Определение типов фрезерной стружки с ЧПУ

1.0 Введение

Одним из наиболее распространенных процессов обработки на станках с ЧПУ, используемых для создания невращающихся нецилиндрических изделий, используемых в различных отраслях промышленности, является фрезерование. Высокоскоростные фрезы используются фрезерными станками для придания заготовке необходимой формы. Фреза оставляет на заготовке небольшую стружку. После завершения резки эти стружки удаляются с заготовки. Эта стружка бывает самых разных форм и размеров в зависимости от материалов, используемых в заготовке, условий резания и любой деформации, возникшей в ходе операции. Полученную стружку часто классифицируют по форме на сплошную стружку, несплошную стружку, сплошную стружку с наростом и неоднородную стружку.

1.1 Технология обработки фрезерным станком

Фрезерование — это метод обработки заготовки в требуемую форму и размер путем быстрого контакта с ней фрезы. Во время этой процедуры фрезерования фреза отделяет металлическую стружку от обрабатываемой поверхности, разрезая металл на поверхности заготовки на стружку, а также проталкивая и раздвигая поверхность лезвия. Напряжение в заготовке неуклонно увеличивается по мере увеличения рабочей нагрузки, причем напряжение в точке контакта с кромкой лезвия является наибольшим. Это режущий эффект лезвия. Металлическое вещество трескается и разделяется в первую очередь там, где напряжение наибольшее и наиболее сконцентрировано на заготовке.

В результате режущее действие лезвия всегда вызывает отделение материала поверхностного слоя металла от металлической основы заготовки, чтобы сформировать сначала. Металл, который должен быть разрезан, будет разделен вдоль направления движения лезвия, чтобы получить обработанную поверхность, когда приложено достаточное механическое усилие, в то время как инструмент и заготовка продолжают двигаться относительно друг друга. Режущий слой деформируется как упруго, так и пластично в результате давления перед инструментом, в конечном итоге образуя стружку, которая вытекает вдоль передней части инструмента. Перед инструментом это эффект выталкивания.

Под действием режущей кромки в разрезаемом металле образуются четыре области деформации: передняя и задняя часть инструмента, область основной деформации, область деформации трения перед инструментом, область деформации перед лезвием и зона трения. за инструментом Зона деформации. В четырех зонах деформации существуют взаимосвязи и взаимодействия между внутренними напряженными состояниями и обстоятельствами деформации.

2.0 Виды чипов и условия их формирования

Металл перед инструментом сжимается на протяжении всего процесса резания по мере его продвижения вглубь заготовки. Слишком большое сжатие приводит к тому, что металл отделяется от заготовки и пластически течет в форме стружки (деформация сдвига). Основной сдвиг заставляет металл течь в плоскости сдвига. Неразрезанная поверхность перед инструментом находится там, где плоскость сдвига начинает расширяться под углом вверх. Значение угла сдвига зависит от вида материала и условий резания. Если угол сдвига невелик, путь сдвига длинный, стружка толстая, а сила резания большая. Обратное также верно. Вторичный сдвиг вызван трением, когда стружка движется по поверхности режущей кромки инструмента. Стружка перегревается в результате трения, повышая рабочую температуру процесса фрезерования.

Четыре основные категории стружки, образующейся на фрезерном станке, следующие: прерывистая стружка; Непрерывный чип; Непрерывная стружка с застроенной кромкой; Неоднородные чипсы.

2.1 Прерывистый чип

Прерывистые стружки имеют неправильную форму и часто деформируются в результате повторяющихся изломов. Чугун, латунь и бронза — это лишь несколько примеров твердых и деликатных металлов, детали которых, как известно, образуют прерывистую стружку. В условиях значительного трения между заготовкой и инструментом пластичные заготовки также могут привести к образованию прерывистой стружки. Инструмент с коротким передним углом, высокой скоростью резания, глубоким разрезом материала и другими факторами может привести к образованию прерывистой стружки.

У хрупких материалов можно улучшить качество поверхности и снизить энергопотребление за счет образования прерывистой стружки. Однако в пластичных материалах образование прерывистой стружки приводит к некачественной полировке поверхности и может удлинить процесс обработки.

2.2 Непрерывная стружка

Сплошная стружка обычно образуется, когда пластичные металлы, такие как сталь, медь или алюминий, обрабатываются на высоких скоростях резания. Разница температур между кончиком инструмента и пластичной заготовкой увеличивается в процессе резания. Длинный и непрерывный поток стружки создается, когда последовательные слои удаленного металла соединяются сваркой. Следующие условия обработки обычно приводят к образованию сплошной стружки:

• минимальная глубина реза
• большой передний угол
• высокая скорость резки
• использование смазочных материалов или охлаждающих жидкостей для уменьшения трения инструмента о стружку
• острый режущий край

Непрерывная стружка обеспечивает качество гладкой поверхности, увеличивает срок службы инструмента и снижает энергопотребление. Однако утилизация некоторых видов чипов может оказаться затруднительной. Стружколомы необходимы для улучшения условий утилизации.

