Otrepy po opracovaní sú nepríjemné, ale nebojte sa! Tu je riešenie. Proces rezania kovu je často sprevádzaný tvorbou otrepov. Prítomnosť otrepov nielenže znižuje presnosť obrábania a kvalitu povrchu obrobku, čo ovplyvňuje výkonnosť produktu, ale niekedy môže dokonca spôsobiť nehody. Problém otrepov sa zvyčajne rieši odihlovaním. Odstraňovanie otrepov je ne-produktívny proces; nielen zvyšuje náklady na výrobok a predlžuje výrobný cyklus výrobku, ale nesprávne odstraňovanie otrepov môže viesť aj k zošrotovaniu celého výrobku, čo spôsobuje ekonomické straty.
Tento článok najprv systematicky analyzuje hlavné faktory ovplyvňujúce tvorbu otrepov pri čelnom frézovaní a potom skúma metódy a techniky na znižovanie a kontrolu otrepov pri frézovaní z pohľadu konštrukčného návrhu až po výrobu.
I. Hlavné formy ostrapov pri čelnom frézovaní Podľa systému klasifikácie ostrapov rezného pohybu- reznej hrany nástroja spadajú otrepy vznikajúce pri čelnom frézovaní hlavne do piatich foriem: otrepy na oboch stranách hlavnej reznej hrany, otrepy vyrezávané z bočnej hrany v smere rezu, otrepy vyrezané zo spodnej hrany v smere rezu a ostriny v smeroch posuvu (pozri obrázok 1).
Obrázok
Obrázok 1. Otrepy vytvorené počas čelného frézovania
Všeobecne povedané, frézy v smere rezu-spodného okraja sú väčšie a ťažšie sa odstraňujú ako iné frézy. Preto sa tento článok zameriava na spodné-hrany v smere rezu ako na hlavný výskumný objekt.
Na základe rôznych veľkostí a tvarov otrepov v smere rezania spodnej{0}}hrany pri čelnom frézovaní ich možno rozdeliť do troch typov: otrepy typu I (väčšia veľkosť, ťažko odstrániteľné a drahšie na odstraňovanie), otrepy typu II (menšie veľkosti, možno ich ponechať neodstránené alebo ľahko odstrániť) a otrepy typu III, tj negatívne otrepy (ako je znázornené na obrázku 2).
Obrázok
Obrázok 2. Typy spodných-hranov v smere rezu počas frézovania
II. Hlavné faktory ovplyvňujúce tvorbu ostrapov pri čelnom frézovaní
Tvorba otrepov je veľmi zložitý proces deformácie materiálu. Mnoho faktorov, ako sú vlastnosti materiálu obrobku, geometria, povrchová úprava, geometria nástroja, dráha rezania nástroja, opotrebovanie nástroja, parametre rezu a použitie chladiacej kvapaliny, priamo ovplyvňuje tvorbu ostrapov. Obrázok 3 znázorňuje vývojový diagram faktorov ovplyvňujúcich frézy na čelné frézovanie. Za špecifických podmienok frézovania závisí morfológia a veľkosť otrepov na konci frézovania od kombinovaného účinku rôznych ovplyvňujúcich faktorov, ale rôzne faktory majú rôzny vplyv na tvorbu ostrapov.
Obrázok 3: Schéma riadenia príčiny-a{2}}účinku tvorby ostrapov pri frézovaní
1. Vstup/výstup nástroja
Vo všeobecnosti sú otrepy generované, keď nástroj vychádza z obrobku, väčšie ako tie, ktoré vznikajú, keď nástroj vstupuje do obrobku.
2. Výstupný uhol roviny
Výstupný uhol roviny má významný vplyv na tvorbu otrepov v smere rezu spodnej hrany. Výstupný uhol roviny je definovaný ako uhol medzi smerom reznej rýchlosti (vektorová kombinácia rýchlosti nástroja a rýchlosti posuvu) v bode kolmom na os frézy na reznej hrane, keď rezná hrana opúšťa čelnú plochu obrobku, a smerom čelnej plochy obrobku. Smer čelnej plochy obrobku je od bodu vstupu nástroja k bodu výstupu nástroja. Ako je znázornené na obrázku 5, Ψ je rovinný výstupný uhol s rozsahom 0 stupňov < Ψ menším alebo rovným 180 stupňom.
Experimentálne výsledky ukazujú, že výška otrepu sa mení s hĺbkou rezu, to znamená, že keď sa hĺbka rezu zväčšuje, otrep sa mení z hrotu typu I na hrot typu II. Minimálna hĺbka frézovania potrebná na výrobu otrepov typu II sa zvyčajne nazýva medzná hĺbka rezu, ktorá sa označuje ako dcr. Obrázok 6 znázorňuje vplyv uhla rovinného rezu a hĺbky rezu na výšku ostrapu pri obrábaní hliníkovej zliatiny.
