1 Контроль нагрева режущего инструмента
От процесса нагревания режущего инструмента в процессе резания в значительной степени зависит его стойкость. Процесс нагревания и то, как происходит охлаждение -это одно из важных при резании. В настоящее время срок службы инструмента увеличивается с помощью разработки новых видов твердых сплавов, новых покрытий и видов стружколомов.
Нагрев появляется из-за скорости, с которой режущий инструмент врезается в металл и за счет трения отводимой стружки. Когда наносится СО2 на режущую поверхность -это существенно продляет срок службы резца. Так же применяют канальную систему смазки состоящую из двух веществ – для СО2 и сухой смазки в виде аэрозоля или воздуха. Во время расширения через отверстие для подачи СОЖ и последующего испарения углекислый газ охлаждается до — 78°, оседая на режущий инструмент, получаемую деталь и образуемую стружку в виде белого налета (иногда его еще называют -искусственный лед). Поэтому двойная система охлаждения очень хорошо и быстро справляется со своей работой.
Применение специальных стружколом на резцах увеличивают срок службы на 20-25%.
Применение внутреннего подвода СОЖ на сверлах увеличивает срок службы на 30-40%.
Применение внутреннего подвода СОЖ на фрезах увеличивает срок службы на 20-25%.
Применение двойного охлаждения СО2 и сухой смазки на сверлах увеличивает срок службы на 45-60%.
Использование стружколома на сверлах увеличивает срок службы на 15-20%.
Использование стружколома на фрезах увеличивает срок службы на 35-50% в зависимости от обрабатываемого материла.
Применение покрытия на режущем инструменте увеличивает стойкость минимум в 1,5-2 раза.
2 Режущая часть и стойкость
Изготовители режущих инструментов используют радиусную или ступенчатую заточку (обычной щеткой или щеткой с нейлоновыми волокнами). Но самое главное это подобранные правильно передний и задний угол. Верное их значение в зависимости от обрабатываемого материала существенно увеличивает стойкость инструмента.
При неправильном переднем угле увеличиваются силы резания, что очень хорошо видно по нагрузке на шпиндель.
При неправильном заднем угле увеличиваются сила трения, что очень хорошо видно по нагрузке на шпиндель.
При этом их соотношение - это компромисс между жесткостью и прочностью режущего инструмента.
Если Вам нужен режущий инструмент для черновой обработки с прерывистым резанием, у него обязательно должен быть маленький передний и задний угол и стружколом. Это подразумевает большую приложенную силу резания, поэтому при обработке тонкостенных деталей этот инструмент будет сильно вибрировать.
Существуют способы определения степени износа режущего инструмента. Например самый простой способ следить за уровнем износа-это следить за появлением блестящих полосок. При обработке стали на режущей части появляются блестящей полоски. При обработке резанием чугуна на режущей части появляются темных пятна. В этом случае инструмент исчерпал свою стойкость.
Так же интересным способом увеличить стойкость режущего инструмента-это при первом его использовании уменьшить подачу в полтора-два раза и так поработав им пару минут. Эта своеобразная приработка режущего инструмента, немного скруглит режущую кромку, увеличив стойкость на 1-3%. это конечно не очень много, но зато не требует затрат и займет совсем не много времени.
3 Проектирование инструмента
Конструкция инструмента влияет на его стойкостные характеристики. Оснастка должна давать возможность наращивать скорость съема металла, при несущественном увеличении нагрузки на шпиндель. Выбор инструмента также зависит не только от обрабатываемого материала, необходимой точности и шероховатости получаемой продукции, но и от используемого оборудования. Например при работе с вспомогательным шпинделем важны параметры жесткости и мощности. При работе на 5-координатном станке на режущий инструмент оказывает нагрузку одновременные разнонаправленные движение силы.
В настоящее время геометрия инструмента позволяет обрабатывать обеими кромками пластины включая дополнительные режущие кромки.
Примером может быть торцовая фреза с идентифицируемыми режущими пластинами DoveIQMill IQ845 от фирмы производителя ISCAR. Она имеет паз типа ласточкин хвост под режущую пластину. Такое геометрическое решение полностью исключает вибрации, увеличивая фиксацию пластину. Эта двусторонняя пластина имеет восемь режущих кромок, по четыре с каждой стороны, что очень сильно увеличивает стойкость. Основная проблема при проектировании такого инструмента, состоит в решении обеспечения положительного угла режущей кромки в отрицательном профиле крепления ласточкиного хвоста. Как говорят представители Iscar, результатом этой работы стала «первая фреза с идентифицируемыми двусторонними режущими кромками на пластинах, имеющих большой положительный передний угол (более 20 градусов), что обеспечивает гладкое и легкое фрезерование».
