Ko gre za rezkanje kovin, obstajajo trije ključni dejavniki, ki določajo, kako stvari delujejo: hitrost rezkanja, kar je v osnovi, kako hitro se premika površina, kjer orodje sreča obdelovanec; pospeševanje, kar pomeni, koliko se orodje napreduje med vsako obratnijo; in globina reza, kar pomeni, kako globoko v materialu orodje zahaja. To niso neodvisni dejavniki. Spremenite en parameter in drugi se takoj spremenijo. Vzemimo na primer pospeševanje. Če nekdo poskusi povečati pospeševanje, ne da bi karkoli drugega prilagodil, bo verjetno moral zmanjšati globino reza. Sicer se orodje preobremeni in začne vibrirati ali drgetati, kar pa nikomur ni všeč na delavnici.
Ko se rezne hitrosti povečajo, nastaja več toplote, kar pospeši obrabo orodij, razen če se prilagodita posušek ali globina reza. Na primer, pri obdelavi kaljenih jekel povečanje posuška za okoli 20 % pogosto pomeni zmanjšanje globine reza za približno 15 %, če želimo preprečiti predčasno odpoved orodja. Prevelika globina reza poveča težave z vibracijami, hkrati pa lahko previsoke hitrosti pri trdnih zlitinah, kot je Inconel 718, povzročijo nastanek razpok zaradi prekomernega nabiranja toplote. Uspelo bo le najdbo pravilnega ravnovesja med vsemi temi dejavniki, saj napačna kombinacija vodi do slabih rezultatov, izgube časa in dragih zamenjav orodij v prihodnosti.
Proizvajalci uporabljajo empirične modele, kot je Taylorjeva enačba življenjske dobe orodja ( VT n = C ) za vodenje odločitev—kjer je V rezalna hitrost, T življenjska doba orodja in C in n konstante, ki jih določata material in orodje. Na primer, zmanjšanje hitrosti za 30 % lahko podvoji življenjsko dobo orodja pri frizanju titanija. Pomembni kompromisi vključujejo:
| Cilj | Prilagoditev parametrov | Tveganje kompromisa |
|---|---|---|
| Višja produktivnost | ↑ Vpadna hitrost / ↓ Globina | Lom orodja, slaba končna površina |
| NIŽJE CENЕ | ↓ Hitrost rezanja | Podaljšan čas obdelave |
| Finša površinska gladkost | ↓ Vpreža / ↑ Hitrost | Zmanjšana hitrost odstranjevanja materiala |
Izbira parametrov na podlagi podatkov upošteva omejitve posamezne uporabe: za letalske komponente so značilne tesne tolerance (prednost zmernih vprež), medtem ko pri čistih prehodih maksimiziramo globino reza. Ta sistematični pristop odpravlja nepotrebno metode poskušanja in napak, s čimer izboljša operativno učinkovitost in kakovost izdelka.
Lastnosti materialov določajo pomembne omejitve pri varnem in učinkovitem rezanju kovin. Vzemimo jeklo z ogljikom, kot je AISI 1045, ki običajno meri med 15 do 25 na Rockwellovi lestvici trdote. Z orodji iz karbida lahko obratovalci splošno dosežejo hitrosti rezanja od 120 do 250 metrov na minuto. Ko pa delamo z nikljevimi superzlitinami, kot je Inconel 718, ki imajo trdoto okoli 35 do 45, pa se razmere precej spremenijo. Ti materiali zahtevajo veliko nižje hitrosti, pogosto pod 30 metrov na minuto, saj se hitro utrjujejo med obdelavo in povzročajo ogromen napen na rezna orodja. Omogočajo pa to temeljne razlike v obnašanju teh materialov na molekularni ravni med postopki obdelave.
| Lastnost materiala | Jeklo AISI 1045 | Inconel 718 |
|---|---|---|
| Termalna prevodnost | Visok (51 W/m·K) | Nizek (11,4 W/m·K) |
| Tendencija k utrjevanju med obdelavo | Umeren | Resnične |
| Optimalno območje hitrosti | 150±30 m/min | 20±5 m/min |
Presežene priporočene hitrosti pospešujejo obrabo bokov—do 300 % pri trdih zlitinah—kot navaja ASM International. Skrbno izbiranje hitrosti ostaja ključnega pomena za nadzor toplote in ohranjanje celovitosti orodja.
Geometrija obdelovanca omejuje dosegljive globine reza (DOC). Pri listu nerjavnega jekla debeline 0,5 mm lahko na primer zahtevamo DOC ≤ 0,1 mm, da preprečimo upogib, medtem ko plošča aluminija debeline 50 mm lahko prenese do 5 mm DOC. Na stabilnost vplivajo trije mehanski dejavniki:
Na primer, doseganje tolerance IT7 na titanovem delu s premerom 10 mm ponavadi zahteva globino rezanja (DOC) < 1,5 mm. Raziskave iz prakse kažejo, da nepравilna izbira globine rezanja prispeva k 72 % predčasnih okvar vstavkov pri obdelavi tankostenskih delov (Journal of Materials Processing Technology, 2023).
Klasična Taylorjeva enačba življenjske dobe orodja (VTn = C) še vedno velja, čeprav se njen način uporabe precej spremenil zaradi boljših orodij, ki so danes na voljo. Nove prevleke, kot je titanijev aluminijev nitrid (TiAlN), omogočajo obrtovcem delovanje pri veliko višjih hitrostih pri obdelavi zakalenih jekel, približno med 45 in 65 metrov na minuto, hkrati pa preprečujejo prehitro obrabo orodij. Ko proizvajalci združijo te moderne prevleke s tradicionalnimi modeli, lahko pri izdelavi večjih količin zmanjšajo stroške orodij za okoli 30 %. Ključ uspeha leži v tem, da termična stabilnost teh prevlek pomaga preprečiti lepljenje pri obdelavi materialov za letalsko in vesoljsko industrijo. Tako kljub vsem napredkom osnovni Taylorjevi načeli še naprej vodijo dejanskim praksam pri rezanju po različnih panogah.
Učinkovito upravljanje s toploto temelji na ciljani dostavi hladilnega sredstva:
Optimalna izbira hladilnega sredstva uravnoveša viskoznost in toplotno prevodnost – ne le za zatiranje temperaturnih sunkov, temveč tudi za preprečevanje zakruščevanja površine in ohranjanje površinske hrapavosti Ra ≤ 0,8 µm
Osnovni parametri pri obdelavi kovin so hitrost reza, posuk (vzdolžna hitrost) in globina reza. Vsak od njih vpliva na ostale, zato spremembe enega lahko vplivajo na druge.
Uračunavanje teh dejavnikov je ključno, saj lahko nepravilne nastavitve povzročijo težave, kot so obraba orodja, vibracije ali slaba kakovost površine, kar lahko vpliva na splošno kakovost in učinkovitost procesa obdelave.
Različni materiali, kot sta jeklo AISI 1045 in Inconel 718, se različno obnašata pri obdelavi. Sestava, trdota in toplotne lastnosti določajo primerna nastavitve hitrosti, posmika in globine za varno in učinkovito rezkanje.
Življenjsko dobo orodja je mogoče podaljšati z optimizacijo rezilnih parametrov in uporabo naprednih prevlečenih ploščic. Uporaba sodobnih verzij empiričnih modelov, kot je Taylorjeva enačba življenjske dobe orodja, lahko vodi k boljšim postopkom obdelave.
EN