2.3 Непрерывная стружка с застроенной кромкой

Высокое трение между инструментом и стружкой при резке пластичных металлов приводит к образованию непрерывной стружки с BUE. Некоторые фрагменты стружки имеют тенденцию прилипать к режущей кромке инструмента при таких обстоятельствах. Новая режущая кромка продолжает развиваться как связанный материал, пока не отделится от режущей кромки инструмента. Плохая отделка поверхности является результатом сцепления наращенного материала со стружкой и поверхностью заготовки в процессе отламывания. Процесс образования BUE часто называют «сваркой стружки». Следующие обстоятельства обычно приводят к непрерывному образованию стружки с BUE:

• Низкий угол наклона;
• низкая скорость резания;
• высокие силы трения;
• большой корм.

Непрерывная стружка BUE отрицательно влияет на срок службы инструмента, увеличивает энергопотребление и приводит к неудовлетворительному качеству поверхности, поэтому крайне важно избегать ее.

Предотвращение образования стружки можно улучшить, приняв меры по уменьшению трения с помощью смазочных материалов, избегая контакта металла с металлом с помощью покрытий инструментов и снижая температуру с помощью охлаждающих жидкостей.

2.4 Зубчатые чипсы

Зубчатая стружка, также известная как неоднородная стружка, является полунепрерывной. Из-за зон низкой и высокой деформации сдвига она имеет вид зубьев пилы. Материалы, используемые для изготовления этой стружек, обычно имеют ограниченную теплопроводность или механическую прочность, на которую влияет термическое размягчение. Материалы, используемые в заготовках, которые могут давать неоднородную стружку во время обработки, включают никель, аустенитную нержавеющую сталь и титановые сплавы. Одной из причин неоднородной стружки является значительная величина деформации, которая образуется на поверхности стружки инструмента при резке твердых материалов на средних скоростях резания.

3.0 Сравнение непрерывной, прерывистой и непрерывной стружки с наростом на кромке

В приведенной ниже таблице сравниваются и противопоставляются непрерывная, прерывистая и непрерывная стружки с заросшей кромкой.

3.1 Контроль стружки

Образование длинной и вязкой стружки происходит при обработке ковких металлов, таких как сталь, на высоких скоростях резания и значительных передних углах. Безопасность работников станка может оказаться под угрозой, а изделие может быть повреждено, если оно запутается в инструменте. Кроме того, удаление этой горячей, сплошной стружки с острыми краями может оказаться сложной задачей. Чипсы должны быть разбиты на приемлемые размеры. Стружка может отделяться как саморазрушающейся, так и принудительной. Стружка часто скручивается при резке пластичных материалов из-за разницы в температуре и скорости потока. Три различных способа саморазрушения скрученных чипсов заключаются в следующем:

• деформацией, вызванной охлаждением, приводящей к самопроизвольному разрушению;
• путем воздействия на заготовку;
• путем контакта с инструментом.

Использование стружколома на сегодняшний день является наиболее типичным методом принудительного разрушения.

3.2 Стружколомы

Самая фундаментальная цель стружколомов — сделать стружку более плотной, чем в противном случае. Стружка отрывается при принудительном закручивании при ударе об инструмент или заготовку. Стружколомы улучшают контроль стружки и снижают силы резания, что повышает эффективность обработки.

Большинство современных стружколомов расположены на режущем инструменте в виде канавок или препятствий. Ключом к созданию натяжения, которое позволит струже легко отломиться, является определение подходящей формы для определенного сценария обработки при проектировании стружколома. Передняя режущая кромка стружколома с канавкой имеет небольшую канавку позади нее.

Радиус кривизны стружки является функцией формы кривой. Геометрическая конструкция стружколомов препятствующего типа необычна и напоминает ступеньку. Препятствие может быть отдельным от режущего инструмента или прикрепленным к нему. Для «прикрепленного» типа они могут быть изменены для различных условий обработки.

4.0 Заключение

Физика и материаловедение тонко переплетаются во время фрезерования. Взаимодействие напряжений между заготовкой и режущим инструментом во время процесса фрезерования приводит к удалению материала. Цвет и размер стружки определяются природой этих контактных сил. Стружка содержит полезную информацию для исследований и диагностики инженеров по резке. Однако, если со стружкой обращаться неправильно, она может привести к снижению производительности станка. Во время обработки могут появляться сегментированные, сплошные и сплошные с BUE стружки трех различных видов. 

Параметры операции фрезерования и выбор материала влияют на образование стружки.

При повышении общей эффективности фрезерования и планировании автономной работы станков удаление стружки является важнейшим элементом, который следует учитывать. Как правило, стружколомы следует использовать в настройках фрезерования, даже если сегментированная стружка и непрерывная стружка могут саморазрушаться при определенных условиях обработки.

Запутывание стружки о инструмент, вибрацию и повреждение инструмента можно избежать, если стружколом разбивает стружку на допустимую длину. Кроме того, стружколомы снижают сопротивление резанию, что предотвращает скалывание и поломку режущей кромки. При использовании важно выбрать подходящий стружколом для конкретной работы. Мы должны выбрать подходящие стружколомы для каждой операции токарной обработки, например чистовой, получистовой и черновой. Используйте стружколом, соответствующий предполагаемой глубине резания, скорости подачи, скорости вращения шпинделя и полировке поверхности.