Obrázok 6 Typ otrepu, rovinný uhol rezu a hĺbka rezu
Ako je možné vidieť na obrázku 6, čím väčší je rovinný uhol rezu, tým väčšia je obmedzujúca hĺbka rezu. Keď je rovinný uhol výrezu väčší ako 120 stupňov, veľkosť frézy typu I je väčšia a medzná hĺbka rezu pre prechod na frézy typu II je tiež väčšia. Menší rovinný uhol výrezu je preto vhodný na vytváranie otrepov typu II, pretože čím menšie je Ψ, tým je relatívne vyššia tuhosť podpery koncovej{4}}čelnej plochy a tým je menej pravdepodobné, že sa vytvoria otrepy.
Veľkosť a smer rýchlosti posuvu majú určitý vplyv na veľkosť a smer kombinovanej rýchlosti v, čo zase ovplyvňuje rovinný uhol výrezu a tvorbu ostrapov. Preto čím väčšia je rýchlosť posuvu a uhol odsadenia výstupnej hrany , tým menšie je Ψ, čo viac prispieva k potlačeniu tvorby väčších otrepov (ako je znázornené na obrázku 7). Obrázok
Obrázok 7. Vplyv smeru podávania na tvorbu ostrapov
3. Sekvencia stiahnutia hrotu nástroja (EOS)
Pri čelnom frézovaní veľkosť ostrapu do značnej miery závisí od poradia odťahovania hrotu nástroja. Ako je znázornené na obrázku 8: Bod A je na sekundárnej reznej hrane, bod C je na primárnej reznej hrane a bod B je vrchol hrotu nástroja. Predpokladajme, že hrot nástroja je ostrý, tj ignorujte polomer hrotu nástroja. Ak sa hrana B-C stiahne z obrobku ako prvá, potom nasleduje hrana A-B, trieska je zavesená na obrobenom povrchu. Ako frézovanie postupuje, trieska je vytláčaná z obrobku, čím sa v smere rezu vytvára väčší otrep na spodnej hrane. Ak sa hrana A-B stiahne z obrobku ako prvá, potom nasleduje hrana B-C, trieska sa prichytí na prechodovú plochu a odreže sa z obrobku, čím sa v smere rezu vytvorí menší otrep na spodnej hrane.
Experimenty ukazujú, že:
① Postupnosť sťahovania hrotu nástroja, ktorá postupne zväčšuje veľkosť ostrapu, je ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA.
② Výsledky dosiahnuté pomocou EOS sú rovnaké, s výnimkou toho, že pri rovnakej postupnosti sťahovania vytvárajú tvárne materiály väčšie otrepy ako krehké materiály. Sekvencia výstupu hrotu nástroja súvisí nielen s geometriou nástroja, ale aj s faktormi, ako je rýchlosť posuvu, hĺbka rezu, geometria obrobku a rezné podmienky. Je to kombinácia faktorov, ktoré ovplyvňujú tvorbu otrepov.
Obrázok
Obrázok 8: Výstupná sekvencia hrotu nástroja a tvorba ostrapov
4. Vplyv iných faktorov
① Parametre frézovania, teplota frézovania a prostredie rezania majú tiež určitý vplyv na tvorbu otrepov. Vplyv niektorých kľúčových faktorov, ako je rýchlosť posuvu a hĺbka rezu, sa odráža v teórii rovinného výstupného uhla a EOS teórii výstupnej sekvencie hrotu nástroja, ktoré tu nebudeme rozvádzať;
② Čím lepšia je plasticita materiálu obrobku, tým ľahšie je vytváranie ostrapov typu I. Pri čelnom frézovaní krehkých materiálov podporuje veľká rýchlosť posuvu alebo rovinný výstupný uhol tvorbu otrepov (defektov) typu III.
③ Keď je uhol medzi čelnou plochou obrobku a obrobenou rovinou väčší ako pravý uhol, zvýšená tuhosť podpery čelnej strany bráni tvorbe ostrapov.
④ Použitie frézovacej kvapaliny predlžuje životnosť nástroja, znižuje opotrebenie nástroja, maže proces frézovania a tým znižuje veľkosť otrepov.
⑤ Opotrebenie nástroja výrazne ovplyvňuje tvorbu ostrapov. Keď sa nástroj do určitej miery opotrebuje, zväčší sa polomer hrotu nástroja, čo vedie k väčším ostrapom nielen v smere vyťahovania nástroja, ale aj v smere vstupu nástroja. Mechanizmus si vyžaduje ďalšie skúmanie.
⑥ Tvorbu ostrapov ovplyvňujú aj iné faktory, ako napríklad materiál nástroja. Pri rovnakých rezných podmienkach sú diamantové nástroje pri potláčaní tvorby ostrapov účinnejšie ako iné nástroje.
III. Základné prístupy k riadeniu tvorby ostrapov pri frézovaní Tvorba ostrapov na konci frézovania je ovplyvnená rôznymi faktormi, vrátane špecifického procesu frézovania, štruktúry obrobku a geometrie nástroja. Na zníženie otrepov na konci-frézovania je potrebné tvorbu ostrapov kontrolovať a minimalizovať z viacerých hľadísk.
