Выбор подходящего инструмента с ЧПУ для обработки алюминия 6061 и нержавеющей стали 304

Выбор режущего инструмента для обработки на станках с ЧПУ является основным фактором, определяющим производственные затраты, эффективность работы и качество конечной продукции. Два наиболее часто используемых в точном производстве материала — алюминий 6061 и нержавеющая сталь 304 — требуют разных методов обработки, поскольку они обладают совершенно разными физическими характеристиками.

В этом техническом руководстве анализируются механические различия между этими материалами и предлагается основанный на данных подход к выбору инструмента с ЧПУ.  чтобы максимизировать эффективность и срок службы инструмента.

Понимание материальных проблем

Прежде чем выбирать инструмент, необходимо определить основные виды отказов, связанные с каждым материалом.

6061 Проблемы обработки алюминия

Алюминий 6061 представляет собой сплав магния и кремния, закаленный осаждением. Людям он нравится, потому что он прочен для своего веса и не ржавеет. Но пластичность  это самая большая проблема в настройке ЧПУ. Алюминий «липкий». При резке на высоких скоростях материал имеет тенденцию привариваться к режущей кромке. Это называется Застроенная кромка (BUE). . Из-за этого поверхность становится шероховатой, трение увеличивается, а инструмент ломается из-за застревания стружки.

304 Проблемы обработки нержавеющей стали

Нержавеющая сталь 304 представляет собой аустенитный сплав с повышенным содержанием хрома и никеля. Материал обладает высокой прочностью и низкой теплопроводностью, что отличает его от алюминия. Главным препятствием, которое необходимо преодолеть, оказывается закалка. Поверхность становится чрезвычайно твердой.  когда инструмент контактирует с материалом, не прорезая его, что делает невозможным завершение дальнейшей работы. Плохая теплопроводность материала приводит к накоплению тепловой энергии на режущей кромке инструмента, что приводит к быстрой пластической деформации инструмента.

Выбор инструментального материала и покрытия

Подложка и покрытие инструмента с ЧПУ служат первой линией защиты от износа, специфичного для материала.

Инструменты для алюминия 6061

Целью алюминия является уменьшение трения и предотвращение прилипания.

• Субстрат:  Мелкозернистый карбид вольфрама гарантирует остроту, необходимую для удержания кромки.
• Покрытие:  Лучшим вариантом для глубокой обработки алюминия является DLC (алмазоподобное углеродное) покрытие. . DLC имеет очень низкие коэффициенты трения (часто менее 0,1), а также высокую твердость. Если покрытие не используется, то требуется очень тщательная полировка до зеркального блеска, чтобы стружка соскальзывала с рифления, не прилипая.
• Избегайте: Покрытие AlTiN не следует использовать с алюминием. Алюминий, присутствующий в покрытии, имеет химическое притяжение к алюминию изделия, что вызывает быстрое прилипание и сцепление материала.

Инструменты для нержавеющей стали 304

Для нержавеющей стали инструмент должен выдерживать высокие температуры и абразивный износ.

• Субстрат:  Обычно используются марки, содержащие карбиды субмикронного размера и с более высоким содержанием кобальта. Кобальт обеспечивает достаточную устойчивость инструмента, что позволяет избежать образования микросколов при резке, особенно в случае нержавеющей стали.
• Покрытие:AlTiN или TiAlSiN  нужно использовать во что бы то ни стало. Такие покрытия термически устойчивы. В процессе обработки алюминий на покрытии имеет тенденцию окисляться с образованием оксида алюминия, который затем может служить тепловым барьером; следовательно, тепло передается стружке, а не инструментам.

Геометрия инструмента:канавки, спираль и передние углы

Физическая форма инструмента определяет, как образуется стружка и удаляется из рабочей зоны.

Геометрия алюминия 6061

• Количество флейт:  Концевые фрезы с 2 или 3 зубьями  являются стандартными. Алюминий образует большую и толстую стружку. Меньшее количество канавок обеспечивает большое пространство «пищевода», необходимое для эвакуации стружки при высоких скоростях подачи. Инструменты с 3 канавками часто являются предпочтительным балансом между пространством для стружки и жесткостью инструмента.
• Угол спирали: Большой угол спирали (обычно 45°). ) выгодно. Он создает режущее действие, которое быстро поднимает стружку вверх и из глубоких карманов, снижая риск повторной резки стружки.
• Передний угол: Большой положительный передний угол создает острую, подобную ножу кромку, которая «режет» мягкий алюминий, снижая энергопотребление и выделение тепла.

