Когато става въпрос за рязане на метал, има три основни фактора, които определят процеса: скорост на рязане, която по същество е колко бързо се движи повърхността, където инструментът се допира до заготовката; скорост на подаване, означаваща колко много инструментът напредва при всяко завъртане; и дълбочина на рязане, която показва колко дълбоко в материала навлиза инструментът. Тези обаче не са независими фактори. Промените в един параметър незабавно влияят на другите. Вземете например скоростта на подаване. Ако някой се опита да увеличи скоростта на подаване, без да промени нищо друго, вероятно ще трябва да намали дълбочината на рязане. В противен случай инструментът ще бъде прекомерно натоварен и ще започне да вибрира или хрипти, което никой не иска да види на работното място.
Когато скоростите на рязане нарастват, се генерира повече топлина, което ускорява износването на инструментите, освен ако не се направят корекции в подаването или дълбочината на рязане. Например, при работа с материали от въглеродна стомана, увеличаването на подаването с около 20% често означава намаляване на дълбочината на рязане с около 15%, ако искаме да предотвратим ранно повреждане на режещите инструменти. Твърде голяма дълбочина води до по-силни вибрации, а прекалено високи скорости при труднообработваеми сплави като Inconel 718 могат дори да причинят образуване на пукнатини поради прекомерно натрупване на топлина. Намирането на правилния баланс между всички тези фактори е ключът към успешна обработка, защото грешката в тази комбинация води до лоши резултати, загубено време и скъпи разходи за смяна на инструменти.
Производителите прилагат емпирични модели, като уравнението на Тейлър за стойността на инструмента ( VT н = C ) за насочване на решенията — където V е скоростта на рязане, T е стойността на инструмента, а C и н са константи, зависещи от материала и инструмента. Например, намаляването на скоростта с 30% може да удвои стойността на инструмента при фрезоване на титан. Основните компромиси включват:
| Цел | Настройка на параметри | Компромисен риск |
|---|---|---|
| По-висока производителност | ↑ Подаване / ↓ Дълбочина | Счупване на инструмента, лошо качество на повърхността |
| Ниска цена | ↓ Скорост на рязане | Увеличено време за обработка |
| По-финина на повърхността | ↓ Подаване / ↑ Скорост | Намалена скорост на отстраняване на материал |
Изборът на параметри, базиран на данни, отчита приложните изисквания: аерокосмическите компоненти изискват тесни допуски (предпочитат се умерени подавания), докато грубото фрезоване максимизира дълбочината на рязане. Този систематичен подход елиминира неефективното пробно настройване, подобрявайки както оперативната ефективност, така и качеството на детайлите.
Характеристиките на материалите поставят важни ограничения, когато става въпрос за безопасна и ефективна рязка на метали. Вземете например въглеродната стомана AISI 1045, която обикновено варира между 15 и 25 по скалата на Рокуел за твърдост. С твърдосплавни инструменти операторите обикновено могат да достигнат скорости на рязане от 120 до 250 метра в минута. Нещата обаче се променят значително при работа с никелови суперсплави като Inconel 718, които имат твърдост около 35 до 45 по скалата. Тези материали изискват много по-ниски скорости, често под 30 метра в минута, тъй като бързо се накърняват и оказват огромно напрежение върху режещите инструменти. Възможността всичко това да се осъществи се дължи на фундаментални разлики в поведението на тези материали на молекулно ниво по време на процесите на механична обработка.
| Свойства на материала | Стомана AISI 1045 | Инконел 718 |
|---|---|---|
| Термична проводимост | Висока (51 W/м·K) | Ниска (11,4 W/м·K) |
| Склонност към упрочняване при обработка | Умерена | Тежки |
| Оптимален диапазон на скоростта | 150±30 м/мин | 20±5 м/мин |
Надвишаването на препоръчителните скоростни режими ускорява износването по фланците—до 300% при твърди сплави—според ASM International. Затова е съществено да се избират по-консервативни скорости, за да се контролира топлинното образуване и да се запази цялостността на инструмента.
Геометрията на заготовката ограничава постижимите дълбочини на рязане (DOC). При например лист от неръждаема стомана с дебелина 0,5 mm може да се наложи дълбочина на рязане ≤ 0,1 mm, за да се предотврати огъване, докато алуминиев блок с дебелина 50 mm може да издържи до 5 mm дълбочина на рязане. Три механични фактора определят стабилността:
Например, постигането на IT7 точност при титанов елемент с размер 10 мм обикновено изисква дълбочина на рязане (DOC) < 1,5 мм. Проучвания от практиката показват, че неправилният избор на дълбочина на рязане допринася за 72% от ранните повреди на пластини при обработка на тънкостенни детайли (Списание за технология на материалите, 2023 г.).
Класическото уравнение на Тейлър за живота на инструмента (VTn = C) все още има значение, въпреки че начина, по който се прилага, се е променил значително благодарение на по-добрите инструменти, налични днес. Нови покрития като титан алуминиев нитрид (TiAlN) позволяват на механиците да работят с много по-високи скорости при обработка на втвърдени стомани, около 45 до 65 метра в минута, без инструментите бързо да се износват. Когато производителите комбинират тези съвременни покрития с традиционни модели, те могат да намалят разходите за инструменти с около 30% при производство на големи серии. Това, което прави този подход ефективен, е топлинната стабилност на тези покрития, която помага да се предотвратят проблеми с залепване при машинна обработка на материали за аерокосмическа индустрия. Така че въпреки всички постижения, основните принципи на Тейлър продължават да насочват практическия процес на машинна обработка в различни индустрии.
Ефективното термично управление се основава на целенасочена подаване на охлаждащата течност:
Оптималният подбор на охладител осигурява баланс между вискозитета и топлопроводността — не само за потискане на температурните скокове, но и за предотвратяване на повърхностно затвърдяване и поддържане на шероховатост Ra ≤ 0,8 µm.
Основните параметри при металообработване са скорост на рязане, подаване и дълбочина на рязане. Всеки от тях влияе на другите, така че промяната на един може да повлияе на останалите.
Балансирането на тези фактори е от решаващо значение, тъй като неправилните настройки могат да доведат до проблеми като износване на инструмента, вибрации или лошо качество на повърхността, което може да повлияе върху общото качество и ефективност на процеса на обработка.
Различни материали, като стомана AISI 1045 спрямо Inconel 718, се държат по различен начин при условия на механична обработка. Съставът, твърдостта и топлинните свойства определят подходящите настройки за скорост, подаване и дълбочина за безопасно и ефективно рязане.
Срокът на служба на инструмента може да бъде удължен чрез оптимизиране на параметрите за рязане и използване на напреднали покрити пластинки. Прилагането на съвременни версии на емпирични модели като уравнението на Тейлър за живот на инструмента може да насочи към по-добри практики при машинна обработка.
EN