1. Rozumný konštrukčný dizajn: Tvorba ostrapov je do značnej miery ovplyvnená štruktúrou obrobku. Rôzne štruktúry obrobkov majú za následok výrazné rozdiely v tvare a veľkosti ostrapov na hranách po opracovaní. Ak je materiál obrobku a povrchová úprava vopred určené, potom sú geometria obrobku a hrany rozhodujúcimi faktormi určujúcimi tvorbu ostrapov.
2. Vhodná postupnosť obrábania: Postupnosť obrábania ovplyvňuje aj tvar a veľkosť fréz na konci-. Rôzne tvary a veľkosti otrepov vedú k rôznym pracovným zaťaženiam pri odstraňovaní otrepov a súvisiacim nákladom. Preto je výber vhodnej postupnosti obrábania efektívnym spôsobom, ako znížiť náklady na odihlovanie.
Obrázok 9: Spôsob riadenia výberu sekvencie obrábania
Na obrázku 10a, ak sa vŕtanie vykonáva pred frézovaním roviny, na obvode otvoru sa ľahko vytvárajú väčšie rezné otrepy; ak sa rovina najskôr vyfrézuje a potom vŕta, na obvode otvoru vznikajú len menšie otrepy na vstupe do vŕtania. Podobne na obrázku 10b sú otrepy vytvorené najprv vyfrézovaním horného povrchu a potom konkávneho obrysu menšie ako tie, ktoré sa vytvoria najskôr opracovaním konkávneho obrysu a potom vyfrézovaním roviny. 3. Vyhnite sa stiahnutiu nástroja
Zabránenie stiahnutia nástroja je účinný spôsob, ako zabrániť tvorbe ostrapov, pretože je to hlavný faktor pri tvorbe ostrapov v smere rezu. Vo všeobecnosti sú otrepy vznikajúce pri výstupe frézy z obrobku väčšie, zatiaľ čo otrepy vznikajúce pri vstupe sú menšie. Preto by sa pri obrábaní malo čo najviac vyhnúť výstupu frézy. Ako je znázornené na obrázku 4, otrepy vyrobené s použitím obrázku 4b sú menšie ako tie, ktoré sú vyrobené na obrázku 4a.
4. Vyberte vhodnú dráhu nástroja
Ako ukazuje predchádzajúca analýza, keď je rovinný{0}}uhol výrezu menší ako určitá hodnota, výsledná veľkosť ostrapu je menšia. Rovinný uhol výrezu- možno zmeniť zmenou šírky frézovania, rýchlosti posuvu (veľkosť a smer) a rýchlosti otáčania (veľkosť a smer). Preto sa tvorbe ostrapov typu I možno vyhnúť výberom vhodnej dráhy nástroja (pozri obrázok 11).
Obrázok 10: Metóda riadenej dráhy nástroja
Obrázok 10a znázorňuje tradičnú kľukatú dráhu nástroja. Vytieňované oblasti na obrázku označujú miesta, kde sa môžu vytvárať väčšie otrepy v smere rezu. Obrázok 10b používa vylepšenú dráhu nástroja, ktorá môže zabrániť tvorbe rezných otrepov. Aj keď je dráha nástroja na obrázku 11b o niečo dlhšia a trvá o niečo viac času frézovania ako na obrázku 10a, eliminuje potrebu dodatočného procesu odstraňovania ostrapov. Na rozdiel od toho obrázok 10a vyžaduje značné množstvo času na odstraňovanie otrepov (hoci zatienené oblasti predstavujúce tvorbu ostrapov nie sú početné, počas skutočného odstraňovania otrepov sa musia prejsť všetky hrany obsahujúce otrepy). Celkovo je teda dráha nástroja na obrázku 10b lepšia ako dráha na obrázku 10a, pokiaľ ide o kontrolu ostrapov.
5. Výber vhodných parametrov frézovania
Parametre čelného frézovania (ako je posuv na zub, šírka čelného frézovania, hĺbka čelného frézovania a geometria nástroja) majú určitý vplyv na tvorbu ostrapov.
Tvorbu ostrapov pri čelnom frézovaní ovplyvňujú rôzne faktory, z ktorých hlavné sú: vstup/výstup nástroja, uhol výstupu roviny, postupnosť výstupu hrotu nástroja a parametre frézovania. Konečný tvar a veľkosť otrepu sú výsledkom kombinovaného účinku týchto faktorov.
Tento článok analyzuje hlavné faktory ovplyvňujúce vytváranie frézovacích otrepov z celého procesu, vrátane konštrukčného návrhu obrobku, usporiadania procesu obrábania, parametrov frézovania a výberu nástroja. Navrhuje techniky, procesy a metódy na potlačenie alebo zníženie otrepov pri frézovaní, ako je riadenie dráhy frézy, výber vhodnej postupnosti obrábania a zlepšenie konštrukčného návrhu. Tieto metódy poskytujú realizovateľné technické riešenia na aktívne riadenie veľkosti ostrapov, zlepšenie kvality produktu, zníženie nákladov a skrátenie výrobných cyklov pri frézovaní.
