Оздоблення поверхні при токарних операціях з ЧПУ
1. Досяжна типова шорсткість поверхні
Токарна обробка з ЧПУ забезпечує широкий спектр обробки поверхні залежно від інструментів, параметрів і матеріалу. Чорнове точіння для видалення матеріалу зазвичай забезпечує шорсткість поверхні від 1,6 до 6,3 мікрометрів Ra, залишаючи видимі сліди подачі та вимагаючи подальшої обробки для точних застосувань. Загальне точне точіння зі стандартними пластинами та звичайними параметрами дає від 0,8 до 1,6 мікрометрів Ra, що підходить для більшості механічних вузлів і не-критичних посадок. Точне точіння з використанням полірованих вставок, оптимізованої геометрії та жорстких установок досягає від 0,4 до 0,8 мікрометрів Ra, що підходить для гнізд підшипників і ущільнювальних поверхонь. Високо{11}}точне точіння за допомогою алмазних-наконечників або ретельно підготовлених твердосплавних інструментів, мінімальна подача та стабільні умови можуть досягти 0,2–0,4 мікрометра Ra. Надто-токарна обробка кольорових-матеріалів із використанням моно-алмазних інструментів із монокристалом забезпечує оптичну-якісні поверхні Ra менше 0,1 мікрометра з винятковими налаштуваннями, що досягають 0,01 мікрометра або краще.
2. Теоретична основа шорсткості поверхні
Теоретична шорсткість-до-випаду під час точіння в основному походить від геометричної взаємодії між радіусом вершини інструмента та швидкістю подачі. Фундаментальне співвідношення виражає теоретичну висоту шорсткості як приблизно подачу в квадраті, поділену на радіус носа, помножений на вісім. Це означає, що подвоєння швидкості подачі в чотири рази збільшує теоретичну шорсткість, тоді як подвоєння носового радіуса зменшує її вдвічі. На практиці фактична шорсткість перевищує теоретичні значення через-формування кромок, вібрацію інструменту, бічний потік матеріалу та динаміку машини. Теоретична модель забезпечує базову лінію для вибору параметрів, але вимагає емпіричного підтвердження для критичних поверхонь.
3. Вплив основних параметрів на обробку поверхні
Швидкість подачі є домінуючим параметром, що впливає на текстуру точеної поверхні. Зменшення швидкості подачі з 0,3 до 0,1 міліметра на оберт зазвичай покращує шорсткість поверхні в три-п'ять разів. Однак занадто низькі подачі спричиняють натирання, а не різання, утворення тепла та -зміцнення без покращення якості обробки. Практичні мінімальні подачі залежать від гостроти інструменту та матеріалу, як правило, не опускаючись нижче 0,02 міліметра на оберт для твердосплавних інструментів.
Швидкість різання впливає на обробку поверхні, впливаючи на-формування кромки. На низьких швидкостях матеріал заготовки прилипає до наконечника інструменту, утворюючи нерівномірні відкладення, які розривають поверхню та створюють шорстку обробку. Зі збільшенням швидкості нарощені-краї зменшуються, а обробка покращується, доки не буде досягнуто оптимального діапазону. Для алюмінієвих сплавів цей оптимальний діапазон зазвичай становить від 300 до 800 метрів за хвилину, тоді як для сталей потрібно від 150 до 400 метрів за хвилину залежно від вмісту сплаву. Надмірна швидкість створює надмірне тепло, прискорюючи знос інструменту та, зрештою, погіршуючи обробку.
Глибина різання впливає на обробку шляхом впливу на сили різання та прогин системи. Глибина чорнової обробки від 2 до 5 міліметрів дає пріоритет видаленню матеріалу над якістю поверхні. Глибина фінішної обробки повинна бути зведена до мінімуму від 0,1 до 0,5 міліметра, щоб зменшити радіальні сили різання, які відхиляють тонкі заготовки або гнучкі системи інструментів. Дуже легкі фінішні проходи товщиною менше 0,05 міліметра можуть лягати на робочий-загартований шар із попередніх проходів, а не створювати свіжу поверхню, що призведе до поганих результатів.
