Ako dlhoročný dodávateľ stopkových fréz s dlhým krkom som z prvej ruky pozoroval, ako rôzne faktory ovplyvňujú rezný výkon týchto presných nástrojov. Spomedzi týchto faktorov vyniká tvrdosť materiálu ako kritický prvok, ktorý môže zvýšiť alebo znížiť účinnosť čelnej frézy s dlhým hrdlom. V tomto blogovom príspevku sa ponorím hlboko do pochopenia toho, ako tvrdosť materiálu ovplyvňuje rezný výkon stopkových fréz s dlhým krkom.
Pochopenie tvrdosti materiálu
Tvrdosť materiálu je definovaná ako odolnosť materiálu voči lokálnej deformácii, typicky vtlačením alebo abráziou. Je to zásadná vlastnosť, pretože môže výrazne ovplyvniť správanie sa materiálu počas procesov obrábania. Existuje niekoľko stupníc na meranie tvrdosti, ako napríklad Rockwellova, Brinellova a Vickersova stupnica. Napríklad v Rockwellovej stupnici je materiál s vyšším číslom tvrdší.
Mäkké materiály, ako je hliník a meď, majú relatívne nízke hodnoty tvrdosti. Tieto materiály sú tvárne a dajú sa pomerne ľahko rezať. Na druhej strane tvrdé materiály, vrátane nehrdzavejúcej ocele, titánových zliatin a kalených ocelí, predstavujú náročnejšie prostredie na obrábanie kvôli ich vysokej odolnosti voči deformácii.
Vplyv na opotrebovanie nástroja
Jedným z najzjavnejších účinkov tvrdosti materiálu na rezný výkon stopkových fréz s dlhým krkom je opotrebovanie nástroja. Pri rezaní mäkkého materiálu má stopková fréza s dlhým hrdlom menšie trenie a opotrebovanie svojich rezných hrán. Nástroj si môže zachovať svoju ostrosť dlhšiu dobu, čo následne vedie k konzistentnému a vysokokvalitnému rezu.
Napríklad pri použití čelnej frézy s dlhým krkom na rezanie hliníka je proces rezania relatívne hladký a hrany nástroja sa rýchlo neotupujú. Výsledkom je predĺženie životnosti nástroja, zníženie frekvencie výmen nástroja a v konečnom dôsledku zníženie výrobných nákladov.
Pri práci s tvrdými materiálmi je však situácia celkom iná. Vysoká tvrdosť materiálu spôsobuje výrazné abrazívne a adhézne opotrebenie rezných hrán čelnej frézy s dlhým hrdlom. Abrazívne opotrebovanie vzniká, keď sa tvrdé častice v materiáli obrobku obrusujú o rezné hrany nástroja a postupne ich opotrebúvajú. Na druhej strane k opotrebeniu lepidla dochádza, keď malé kúsky materiálu obrobku priľnú k povrchu nástroja a potom sa počas procesu rezania odtrhnú, pričom so sebou vezmú časti nástroja.
Vezmite si ako príklad rezanie nehrdzavejúcej ocele. Vysoká tvrdosť a deformačné vlastnosti nehrdzavejúcej ocele spôsobujú rýchle opotrebovanie čelnej frézy s dlhým hrdlom. Rezné hrany sa môžu po relatívne krátkej dobe používania otupiť, čo vedie k zníženiu účinnosti rezania, zlej kvalite povrchu a zvýšenému riziku zlomenia nástroja.
Vplyv na rezné sily
Tvrdosť materiálu má tiež podstatný vplyv na rezné sily počas procesu obrábania. Pri rezaní mäkkého materiálu vyžaduje čelná fréza s dlhým krkom menšiu silu na preniknutie a odstránenie materiálu. Proces rezania je často hladký a dochádza k menším vibráciám a chveniu. To umožňuje vyššiu rýchlosť rezania a vyššie rýchlosti posuvu, čo môže zvýšiť produktivitu.
