Wie wählt man ein CNC-Bearbeitungswerkzeug für Aluminiumlegierung aus?

Mit der stetig fortschreitenden Bearbeitungstechnologie hat sich auch die CNC-Bearbeitung stark verändert. Viele Experten gehen davon aus, dass CNC in Zukunft das gängigste Bearbeitungsverfahren sein wird. Im CNC-Bearbeitungsprozess ist das Werkzeug von größter Bedeutung. Heute werden wir uns daher eingehend mit CNC-Werkzeugen befassen.

Ein Werkzeug ist ein Gerät, das in der mechanischen Fertigung zum Schneiden verwendet wird. Zu den Schneidwerkzeugen zählen sowohl Schneid- als auch Schleifwerkzeuge. Die meisten Messer werden maschinell eingesetzt, es gibt aber auch Handwerkzeuge. Da die in der mechanischen Fertigung verwendeten Werkzeuge hauptsächlich zum Schneiden von Metallwerkstoffen dienen, versteht man unter „Werkzeug“ im Allgemeinen ein Metallschneidwerkzeug. Werkzeuge zum Schneiden von Holz werden als Holzbearbeitungswerkzeuge bezeichnet.

Werkzeugklassifizierung

Schneidwerkzeuge lassen sich anhand der Form der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche in fünf Kategorien einteilen.

Schneidwerkzeuge zur Bearbeitung verschiedener Außenflächen, einschließlich Drehmeißel, Hobelmesser, Fräser, Räumnadeln und Feilen für Außenflächen usw.

Werkzeuge zur Lochbearbeitung , einschließlich Bohrer, Reibbohrer, Ausdrehbohrer, Fräser und Innenflächenräumwerkzeuge usw.

Werkzeuge zur Gewindebearbeitung , einschließlich Gewindebohrer, Schneideisen, automatischer Gewindeschneidkopf, Gewindedrehwerkzeug und Gewindefräser.

Werkzeuge zur Zahnradbearbeitung , einschließlich Wälzfräser, Zahnradformfräser, Schabfräser, Kegelradbearbeitungswerkzeuge usw.

Schneidwerkzeuge , einschließlich Wendekreissägeblätter, Bandsägen, Bügelsägen, Schneidwerkzeuge und Sägeblattfräser usw.

Darüber hinaus gibt es Kombinationswerkzeuge .

Werkzeugstruktur

Der Aufbau verschiedener Werkzeuge besteht aus einem Spannteil und einem Arbeitsteil. Spannteil und Arbeitsteil der Gesamtstruktur des Werkzeugs sind am Werkzeugkörper ausgebildet; der Arbeitsteil des Werkzeugs (der Zahn oder die Klinge) ist am Werkzeugkörper montiert.

Der Spannbereich des Werkzeugs verfügt über zwei Arten von Bohrungen und Griffen. Das Werkzeug mit Bohrung greift in die Innenbohrung der Spindel oder des Dorns der Werkzeugmaschine ein und überträgt das Torsionsmoment mithilfe der axialen Passfeder oder der Endfeder, wie beispielsweise beim Zylinderfräser und beim Hülsenplanfräser.

Werkzeuge mit Griffen sind üblicherweise in drei Formen erhältlich: rechteckig, zylindrisch und konisch. Drehwerkzeuge, Hobelwerkzeuge usw. haben in der Regel rechteckige Griffe. Der konische Griff nimmt durch seine Verjüngung den axialen Schub auf und überträgt das Drehmoment mittels Reibung. Zylindrische Schäfte eignen sich im Allgemeinen für kleinere Spiralbohrer, Schaftfräser und andere Werkzeuge, die durch die beim Spannen entstehende Reibung schneiden. Der Schaft vieler Werkzeuge mit Griffen besteht aus niedriglegiertem Stahl, die Arbeitsfläche aus Schnellarbeitsstahl, der mit dem Werkzeug verschweißt ist.

Die grundlegenden Eigenschaften, die das Werkzeugmaterial haben sollte

1. Hohe Härte

Die Härte des Werkzeugmaterials muss höher sein als die Härte des zu bearbeitenden Werkstückmaterials; dies ist die grundlegende Eigenschaft, die das Werkzeugmaterial aufweisen sollte.

2. Ausreichende Festigkeit und Zähigkeit

Das Material des Schneidteils eines Werkzeugs muss beim Schneiden hohen Schnitt- und Schlagkräften standhalten. Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit geben Aufschluss über die Fähigkeit des Werkzeugmaterials, Sprödbruch und Schneidkantenbruch zu widerstehen.

