С этой целью Quaker Chemical Corp. провела серию испытаний по торцевой обработке алюминиевых заготовок для оценки воздействия различных охлаждающих жидкостей на мощность резания и износ режущего инструмента. При обработке новым режущим инструментом охлаждающая жидкость не как не влияла на силы обработки, создаваемые с одинаковой скоростью резания. Однако чем больше инструмент обрабатывал заготовку, тем больше была разница в мощности, необходимой для эффективной обработки с использованием различных СОЖ.
Эти результаты показывают следующее
Влияние металлической жидкости на мощность резания минимально при использовании новых режущих инструментов. Таким образом, разница между воздействием двух разных СОЖ на мощность резания может быть не заметна до тех пор, пока режущие края инструмента не начнут изнашиваться.
Увеличение мощности при фрезеровании алюминия является прямым результатом износа режущей кромки. На скорость этого износа непосредственно влияют как скорость резания, так и используемая жидкость при обработке металла.
Соотношения между этими переменными являются линейными (скорость резания, износ режущей кромки и мощность резания все возрастают вместе). Вооруженные этими знаниями, производители могут потенциально предсказать состояние режущей кромки в любой точке процесса фрезерования, а также необходимую мощность на других, непроверенных скоростях резания.
Попадание в лабораторию
Тестирование фокусировалось главным образом на двух видах СОЖ: микроэмульсии и макроэмульсии, каждая из которых разводилась с концентрацией в 5% в воде. Основное различие между ними заключается в размере взвешенных капель масла. В макроэмульсии частицы в диаметре более 0,4 мкм, которые придают непрозрачный белый вид СОЖ. У микроэмульсии меньший диаметр частиц и она имеет полупрозрачный вид.
Эксперимент ставился на трехосевом станке ЧПУ Bridgeport GX-710. Заготовка представляла собой блок из алюминиевого сплава 319-Т6 размером 203,2 на 228,6 мм на 38,1 мм, из литья, содержащий медь (Cu), магний (Mg), цинк (Zn) и кремний (Si). Обработка велась торцевой фрезой диаметром 18 мм с восемью вставками с 15-градусными передним углом и радиальными радиусами 1,2 мм. Он обрабатывал с осевой глубиной 2 мм и радиальной глубиной 50,8 мм. Каждый состав охлаждающей жидкости подавался в зону резания на протяжении 28 переходов при фрезеровании с двумя разными скоростями резания, 6 096 об / мин (1460 м / мин) и 8128 об / мин (1,946 м / мин), для удаления материала 1 321,6 см3. Скорости подачи на обеих скоростях составляли 0,5 мм на оборот (0,0625 мм на вставку на оборот).
Скорость, износ и мощность
Измерения мощности для этого исследования во время обработки были получены с помощью инструментальной системы контроля и адаптивного управления. Результаты испытаний показаны в диаграммах в этой статье. Как и ожидалось, более высокие скорости резания приводили к более высокой скорости обработки. Однако, как описано выше, различия в мощности резания между двумя жидкостями были минимальными при обработке новыми фрезами.
В начале процесса свойства материала заготовки и геометрия режущей кромки являются доминирующими факторами, влияющими на мощность резания. Различия между рабочими характеристиками металлической среды возникли только после того, как при изнашивании изменилась геометрия режущей кромки. Выбор металлообрабатывающей жидкости непосредственно влиял на скорость, с которой происходил этот износ, и, соответственно, требуемая мощность резания в любой заданной точке операции фрезерования.
Предполагая определенный базовый уровень производительности для двух сравниваемых жидкостей, испытания должны выполняться до тех пор, пока режущие вставки не начнут изнашиваться, чтобы определить, какая СОЖ позволяет поддерживать более высокие скорости резания в течение более длительного периода времени.
Построенные графики дали возможность сказать, что скорость увеличения мощности может быть использовано для прогнозирования состояния пластины в любой заданной точке операции фрезерования. Аналогично, измерения мощности, выполненные при нескольких скоростях резания, могут использоваться для получения требуемой мощности на других, непроверенных скоростях резания.
Доказательство
В то время как ось X на рисунке 1 состоит из необработанных данных по объему удаления материала, на рисунке 2 используется натуральный логарифм этой переменной. Построение объема материала, удаляемого таким образом, приводит к наклону, который представляет собой точную скорость, с которой мощность увеличивается с последующей обработкой. Эта измеряемая мера необходима для прогнозирования износа и режущей способности инструмента при различных скоростях резания. Однако эти данные свидетельствуют только о том, что мощность резания и объем удаления материала возрастают вместе. Подтверждение износа вставки особенно важно, поскольку движущая сила увеличения мощности требует дополнительных испытаний (в частности, для корреляции наклонов линий на рисунке 2 непосредственно с износом вставки, который возникает во время обработки).
Эти тесты добавили две дополнительные СОЖ : еще одну макроэмульсию и еще одну микроэмульсию. Каждая из четырех жидкостей применялась при скорости резания 1,946 м / мин. пока не удалили 660 см3 материала. Это обеспечило достаточное время для пояления абразивного износа и, в некоторых случаях, металлической адгезии. Затем были измерены измерения износа фланцев для четырех жидкостей по отношению к параметру, связывающему мощность резания с объемом металлического паза (в частности, наклон мощности по сравнению с естественным объема удаляемого металла). Как показано на рисунке 3, это подтвердило линейную зависимость между износом пластины и увеличенной мощностью резания во время обработки.
Другие выводы
Хотя результаты испытаний не обязательно могут быть экстраполированы за пределы алюминиевого фрезерования, исследование показывает, что микроэмульсия лучше работает, если целью является станок с максимально возможной скоростью. Это связано с тем, что более плотная микроэмульсия с масляными каплями меньшего диаметра имеет тенденцию удалять тепло более эффективно, чем макроэмульсия и ее относительно большие капельки. Однако операции, связанные с более медленными скоростями резания, могут способствовать макроэмульсии и ее сравнительно большей смазывающей способности.
Каким бы ни была деталь, лучший способ найти подходящую охлаждающую жидкость - это попробовать различные формулировки в действии. Понимание отношений между скоростью резания, износом инструмента и мощностью резания, а также тем, как металлообрабатывающие СОЖ могут влиять на эти факторы, имеет решающее значение для правильного выбора.