Pri obrábaní tvrdých materiálov sa však rezné sily výrazne zvyšujú. Čelová fréza musí pracovať tvrdšie, aby prerazila tvrdý materiál, čo má za následok vyššie namáhanie nástroja a stroja. Nadmerné rezné sily môžu spôsobiť problémy, ako je vychýlenie nástroja, najmä v prípade stopkových fréz s dlhým krkom. Keďže tieto stopkové frézy majú dlhšiu stopku, sú náchylnejšie na vychýlenie pri vysokých rezných silách. Vychýlenie nástroja môže viesť k nepresnému obrábaniu, zlej povrchovej úprave a dokonca k poškodeniu obrobku.
Napríklad pri pokuse o rezanie kalenej ocele môžu byť rezné sily také vysoké, že vyžadujú výkonnejšie obrábacie zariadenie a nižšie rezné parametre, aby sa predišlo poruche nástroja. To často znamená obetovanie produktivity, aby sa zachovala integrita nástroja a kvalita obrábanej časti.
Vplyv na povrchovú úpravu
Povrchová úprava obrábaného dielu je ďalším aspektom, ktorý je vo veľkej miere ovplyvnený tvrdosťou materiálu. Pri rezaní mäkkých materiálov čelnou frézou s dlhým hrdlom je vo všeobecnosti jednoduchšie dosiahnuť hladkú povrchovú úpravu. Nízka tvrdosť materiálu umožňuje rezným hranám stopkovej frézy čisto odoberať materiál bez toho, aby spôsobovali nadmerné trhanie alebo drsné miesta.
Naproti tomu tvrdé materiály predstavujú väčšiu výzvu na dosiahnutie dobrej povrchovej úpravy. Vysoká tvrdosť môže spôsobiť nerovnomerné lámanie materiálu počas procesu rezania, čo má za následok drsný povrch. Navyše, keďže rezné hrany sa pri rezaní tvrdých materiálov rýchlejšie opotrebovávajú, schopnosť vytvárať hladký povrch je ďalej ohrozená. Napríklad pri obrábaní zliatin titánu, ktoré sú známe svojou vysokou tvrdosťou a nízkou tepelnou vodivosťou, môže byť ťažké získať kvalitnú povrchovú úpravu. Na prekonanie týchto výziev môžu byť potrebné špecializované stratégie rezania a geometrie nástrojov.
Prípadová štúdia: Rezanie rôznych materiálov pomocou a2 flauty Guľová fréza s dlhým krkom
Pozrime sa bližšie na to, ako tvrdosť materiálu ovplyvňuje rezný výkon, a to preskúmaním použitia 2-brilovej guľovej frézy s dlhým krkom.
Rezanie mäkkých materiálov (hliník)
Pri použití 2-drážkovej guľovej frézy s dlhým krkom na rezanie hliníka môžeme pozorovať niekoľko pozitívnych výsledkov. Nízka tvrdosť hliníka umožňuje vysokorýchlostné obrábanie. Rezné hrany stopkovej frézy zostávajú ostré po dlhú dobu a výsledkom hladkého procesu rezania je vysokokvalitná povrchová úprava. Stopkovú frézu môžeme prevádzkovať pri relatívne vysokých posuvoch a rezných rýchlostiach bez výrazného opotrebovania nástroja. To nielen zvyšuje produktivitu, ale tiež znižuje náklady na diel. Napríklad v závode na výrobu automobilov sa tento typ čelnej frézy môže použiť na efektívne obrábanie hliníkových komponentov motora, čím sa zabezpečia presné rozmery a dobrá povrchová úprava.
Stredné rezanie – tvrdé materiály (nehrdzavejúca oceľ)
Keď sa na rezanie nehrdzavejúcej ocele použije tá istá 2-búrová guľová fréza s dlhým hrdlom, situácia sa zmení. Vyššia tvrdosť nehrdzavejúcej ocele znamená, že nástroj sa viac opotrebováva. Musíme znížiť rýchlosť rezania a rýchlosť posuvu, aby sme zvládli zvýšené rezné sily a zabránili predčasnému zlyhaniu nástroja. Napriek týmto úpravám je životnosť nástroja výrazne kratšia v porovnaní s rezaním hliníka. Povrchová úprava môže byť tiež o niečo hrubšia a možno budeme musieť vykonať dodatočné dokončovacie operácie, aby sme dosiahli požadovanú kvalitu.
