Как выбрать инструмент для обработки алюминиевого сплава с ЧПУ?

Благодаря постоянно совершенствующимся технологиям обработки, обработка на станках с ЧПУ также претерпела множество изменений. Многие эксперты отмечают, что в будущем ЧПУ станет основным методом обработки. В процессе обработки на станках с ЧПУ инструмент играет важнейшую роль, и сегодня мы подробно рассмотрим, что такое инструмент для станков с ЧПУ.

Инструмент — это инструмент, используемый для резки в машиностроении. К обобщенным режущим инструментам относятся как режущие, так и абразивные инструменты. Подавляющее большинство ножей используется в станках, но существуют и ручные инструменты. Поскольку инструменты, используемые в машиностроении, в основном предназначены для резки металлических материалов, термин «инструмент» обычно понимается как инструмент для резки металла. Режущие инструменты, используемые для резки древесины, называются деревообрабатывающими инструментами.

Классификация инструментов

Режущие инструменты можно разделить на пять категорий в зависимости от формы обрабатываемой поверхности заготовки.

Режущие инструменты для обработки различных наружных поверхностей, включая токарные инструменты, строгальные ножи, фрезы, протяжки и напильники для обработки наружных поверхностей и т. д.

Инструменты для обработки отверстий , включая сверла, развертки, расточные фрезы, фрезы и протяжки для внутренних поверхностей и т. д.

Инструменты для обработки резьбы , включая метчики, плашки, автоматические резьбонарезные головки, резьбонарезные инструменты и резьбофрезы.

Инструменты для обработки зубчатых передач , включая зубофрезы, зуборезные резцы, строгальные резцы, инструменты для обработки конических зубчатых передач и т. д.

Режущие инструменты , включая вставные дисковые пилы, ленточные пилы, лучковые пилы, режущие инструменты и фрезы для пильных полотен и т. д.

Кроме того, существуют комбинированные инструменты .

Структура инструмента

Конструкция различных инструментов состоит из зажимной части и рабочей части. Зажимная и рабочая части общей конструкции инструмента выполнены на корпусе инструмента; рабочая часть инструмента (зуб или лезвие) крепится к корпусу инструмента.

Зажимная часть инструмента имеет два типа отверстий и рукояток. Инструмент с отверстием опирается на внутреннее отверстие, установленное на шпинделе или оправке станка, и передает крутящий момент с помощью осевого или концевого шпоночного ключа, например, цилиндрическая фреза и фреза для торцевой обработки втулок.

Инструмент с рукояткой обычно имеет три типа рукояток: прямоугольную, цилиндрическую и коническую. Токарные, строгальные инструменты и т. д. обычно имеют прямоугольные рукоятки; коническая рукоятка выдерживает осевое усилие благодаря конусу и передает крутящий момент за счет трения. Цилиндрический хвостовик обычно подходит для сверл меньшего диаметра, концевых фрез и других инструментов, обеспечивая резку за счет трения, возникающего при зажиме и передаче крутящего момента. Хвостовик многих инструментов с рукоятками изготавливается из низколегированной стали, а рабочая часть — из быстрорежущей стали, сваренной между собой.

Основные свойства, которыми должен обладать материал инструмента.

1. Высокая твердость

Твердость материала инструмента должна быть выше твердости обрабатываемого материала заготовки, это основное свойство, которым должен обладать материал инструмента.

2. Достаточная прочность и ударная вязкость.

Материал режущей части инструмента должен выдерживать значительную силу резания и ударную нагрузку при резке. Прочность на изгиб и ударная вязкость отражают способность материала инструмента противостоять хрупкому разрушению и поломке кромки.

3. Высокая износостойкость и термостойкость.

Износостойкость инструментальных материалов относится к их способности противостоять износу. Чем выше твердость инструментального материала, тем лучше износостойкость; чем выше высокотемпературная твердость, тем лучше термостойкость; инструментальный материал обладает большей устойчивостью к пластической деформации при высоких температурах и, следовательно, большей износостойкостью.

4. Хорошая теплопроводность

Высокая теплопроводность означает хорошую теплопроводность, и тепло, выделяемое в процессе резки, легко передается, тем самым снижая температуру обрабатываемой детали и уменьшая износ инструмента.

5. Хорошие технологии и экономика

Для облегчения производства инструментальный материал должен обладать хорошей обрабатываемостью, включая ковку, сварку, резку, термообработку, шлифовку и т.д. Экономичность является одним из важных показателей для оценки и продвижения применения новых инструментальных материалов.

6. Устойчивость к склеиванию

Предотвратить воздействие высокотемпературной и высокодавленческой адсорбционной связи на молекулы материала заготовки и инструмента.

7. Химическая стабильность

Это означает, что материал инструмента не склонен к химическим реакциям с окружающей средой при высоких температурах.

