Identifikation af CNC-fræsespåntyper

1.0 Introduktion

En af de mest almindelige CNC-bearbejdningsprocesser, der bruges til at skabe ikke-roterende, ikke-cylindriske emner i en række forskellige industrier, er fræsning. Højhastighedsfræsere bruges af fræsemaskiner til at forme arbejdsproduktet til den ønskede form. Fræseren laver små spåner ud af metallet på emnet. Når skæringen er færdig, fjernes disse spåner fra emnet. Disse spåner findes i en række forskellige former og størrelser afhængigt af de anvendte materialer i emnet, skæremiljøet og enhver deformation, der opstår under operationen. De resulterende spåner klassificeres ofte efter deres form som kontinuerlige spåner, ikke-kontinuerlige spåner, kontinuerlige spåner med opbygningskant og ikke-homogene spåner.

1.1 Forarbejdningsteknologien til fræsemaskinen

Fræsning er teknikken til at bearbejde et emne til den ønskede form og størrelse ved hurtigt at kontakte det med en fræser. Under denne fræseprocedure adskiller fræseren metalspånerne fra bearbejdningsoverfladen ved at skære metallet på emnets overflade i spåner samt ved at skubbe og sprede bladets overflade. Spændingen i emnet stiger støt, efterhånden som arbejdsbelastningen stiger, hvor spændingen ved kontaktpunktet med bladets kant er den største. Dette er bladets skærende effekt. Metalstoffet revner og adskiller først, hvor spændingen er størst og mest koncentreret på emnet.

Som følge heraf forårsager bladets skærefunktion altid adskillelsen af ​​metaloverfladematerialet fra metalsubstratet på det emne, der dannes først. Metallet, der skal skæres, vil blive spaltet langs bladets bevægelsesretning for at producere en bearbejdet overflade, når der påføres tilstrækkelig mekanisk kraft, mens værktøjet og emnet fortsætter med at bevæge sig i forhold til hinanden. Skærelaget deformeres både elastisk og plastisk som følge af trykket foran værktøjet, hvilket til sidst danner spåner, der flyder ud langs værktøjets forside. Foran værktøjet er dette skubbeeffekten.

Under påvirkning af skærkanten genererer det skårne metal fire deformationsområder: forsiden og bagsiden af ​​værktøjet, det grundlæggende deformationsområde, friktionsdeformationsområdet foran værktøjet, deformationsområdet foran klingen og friktionen bag værktøjets deformationszone. I de fire deformationszoner er der sammenhænge mellem og interaktioner mellem de interne spændingstilstande og deformationsomstændighederne.

2.0 Spåntyper og deres dannelsesbetingelser

Metallet foran værktøjet trækker sig sammen under hele skæringen, efterhånden som det bevæger sig længere ind i emnet. For stor kompression resulterer i, at metallet adskiller sig fra emnet og flyder plastisk i form af en spån (forskydningsdeformation). Hovedforskydningen får metallet til at flyde ved forskydningsplanet. Den uskårne overflade foran værktøjet er der, hvor forskydningsplanet begynder at strække sig i en vinkel opad. Forskydningsvinkelværdien påvirkes af materialetypen og skæreforholdene. Når forskydningsvinklen er beskeden, er forskydningsbanen lang, spånerne er tykke, og skærekraften er stor. Det modsatte er også tilfældet. Den sekundære forskydning forårsages af friktion, når spånen bevæger sig hen over værktøjsspidsens flade. Spånerne overophedes som følge af friktionen, der øger driftstemperaturen for fræseprocessen.

De fire primære kategorier af spåner, der fremstilles af en fræsemaskine, er som følger: Diskontinuerlig spån; Kontinuerlig spån; Kontinuerlig spån med opbygget kant; Ikke-homogene spåner.

