Identifiera CNC-fräschiptyper

1.0 Beskrivning

En av de vanligaste CNC-bearbetningsprocesserna som används för att skapa icke-roterande, icke-cylindriska föremål inom en mängd olika industrier är fräsning. Höghastighetsfräsar används av fräsmaskinerna för att forma arbetsstycket till önskad form. Fräsen tillverkar små spån av metallen på arbetsstycket. När skärningen är klar avlägsnas dessa spån från arbetsstycket. Dessa spån finns i en mängd olika former och storlekar beroende på materialen som används i arbetsstycket, skärmiljön och eventuell deformation som uppstått under operationen. De resulterande spånorna klassificeras ofta efter sin form som kontinuerliga spån, icke-kontinuerliga spån, kontinuerliga spån med påbyggnadskant och icke-homogena spån.

1.1 Fräsmaskinens bearbetningsteknik

Fräsning är tekniken att bearbeta ett arbetsstycke till önskad form och storlek genom att snabbt kontakta det med en fräs. Under denna fräsningsprocedur separerar fräsen metallflisorna från bearbetningsytan genom att skära metallen på arbetsstyckets yta i flisor samt genom att trycka och sprida bladets yta. Spänningen i arbetsstycket ökar stadigt allt eftersom arbetsbelastningen ökar, där spänningen vid kontaktpunkten med bladkanten är störst. Detta är bladets skärande effekt. Metallsubstansen spricker och separerar först där spänningen är störst och mest koncentrerad på arbetsstycket.

Som ett resultat av detta orsakar bladets skärande verkan alltid att metallytskiktsmaterialet separeras från arbetsstyckets metallsubstrat först. Metallen som ska skäras kommer att klyvas längs bladets rörelseriktning för att producera en bearbetad yta när tillräcklig mekanisk kraft appliceras medan verktyget och arbetsstycket fortsätter att röra sig i förhållande till varandra. Skärskiktet deformeras både elastiskt och plastiskt som ett resultat av trycket framför verktyget, vilket så småningom bildar spånor som flyter ut längs verktygets framsida. Framför verktyget är detta tryckeffekten.

Under skäreggens inverkan genererar den skärande metallen fyra deformationsområden: verktygets fram- och baksida, det grundläggande deformationsområdet, friktionsdeformationsområdet framför verktyget, deformationsområdet framför bladet och friktionen bakom verktyget. Deformationszonen finns i de fyra deformationszonerna. I de fyra deformationszonerna finns det samband och interaktioner mellan de interna spänningstillstånden och deformationsförhållandena.

2.0 Spåntyper och deras bildningsförhållanden

Metallen framför verktyget krymper under hela skärningen allt eftersom den rör sig längre in i arbetsstycket. För stor kompression resulterar i att metallen separerar från arbetsstycket och flyter plastiskt i form av en spåna (skjuvdeformation). Huvudskjuvningen gör att metallen flyter i skjuvplanet. Den obearbetade ytan framför verktyget är där skjuvplanet börjar sträcka sig i en vinkel uppåt. Skjuvvinkelvärdet påverkas av materialtypen och skärförhållandena. När skjuvvinkeln är måttlig är skjuvbanan lång, spånorna är tjocka och skärkraften stor. Det motsatta gäller också. Sekundärskjuvningen orsakas av friktion när spånan rör sig över verktygsspetsens yta. Spånorna överhettas till följd av att friktionen höjer driftstemperaturen för fräsningsprocessen.

De fyra primära kategorierna av spån som skapas av en fräsmaskin är följande: Diskontinuerlig spåna; Kontinuerlig spåna; Kontinuerlig spåna med pålägg; Icke-homogena spån.

2.1 Diskontinuerligt chip

Diskontinuerliga spånor har en oregelbunden form och deformeras ofta till följd av upprepade brott. Gjutjärn, mässing och brons är bara några exempel på de hårda, ömtåliga metaller vars arbetsstycken är kända för att skapa diskontinuerliga spånor. Under förhållanden där det finns betydande friktion mellan ett arbetsstycke och ett verktyg kan även duktila arbetsstycken resultera i diskontinuerliga spånor. Ett verktyg med kort spånvinkel, hög skärhastighet, ett djupt snitt i materialet och andra faktorer kan resultera i bildandet av diskontinuerliga spånor.

Spröda material kan få sin ytfinish förbättrad och sin energiförbrukning minskad genom bildandet av diskontinuerliga spån. I duktila material resulterar dock utvecklingen av diskontinuerliga spån i en undermålig ytpolering och kan förlänga bearbetningsprocessen.

2.2 Kontinuerliga chips

Kontinuerliga spån bildas vanligtvis när metaller som är smidbara, som stål, koppar eller aluminium, bearbetas med höga skärhastigheter. Temperaturskillnaden mellan verktygsspetsen och det duktila arbetsstycket ökar under skärprocessen. En långvarig och kontinuerlig spånström skapas när successiva lager av den borttagna metallen sammanfogas genom svetsning. Följande bearbetningsförhållanden resulterar vanligtvis i kontinuerliga spån:

• minimalt skärdjup
• omfattande spånvinkel
• hög skärningshastighet
• använda smörjmedel eller kylvätskor för att minska friktion mellan verktyg och spånor
• skarp skäregg

Kontinuerliga spånor ger en jämn ytkvalitet, ökad livslängd för verktygen och mindre energiförbrukning. Det kan dock vara svårt att göra sig av med vissa typer av spånor. Spånbrytare krävs för att förbättra avfallshanteringen.