покрытие инструмента

В настоящее время сменные пластины из алюминиевых сплавов покрываются твердыми или композитными слоями карбида титана, нитрида титана и оксида алюминия методом химического осаждения из паровой фазы. Разрабатываемый метод физического осаждения из паровой фазы может использоваться не только для инструментов из алюминиевых сплавов, но и для инструментов из быстрорежущей стали, таких как сверла, зубофрезы, метчики и фрезы. В качестве барьера, предотвращающего химическую диффузию и теплопроводность, твердое покрытие замедляет скорость износа инструмента во время резки, а срок службы покрытой пластины примерно в 1-3 раза выше, чем у непокрытой.

Выбор инструмента осуществляется в процессе взаимодействия человека и машины в системе ЧПУ. Инструмент и рукоятка должны быть правильно подобраны в соответствии с обрабатывающей способностью станка, характеристиками обрабатываемого материала, процедурой обработки, объемом резания и другими соответствующими факторами.

Общий принцип выбора инструмента: простота установки и регулировки, хорошая жесткость, высокая прочность и точность. При условии соответствия требованиям обработки, следует выбирать более короткую рукоятку инструмента для повышения жесткости при обработке. При выборе инструмента его размер должен соответствовать размеру обрабатываемой поверхности заготовки.

1. Концевая фреза часто используется для обработки периферийных контуров плоских деталей.

2. При фрезеровании рубанка следует выбирать твердосплавную фрезу.

3. При обработке выпуклых поверхностей и канавок выбирайте концевую фрезу из быстрорежущей стали.

4. При обработке поверхности заготовки или черновой обработке отверстия можно выбрать фрезу с твердосплавным лезвием.

5. Для обработки некоторых вертикальных поверхностей и контуров с переменным углом наклона часто используются шаровые, кольцевые, конические и дисковые фрезы.

6. При обработке поверхностей произвольной формы, поскольку скорость резания на конце шаровой головки инструмента равна нулю, для обеспечения точности обработки расстояние между линиями резания обычно очень велико, поэтому шаровая головка часто используется для чистовой обработки поверхности.

7. Плоский нож обеспечивает лучшее качество обработки поверхности и эффективность резки, чем нож с шаровидной головкой. Поэтому, при условии обеспечения качественной резки, будь то грубая или чистовая обработка поверхности, следует отдавать предпочтение плоскому ножу.

8. В обрабатывающем центре на инструментальной платформе установлены различные инструменты, выбор и смена которых осуществляются в любое время в соответствии с установленной процедурой. Поэтому для быстрой и точной установки стандартных инструментов для сверления, расточки, расширения, фрезерования и других процессов на шпиндель станка или в инструментальную платформу необходимо использовать стандартную рукоятку инструмента. Количество инструментов следует максимально сократить; после установки инструмента необходимо выполнить все обрабатываемые им операции; инструменты для черновой обработки следует использовать отдельно, даже если они имеют одинаковые размеры; фрезерование выполняется перед сверлением; сначала выполняется чистовая обработка поверхности, а затем – 2D-контурная чистовая обработка. По возможности следует максимально использовать функцию автоматической смены инструмента на станках с ЧПУ для повышения эффективности производства.

Проблемы, возникающие при обработке алюминия, и решения при обработке чистого алюминия, анализ склонности ножа к прилипанию и способы их устранения:

1. Алюминий имеет мягкую текстуру и легко прилипает при высоких температурах;

2. Алюминий не устойчив к высоким температурам, легко открывается;

3. Связанные с обработкой смазочно-охлаждающих жидкостей: хорошие смазочные свойства масла; хорошие охлаждающие свойства, растворимые в воде; высокая себестоимость сухой резки;

4. При обработке чистого алюминия следует выбирать концевую фрезу, предназначенную для обработки алюминия: с положительным передним углом, острой режущей кромкой, большим пазом для отвода стружки, углом наклона спирали 45 или 55 градусов;

5. Материал заготовки и станка с ЧПУ имеют большее сходство.

6. Черновая обработка мягких материалов передним инструментом.

Рекомендация: При плохих и хороших условиях работы станка, а также при низких и высоких требованиях к качеству обработки, следует использовать быстрорежущую сталь, полированный карбид с покрытием, поликристаллический алмаз PCD и монокристаллический алмаз.

7. Низкой скорости можно избежать, используя смазочно-охлаждающую жидкость; высокоскоростная смазка масляным туманом может улучшить эффект; подходит для алюминиевых сплавов.

Из-за высоких температур, высокого давления, высоких скоростей и работы деталей в агрессивной среде, а также из-за необходимости обработки все большего количества сложных материалов, уровень автоматизации обработки и требования к точности обработки постоянно растут. Для адаптации к этой ситуации, направление развития инструмента будет заключаться в разработке и применении новых инструментальных материалов; дальнейшем развитии технологии нанесения покрытий методом парофазного осаждения, позволяющей наносить более твердое покрытие на матрицу с высокой ударной вязкостью и прочностью, чтобы лучше решить проблему противоречия между твердостью и прочностью инструментального материала; дальнейшем развитии сменных инструментальных конструкций; повышении точности изготовления инструмента, уменьшении различий в качестве продукции и оптимизации его использования. Как выбрать инструмент для обработки алюминиевых сплавов на станках с ЧПУ?