3. Hohe Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit

Die Verschleißfestigkeit von Werkzeugmaterialien beschreibt deren Fähigkeit, Verschleiß zu widerstehen. Je höher die Härte des Werkzeugmaterials, desto besser die Verschleißfestigkeit; je höher die Hochtemperaturhärte, desto besser die Hitzebeständigkeit; das Werkzeugmaterial ist bei hohen Temperaturen widerstandsfähiger gegen plastische Verformung und weist eine höhere Verschleißfestigkeit auf.

4. Gute Wärmeleitfähigkeit

Eine hohe Wärmeleitfähigkeit bedeutet eine gute Wärmeableitung, und die beim Schneiden entstehende Wärmekapazität wird leicht abgeführt, wodurch die Temperatur des Schneidteils gesenkt und der Werkzeugverschleiß verringert wird.

5. Gute Technologie und Wirtschaft

Um die Fertigung zu erleichtern, muss der Werkzeugwerkstoff gut bearbeitbar sein, beispielsweise durch Schmieden, Schweißen, Schneiden, Wärmebehandlung und Schleifen. Wirtschaftlichkeit ist ein wichtiger Indikator für die Bewertung und Förderung des Einsatzes neuer Werkzeugwerkstoffe.

6. Widerstand gegen die Bindung

Verhindern, dass Werkstück- und Werkzeugmaterialmoleküle unter der Einwirkung von hoher Temperatur und hohem Druck eine Adsorptionsbindung eingehen.

7. Chemische Stabilität

Das bedeutet, dass das Werkzeugmaterial bei hohen Temperaturen nicht leicht chemisch mit dem umgebenden Medium reagiert.

Werkzeugbeschichtung

Wendeschneidplatten aus Aluminiumlegierungen werden heute mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) mit harten oder Verbundschichten aus Titancarbid, Titannitrid oder Aluminiumoxid beschichtet. Das derzeit entwickelte physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD) eignet sich nicht nur für Werkzeuge aus Aluminiumlegierungen, sondern auch für Schnellarbeitsstahlwerkzeuge wie Bohrer, Wälzfräser, Gewindebohrer und Fräser. Die harte Beschichtung verhindert chemische Diffusion und Wärmeleitung und reduziert so den Werkzeugverschleiß beim Schneiden. Die Standzeit der beschichteten Schneidplatte ist etwa ein- bis dreimal höher als die einer unbeschichteten.

Die Werkzeugauswahl erfolgt im Rahmen der Mensch-Maschine-Interaktion der NC-Programmierung. Werkzeug und Griff müssen entsprechend der Bearbeitungskapazität der Werkzeugmaschine, den Eigenschaften des Werkstückmaterials, dem Bearbeitungsprozess, der Schnittmenge und weiteren relevanten Faktoren korrekt ausgewählt werden.

Das allgemeine Prinzip der Werkzeugauswahl: einfache Montage und Justierung, gute Steifigkeit, hohe Lebensdauer und Genauigkeit. Unter der Voraussetzung, dass die Bearbeitungsanforderungen erfüllt werden, sollte zur Verbesserung der Steifigkeit beim Werkzeugeinsatz ein kürzerer Werkzeugstiel gewählt werden. Bei der Werkzeugauswahl ist die Werkzeuggröße an die Oberflächengröße des zu bearbeitenden Werkstücks anzupassen.

1. Der Schaftfräser wird häufig zur Bearbeitung der peripheren Kontur von ebenen Teilen verwendet.

2. Beim Fräsen der Ebene sollte ein Hartmetall-Fräser verwendet werden.

3. Bei der Bearbeitung von konvexen Formen und Nuten sollte ein Schaftfräser aus Schnellarbeitsstahl verwendet werden.

4. Bei der Bearbeitung der Rohlingoberfläche oder beim Vorbohren kann man den Maisfräser mit Hartmetallklinge wählen.

5. Zur Bearbeitung von vertikalen Flächen und variablen Fasenkonturen werden häufig Kugelkopffräser, Ringfräser, Kegelfräser und Scheibenfräser eingesetzt.

6. Bei der Bearbeitung von Freiformflächen ist die Schnittgeschwindigkeit am Ende des Kugelkopfwerkzeugs null. Um die Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten, ist der Abstand der Schnittlinien im Allgemeinen sehr gering. Daher wird der Kugelkopf häufig bei der Oberflächenbearbeitung eingesetzt.

