Режимы резания при HSM фрезеровании

Печать

Параметры резания

Существуют некоторые основные определения и формулы вычисления рабочей подачи и скорости вращения шпинделя для механообработки. К тому же фирмы-производители режущего инструмента для HSM в своих каталогах обязательно указывают рекомендованные режимы резания. Вычисленные значения, данные каталогов и результаты своих экспериментов можно сортировать и заносить в таблицы, но они должны использоваться только в качестве ссылочных параметров.

Специалисты-производственники вообще имеют более богатый практический опыт и знание специфических свойств материала, который часто используют; можно только поощрить их желание оптимизировать подачу и скорость, как им подсказывает их накопленный опыт HSM.

Существует мнение, что HSM обработка должна выполняться с небольшими глубинами резания. Это было справедливо до недавнего времени, когда в САМ не были реализованы принципы HSM. Поэтому, уже имея современные станки с высокоскоростными шпинделями, жесткий и сбалансированный режущий инструмент, технологи-программисты были вынуждены проецировать HSM на старые стратегии создания траекторий обработки, имеющиеся в их распоряжении.

Сейчас же при применении HSM параметры резания варьируются довольно широко, в зависимости от обрабатываемого материала (см. таблицы). Небольшие глубины резания характерны только для HSM обработки труднообрабатываемых материалов. Приведем в качестве примера результаты опроса шести ведущих германских экспертов в области резания и специалистов авиационной промышленности относительно сравнения высокоскоростной (НSМ) и высокопроизводительной (НРМ — High Performance Machining) обработки. По мнению экспертов, НРМ (обработка с большими глубинами резания) имеет существенно больший потенциал экономии времени обработки.

Опытные HSM параметры резания (R — черновая обработка, F — финишная):

Материал
(в соответствии с классификацией СМС)
Скорость резания (м/мин
Твердость Обычная обработка HSM — R HSM — F
 Сталь 01.2 150 HB <300 >400 <900
 Сталь 02.1/2 330 HB <200 >250 <600
 Сталь 03.11 300 HB <100 >200 <400
 Сталь 03.11 39–48 HRc <80 >150 <350
 Сталь 04 48–58 HRc <40 >100 <250
 GCI 08.1 180 HB <300 >500 <3000
 Алюминий 60–75 HB <1000 >2000 <5000
 Цветные сплавы 100 HB <300 >1000 <2000

Типичные параметры резания для монолитных твердосплавных концевых фрез с покрытием Ti (C, N) или TiAlN для закаленной стали ( HR с 54–58):

Тип обработки скорость резания
v(м / мин)
глубина резания
ap (%)*
ширина резания
ae (%)*
подача на зуб
fz (мм / зуб)
Черновая 100 6–8 35–40 0,01 – 0,1
Получистовая 150–200 3–4 20–40 0,05–0,015
Финишная и суперфинишная 200–250 0,1–0,2** 0,1–0,2** 0,02–0,2
*  – в % от диаметра фрезы
**  – в мм

Для большинства материалов, подача на зуб, вычисляемая по формуле (fz = 0.01 ґ D) – превосходное начальное значение для обработки труднообрабатываемых материалов. Эта подача должна быть увеличена или уменьшена в зависимости от полученного на практике результата, но ее значение должно остаться в пределах следующего диапазона:

0.005 ґ D < fz < 0.015 ґ D (мм), где D – номинальный диаметр фрезы.

Скорость резания при обработке разных типов материалов:

Материал скорость резания, (м / мин) охлаждение
Алюминий 1000 – 5000 СОЖ или масляный туман
Латунь 1000 – 2500 СОЖ или масляный туман
Медь 600 – 1500 СОЖ или масляный туман
Титановый сплав 100 – 200 СОЖ или масляный туман
Графит 1000 – 4000 Сжатый воздух
Углеродистые волокна 250 – 500 Сжатый воздух
Пластмассы 300 – 1000 Сжатый воздух
Стали 300 – 700 СОЖ или масляный туман
Чугун 500 – 750 СОЖ или масляный туман
Жаропрочная сталь (инконель) 75 – 100 СОЖ или масляный туман
Значения должны быть уменьшены на 30–50% при использовании монолитных твердосплавных концевых фрез удлиненной серии (2L)

Высокоскоростная механическая обработка часто происходит без охлаждающей эмульсии. Геометрия высокоскоростной фрезы рассчитана с условием далекого отброса стружки. Что касается остального, то для инструмента лучше постоянная высокая температура, чем ее колебания, которые может вызвать охлаждающая эмульсия. Охлаждающийся эффект эмульсии не востребован в процессе HSM, но эффект смазывания достаточно эффективен. При обработке вязких материалов (алюминиевые сплавы или мягкая сталь) охлаждающая эмульсия помогает скольжению стружки по режущей кромке без теплообмена. Также можно применить охлаждающую эмульсию при резании сферическим инструментом, когда происходит резание концом фрезы, а скорость резания в оси инструмента равна 0. При резании на очень малой глубине горячий материал может привариться к инструменту, что скажется на качестве обработанной поверхности. Охлаждающая эмульсия (или масляный туман) минимизирует этот эффект. Целесообразность использования охлаждающей эмульсии на водной основе при HSM обработке увеличивается с уменьшением скорости резания.