Освоение глубины резания в ЧПУ-обработке: Точный расчет и контроль

Если вы решили, что операция ЧПУ-обработки — это метод, который вам нужен для выполнения вашей детали, то вам нужно знать, что Глубина резания (DOC) — один из топ-3 самых важных параметров, влияющих на качество продукта обработки.

Эта статья поможет вам понять, что подразумевается под Глубиной резания в обработке, почему вам нужно контролировать ее, в чем разница между толщиной стружки и глубиной резания, и как ее рассчитать.

В процессе обработки глубина резания — это просто то, насколько глубоко режущий инструмент входит в заготовку и режет через нее для создания стружки. В идеальном процессе резания, когда ЧПУ-режущий инструмент движется влево с определенной глубиной внутри поверхности заготовки, он создает стружку. Эта глубина называется Глубиной резания или DOC. Если вам нужно похожее и простое применение, вы можете увидеть, как режут шоколадные кудри или шоколадную стружку.

Значения глубины резания измеряются либо в дюймах, либо в миллиметрах и обычно варьируются от 0,1 до 1 мм.

Зачем вам нужно контролировать глубину резания в обработке?

Глубина резания имеет прямое воздействие на процесс обработки, такое как:

• Тепло поднимается на кончике инструмента;
• Скорость износа инструмента;
• Прочность обработанного продукта;
• Качество механически обработанной поверхности.

Например, есть склонность к формированию Нарастающей кромки (BUE) с отожженными металлами, чем с холоднодеформированными в процессе резания. Тип стружки BUE состоит из слоев стружки, накапливающихся на кончике инструмента. Следовательно, если глубина резания слишком глубокая, неконтролируемый BUE также негативно влияет на шероховатость поверхности.

Как глубина резания взаимодействует с другими факторами обработки?

Глубина резания — один из независимых факторов, влияющих на процесс обработки, что означает, что она контролируется оператором. Однако глубина резания взаимодействует с другими факторами и влияет на результирующую поверхность заготовки и ее свойства.

Глубина резания и охлаждающая жидкость

С уменьшением глубины резания кривизна стружки уменьшается и стружка становится кудрявой. В этом случае и когда тепло поднимается на кончике инструмента, вы можете подумать, что добавление охлаждающей жидкости охладит процесс.

Однако добавление СОЖ для ЧПУ делает стружку еще более кудрявой, уменьшает контакт между инструментом и стружкой и концентрирует тепло на инструменте, что значительно увеличивает износ инструмента. В этом случае ломатель стружки может быть полезен.

Глубина резания, угол наклона и скорость резания

Другой пример можно найти в обработке термопластов. Термопласты обычно имеют низкую теплопроводность и низкий модуль упругости. Это означает, что они сильно подвержены тепловым флуктуациям на кончике инструмента в обработке. Глубина резания, угол наклона и скорость резания все должны быть скорректированы относительно друг друга, чтобы избежать повышения температуры и формирования липких и клейких стружек на кончике инструмента.

Также стоит знать, что глубина резания — один из топ-3 параметров, влияющих на ресурс инструмента вместе со скоростью резания и подачей.

Как рассчитать глубину резания?

Значимость количественных взаимосвязей между различными переменными очевидна, когда вам нужен расчет глубины резания, почему температура инструмента становится высокой? почему шероховатость поверхности плохая? Почему режущий инструмент быстро изнашивается? И многое другое.

Для расчета глубины резания вам нужно специфицировать следующие параметры:

• Какой процесс обработки (Фрезерование, Точение и т.д.)
• Материал заготовки
• Свойства кончика инструмента
• Возможности станка
• Требуемая шероховатость поверхности и допуск

Глубина резания в процессе точения

В ЧПУ-точении заготовка вращается, пока инструмент удаляет слой материала, двигаясь вдоль длины заготовки. Глубина резания может быть той же, что и подача или скорость подачи, которая является просто расстоянием, которое инструмент проходит вдоль заготовки на каждом обороте во времени, и имеет единицу мм/мин.

