Ключевые факторы успешного фрезерования закаленной стали

В прошлом при черновом фрезеровании закаленной стали можно было использовать только очень низкую скорость резания и подачу, а также большую глубину резания и расстояние перемещения инструмента. Этот метод обработки является медленным и трудоемким, и на заготовке можно сформировать глубокие ступенчатые следы инструмента. Поэтому необходимо проводить многократное последующее получистовое и чистовое фрезерование. Другой альтернативой является выполнение чернового фрезерования заготовок с низкой твердостью, затем их термообработка, а затем повторный зажим закаленных заготовок на фрезерном станке для выполнения получистового фрезерования и чистового фрезерования посредством многократного зажима. Другим методом является электроэрозионная обработка (ЭЭО) закаленной стали, но этот процесс также очень трудоемкий и дорогостоящий.

В настоящее время технология высокоскоростного твердого фрезерования с малой глубиной резания и большой подачей все больше заменяет эти трудоемкие и трудоемкие традиционные процессы. Механический цех может сначала просверлить отверстия и водоводы на заготовке штампа, затем выполнить термообработку, а затем применить стратегию высокоскоростного фрезерования для завершения чернового и чистового фрезерования с помощью одноразового зажима. Твердое фрезерование имеет высокую скорость съема металла. Поскольку после чернового фрезерования можно получить заготовку, имеющую форму, близкую к чистой, рабочая нагрузка при получистовом фрезеровании и чистовом фрезеровании может быть значительно снижена. Чистота обработанной поверхности твердого фрезерования может достигать 10-12rms. Этот процесс позволяет значительно повысить эффективность производства и снизить затраты на многократный зажим и повторную обработку заготовок.

Однако для успешного применения технологии высокоскоростного твердосплавного фрезерования необходимо досконально понимать и полностью учитывать ключевые факторы, влияющие на процесс.

Твердость и обрабатываемость материалов заготовки

Диапазон твердости, измеренный для типичной закаленной стали, обычно составляет 48-65 часов. Однако при рассмотрении обрабатываемости фактической механической обработки твердость по Роквеллу не отражает всего. Например, твердость штамповой стали D2 составляет около 60-62 часов, но высокое содержание хрома (11-13%) увеличивает ударную вязкость материала, поэтому его обрабатываемость ближе к материалу заготовки с твердостью 62-65 часов. Для штамповых сталей D2 и аналогичных многокомпонентных легированных сталей необходимо использовать параметры резания, предоставленные поставщиком инструмента и обычно применимые к материалам с более высокой твердостью.

Поддерживать постоянную нагрузку на стружку

При фрезеровании (особенно при высокоскоростном фрезеровании закаленной стали) ключом к увеличению срока службы инструмента и улучшению качества деталей является поддержание постоянной нагрузки на стружку, которую несет режущая кромка фрезы. Нагрузка на стружку =скорость подачи ÷ скорость вращения шпинделя × количество лезвий. Если количество стружки изменяется слишком сильно или несоответствующим образом (слишком большое или слишком маленькое), фреза будет изнашиваться, ломаться или повреждаться слишком быстро.

Особенно трудно поддерживать постоянную нагрузку на стружку при фрезеровании стандартного трехмерного профиля при производстве штампов. Обычные методы программирования обычно используют линейную высокую скорость резания и большую подачу инструмента, но при фрезеровании сложных профилей нагрузка на инструмент постоянно меняется, и станок может быть не в состоянии поддерживать требуемую нагрузку на стружку. Например, когда фреза достигает угла 90°, ее угол резания удваивается, а также увеличивается сила резания. Если скорость подачи не уменьшить, фреза будет быстро изнашиваться или повреждаться. Для фрезерования меняющегося профиля штампа техник-обработчик может вручную уменьшить скорость подачи с помощью контроллера перегрузки подачи, или программа обработки кулачка и система управления станком могут совместно уменьшить скорость подачи до приемлемого уровня.

Загрузив программу кулачковой обработки и инструмент на станок и установив высоту фрезы в направлении z примерно на 25,4 мм над заготовкой, техник-обработчик может определить, может ли быть достигнута указанная скорость подачи. Фактическую скорость подачи можно узнать после одного пробного запуска. Основные принципы физики делают невозможным постоянное поддержание требуемой скорости подачи и количества стружки. Полезное эмпирическое правило заключается в том, что если время удержания запрограммированной скорости подачи составляет менее 80% от общего времени обработки, скорость вращения шпинделя должна быть уменьшена соответствующим образом, чтобы обеспечить постоянную нагрузку на стружку.

Уменьшить биение инструмента

При фрезеровании другим важным, но часто упускаемым из виду фактором является биение инструмента. Вообще говоря, если биение превышает 0,01 мм (1/7 диаметра человеческого волоса), срок службы инструмента может сократиться вдвое. Очень важно максимально уменьшить биение инструмента при использовании фрез с очень малыми характеристиками. Для некоторых фрез малого диаметра биение 0,01 мм удваивает нагрузку на стружку, действующую на один зуб, что приводит к ускоренному износу режущей кромки фрезы. Хотя в некоторых обрабатывающих мастерских используются дорогие станки и высококачественные инструменты, они используют недорогие инструментальные патроны с низкой точностью, что является важной причиной многих проблем с обработкой. Высокоточные инструментальные патроны (в том числе патроны с горячей посадкой, гидравлические патроны и т. д.) могут в основном устранить негативное влияние биения инструмента.

