CNC-jyrsintälastujen tyyppien tunnistaminen

1.0 esittely

Yksi yleisimmistä CNC-työstöprosesseista, joita käytetään pyörimättömien, ei-sylinterimäisten kappaleiden valmistukseen useilla eri teollisuudenaloilla, on jyrsintä. Jyrsinkoneet käyttävät suurnopeusjyrsimiä työkappaleen muokkaamiseen haluttuun muotoon. Leikkuri tekee työkappaleen metallista pieniä lastuja. Kun leikkaus on valmis, nämä lastut poistetaan työkappaleesta. Näitä lastuja on eri muodoissa ja kokoisina työkappaleessa käytettyjen materiaalien, leikkausympäristön ja mahdollisten muodonmuutosten mukaan. Tuloksena olevat lastut luokitellaan usein muotonsa mukaan jatkuviksi lastuiksi, epäjatkuviksi lastuiksi, jatkuviksi lastuiksi, joissa on reunakasvua, ja epähomogeenisiksi lastuiksi.

1.1 Jyrsinkoneen käsittelytekniikka

Jyrsintä on tekniikka, jossa työkappale työstetään haluttuun muotoon ja kokoon koskettamalla sitä nopeasti jyrsimellä. Tämän jyrsintätoimenpiteen aikana jyrsin erottaa metallilastut työstettävästä pinnasta leikkaamalla työkappaleen pinnalla olevaa metallia lastuiksi sekä työntämällä ja levittämällä terän pintaa. Työkappaleen jännitys kasvaa tasaisesti työmäärän kasvaessa, ja terän reunan kosketuspisteen rasitus on suurin. Tämä on terän leikkausvaikutus. Metalliaine halkeilee ja erottuu ensin siellä, missä jännitys on suurin ja keskittynein työkappaleeseen.

Tämän seurauksena terän leikkausliike aiheuttaa aina ensin metallipintakerroksen materiaalin irtoamisen työkappaleen metallialustasta. Leikattava metalli halkeaa terän liikkeen suunnassa, jolloin muodostuu työstetty pinta, kun siihen kohdistetaan riittävä mekaaninen voima samalla, kun työkalu ja työkappale jatkavat liikkumista toisiinsa nähden. Leikkauskerros muuttaa muotoaan sekä elastisesti että plastisesti työkalun edessä olevan paineen seurauksena, jolloin muodostuu lopulta lastuja, jotka virtaavat ulos työkalun etuosaa pitkin. Työkalun edessä tämä on työntävä vaikutus.

Leikkaussärmän vaikutuksesta leikattu metalli muodostaa neljä muodonmuutosaluetta: työkalun etu- ja takaosan, perusmuodonmuutosalueen, työkalun edessä olevan kitkamuodonmuutosalueen, terän edessä olevan muodonmuutosalueen ja työkalun takana olevan kitkan muodonmuutosvyöhykkeen. Neljässä muodonmuutosvyöhykkeessä on sisäisten jännitystilojen ja muodonmuutosolosuhteiden välisiä yhteyksiä ja vuorovaikutuksia.

2.0 Sirutyypit ja niiden muodostumisolosuhteet

Työkalun edessä oleva metalli supistuu lastuamisen aikana liikkuessaan syvemmälle työkappaleeseen. Liian suuri puristus johtaa metallin irtoamiseen työkappaleesta ja virtaa plastisesti lastun muodossa (leikkausmuodonmuutos). Pääleikkaus saa metallin virtaamaan leikkaustasossa. Työkalun edessä oleva leikkaamaton pinta on se kohta, jossa leikkaustaso alkaa ulottua kulmassa ylöspäin. Leikkauskulman arvoon vaikuttavat materiaalin tyyppi ja leikkausolosuhteet. Kun leikkauskulma on kohtuullinen, leikkausmatka on pitkä, lastut ovat paksuja ja leikkausvoima on suuri. Myös päinvastoin pätee. Toissijainen leikkaus johtuu kitkasta, kun lastu liikkuu työkalun kärjen pinnalla. Lastut ylikuumenevat kitkan seurauksena, mikä nostaa jyrsintäprosessin käyttölämpötilaa.

Jyrsinkoneen tuottamat lastut voidaan jakaa neljään pääluokkaan: epäjatkuva lastu, jatkuva lastu, jatkuva lastu irtosärmällä ja epähomogeeniset lastut.