Другой пример инновационной конструкции от компании Tungaloy. DoMiniTurn – это двусторонняя пластина с положительным углом резания, в которой применяется геометрия «ласточкиного хвоста».
«Конструкция, к которой мы все привыкли, пластины с положительным углом резания устанавливается в пазу, и ее в этом случае удерживает только головка болта. Пластины DoMiniTurn делают контакт с пазом более жестким и снижает возможность сдвига пластины за счет того, что она крепится в паз «ласточкиного хвоста» и завинчивается» – отмечает представитель Tungaloy. По его словам, сама по себе пластина имеет отрицательный задний угол нерабочей кромки при устанавке в паз. Когда пластина переворачивается на 180 градусов, тупой угол задний угол становится положительным задним углом.
Каждый материал обладает разными свойствами в процессе резания:
Чугун, высокоуглеродистые и легированные инструментальные стали обладают существенной способностью к истиранию, из-за большого содержания в них твердых зерен карбида железа. Поэтому время работы инструмента при обработке таких металлов всегда будет ниже, чем при обработке резанием малоуглеродистых конструкционных сталей.
Нержавеющие, а также жаропрочные сплавы при процессе резания создают молекулярный износ, при этом очень тяжело отводят тепло.
4 Контроль стружки при процессе резания
Контроль стружки при резании позволяет уменьшить риск выхода из строя инструмента.
Производители инструментальной оснастки решают проблему отвода стружки для повышения стойкости двумя способами:
подачей СОЖ в зону резания через инструментальную оснастку.
использование стружколомом.
Ярким примером является фреза Sky-tec фирмы Walter. Она имеет осевой подвод СОЖ, позволяющий исключить радиальные каналы, что устраняет проблему микротрещин в поверхности режущего инструмента. СОЖ под давлением направляется в зону резания, значительно уменьшая скопление стружки, появление больших наростов и трещин на режущей части инструмента.
Элементы геометрии режущего инструмента, закручивающие стружку в спираль или дробящие ее, намного улучшают отвод стружки от режущей кромки. Правильный выбор этих элементов увеличивает стойкость режущего инструмента на 30-40% в зависимости сложности обработки. Неправильный выбор может привести даже к поломке инструмента, например если использовать стружколом при обработке алюминия, стружка быстро налипнет на режущую часть и при недостаточном смыве ее с помощью СОЖ быстро приведет к поломке. Также конструкция стружколомов не дает температуре из зоны резания переходить со стружки на пластину, что повышает срок службы инструмента.
Стржколомы также выбираются для разных видов обработки (чистовая, получерновая и черновая обработка) выбираются разные, для получения нужной стружки и успешного ее отводу. Например, при черной обработке толщина среза большая, поэтому стружка имеет также большую толщину поэтому она не вьется, и ее нужно дробить.
5 Покрытие режущего инструмента
Все материалы при обработке резанием выделяют тепло , но нельзя допускать слишком сильный нагрев, т.к. инструмент и обрабатываемая поверхность будут испорчены. Один из способов уменьшить повышенный нагрев инструмента – нанести специальное покрытие на инструмент, уменьшающее трение при резании.
Виды покрытий наносимых методами осаждения
-химическое (CVD) осаждение.
-физическое (PVD) осаждение.
Покрытия вида CVD всегда толще, чем PVD, и очень хорошо защищают инструментальную оснастку от перегрева. Покрытия вида PVD тоньше, поэтому ими можно покрывать очень острые края – они имеют хорошую адгезию на острых углах, при сравнении с CVD. Поэтому были разработана специальные слоистые покрытия, с добавлениями разных материалов, даже оксида алюминия.
В настоящее время путем ионной имплантации можно получать очень тонкие покрытия почти из любого материала, что позволяет существенно увеличить стойкость режущего инструмента, уменьшая себестоимость его использования.
По моему опыту работы с режущим инструментом значение стойкости когда выбрали инструмент сначала работали на рекомендуемом в каталогах режиме резания. Фрезы стоят до определенного времени и потом просто ломаются. Причем ломаются они в детали, часто приводя к браку заготовки. После таких поломок фрезы просто нечего затачивать. Поэтому, на заводе приняли решении о принудительной смене после 70% отработанной стойкости по каталогу. При этой технологии режущий инструмент остается целым и при этом появилась возможность его переточки, что существенно продлило его жизненый цикл.
Поэтому при изготовлении продукции при единичном или мелкосерийном производстве режим резания нужно выбирать щадящие для инструмента. Такой выбор режимов резания увеличивает стойкость инструментальной оснастки, а также уменьшает процент брака и повышает стабильность качества выпускаемой продукции.