Внедрение расширенного ПО для программирования

Программное обеспечение для программирования обработки необходимо для поддержания постоянной нагрузки на стружку. По сравнению с системой программирования более низкого уровня, продвинутая кулачковая система может использовать больше точек данных для определения траектории движения инструмента. Этот тип кулачковой программы также может управлять врезанием и вырезанием инструмента, так что сила резания, действующая на лезвие, поддерживается на разумном уровне. Хотя высококачественное программное обеспечение CAM обычно дороже, его преимущества обычно могут превышать более высокую первоначальную стоимость покупки.

Функция системы управления станком также играет важную роль в эффективном фрезеровании. Чтобы эффективно реализовать стратегию высокоскоростного фрезерования, станок должен иметь мощную вычислительную мощность, чтобы заранее прогнозировать и плавно обрабатывать быстрые изменения параметров обработки, заданные программой кулачка. При высокоскоростном фрезеровании для отслеживания и выполнения сложных команд движения станка требуется, чтобы система управления и сервопривода станка обрабатывала большое количество кодовых блоков на высокой скорости, но старый контроллер и сервер могут не соответствовать этому требование.

Управление сроком службы инструмента

Что касается стойкости инструмента при высокоскоростном фрезеровании, то при тщательном рассмотрении нагрузки на стружку, износа инструмента и других проблем (таких как жесткость инструмента) могут быть получены неожиданные результаты. При фрезеровании закаленной стали правильное применение фрезы может продлить срок службы инструмента. Конечно, определение срока службы инструмента также является одним из факторов, которые необходимо учитывать. Требования заказчика к чистоте поверхности штампа могут ограничивать срок службы фрезы до замены инструмента.

Высокая температура резания негативно влияет на срок службы инструмента. Следовательно, при высокоскоростном фрезеровании использование небольшой глубины резания может увеличить время выхода фрезы из резания, так что режущая кромка может быть охлаждена, что продлит срок службы инструмента. При фрезеровании материалов заготовок с твердостью выше 48 HRC во избежание термического удара инструмента вместо охлаждающей жидкости обычно можно использовать воздушно-струйное охлаждение или масляный/воздушный туман. Хотя в некоторых случаях поток охлаждающей жидкости может смыть стружку и избежать вторичного резания, струйное охлаждение, несомненно, является лучшим вариантом, поскольку оно устраняет необходимость в том, чтобы инструмент выдерживал быстрые и резкие перепады температуры.

Выберите подходящие режущие инструменты

Как и тенденция развития всей отрасли, пресс-формы предъявляют все более высокие требования к точности размеров, и эти требования находят свое отражение в режущих инструментах, используемых для обработки пресс-форм и их частей. Несколько лет назад типичный допуск на радиальный размер сферической фрезы составлял 10 мкм. Сейчас она близка к 5 мкМ. Для деталей, обрабатываемых концевой шаровой фрезой с низкой точностью формообразования, трудно добиться высокой точности посадки. В производстве пресс-форм со строгими требованиями к точности (например, ошибка несоответствия формы для экструзии жидкого силикона снижена до 2 мкм) очень важно избегать ошибок, вызванных инструментами.

Поскольку при фрезеровании закаленных материалов выделяется много тепла при резании, многие твердосплавные концевые фрезы, используемые для фрезерования закаленных материалов, используют термобарьерное покрытие (например, покрытие AlTiN). Для повышения термостойкости и прочности эти фрезы обычно используют микрокристаллическую матрицу из цементированного карбида высокой твердости (содержание кобальта 8%), а режущая кромка имеет отрицательный передний угол для предотвращения разрушения кромки. При чистовом фрезеровании можно использовать кубические фрезы из нитрида бора (CBN), а концевые фрезы очень подходят для чернового фрезерования.

Микрофреза может обрабатывать микроэлементы, которые раньше могли быть реализованы только с помощью электроэрозионной обработки. В настоящее время доступны фрезы диаметром всего 0,1 мм, и даже такую ​​маленькую фрезу можно эффективно использовать для высокоскоростного фрезерования, если используется более короткая длина канавки.

Всесторонний баланс различных факторов

Чтобы максимизировать эффективность производства и качество обработки при фрезеровании закаленной стали, мы должны комплексно применять прецизионные инструменты, передовое программное обеспечение CAM, высокопроизводительные станки, высокоточные цанги и принимать другие меры (например, замену охлаждающей жидкости). Поставщики инструментов, станков и материалов для заготовок обычно готовы предоставить свой собственный опыт и навыки, чтобы помочь обрабатывающему цеху достичь реального баланса процесса и достичь своих целей по производительности