возрастают нагрузки на инструмент и станок. При обработке выпуклой детали происходит обратное: уменьшается дуга контакта и снижается эффективность резания.

Поставщики ПО разработали и усовершенствовали алгоритмы траектории движения инструмента, контролирующие контакт инструмента в режиме реального времени. Это обеспечивает высокую производительность и надежность черновой обработки простых и сложных форм. Как правило, эти траектории объединяют большую осевую (ap) и малую радиальную (ae) глубину резания, высокую подачу на зуб (fz) и высокие скорости резания (vc), которые существенно сокращают время резания и увеличивают скорость съема металла. Помимо повышения производительности такие усовершенствованные методики чернового фрезерования обеспечивают плавную траекторию резания без быстрых изменений направления или режимов резания, что сокращает нагрузку на инструмент и существенно увеличивает срок службы.

Современные стратегии, применяемые в ПО для траекторий чернового фрезерования, используют две основных методики. Согласно первой методике, инструмент выполняет фрезерование выпуклого или вогнутого элемента детали при постоянной скорости подачи и дуге контакта и меняет радиальную глубину резания между проходами, чтобы обеспечить максимальные скорости съема металла. Вторая методика подразумевает постоянную радиальную глубину резания и изменение скорости подачи и дуги контакта инструмента, чтобы обеспечить одинаковую толщину стружки. При этом дуга контакта может быть 80° или 140°, в зависимости от поставщика ПО.

Фрезы для современной черновой обработки

Различия в двух методиках черновой обработки обуславливают необходимость использования разных геометрий инструментов. В большинстве случаев первая методика позволяет использовать многозубый режущий инструмент и двойную/усиленную сердцевину. Кроме того, операторы могут применять высокое соотношение осевой и радиальной глубины резания.

Вторая методика дает возможность более быстрого съема металла, но при этом режущий инструмент должен справляться с отводом большего количества стружки. Инструменты, разработанные для второй методики, имеют меньше зубьев и стружечную канавку особой формы, которая улучшает сход стружки (высокопроизводительный инструмент).

Инструменты, предназначенные для большой глубины и ширины резания и больших нагрузок, будут эффективны при любой методике. Однако при использовании второй методики с многоканавочными инструментами и инструментами с усиленной сердцевиной могут возникнуть проблемы со стружкообразованием при большой дуге контакта и большой осевой глубине. Кроме того, с ней применимо меньшее соотношение осевой и радиальной глубины.

Применение Jabro-Solid2 JS554-3C с двойной сердцевиной

Применение Jabro-Solid2 JS554-3C с двойной сердцевиной

Можно повысить производительность некоторых операций, добавив некоторые особенности геометрии инструмента. Например, компания Seco добавила стружколомы в геометрию фрез Jabro JS554-3C. Эти стружколомы представляют собой серию небольших бороздок, расположенных на зубьях на расстоянии, равном диаметру инструмента.

Вне зависимости от осевой глубины резания стружколомы разделяют стружку на небольшие части, прежде чем ее длина станет помехой для процесса резания. Поэтому концевые фрезы могут работать при осевой глубине резания, равной 3,5–4 диаметра инструмента. Эти инструменты, применяемые с современными программами CAM для черновой обработки, могут сократить время цикла на 60–70% по сравнению с традиционными методами. Такая экономия времени возможна благодаря увеличенной скорости съема металла и более эффективной траектории.

При использовании инструментов, предназначенных для второй современной методики чернового фрезерования (с изменениями дуги контакта и скорости подачи), для максимальной производительности необходимы разные особенности геометрии. Инструменты должны обеспечивать достаточное пространство для образования и отвода стружки. Яркий пример — концевая фреза Jabro JS554-2C компании Seco, благодаря конической сердцевине, такая геометрия обеспечивает больше пространства для схода стружки. Коническая сердцевина несколько снижает прочность инструмента, поэтому фреза не подходит для обработки пазов полным диаметром. С другой стороны, она отличается геометрией заточки торцевого зуба, что увеличивает производительность при наклонном врезании по спирали. Этот инструмент можно использовать, например, для чернового фрезерования при глубине резания до 2,5 диаметра инструмента.