2.1 Epäjatkuva siru

Epäjatkuvilla lastuilla on epäsäännöllinen muoto ja ne usein muuttavat muotoaan toistuvien murtumisten seurauksena. Valurauta, messinki ja pronssi ovat vain muutamia esimerkkejä kovista ja herkistä metalleista, joiden työkappaleiden tiedetään muodostavan epäjatkuvia lastuja. Olosuhteissa, joissa työkappaleen ja työkalun välillä on huomattavaa kitkaa, myös sitkeät työkappaleet voivat aiheuttaa epäjatkuvia lastuja. Lyhyen rintakulman omaava työkalu, nopea leikkuunopeus, syvä lastu materiaaliin ja muut tekijät voivat johtaa epäjatkuvien lastujen muodostumiseen.

Hauraiden materiaalien pinnan viimeistelyä voidaan parantaa ja energiankulutusta vähentää muodostamalla epäjatkuvia lastuja. Sitkeissä materiaaleissa epäjatkuvien lastujen kehittyminen johtaa kuitenkin heikkoon pinnan kiillotukseen ja saattaa pidentää työstöprosessia.

2.2 Jatkuvat pelimerkit

Jatkuvia lastuja muodostuu tyypillisesti, kun muovattavia metalleja, kuten terästä, kuparia tai alumiinia, työstetään suurilla leikkausnopeuksilla. Työkalun kärjen ja sitkeän työkappaleen välinen lämpötilaero kasvaa leikkausprosessin aikana. Pitkä ja jatkuva lastuvirta syntyy, kun poistetun metallin peräkkäiset kerrokset yhdistetään hitsaamalla. Seuraavat työstöolosuhteet johtavat tyypillisesti jatkuviin lastuihin:

• minimaalinen leikkaussyvyys
• laaja kaltevuuskulma
• korkea leikkausnopeus
• voiteluaineiden tai jäähdytysaineiden käyttö työkalun ja lastun välisen kitkan vähentämiseksi
• terävä leikkuureuna

Jatkuvat lastut tarjoavat sileän pinnanlaadun, pidentää työkalun käyttöikää ja vähentää energiankulutusta. Tietynlaisten lastujen hävittäminen voi kuitenkin olla vaikeaa. Hävitysolosuhteiden parantamiseksi tarvitaan lastunmurtajia.

2.3 Jatkuva siru irtosärmällä

Työkalun ja lastun välinen suuri kitka sitkeitä metalleja leikattaessa johtaa jatkuvien lastujen muodostumiseen BUE:n kanssa. Joillakin lastunpaloilla on taipumus tarttua työkalun kärkeen näissä olosuhteissa. Uusi leikkuureuna jatkaa kehittymistään sidottuna materiaalina, kunnes se irtoaa työkalun kärjestä. Huono pinnanlaatu johtuu kertyneen materiaalin tarttumisesta lastuun ja työkappaleen pintaan katkaisuprosessin aikana. BUE:n muodostumisprosessia kutsutaan usein "lastuhitsaukseksi". Seuraavat olosuhteet johtavat tyypillisesti jatkuvaan lastuamiseen BUE:n kanssa:

• Matala kaltevuuskulma;
• alhainen leikkausnopeus;
• suuret kitkavoimat;
• suuri rehu.

Jatkuvat BUE-lastut vaikuttavat negatiivisesti työkalun käyttöikään, lisäävät tehonkulutusta ja johtavat heikkoon pinnanlaatuun, joten niitä on tärkeää välttää.

Sirunhitsautumisen estämistä voidaan tehostaa vähentämällä kitkaa voiteluaineiden avulla, välttämällä metallien välistä kosketusta työkalupinnoitteilla ja alentamalla lämpötilaa jäähdytysnesteiden avulla.

2.4 Sahalaitaiset lastut

Sahalaitaiset lastut, jotka tunnetaan myös epähomogeenisina lastuina, ovat puolijatkuvia. Alhaisen ja suuren leikkausjännitysvyöhykkeiden vuoksi niillä on sahanhampaan ulkonäkö. Näiden lastujen valmistukseen käytetyillä materiaaleilla on tyypillisesti rajallinen lämmönjohtavuus tai mekaaninen lujuus, johon lämpöpehmeneminen vaikuttaa. Työkappaleissa käytettyjä materiaaleja, jotka voivat tuottaa epähomogeenisia lastuja koneistuksen aikana, ovat nikkeli, austeniittinen ruostumaton teräs ja titaaniseokset. Yksi epähomogeenisten lastujen syistä on merkittävä rasitus, joka muodostuu työkalun lastupinnalle leikattaessa kovia materiaaleja keskisuurilla leikkausnopeuksilla.