Геометрия для нержавеющей стали 304

• Количество флейт:  Целесообразно использовать концевые фрезы с 4, 5 или даже 7 зубьями . Нержавеющую сталь труднее обрабатывать, поэтому выгодно использовать большое количество канавок, чтобы увеличить поперечное сечение инструмента, чтобы выдерживать нагрузки. Таким образом, можно достичь более высоких скоростей подачи, в то время как большее количество режущих кромок справляется с нагрузкой.
• Угол спирали: Большинство углов спирали не очень острые или тупые и лежат в пределах от 35° до 38°. . Однако лучшие инструменты для обработки нержавеющей стали имеют различную спираль.  и  подача  изменения. Они предназначены для контроля внутренней асимметрии и уменьшения или устранения абразивной природы инструмента за счет наличия двойных или чередующихся режущих лепестков.
• Подготовка кромок:  Вместо очень острых кромок, которые обычно встречаются в алюминии, кромки инструментов из нержавеющей стали часто имеют «заточенную кромку» или «Т-образную фаску». Такое возвышение к краю позволяет ему противостоять давлению, оказываемому благодаря высокопрочному материалу, без разрушения.

Стратегии резки для максимальной производительности

Высокоскоростная обработка алюминия

При обработке алюминия 6061 ограничивающим фактором часто является максимальная частота вращения шпинделя станка. Чтобы максимизировать скорость съема материала (MRR):

• Используйте высокую скорость шпинделя и высокую скорость подачи, чтобы стружка отводила тепло от детали.
• Используйте большую осевую глубину резания  (ap) и меньшую радиальную глубину, чтобы использовать всю длину канавки.
• Обеспечьте постоянную эвакуацию стружки с помощью сжатого воздуха или охлаждающей жидкости под высоким давлением, чтобы предотвратить «повторное резание» алюминиевой стружки, которое приводит к мгновенному выходу инструмента из строя.

Высокоэффективная обработка нержавеющей стали

Для нержавеющей стали 304 следует избегать традиционных тяжелых прорезей из-за перегрева. Вместо этого используйте стратегии трохоидального (или динамического фрезерования):

• Поддерживайте небольшое радиальное взаимодействие  (ae), обычно от 5% до 15% диаметра инструмента.
• Это позволяет добиться гораздо большей осевой глубины.  (ap) и значительно более высокие скорости резания.
• Небольшое радиальное зацепление создает эффект «утончения стружки», что позволяет увеличить подачу на зуб (fz) и дает каждой режущей кромке время остыть на воздухе перед следующим зацеплением.
• Важно: Никогда не останавливайте инструмент в середине резания. Остановка или задержка приведут к немедленному затвердеванию материала, что приведет к разрушению инструмента при повторном запуске.

Таблица технического сравнения:выбор инструмента с ЧПУ  Сводка

Технические характеристики6061 Обработка алюминия304 Обработка нержавеющей сталиОсновная подложка инструментаМикрозернистый карбидТвёрдый сплав с высоким содержанием кобальтаИдеальное покрытиеDLC или без покрытия ПолированноеAlTiN или TiAlSiNРекомендуемое количество канавок2 – 34 – 5+Угол спирали45° (высокий угол спирали)35° – 38° (переменная) Скорость резания (Vc​)400 – 1000 м/мин60 – 180 м/мин Стратегия подачи СОЖБольшой объем/туман (MQL)Высокое давление/затоплениеПервичный режим отказа Засорение стружки/адгезияАбразивный износ/тепловое растрескивание

Во время этого процесса необходимо понимать науку об обоих металлах. Для обработки стружки, которая прилипает к алюминию 6061, приоритетом являются эксклюзивные высокоспиральные инструменты с DLC-покрытием. С другой стороны, соблюдение четких правил для нержавеющей стали 304 невозможно нарушить; многозубые инструменты с покрытием AlTiN с самоподобным рисунком, рассчитанные на стойкость к боковым вибрациям и охлаждению.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1. Могу ли я использовать инструмент, предназначенный для нержавеющей стали, для обработки алюминия?

Хотя это физически возможно, но неэффективно. 4 или 5 канавок инструмента из нержавеющей стали не обеспечивают достаточно места для алюминиевой стружки, что приводит к быстрому засорению и поломке инструмента на высоких скоростях.

Вопрос 2. Почему мой инструмент сразу ломается при резке нержавеющей стали 304?

Наиболее распространенными причинами являются использование слишком высокой скорости резания (Vc), что приводит к перегреву, или использование слишком низкой скорости подачи, что приводит к трению инструмента о наклепанную поверхность.

Вопрос 3. Нужна ли охлаждающая жидкость обоим материалам?

Да. Для алюминия охлаждающая жидкость обеспечивает необходимую смазку, предотвращая прилипание. Для нержавеющей стали 304 охлаждающая жидкость имеет решающее значение для контроля температуры. В обоих случаях предпочтительнее использовать подачу под высоким давлением для удаления стружки из зоны резания.

Руководства по теме