Rezanie tvrdých materiálov (kalená oceľ)
Rezanie kalenej ocele pomocou 2-břitovej guľovej frézy s dlhým krkom je mimoriadne náročné. Vysoká tvrdosť materiálu vedie k rýchlemu opotrebovaniu rezných hrán a rezné sily sú také vysoké, že môžu spôsobiť vychýlenie nástroja. V dôsledku toho musíme používať veľmi nízke rezné rýchlosti a rýchlosti posuvu, čo výrazne obmedzuje produktivitu. Povrchová úprava obrábanej časti môže byť zlá a na dosiahnutie prijateľného výsledku môže byť potrebných niekoľko prechodov.
Riešenia na zlepšenie rezného výkonu s rôznou tvrdosťou materiálu
Nátery na nástroje
Nanášanie povlakov na stopkové frézy s dlhým hrdlom môže výrazne zlepšiť ich rezný výkon pri práci s rôznou tvrdosťou materiálu. Napríklad povlak nitridu titánu (TiN) môže zvýšiť tvrdosť a odolnosť nástroja proti opotrebovaniu, vďaka čomu je vhodnejší na rezanie tvrdených materiálov. Diamantové uhlíkové povlaky (DLC) môžu znížiť trenie a zlepšiť schopnosť nástroja rezať mäkké materiály, ako je hliník, tým, že zabraňujú priľnavosti materiálu obrobku k nástroju.
Optimalizovaná geometria nástroja
Geometria čelnej frézy s dlhým krkom tiež hrá rozhodujúcu úlohu pri reznom výkone. Pre mäkké materiály je možné použiť stopkovú frézu s vyšším uhlom skrutkovice na zlepšenie odvodu triesok a zníženie rezných síl. Pri tvrdých materiáloch môže robustnejšia geometria nástroja s väčším priemerom jadra a nižším uhlom skrutkovice poskytnúť lepšiu pevnosť a odolnosť proti vychýleniu.
Vhodné parametre rezu
Výber správnych rezných parametrov, ako je rýchlosť rezania, rýchlosť posuvu a hĺbka rezu, je nevyhnutný na dosiahnutie optimálneho rezného výkonu. Pri mäkkých materiáloch možno na maximalizáciu produktivity použiť vyššie rezné rýchlosti a rýchlosti posuvu. Pre tvrdé materiály by sa mali zvoliť nižšie rezné parametre, aby sa minimalizovalo opotrebovanie nástroja a zabránilo sa poruche nástroja.
Záver
Záverom možno povedať, že tvrdosť materiálu má zásadný vplyv na rezný výkon stopkových fréz s dlhým hrdlom. Ovplyvňuje opotrebovanie nástroja, rezné sily a povrchovú úpravu a rôzne materiály predstavujú jedinečné výzvy a príležitosti. Ako dodávateľ stopkových fréz s dlhým krkom chápem dôležitosť poskytovania vysokokvalitných nástrojov a ponúkania odborných rád, ako optimalizovať proces rezania pre rôzne tvrdosti materiálu.
Ak hľadáte stopkové frézy s dlhým hrdlom alebo potrebujete viac informácií o tom, ako zlepšiť svoje procesy obrábania, odporúčame vám, aby ste ma kontaktovali a požiadali o podrobnú diskusiu. Či už pracujete s mäkkými, stredne tvrdými alebo tvrdými materiálmi, môžem vám pomôcť nájsť správne riešenia na zvýšenie výkonu rezania a dosiahnutie lepších výsledkov.
Referencie
- Kalpakjian, S., & Schmid, SR (2009). Výrobné inžinierstvo a technológia. Pearson Prentice Hall.
- Trent, EM a Wright, PK (2000). Rezanie kovov. Butterworth - Heinemann.