4. Геометрія інструменту та вибір матеріалу
Радіус верхньої частини безпосередньо визначає теоретичну шорсткість і міцність інструменту. Малі радіуси від 0,4 до 0,8 міліметра забезпечують більш тонку теоретичну обробку, але послаблюють кінчик інструмента та збільшують ризик відколів. Великі радіуси від 1,2 до 2,4 міліметрів розподіляють сили різання на довші дуги, покращуючи обробку та довговічність інструменту, але вимагаючи більшої потужності та жорсткості машини. Вибір збалансовує вимоги до фінішної обробки з контролем над стружкою та довговічністю інструменту.
Передній кут впливає на сили різання та потік стружки. Позитивні передні кути від 5 до 15 градусів зменшують силу різання та покращують обробку поверхні таких пластичних матеріалів, як алюміній та мідь. Від’ємні передні кути підвищують міцність кромок для твердих матеріалів, але створюють більші зусилля та шорсткіші поверхні. Від нейтральних до злегка позитивних граней підходять-для точіння сталі загального призначення.
Вибір матеріалу інструменту впливає на досягнуту обробку та консистенцію. Твердий сплав без покриття з гострими краями забезпечує чудову обробку алюмінію та кольорових металів. Покриті карбіди з нітридом титану алюмінію або подібними покриттями подовжують термін служби інструменту в сталях і нержавіючих сплавах, але можуть дещо погіршити гостроту кромок. Керамічні вставки витримують високу-швидкісну токарну роботу, але рідко досягають високоякісної обробки нижче 0,4 мікрометра Ra. Інструменти з кубічного нітриду бору забезпечують жорстке токарне оброблення загартованої сталі з обробкою, що наближається до якості шліфування. Полікристалічні алмазні інструменти створюють дзеркальну обробку алюмінію, міді та композитів, але непридатні для чорних матеріалів через хімічний знос.
Підтримка стану інструменту є критичною для стабільної обробки. Зношені інструменти мають збільшені радіуси носа, нерівні профілі кромок і-зростання країв, що поступово погіршує якість поверхні. Регулярна перевірка та запланована заміна на основі сукупного часу різання або відстежуваного зносу бокової поверхні зберігають здатність обробки.
5. Матеріал заготовки
Властивості матеріалу встановлюють фундаментальні межі обробки для токарних операцій. Сталі вільної-обробки з додаванням сірки чи свинцю легко ламають стружку та обробляють до 0,8–1,6 мікрометрів Ra зі стандартними параметрами. Аустенітні нержавіючі сталі під час роботи-швидко твердіють і вимагають гострих інструментів-нахилу з постійними параметрами для запобігання розриву поверхні; покриття нижче 1,6 мікрометрів Ra вимагає ретельної оптимізації. Алюмінієві сплави надзвичайно добре обробляються, де ковані марки, такі як 6061 і 7075, зазвичай досягають від 0,4 до 0,8 мікрометрів Ra і здатні досягати 0,2 мікрометрів із точними параметрами. Литі алюмінієві сплави з вмістом кремнію демонструють абразивні властивості, що прискорює зношування інструменту та обмежує чистову обробку. Титанові сплави створюють високі температури різання та потребують низьких швидкостей із жорсткими установками; обробка нижче 0,8 мікрометрів Ra кидає виклик традиційному точенню. Мідь і латунь чудово піддаються механічній обробці та можуть досягати дзеркального-фінішного покриття за допомогою алмазного інструменту.
6. Стан і стабільність машини
Для точного фінішного обробки биття шпинделя має бути нижче 2 мікрометрів, оскільки будь-який ексцентриситет безпосередньо перетворюється на зміну профілю поверхні. Стан підшипника, натяг ременя та баланс шпинделя впливають на фінішну якість. Жорсткість машини, включаючи жорсткість станини, вирівнювання ковзання та опору задньої бабки, запобігає вібраційним-слідкам, які погіршують якість поверхні. Термічна стабільність завдяки контрольованій температурі навколишнього середовища та охолодженню шпинделя зберігає стабільність розмірів під час тривалих чистових проходів.