Следовательно, глубина резания может быть просто определена толщиной удаленного материала и может быть рассчитана из:

Глубина резания в процессе фрезерования

В процессе ЧПУ-фрезерования инструмент вращается, пока заготовка неподвижна. Глубина резания — это просто то, насколько глубоко инструмент режет в заготовку за один оборот. Обычно глубина резания составляет 4 диаметра режущего инструмента для больших диаметров выше 20 мм и 10 диаметров размера для меньших диаметров инструментов.

Сравнение значения толщины стружки против значения глубины резания

Важно дифференцировать между толщиной стружки и глубиной резания, потому что они НЕ одинаковы и НЕ имеют одинакового значения.

Чтобы объяснить это, нам нужно глубже посмотреть на Рисунок 1 идеального процесса резания. Значение глубины резания (обозначим его как to) отличается от толщины стружки (tc).

Рисунок 1: идеальный процесс резания

Процесс удаления стружки осуществляется через сдвиг на хорошо определенной сдвиговой плоскости и с определенным углом сдвига φ, как показано на следующем Рисунке 2. Это делает значение толщины стружки всегда большим, чем значение глубины резания.

Рисунок 2: базовый механизм формирования стружки

Коэффициент резания против коэффициента сжатия стружки

Отношение между глубиной резания к толщине стружки to/tc называется коэффициентом резания или коэффициентом толщины стружки и обозначается (r) и может быть рассчитано следующим образом:

Он также может быть рассчитан из угла сдвига φ и угла наклона α, как показано на Рисунке 1 следующим образом:

Где:

φ: угол сдвига
α: угол наклона

Обратная величина этого значения называется коэффициентом сжатия стружки или фактором сжатия стружки, который указывает, во сколько раз толщина стружки больше глубины резания.

Бонус: Глубина резания против режущих сил и мощности

Знание режущей силы и мощности критично в расчете DOC. Они могут предоставить важные параметры, такие как:

• Инструменты с требуемыми прочностями для избежания быстрого износа и обеспечения лучшей эффективности и шероховатости поверхности.
• Зажимные устройства и приспособления для заготовки, которые могут выдерживать эти силы с минимальной дисторсией.

Требуемая мощность — это просто произведение режущей силы, умноженной на скорость и может быть рассчитана следующим образом:

Где Fc — это «режущая сила» и определяется как сила, прикладываемая инструментом для резания через заготовку, и действующая в том же направлении, что и скорость инструмента V.

Общая удельная энергия — это общая энергия, необходимая для выполнения сдвиговой силы, необходимой для резания через поверхность (us), в добавление к удельной энергии трения, которая является энергией, необходимой для преодоления трения между инструментом и поверхностью (uf).

Удельная энергия сдвига и удельная энергия трения связаны с глубиной резания и могут быть рассчитаны следующим образом:

Скорость стружки связана со скоростью резания следующим образом:

Следовательно, стоит упомянуть, что эти формулы могут использоваться наоборот для расчета глубины резания в случае, если у вас есть специфические параметры станка.

WayKen — надежный партнер для ваших проектов обработки

Обработка — сложная операция, и это не легкий процесс для установления количественных значений для всех параметров и определения обрабатываемости определенного материала.

WayKen — ваш эксперт по ЧПУ-обработке, предлагающий эффективные и доступные решения обработки. Наши инженеры разработают комплексную стратегию обработки, чтобы обеспечить, что каждый параметр обработки в процессе соответствует требованиям обработки. Кроме того, мы применяем 100% инспекцию для каждого проекта для соответствия вашим спецификациям продукта.

Заключение

Глубина резания — очень важный параметр, который должен рассматриваться перед началом процесса обработки. Как было объяснено ранее, значение глубины резания напрямую влияет на зависимые параметры обработки, такие как силы обработки и удельные энергии. Расчет этих значений влияет не только на прочность заготовки и шероховатость поверхности, но и на материал инструмента, тип фиксаций и возможность использования охлаждающего агента.