Hogyan lehet kiszámítani a CNC szerszámok forgácsolóerejét?

Megbízható CNC-szerszám-szállítóként gyakran találkozom olyan ügyfelekkel, akik szívesen megértik, hogyan kell kiszámítani a CNC-szerszámok forgácsolóerejét. Ez a tudás elengedhetetlen a megmunkálási folyamatok optimalizálásához, a szerszámok hosszú élettartamának biztosításához és a kiváló minőségű munkadarabok eléréséhez. Ebben a blogban a forgácsolóerő kiszámításának kulcsfontosságú tényezőivel foglalkozom, és bemutatok néhány gyakorlati módszert.

A vágóerő alapjainak megértése

A vágóerő az az erő, amelyet a vágószerszám a megmunkálási folyamat során a munkadarabra fejt ki. Három fő összetevőből áll: a tangenciális erőből (Ft), a radiális erőből (Fr) és az axiális erőből (Fa). A tangenciális erő az az erő, amely a vágási sebesség irányába hat, és az anyag eltávolításáért felelős. A sugárirányú erő a vágóélre merőlegesen hat, és a szerszám és a munkadarab elhajlását okozhatja. Az axiális erő a szerszám tengelye mentén hat, és jelentős az olyan műveleteknél, mint a fúrás.

A vágóerőt befolyásoló tényezők

1. Munkadarab anyaga
   A munkadarab anyagának mechanikai tulajdonságai, mint például a keménység, a szilárdság és a hajlékonyság, nagymértékben befolyásolják a forgácsolóerőt. Például a keményebb anyagok, például a rozsdamentes acél vagy a titán nagyobb forgácsolóerőt igényelnek, mint a lágyabb anyagok, például az alumínium. Az anyag mikroszerkezete is szerepet játszik. A durva szemcsés szerkezetű anyagok eltérő forgácsolóerőt igényelhetnek, mint a finomszemcsés szerkezetűek.
2. Vágószerszám geometriája
   A vágószerszám geometriája, beleértve a dőlésszöget, a hézagszöget és a vágóél sugarát, befolyásolja a vágóerőt. A pozitív dőlésszög általában csökkenti a vágási erőt, mivel lehetővé teszi, hogy a szerszám könnyebben nyírja az anyagot. A túl nagy pozitív dőlésszög azonban gyengítheti a vágóélt. A hézagszög megakadályozza, hogy a szerszám hozzádörzsölődjön a munkadarabhoz, ami növelheti a vágóerőt. Az éles vágóél sugara csökkenti a forgácsképződés elindításához szükséges erőt.
3. Vágási paraméterek
   • Vágási sebesség: A vágási sebesség növelése általában egy bizonyos pontig csökkenti a vágási erőt. Nagyobb sebességnél hatékonyabban távolítható el az anyag, és stabilabbá válik a forgácsképződés folyamata. A rendkívül nagy vágási sebesség azonban a szerszámkopáshoz és a hőképződés miatt megnövekedett forgácsolóerőhöz vezethet.
   • Előtolási sebesség: Az előtolás az a távolság, amelyet a szerszám megtett fordulatonként vagy foganként. A nagyobb előtolás általában növeli a vágási erőt, mivel egységnyi idő alatt több anyagot távolítanak el.
   • Vágásmélység: A nagyobb vágásmélység nagyobb erőt igényel az anyag eltávolításához. A vágási mélység növekedésével a forgács keresztmetszete is növekszik, ami nagyobb forgácsolóerőket eredményez.

A vágóerő számítási módszerei

1. Empirikus képletek
   Az empirikus képleteket széles körben használják az iparban a forgácsolóerő becslésére. Ezek a képletek kísérleti adatokon alapulnak, és figyelembe veszik a fent említett tényezőket. Az esztergálási műveletek egyik leggyakoribb empirikus képlete a Merchant egyenlete:
   [F_{t}=K_{c} \cdot A_{c}]
   ahol (F_{t}) a tangenciális vágóerő, (K_{c}) a fajlagos forgácsolóerő (amely a munkadarab anyagától, a szerszám geometriájától és a forgácsolási feltételektől függ), és (A_{c}) a forgács keresztmetszete. A forgács keresztmetszeti területe (A_{c}) a következőképpen számítható ki: (A_{c}=f\cdot a_{p}), ahol (f) az előtolási sebesség és (a_{p}) a vágásmélység.

