?

Отделка поверхности стали в основном определяется подачей на зуб, радиусом вершины инструмента и скоростью резания; точность размеров в основном определяется тепловым состоянием, износом инструмента и креплением. Это две разные проблемы, и они часто решаются изменением одной и той же оснастки. Станок, который геометрически точен, все равно может давать шероховатую поверхность, если подача слишком велика для радиуса пластины, а станок, который дает зеркальную поверхность, все равно может не попасть в допуск, если деталь нагрелась во время черновой обработки или инструмент износился на 40 микрон за последние сто деталей. Чтобы добиться и того, и другого, необходимо разделить параметры, контролирующие отделку, от тех, которые контролируют размер.

Что определяет теоретическую шероховатость поверхности при фрезеровании?

Для тороидальной или шаровой фрезы теоретическая шероховатость зависит от подачи на оборот и радиуса угла: Ra (в микрометрах) ≈ (f² ÷ (32 × rε)) × 1000, где f — подача на оборот в миллиметрах, а rε — радиус угла в миллиметрах.

Два примера показывают влияние. При f = 0,1 мм/об и rε = 0,8 мм теоретическая Ra составляет около 0,39 мкм. При f = 0,2 мм/об с той же пластиной Ra возрастает примерно до 1,56 мкм — в четыре раза грубее при удвоенной подаче. На практике достигнутая шероховатость обычно в один-три раза превышает теоретическое значение из-за биения, вибрации, нароста и износа инструмента, но зависимость все равно показывает, где следует вмешаться в первую очередь.

Именно поэтому скребковая фреза меняет все. Геометрия скребковой фрезы сглаживает эффективный радиус угла на части режущей кромки, что отделяет подачу от шероховатости и позволяет увеличить подачу при той же Ra. На больших стальных поверхностях — станинах станков, плитах пресс-форм, опорных площадках — скребковая торцевая фреза может значительно сократить время цикла без изменения требований к отделке.

Какие параметры наиболее важны для стали?

Скорость резания

Твердосплавные пластины с покрытием для низкоуглеродистой и легированной стали обычно работают на скорости 150–250 м/мин; нержавеющие стали работают на более низких скоростях, около 100–150 м/мин. Слишком низкая скорость вызывает нарост, который разрывает поверхность и нарушает контроль размеров; слишком высокая скорость ускоряет износ по задней поверхности и изменяет эффективный диаметр инструмента. Ни одна из крайностей не проявляется как сигнал тревоги — обе проявляются как брак.

Подача на зуб и утоньшение стружки

В стали подача на зуб ниже примерно 0,05 мм вызывает трение, а не резку, что упрочняет поверхность и сокращает срок службы инструмента. Современные стратегии высокоскоростной подачи и трохоидальные стратегии намеренно используют малый радиальный вылет с большой осевой глубиной и контролируемой толщиной стружки, что поддерживает резку в режиме сдвига и обеспечивает лучшую отделку при более высокой скорости съема материала.

Глубина резания на чистовом проходе

Чистовой проход должен проходить ниже упрочненного слоя, оставленного черновой обработкой, обычно 0,2–0,5 мм. Слишком легкий проход трется о поврежденный слой, а не удаляет его, и дает полированную, но неоднородную поверхность с плохим контролем размеров.

Охлаждение и отвод стружки

Сталь требует подачи СОЖ или, для глубоких карманов и нержавеющей стали, СОЖ под высоким давлением через шпиндель. Повторное попадание стружки — самая частая причина внезапного ухудшения качества отделки и поломки пластин. Если качество отделки ухудшается в одном и том же месте цикла каждый раз, подозревайте отвод стружки, прежде чем подозревать станок.

Типичные диапазоны параметров и ожидаемый результат

Следующие значения являются типичными отправными точками для твердосплавных пластин с покрытием для среднеуглеродистой стали, предназначенными для испытаний, а не как гарантированные результаты.

Почему точность размеров — отдельная проблема?

Ошибки размеров в стали возникают по четырем причинам, и ни одна из них не решается улучшением качества отделки.

