Максимизация долговечности инструмента: как углы наклона формируют токарную производительность

Устали сжигать ромбовидные режущие инструменты для работы с углом наклона? Мы исследуем проблемы, созданные углами наклона — и говорим с производителями режущих инструментов о лучших способах оптимизации для ваших нужд.

Для общего назначения токарной работы, CNMG-стиль, 80-градусные ромбы давно были пластиной по выбору. Они широко доступны, разумно оценены и обеспечивают хороший ресурс инструмента в широком спектре материалов. Они также позволяют токарю обрабатывать торцы и точить деталь с тем же инструментом, упрощая установки и снижая время, потерянное на смену инструментов. Из-за этой двойной обязанности, 80-градусные ромбы освобождают по крайней мере одну станцию инструмента, важное соображение с переполненными турелями токарных станков.

Статус-кво: отрицательный угол наклона влияет на ресурс режущего инструмента

Вызов приходит, когда материалы детали попадают в категорию «не очень весело резать». Никелевые или кобальтовые жаропрочные суперсплавы, такие как Инконель 718 и кобальт-хром (CoCr), Ti-6Al-4V титан, большинство инструментальных сталей, и 300-я серия или PH нержавеющие стали могут создать множество проблем для токаров, включая нарастающее ребро (BUE), чрезмерный износ по задней поверхности и особенно высточный износ по глубине реза.

К сожалению, эти проблемы немного самоисповерженные. Используя 80-градусную ромбовидную пластину, токар режет с инструментом с отрицательным 5-градусным углом наклона, который плох для ресурса инструмента — предполагая обычный держатель инструмента в стиле «лицевать и точить». Будь то фрезеровка или точение, переключение на положительный угол наклона не только утончает стружку, но также распределяет режущие силы по большей длине карбида, что снижает или, в некоторых случаях, устраняет режимы отказа.

«Инструменты с отрицательными углами наклона — самые распространенно применяемые из всех токарных инструментов», — говорит Аарон Шейд, менеджер программы для Центра Знаний Америки в Kennametal. «Это не значит, что они лучшие, только то, что это то, чем все пользуются. Потому что у вас есть зазор в обоих направлениях, отрицательный угол наклона делает инструмент более универсальным — вы можете лицовать деталь и затем точить до плеча, в то время как инструмент с положительным углом наклона означает, что вам придется вернуться со вторым инструментом для этих операций».

Круглые и круглые: ценность круглых режущих пластин

Хотя выгоды трудно количественно оценить, переключение на инструмент с положительным углом наклона может предложить значительные улучшения в ресурсе инструмента. И когда ресурс инструмента лучше, продуктивность идет вверх, либо потому что меньше простоя, либо потому что скорости подачи могут быть значительно увеличены.

«Мы рекомендуем круглые пластины везде, где возможно, в первую очередь потому, что они самые затратоэффективное решение для клиентов, желающих удалять большие количества материала в кратчайшее возможное время или где ресурс инструмента проблематичен», — говорит Аарон-Майкл Эллер, менеджер по продукту для ISO точения и передовых материалов в Seco Tools. «На прямом точении с легкой глубиной реза, например, вы можете легко получить дюжину или больше индексов на пластине и подавать её как безумный».

Именно поэтому Kennametal, Seco Tools, Sandvik Coromant и все производители токарных инструментов предлагают державы инструментов, принимающие круглые, а также различные ромбовидные пластины с углами наклона 15, 45 и 75 градусов. Все предлагают возможность драматически улучшить токарные операции цеха.

Не так быстро: углы наклона могут вызывать треск и дефлекцию инструмента

Несмотря на потенциальные выгоды, однако, есть обратная сторона — по мере того как углы наклона становятся более положительными, зацепление инструмента увеличивается, генерируя более высокие режущие силы, которые теперь смещены в радиальном направлении; токар может устранить высточный износ по глубине реза, но возможно будет сталкиваться с треском и дефлекцией инструмента вместо этого.

Также, эффект утончения стружки означает, что те стружки труднее контролировать, и более тяжелые скорости подачи, вероятно, понадобятся для компенсации. Именно эти соображения, плюс факт, что второй инструмент потребуется для лицевания детали и очистки необработанных зон, смежных с любыми плечами, объясняют, почему большинство токар идут по 80-градусному пути наименьшего сопротивления.

Хотя принятие стратегии точения с положительным углом наклона признается балансирующим актом и может потребовать серии затратных по времени тестов для освоения, оба эксперта согласны, что — для правильного применения — это того стоит усилий.

«Да, вам понадобится довольно жесткая установка, и да, вы должны скорректировать ваши процессы немного, но положительные углы наклона в общем приравниваются к увеличенным темпам удаления металла, ресурсу инструмента и продуктивности», — говорит Эллер от Seco.

Почему правильные державы инструментов так важны? Прочитайте "Уроки высокопроизводительной обработки: не забывайте о державах инструментов".

Нет магической формулы для определения оптимального режущего инструмента

Первый изменение процесса — определение того, какой угол наклона лучший. Этот процесс определенно один из тех случаев, где больше не всегда лучше. Предполагая постоянную глубину реза, переключение с отрицательного 5-градусного инструмента на один с положительным 45-градусным углом наклона увеличивает зацепление детали на огромные 40 процентов. Опять же, корректировки режущих параметров почти наверняка понадобятся для достижения желаемых результатов.

Поскольку режущие силы всегда перпендикулярны углу наклона инструмента, идущее положительное означает большее радиальное давление инструмента применяется к детали. При точении тонких валов и тонкостенных деталей в этих сценариях и с большинством растачивающих операций, нейтральный угол наклона обычно лучший, так как силы подачи почти полностью в оси Z. Это сложный компромисс. К сожалению, нет магической формулы для определения оптимального режущего инструмента.

«Вам нужно хорошее понимание влияния, которое углы наклона имеют на токарную операцию, но в то же время признать, что конфигурация детали также играет критическую роль в выборе инструмента», — говорит Шейд. «Если это прямой разрез по оси Z без плеч и без лицевания, есть действительно неограниченное количество инструментальных вариантов, в то время как подрезы, профилирование, плечи и другие признаки детали имеют тенденцию ограничивать то, что можно сделать с одним инструментом».

«Всё в обработке зависит от применения, и что самое важно — это ухватить доступные варианты и использовать их на ваше лучшее преимущество — переключение на положительный угол наклона — один из таких вариантов», — говорит Шейд.

Нужен совет по обработке, режущей геометрии или программированию? Присоединяйтесь к разговорам на форуме металлообработки. [требуется регистрация]