2. Végeselem-elemzés (FEA)
   A végeselem-elemzés egy fejlettebb módszer a forgácsolóerő kiszámítására. Ez magában foglalja a vágási folyamat numerikus modelljének létrehozását, beleértve a szerszámot, a munkadarabot és a vágási feltételeket. A FEA képes szimulálni a szerszám és a munkadarab közötti összetett kölcsönhatásokat, figyelembe véve olyan tényezőket, mint az anyag deformációja, hőképződés és súrlódás. A FEA azonban speciális szoftvert és jelentős számítási erőforrásokat igényel.

   

3. Műszeres vágási tesztek
   A műszeres forgácsolási tesztek során erőérzékelőket használnak a forgácsolóerő közvetlen mérésére a megmunkálási folyamat során. Ez a módszer pontos adatokat szolgáltat, de időigényes és drága berendezéseket igényel. Gyakran használják kutatási célokra vagy az empirikus képletekből vagy FEA-ból nyert eredmények validálására.

A vágóerő kiszámításának fontossága a CNC-szerszám kiválasztásához

A megfelelő CNC-szerszám kiválasztásához elengedhetetlen a forgácsolóerő pontos kiszámítása. Ha a forgácsolóerő túl nagy egy adott szerszámhoz, az a szerszám idő előtti kopásához, töréséhez és a munkadarab rossz felületi minőségéhez vezethet. Másrészt, ha a forgácsolóerő sokkal kisebb, mint a szerszám kapacitása, előfordulhat, hogy a megmunkálási folyamat nem lesz hatékony.

Például, amikor kemény anyagokkal dolgozik, előfordulhat, hogy erős forgácsolóéllel és megfelelő geometriájú szerszámot kell választania, hogy ellenálljon a nagy forgácsolóerőknek. A miénkDiamond Finger Bitkiváló választás nagy erejű alkalmazásokhoz. Gyémánt hegyű kialakítása nagy keménységet és kopásállóságot biztosít, lehetővé téve a kemény anyagok könnyű kezelését.

Hasonlóképpen a forgácsolóerő pontos szabályozását igénylő műveletekhez, mint például a finomsimítás, éles vágóéllel és optimalizált geometriájú szerszámra van szükség. A miénkGyémánt fúrófej kőhözÚgy tervezték, hogy pontos és hatékony fúrást biztosítson kőanyagokban, ahol a forgácsolóerőt gondosan ellenőrizni kell, hogy elkerülje a repedést vagy a repedést.

A köszörülési műveleteknél aGyémánt szúró kerékegy nagyszerű lehetőség. Képes kezelni az anyageltávolítás során jelentkező nagy erőket, miközben egyenletes felületkezelést biztosít.

Tippek a vágóerő csökkentésére

1. Optimalizálja a vágási paramétereket
   • Állítsa be a vágási sebességet, az előtolási sebességet és a vágási mélységet, hogy megtalálja az optimális kombinációt, amely csökkenti a vágási erőt a termelékenység feláldozása nélkül. Például a vágási sebesség kismértékű növelése és az előtolás csökkentése néha a vágóerő csökkenéséhez vezethet.
2. Használjon megfelelő szerszámbevonatot
   A szerszámbevonatok csökkenthetik a súrlódást a szerszám és a munkadarab között, ezáltal csökkentve a forgácsolóerőt. Az olyan bevonatokat, mint a titán-nitrid (TiN), a titán-karbonitrid (TiCN) és az alumínium-titán-nitrid (AlTiN), gyakran használják a szerszám teljesítményének javítására.
3. A szerszám élességének megőrzése
   Az éles vágóél kisebb erőt igényel az anyag eltávolításához. Rendszeresen ellenőrizze és élesítse újra vagy cserélje ki az elhasználódott szerszámokat az egyenletes vágási teljesítmény biztosítása érdekében.

Következtetés

A CNC szerszámok forgácsolóerejének kiszámítása összetett, de nélkülözhetetlen feladat minden megmunkálási művelethez. A forgácsolóerőt befolyásoló tényezők megértésével, megfelelő számítási módszerek alkalmazásával és a megfelelő szerszámok kiválasztásával optimalizálhatja megmunkálási folyamatait, javíthatja a szerszám élettartamát, és kiváló minőségű munkadarabokat érhet el.

Ha többet szeretne megtudni CNC eszközeinkről, vagy segítségre van szüksége az adott alkalmazáshoz szükséges forgácsolóerő kiszámításához, forduljon hozzánk bizalommal. Azért vagyunk itt, hogy segítsünk Önnek a legtöbbet kihozni megmunkálási műveleteiből.

Hivatkozások

• Boothroyd, G. és Knight, WA (2006). A megmunkálás és a szerszámgépek alapjai. CRC Press.
• Trent, EM és Wright, PK (2000). Fémvágás. Butterworth – Heinemann.