3.0 Jatkuvien, keskeytyvien ja jatkuvien lastujen vertailu irtosärmän muodostumisella

Alla oleva taulukko vertailee jatkuvia, keskeytyviä ja jatkuvia lastuja, joissa on irtosärmä.

3.1 Chip Control

Pitkiä ja sitkeitä lastuja syntyy, kun muovattavia metalleja, kuten terästä, työstetään suurilla leikkausnopeuksilla ja merkittävillä rintakulmilla. Koneenkäyttäjien turvallisuus voi olla vaarassa, ja tuote voi vaurioitua, jos se sotkeutuu työkaluun. Lisäksi näiden kuumien, jatkuvien ja teräväreunaisten lastujen poistaminen voi olla haastavaa. Lastut on murrettava hallittavissa oleviin kokoihin. Lastut voivat irrota joko itsemurtumalla tai pakottamalla murtuman. Lastut käpristyvät usein leikattaessa sitkeitä materiaaleja lämpötila- ja virtausnopeuserojen vuoksi. Käpristyneet lastut voivat murtua itsestään kolmella eri tavalla:

• jäähtymisen aiheuttaman rasituksen seurauksena, joka johtaa spontaaniin murtumaan;
• iskemällä työkappaleeseen;
• koskettamalla työkalua.

Lastunmurtajan käyttö on ylivoimaisesti yleisin pakkomurtomatekniikka.

3.2 Chip Breakers

Lastunmurtajien perimmäinen tarkoitus on saada lastut kiertymään tiukemmin kuin ne muuten kiertyisivät. Lastu katkeaa pakotetun kiertymisen aikana, kun se osuu työkaluun tai työkappaleeseen. Lastunmurtajat parantavat lastunhallintaa ja pienentävät leikkausvoimia, mikä lisää työstötehokkuutta.

Useimmat nykyaikaiset lastunmurtajat löytyvät leikkaustyökalusta urien tai esteiden muodossa. Avain jännityksen luomiseen, joka mahdollistaa lastun helpon katkeamisen, on löytää sopiva muoto tiettyyn työstötilanteeseen lastunmurtajia suunniteltaessa. Uratyyppisten lastunmurtajien etureunan takana on pieni ura.

Lastun kaarevuussäde on käyrän muodon funktio. Estetyyppisten lastunmurtajien geometrinen rakenne on epätavallinen ja muistuttaa askelmaa. Este voi olla erillinen leikkaustyökalusta tai kiinnitetty siihen. "Kiinteissä" malleissa niitä voidaan muuttaa erilaisten työstöolosuhteiden mukaan.

4.0 Yhteenveto

Fysiikka ja materiaalitiede kietoutuvat hienovaraisesti yhteen koko jyrsintäprosessin ajan. Työkappaleen ja leikkaustyökalun välinen jännitysten vuorovaikutus jyrsintäprosessin aikana johtaa materiaalin poistumiseen. Näiden kosketusvoimien luonne määrää värin ja lastujen koon. Lastut sisältävät hyödyllistä tietoa leikkausinsinöörien tutkimukseen ja diagnostiikkaan. Jos lastuja ei kuitenkaan käsitellä oikein, ne voivat johtaa koneen tuottavuuden laskuun. Koneistuksen aikana voi esiintyä kolmenlaisia ​​segmentoituja, jatkuvia ja jatkuvia BUE-lastuja. 

Jyrsintäoperaation parametrit ja materiaalivalinta vaikuttavat molemmat lastunmuodostukseen.

Jyrsintätehokkuuden parantamisessa ja koneiden autonomisen toiminnan suunnittelussa lastunpoisto on ratkaisevan tärkeä tekijä. Yleissääntönä on, että jyrsinnässä tulisi käyttää lastunmurtajia, vaikka segmentoidut ja jatkuvat lastut voivat katketa ​​itsestään tietyissä työstöolosuhteissa.

Lastujen tarttuminen työkaluun, tärinä ja työkaluvauriot vältetään, kun lastut murretaan hallittaviin pituuksiin lastunmurtajalla. Lisäksi lastunmurtajat vähentävät leikkausvastusta, mikä estää leikkuuterää lohkeilemasta ja katkeamasta. On tärkeää valita työhön sopiva lastunmurtaja sitä käytettäessä. Meidän on valittava sopivat lastunmurtajat jokaiseen sorvaustyöhön, kuten viimeistelyyn, keskikarkeuteen ja rouhintaan. Käytä lastunmurtajaa, joka sopii aiottuun lastuamissyvyyteen, syöttönopeuteen, karan nopeudelle ja pinnan kiillotukselle.