• Тепловое расширение детали. Черновая обработка стального блока размером 300 мм может повысить его температуру на 15–25 °C. При α = 11,7 × 10^-6, это 50–90 микрон расширения. Если вы чистовую обработку выполняете в горячем состоянии до номинала, деталь будет меньше номинала после остывания. Либо черновая обработка, охлаждение, затем чистовая обработка — либо предусмотрите специальный допуск.
• Износ инструмента. Твердосплавная пластина с покрытием может потерять 30–60 микрон радиального размера за срок службы в стали. Без компенсации износа или контроля в процессе последние детали партии выходят за пределы допуска, даже если первые детали были правильными.
• Отклонение инструмента. Длинная фреза малого диаметра отклоняется под действием радиальной силы; стенка, которую она обрабатывает, толще внизу, чем вверху. Проходы для компенсации, уменьшенный радиальный вылет и более короткие сборки инструмента — все это уменьшает это.
• Искажение оснастки и зажима. Детали с тонкими стенками деформируются под давлением зажима и возвращаются в исходное положение после снятия. Зажим за опорные элементы, а не за саму стенку, является решением.

Как характеристики станка поддерживают качество отделки и размеров?

Важны три характеристики станка. Динамическая жесткость на кончике инструмента подавляет вибрации, которые фактически определяют, достижима ли отделка 0,8 мкм на большой поверхности. Термическая стабильность обеспечивает постоянство размеров в течение длительного цикла. Геометрическая точность и повторяемость устанавливают нижний предел того, чего может достичь компенсация.

Для стальных работ станок с шпинделем BT50 с редуктором и тяжелой конструкцией обычно является лучшей платформой, поскольку сила черновой обработки высока, а демпфирование имеет значение. VMC-1066HD сочетает шпиндель мощностью 15 кВт с крутящим моментом 420 Н·м в диапазоне низких передач до 2500 об/мин и стол весом 1200 кг, в то время как VMC-1370HD предлагает 572 Н·м в диапазоне 1:4 со столом 1400×700 мм для более крупных блоков. Для деталей из средней стали, где время цикла имеет решающее значение, VMC-1165HL со шпинделем BT40 с прямым приводом 12000 об/мин и ускоренным перемещением 30 м/мин является хорошим компромиссом.

Какова надежная процедура чистовой обработки стали?

Процедура, работающая для большинства стальных деталей, в порядке:

1. Черновая обработка с использованием стратегии высокоскоростной подачи или трохоидальной стратегии, оставляя 0,3–0,5 мм припуска на всех чистовых поверхностях.
2. Снять напряжения или дать детали остыть до окружающей температуры перед чистовой обработкой, особенно если было удалено более 60 % материала.
3. Получистовая обработка до 0,15–0,2 мм припуска для создания равномерной нагрузки на чистовом проходе.
4. Чистовая обработка свежей пластиной или специальным инструментом для чистовой обработки, попутное фрезерование везде, где позволяет геометрия.
5. Используйте скребковую фрезу для больших плоских поверхностей; используйте малый радиус угла с уменьшенной подачей для стенок и карманов.
6. Проверьте первую деталь на КИМ, затем проверяйте каждые 10–20 деталей в зависимости от скорости износа и корректируйте смещение износа, а не смещение геометрии.
7. Запишите параметры, которые дали принятую деталь. Следующая партия должна начинаться с этой записи, а не с предположения.

Когда проблема в станке, а не в процессе?

Если качество отделки варьируется по столу, а не по детали, подозревайте предварительный натяг направляющих или выравнивание станка. Если размер смещается со временем, а не с количеством деталей, подозревайте тепловое расширение. Если размер неправильный на одном конце хода, но правильный на другом, подозревайте компенсацию ошибки шага или износ винта. Если поверхность показывает регулярные метки с фиксированным шагом, подозревайте балансировку шпинделя или оправки, а не пластины.

Каждое из этих решений имеет разное средство, и ни одно из них не решается замедлением подачи. Если вы отправите нам чертеж детали, марку материала, допуск, требуемую Ra и текущие параметры, мы сообщим вам, где находится предел и какая конфигурация станка в VMC range подходит для данного конкретного применения стали.