2.3 Kontinuerlig spån med uppbyggd kant

Hög friktion mellan verktyget och spånan vid skärning av duktila metaller leder till att kontinuerliga spån skapas med BUE. Vissa spånfragment tenderar att fästa vid verktygsspetsen under dessa omständigheter. Den nya skäreggen fortsätter att utvecklas som bundet material tills den separerar från verktygsspetsen. En dålig ytfinish uppstår på grund av att det uppbyggda materialet binder till spånan och arbetsstyckets yta under avbrytningsprocessen. Processen att bilda BUE kallas ofta för "spånsvetsning". Följande omständigheter resulterar vanligtvis i kontinuerlig flisning med BUE:

• Låg lutningsvinkel;
• låg skärhastighet;
• höga friktionskrafter;
• stort foder.

Kontinuerliga BUE-spånor har en negativ inverkan på verktygens livslängd, ökar energiförbrukningen och resulterar i undermåliga ytjämnheter, därför är det viktigt att undvika dem.

Förebyggandet av spånsvetsning kan förbättras genom att vidta åtgärder för att minska friktionen med hjälp av smörjmedel, undvika metall-mot-metall-kontakt genom att använda verktygsbeläggningar och sänka temperaturen genom att använda kylvätskor.

2.4 Tandade flisor

Tandade spånor, även kända som icke-homogena spånor, är semikontinuerliga. På grund av zonerna med låg och hög skjuvspänning har de ett sågtandat utseende. Materialen som används för att tillverka dessa spånor har vanligtvis begränsad värmeledningsförmåga eller mekanisk hållfasthet som påverkas av termisk mjukning. Material som används i arbetsstycken som kan producera icke-homogena spånor under bearbetning inkluderar nickel, austenitiskt rostfritt stål och titanlegeringar. En av orsakerna till icke-homogena spånor är en betydande mängd spänning som bildas på verktygets spånyta vid skärning av hårda material med medelhöga skärhastigheter.

3.0 Jämförelse mellan kontinuerliga, diskontinuerliga och kontinuerliga flisor med uppbyggd kant

Tabellen nedan jämför och kontrasterar kontinuerliga, avbrutna och kontinuerliga flisor med uppbyggd egg.

3.1 Chipkontroll

Långa och trådiga spånor uppstår när smidbara metaller, såsom stål, bearbetas med höga skärhastigheter och betydande spånvinklar. Maskinarbetarnas säkerhet kan äventyras, och produkten kan skadas om den trasslar in sig i verktyget. Dessutom kan borttagningen av dessa heta, kontinuerliga och vassa spånor vara utmanande. Spånor måste brytas i hanterbara storlekar. Spånor kan separeras antingen genom självbrytning eller forcerad brytning. Spånorna krullar sig ofta vid skärning av duktila material på grund av skillnader i temperatur och flödeshastighet. De tre olika metoderna som krullade spånor kan självbryta är följande:

• genom belastning orsakad av kylning som resulterar i spontan brott;
• genom att träffa arbetsstycket;
• genom att komma i kontakt med verktyget.

Att använda en spånbrytare är den absolut vanligaste metoden med forcerad brytning.

3.2 Spånbrytare

Det mest grundläggande syftet med spånbrytare är att få spånorna att rulla tätare än de annars skulle göra. Spånan bryts av under forcerad böjning när den träffar verktyget eller arbetsstycket. Spånbrytare förbättrar spånkontrollen och minskar skärkrafterna, vilket ökar bearbetningseffektiviteten.

De flesta moderna spånbrytare finns på skärverktyget som spår eller hinder. Nyckeln till att skapa den spänning som gör att spånan lätt kan brytas av är att hitta rätt form för ett visst bearbetningsscenario när man konstruerar spånbrytare. Den främre skäreggen på spånbrytare av spårtyp har ett litet spår bakom sig.

Spånens krökningsradie är en funktion av kurvans form. Den geometriska utformningen av spånbrytare av hindertyp är ovanlig och liknar ett steg. Hindret kan vara separat från skärinstrumentet eller fäst vid det. För den "anslutna" typen kan de ändras för varierande bearbetningsförhållanden.

4.0 Slutsats

Fysik och materialvetenskap är fint sammanvävda genom hela fräsningsoperationen. Samspelet mellan spänningar mellan arbetsstycket och skärverktyget under fräsprocessen resulterar i att material avlägsnas. Färg och spånstorlek bestäms av kontaktkrafternas natur. Spånorna innehåller användbar information för skärteknikernas forskning och diagnostik. Men om spånorna inte hanteras korrekt kan de leda till en minskad maskinproduktivitet. Under bearbetningen kan segmenterade, kontinuerliga och kontinuerliga med BUE-spån av tre olika slag förekomma. 

Parametrarna för fräsningsoperationen och materialvalet påverkar båda spånbildningen.

När man förbättrar den totala fräseffektiviteten och planerar för maskinernas autonoma drift är spånhantering en avgörande faktor att ta hänsyn till. Som en allmän regel bör spånbrytare användas i fräsningsmiljöer även om segmenterade spånor och kontinuerliga spånor kan självbrytas under vissa bearbetningsförhållanden.

Spåntrassling med verktyget, vibrationer och verktygsskador undviks när spånorna bryts av en spånbrytare i hanterbara längder. Dessutom minskar spånbrytare skärmotståndet, vilket förhindrar att skäreggen flisar och går sönder. Det är viktigt att välja rätt spånbrytare för jobbet när man använder en. Vi måste välja lämpliga spånbrytare för varje svarvoperation, såsom finbearbetning, medelsväljning och grovbearbetning. Använd en spånbrytare som är lämplig för avsett skärdjup, matningshastighet, spindelhastighet och ytpolering.