7. Стратегії охолодження та змащення
Застосування охолоджуючої рідини при контрольованій температурі видаляє стружку, розсіює тепло та запобігає утворенню-країв. Для алюмінію та міді температура охолоджуючої рідини має відповідати умовам навколишнього середовища, щоб уникнути деформації від теплового удару. Охолоджувальна рідина під високим{3}}тиском завдяки подачі інструменту покращує руйнування стружки та відведення стружки в глибоких отворах і канавок. Системи змащення з мінімальною кількістю зменшують споживання охолоджуючої рідини, забезпечуючи достатню кількість змащення для чистового токарного оброблення сталі. Для деяких застосувань сухе точіння з видаленням стружки стисненим повітрям запобігає температурним градієнтам, пов’язаним із рідиною, що охолоджує, хоча це збільшує швидкість зносу інструменту.
8. Технологічні прийоми для покращеної обробки
Іскрові{0}}проходи включають виконання останнього проходу з нульовою або мінімальною подачею, щоб випалити поверхню без активного різання, зменшуючи залишкові сліди подачі на 20–40 відсотків. Ця техніка потребує жорстких налаштувань, щоб запобігти вібрації,-спричиненій тертям. Точіння для полірування використовує спеціально підготовлені інструменти з великими радіусами та високими позитивними передніми кутами при дуже низькій подачі для отримання полірованих поверхонь, що наближаються до 0,1 мікрометра Ra. Жорстке точіння за допомогою інструментів з кубічного нітриду бору на загартованих сталях вище 50 HRC забезпечує фінішну обробку від 0,4 до 0,8 мікрометрів Ra, потенційно усуваючи операції шліфування. Вібраційне токарне оброблення з використанням ультразвуку або-низькочастотних коливань інструмента змінює утворення стружки та може покращити цілісність поверхні складних матеріалів.
9. Вимірювання та контроль якості
Вимірювання якості поверхні під час токарної обробки зазвичай використовує профілометри з контактним щупом, що проводять перпендикулярно до міток подачі. У місці вимірювання слід уникати перехідних зон, міток входу інструменту та областей деформації. Для точених поверхонь з яскраво вираженою спрямованою текстурою напрям вимірювання істотно впливає на показання; перпендикулярне вимірювання фіксує повний профіль мітки подачі, тоді як паралельне вимірювання може недооцінити шорсткість. Статистичний контроль процесу відстеження обробки поверхні в виробничих партіях визначає тенденції зносу інструменту та дрейф параметрів до--виходу деталей із специфікації.
10. Усунення типових дефектів обробки
Сліди подачі грубіші за теоретичні прогнози вказують на надмірну подачу, недостатній радіус носа або відхилення інструменту під дією сил різання. Нарощений- край проявляється як розірвана, неправильна текстура поверхні з відкладеннями матеріалу; збільшення швидкості різання або покращення подачі охолоджуючої рідини зазвичай вирішує цю проблему. Стрічкання створює рівномірну хвилястість перпендикулярно напрямку подачі, що вимагає підвищеної жорсткості системи, відрегульованої швидкості, щоб уникнути резонансних частот, або зменшеної глибини різання. Конусність або зміна розмірів по довжині свідчить про відхилення заготовки від надмірних сил різання або недостатньої підтримки задньої бабки. Розрив поверхні пластичних матеріалів виникає внаслідок негативних передніх кутів, тупих інструментів або недостатньої швидкості різання.
Висновок
Токарна обробка з ЧПУ пропонує можливості обробки поверхні, починаючи від грубої обробки за 6,3 мікрометра Ra до над-прецизійних дзеркальних поверхонь нижче 0,1 мікрометра Ra. Досяжна обробка залежить від інтегрованої оптимізації швидкості подачі, швидкості різання, глибини різання, геометрії інструменту та матеріалу, характеристик заготовки, стану машини та стратегії охолодження. Розуміння теоретичних основ і практичної взаємодії між цими змінними дозволяє інженерам-технологам вибирати відповідні комбінації параметрів, які відповідають функціональним вимогам, зберігаючи економічну продуктивність. Для точних застосувань інвестиції у високо-інструменти, жорсткі налаштування та контрольоване середовище постійно забезпечують чудову цілісність поверхні порівняно з агресивними параметрами з незначним інструментом.