2.1 Diskontinuerlig chip

Diskontinuerlige spåner har en uregelmæssig form og deformeres ofte som følge af gentagne brud. Støbejern, messing og bronze er blot et par eksempler på de hårde, sarte metaller, hvis emner er kendt for at skabe diskontinuerlige spåner. Under forhold, hvor der er betydelig friktion mellem et emne og et værktøj, kan duktile emner også resultere i diskontinuerlige spåner. Et værktøj med en kort spånvinkel, en hurtig skærehastighed, et dybt snit i materialet og andre faktorer kan resultere i dannelsen af ​​diskontinuerlige spåner.

Sprøde materialer kan forbedre deres overfladefinish og reducere deres energiforbrug gennem dannelsen af ​​diskontinuerlige spåner. I duktile materialer resulterer udviklingen af ​​diskontinuerlige spåner imidlertid i en undermåls overfladepolering og kan forlænge bearbejdningsprocessen.

2.2 Kontinuerlige chips

Kontinuerlige spåner dannes typisk, når metaller, der er formbare, såsom stål, kobber eller aluminium, bearbejdes ved høje skærehastigheder. Temperaturforskellen mellem værktøjsspidsen og det duktile emne øges under skæreprocessen. En langvarig og kontinuerlig spånstrøm dannes, når successive lag af det fjernede metal sammenføjes ved svejsning. Følgende bearbejdningsforhold resulterer typisk i kontinuerlige spåner:

• minimal skæredybde
• omfattende hældningsvinkel
• høj skærehastighed
• brug af smøremidler eller kølemidler til at reducere friktion mellem værktøj og spåner
• skarp skærkant

Kontinuerlige spåner giver en glat overfladekvalitet, øget værktøjslevetid og mindre strømforbrug. Det kan dog være vanskeligt at bortskaffe visse typer spåner. Spånbrydere er nødvendige for at forbedre bortskaffelsesforholdene.

2.3 Kontinuerlig spån med opbygget kant

Høj friktion mellem værktøjet og spånen ved skæring i duktile metaller fører til dannelse af kontinuerlige spåner med BUE. Nogle spånfragmenter har en tendens til at klæbe til værktøjsspidsen under disse omstændigheder. Den nye skærkant fortsætter med at udvikle sig som bundet materiale, indtil den adskiller sig fra værktøjsspidsen. En dårlig overfladefinish skyldes det ophobede materiales binding til spånen og emneoverfladen under afbrydningsprocessen. Processen med at danne BUE kaldes ofte "spånsvejsning". Følgende omstændigheder resulterer typisk i kontinuerlig afspåning med BUE:

• Lav hældningsvinkel;
• lav skærehastighed;
• høje friktionskræfter;
• stort foder.

Kontinuerlige BUE-spåner har en negativ indvirkning på værktøjets levetid, øger strømforbruget og resulterer i underlødige overflader, derfor er det vigtigt at undgå dem.

Forebyggelsen af ​​spånsvejsning kan forbedres ved at tage skridt til at reducere friktion ved hjælp af smøremidler, undgå metal-mod-metal-kontakt ved hjælp af værktøjsbelægninger og sænke temperaturen ved hjælp af kølevæsker.

2.4 Sagte spåner

Savtakkede spåner, også kendt som ikke-homogene spåner, er semi-kontinuerlige. På grund af zonerne med lav og høj forskydningsbelastning har de et savtaksudseende. De materialer, der bruges til at fremstille disse spåner, har typisk begrænset termisk ledningsevne eller mekanisk styrke, som påvirkes af termisk blødgøring. Materialer, der bruges i emner, der kan producere ikke-homogene spåner under bearbejdning, omfatter nikkel, austenitisk rustfrit stål og titanlegeringer. En af årsagerne til ikke-homogene spåner er en betydelig mængde belastning, der dannes på værktøjets spånoverflade, når der skæres hårde materialer ved mellemstore skærehastigheder.