Фреза Jabro-Solid2 JS554-2C с конической сердцевиной, универсальная с точки зрения CAM

Фреза Jabro-Solid2 JS554-2C с конической сердцевиной, универсальная с точки зрения CAM

Современное ПО для черновой обработки используется с инструментом, разработанным для его максимальной эффективности. Оно увеличивает удельный съем металла на каждом проходе и позволяет сократить время цикла. Хороший пример — обработка пресс-форм при производстве алюминиевых корпусов двигателя мотоцикла. Производитель хотел сократить 15-часовой цикл обработки, когда она выполнялась только с использованием чернового фрезерования с высокой подачей.

Чтобы оптимизировать процесс, использовалась фреза Seco Jabro JS554-3C в сочетании с современным ПО для черновой обработки, которое обеспечивало постоянную дугу контакта и переменную ширину фрезерования. Такая методика позволяла выполнить основную часть черновой обработки чуть меньше чем за 2,5 ч. Было снято достаточное количество материала, чтобы последующая черновая обработка с большой подачей заняла всего 4 часа. В целом удалось сократить время черновой обработки на 55%.

Заключение

При любой операции обработки необходимо применять особые инструменты и методики с учетом всех аспектов производственной ситуации. Например, когда длина резания в четыре раза превышает диаметр инструмента, или когда инструмент используется с длинным вылетом или на нежестком станке/заготовке, возможно, применение фрезерования с высокой подачей будет предпочтительнее, чем современные методики черновой обработки, описанные в этой статье. Благодаря сочетанию небольшой глубины резания с высокой подачей на зуб, методики фрезерования с большой подачей позволяют направлять усилия резания вдоль оси Z (в шпиндель станка), чтобы стабилизировать процесс обработки.

В других производственных ситуациях применимы другие методики обработки. В некоторых случаях будут предпочтительны высокоскоростная обработка, включающая легкие проходы при высоких скоростях шпинделя и подачи, или высокопроизводительная обработка с обычной подачей и скоростью, в сочетании с очень высокими значениями осевой и радиальной глубины резания (подробную информацию о различных конструкциях инструментов см. в дополнении). В любом случае, применение современных методик обработки и ПО в сочетании с инструментами, разработанными для максимальной производительности при этих параметрах, позволит получить оптимальный результат с точки зрения скорости съема металла, срока службы инструмента и экономической эффективности.

Дополнение

Взаимосвязь геометрии инструмента и методик обработки

Подбор геометрии инструмента в зависимости от конкретных методов обработки и производственных задач обеспечивает максимальную производительность. Как указано в статье, компания Seco разработала современные инструменты для черновой обработки в вариантах с двойной и конической сердцевиной, каждый из которых демонстрировал лучшую производительность при применении различных методик CAM современного чернового фрезерования. Эти инструменты входят в линейку твердосплавных концевых фрез Seco Jabro и предназначены для использования с большой и средней подачей и высокими скоростями резания. Рекомендуется использовать радиальную глубину резания 0,15 диаметра или менее, и осевую глубину резания 2–4 диаметра, в зависимости от программного обеспечения CAM. Усилия резания и потребление энергии при этом умеренные. Зубья инструмента расположены с переменным шагом, чтобы снизить вибрацию, и обладают стружколомами, которые облегчают свободный сход стружки. Торцевые зубья, разработанные для наклонного врезания по спирали, и высокоточные цанговые патроны или Weldon дают лучший результат. Инструменты используются для обработки стандартных материалов.