7. Flachkopfwerkzeuge sind in Bezug auf Oberflächenbearbeitungsqualität und Schnittleistung besser als Kugelkopfmesser. Daher sollte man, solange die Voraussetzung eines sauberen Schnitts gegeben ist, egal ob es sich um eine Grobbearbeitung oder eine Feinbearbeitung handelt, ein Flachkopfmesser bevorzugen.

8. Im Bearbeitungszentrum sind verschiedene Werkzeuge in der Werkzeugbibliothek installiert. Werkzeugauswahl und -wechsel erfolgen jederzeit nach vorgegebenem Verfahren. Daher ist die Verwendung eines Standardwerkzeughalters unerlässlich, um die Standardwerkzeuge für Bohren, Ausdrehen, Aufweiten, Fräsen und andere Bearbeitungsprozesse schnell und präzise an der Maschinenspindel oder in der Werkzeugbibliothek zu installieren. Die Anzahl der Werkzeuge sollte so weit wie möglich reduziert werden. Nach der Installation eines Werkzeugs sollten alle Bearbeitungsschritte durchgeführt werden, die es durchführen kann. Werkzeuge für die Schrupp- und Schlichtbearbeitung sollten separat verwendet werden, auch wenn sie die gleichen Abmessungen aufweisen. Vor dem Bohren sollte gefräst werden. Die Oberflächenbearbeitung erfolgt zuerst, anschließend die 2D-Konturbearbeitung. Wo immer möglich, sollte die automatische Werkzeugwechselfunktion der CNC-Werkzeugmaschinen genutzt werden, um die Produktionseffizienz zu steigern.

Probleme bei der Aluminiumverarbeitung und Lösungsansätze bei der Verarbeitung von Reinaluminium, Analyse und Lösungen zum Anhaften von Messern:

1. Aluminium hat eine weiche Textur und neigt bei hohen Temperaturen zum Verkleben.

2. Aluminium ist nicht hitzebeständig und lässt sich leicht öffnen.

3. Im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Kühlschmierstoffen: gute Ölschmierleistung; gute wasserlösliche Kühlleistung; hohe Kosten für die Trockenbearbeitung;

4. Bei der Bearbeitung von Reinaluminium sollte ein speziell für die Aluminiumbearbeitung geeigneter Schaftfräser ausgewählt werden: positiver Stirnwinkel, scharfe Schneide, großer Spanauswurfschlitz, Spiralwinkel von 45 Grad oder 55 Grad;

5. Das Material des Werkstücks und das CNC-Werkzeug weisen eine größere Affinität auf.

6. Bearbeitung weicher Materialien mit einem groben Frontwerkzeug.

Empfehlung: Bei Maschinenbedingungen von schlecht bis gut und Anforderungen von niedrig bis hoch verwenden Sie bitte Schnellarbeitsstahl, beschichtetes poliertes Hartmetall, polykristallinen PKD-Diamanten und Einkristalldiamanten.

7. Niedrige Drehzahlen lassen sich durch Kühlschmierstoff vermeiden; bei hohen Drehzahlen kann die Schmierwirkung durch Ölnebel verbessert werden; Aluminiumlegierungen eignen sich dafür.

Aufgrund der hohen Temperaturen, des hohen Drucks, der hohen Geschwindigkeiten und der Bearbeitung der Teile in korrosiven Medien sowie der zunehmenden Verwendung schwer zerspanbarer Werkstoffe steigen die Anforderungen an den Automatisierungsgrad der Zerspanung und die Bearbeitungsgenauigkeit stetig. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, liegt die Entwicklungsrichtung der Werkzeuge in der Entwicklung und Anwendung neuer Werkzeugwerkstoffe. Die Dampfabscheidungstechnologie für Werkzeuge wird weiterentwickelt, um auf einer Matrix mit hoher Zähigkeit und Festigkeit eine Beschichtung mit höherer Härte aufzubringen und so den Zielkonflikt zwischen Härte und Festigkeit des Werkzeugwerkstoffs besser zu lösen. Auch die Struktur von Wendeschneidplatten wird weiterentwickelt. Ziel ist es, die Fertigungsgenauigkeit der Werkzeuge zu verbessern, Qualitätsunterschiede zu reduzieren und die Werkzeugnutzung zu optimieren. Wie wählt man das richtige CNC-Werkzeug für die Bearbeitung von Aluminiumlegierungen aus?