3.0 Sammenligning mellem kontinuerlige, diskontinuerlige og kontinuerlige spåner med opbygget kant

Tabellen nedenfor sammenligner og kontrasterer kontinuerlige, afbrudte og kontinuerlige spåner med opbygget kant.

3.1 Chip kontrol

Lange og trådede spåner opstår, når smedebare metaller, såsom stål, bearbejdes med høje skærehastigheder og betydelige spånvinkler. Maskinarbejdernes sikkerhed kan være i fare, og produktet kan blive beskadiget ved at blive viklet ind i værktøjet. Derudover kan fjernelsen af ​​disse varme, kontinuerlige og skarpkantede spåner være udfordrende. Spåner skal brydes i håndterbare størrelser. Spåner kan adskilles enten ved selvbrydning eller tvungen brudning. Spånerne krøller ofte under skæring af duktile materialer på grund af forskellen i temperatur og strømningshastighed. De tre forskellige metoder, hvormed krøllede spåner kan selvbrydes, er som følger:

• ved belastning forårsaget af afkøling, der resulterer i spontan brud;
• ved at påvirke emnet;
• ved at komme i kontakt med værktøjet.

Brugen af ​​en spånbryder er langt den mest almindelige tvangsbrydningsteknik.

3.2 Spånbrydere

Det mest grundlæggende formål med spånbrydere er at få spånerne til at rulle sig tættere sammen, end de ellers ville. Spånen brækker af under tvungen krølning, når den rammer værktøjet eller emnet. Spånbrydere forbedrer spånkontrollen og sænker skærekræfterne, hvilket øger bearbejdningseffektiviteten.

De fleste moderne spånbrydere findes på skæreværktøjet som riller eller forhindringer. Nøglen til at skabe den spænding, der gør det muligt for spånen let at brække af, er at finde den passende form til et bestemt bearbejdningsscenarie, når man designer spånbrydere. Den forreste skærkant på spånbrydere af rilletypen har en lille rille bagved sig.

Spånkrumningens radius er en funktion af kurveformen. Det geometriske design af spånbrydere af forhindringstypen er usædvanligt og ligner et trin. Forhindringen kan være adskilt fra skæreinstrumentet eller fastgjort til det. For den "fastgjorte" type kan de ændres til forskellige bearbejdningsforhold.

4.0 Konklusion

Fysik og materialevidenskab er fint vævet sammen gennem hele fræseoperationen. Samspillet af spændinger mellem emnet og skæreværktøjet under fræseprocessen resulterer i fjernelse af materiale. Farve og spånstørrelse bestemmes af arten af ​​disse kontaktkræfter. Spånerne indeholder nyttige oplysninger til skæreingeniørers forskning og diagnosticering. Hvis spånerne ikke håndteres korrekt, kan de dog føre til en reduktion i maskinens produktivitet. Under bearbejdningen kan der forekomme segmenterede, kontinuerlige og kontinuerlige spåner med BUE af tre forskellige typer. 

Både parametrene for fræseoperationen og materialevalget påvirker spåndannelsen.

Når man forbedrer den samlede fræseeffektivitet og planlægger maskinernes autonome drift, er spånafføring et afgørende element at tage i betragtning. Som en generel regel bør spånbrydere anvendes i fræseindstillinger, selvom segmenterede spåner og kontinuerlige spåner kan selvbryde under visse bearbejdningsforhold.

Spånfiltring med værktøjet, vibrationer og værktøjsbeskadigelse undgås, når spånerne brydes af en spånbryder i håndterbare længder. Derudover mindsker spånbrydere skæremodstanden, hvilket forhindrer skærkanten i at afskalle og knække. Det er vigtigt at vælge den rigtige spånbryder til jobbet, når man bruger en. Vi skal vælge de rigtige spånbrydere til hver drejeoperation, såsom sletdrejning, mediumdrejning og skrubdrejning. Brug en spånbryder, der er passende til den tilsigtede spåndybde, tilspændingshastighed, spindelhastighed og overfladepolering.