Jabro-Solid2 JS554, геометрия с двойной сердцевиной

Jabro-Solid2 JS554, геометрия с двойной сердцевиной

С другой стороны, концевые фрезы Jabro Diamond и Tornado разработаны для обработки закаленных сталей и графита с высокими скоростями резания и подачи при относительно небольших усилиях резания и потребляемой мощности. При использовании этих инструментов обычно применяют осевую глубину резания, равную одному диаметру инструмента, при этом радиальная глубина резания еще меньше. Инструменты для высокоскоростной обработки имеют малый угол наклона стружечной канавки, малую длину резания и большой диаметр сердцевины, что повышает устойчивость на высоких скоростях. Они доступны в вариантах с PVD-покрытием и алмазным покрытием (для обработки графита). Рекомендуется использовать термопатроны или высокоточные цанговые патроны, чтобы обеспечить надежность и точность высокоскоростной обработки.

Невысокие скорости резания и минутной подачи в сочетании с высокими значениями радиальной и осевой глубины резания позволяют высокопроизводительным инструментам Seco обеспечивать высокие скорости съема металла. При высокопроизводительной обработке используются умеренные скорости подачи и резания, которые обеспечивают высокие усилия резания и эффективное использование мощности станка. Возможно применять осевую глубину резания до 1,5 диаметра при радиальной глубине, равной диаметру инструмента или менее. Инструмент работает на достаточно высокой подаче на зуб, переменный шаг зубьев минимизирует вибрацию. Хонингованная режущая кромки и полированное PVD-покрытие повышают производительность обработки сырых и закаленных сталей, нержавеющих сталей, суперсплавов и титана. Рекомендуется использовать оправки Weldon или Safelock.

Фрезы Seco для обработки с большой подачей также обладают производительностью выше средней, но работают при умеренных скоростях резания и высоких скоростях подачи. Геометрия заточки позволяет фрезам обеспечивать низкие усилия резания и малый расход энергии. Фрезы для работы с большой подачей направляют усилия резания в шпиндель станка и эффективны при фрезеровании с большим вылетом и при низкой жесткости станка или заготовки. Геометрия с малым углом в плане образует тонкую стружку, что позволяет работать оптимизированные скорости подачи. Обычно используется радиальная глубина резания, равная половине диаметра, при этом осевая глубина резания меньше радиуса инструмента. В целях безопасности рекомендуется использовать термопатроны или высокоточные цанговые патроны.

Разумеется, не на всех предприятиях и не для всех операций требуются инструменты, разработанные только для специализированных или использующих CAM применений. Концевые фрезы, используемые в небольших цехах или на нерегулярной основе на крупном производстве, обеспечивают абсолютно удовлетворительные экономичные результаты. Инструменты линейки Seco Jabro для общего применения имеют геометрию с двойной сердцевиной, обеспечивающей устойчивость, большой угол наклона винтовой линии, обеспечивающий плавность резания, переменный шаг зубьев, минимизирующий вибрации, и хонингованные режущие кромки. Фрезы используются при умеренных скоростях резания и подачи и обеспечивают средние усилия резания и расход энергии. Как правило, используются радиальная и осевая глубина резания, равные диаметру инструмента или менее.

Источник: пресс-релиз от
ООО «Секо Тулс», г.  Москва

Автор: Тойн ван Астен,
инженер по твердосплавному инструменту
отдела маркетинга,
Seco Tools

О компании

Компания Seco, штаб-квартира которой располагается в г. Фагерста, Швеция, и представленная более чем в 75 странах — это один из ведущих мировых поставщиков инструментальных решений для фрезерования, токарной обработки, обработки отверстий и нарезания резьбы. Уже более 80 лет компания тесно сотрудничает с производителями во всех отраслях промышленности и разрабатывает инструменты, технологии и услуги, позволяющие обеспечить максимальную производительность и прибыльность производства. Для получения подробной информации обратитесь к Вашему представителю Seco или посетите сайт www.secotools.com.



Понравилась статья? Поделитесь: