Otřepy po obrábění jsou nepříjemné, ale nebojte se! Zde je řešení. Proces řezání kovu je často doprovázen tvorbou otřepů. Přítomnost otřepů nejen snižuje přesnost obrábění a kvalitu povrchu obrobku, což má vliv na výkon výrobku, ale někdy může dokonce způsobit nehody. Problém otřepů se obvykle řeší odstraněním otřepů. Odstraňování otřepů je ne-produktivní proces; nejen zvyšuje náklady na výrobek a prodlužuje výrobní cyklus výrobku, ale nesprávné odstraňování otřepů může také vést k sešrotování celého výrobku, což způsobuje ekonomické ztráty.
Tento článek nejprve systematicky analyzuje hlavní faktory ovlivňující tvorbu otřepů při čelním frézování a poté zkoumá metody a techniky pro snížení a kontrolu otřepů při frézování z pohledu konstrukčního návrhu až po výrobu.
I. Hlavní formy otřepů při čelním frézování Podle klasifikačního systému otřepů řezného pohybu-břitu nástroje spadají otřepy vznikající při čelním frézování hlavně do pěti forem: otřepy na obou stranách hlavního ostří, otřepy vyřezávané z boční hrany ve směru řezu, otřepy vyřezávané ze spodní hrany ve směru řezu a otřepy ve směrech posuvu (viz obrázek 1).
Obraz
Obrázek 1. Otřepy vzniklé při čelním frézování
Obecně řečeno, otřepy ve směru řezu-na spodní hraně jsou větší a obtížněji se odstraňují než jiné otřepy. Proto se tento článek zaměřuje na otřepy ve směru řezání spodní-hrany jako na hlavní výzkumný objekt.
Na základě různých velikostí a tvarů otřepů ve směru řezu spodní{0}}hrany při čelním frézování je lze rozdělit do tří typů: otřepy typu I (větší velikosti, obtížně odstranitelné a dražší na odstranění), otřepy typu II (menší velikosti, lze je nechat neodstranitelné nebo snadno odstranitelné) a otřepy typu III, tj. negativní otřepy (jak je znázorněno na obrázku 2).
Obraz
Obrázek 2. Typy otřepů ve směru řezání spodní-hrany během frézování
II. Hlavní faktory ovlivňující tvorbu otřepů při čelním frézování
Tvorba otřepů je velmi složitý proces deformace materiálu. Mnoho faktorů, jako jsou vlastnosti materiálu obrobku, geometrie, povrchová úprava, geometrie nástroje, dráha řezu nástroje, opotřebení nástroje, řezné parametry a spotřeba chladicí kapaliny, přímo ovlivňuje tvorbu otřepů. Obrázek 3 ukazuje vývojový diagram faktorů ovlivňujících otřepy pro čelní frézování. Za specifických podmínek frézování závisí morfologie a velikost otřepů na konci frézování na kombinovaném účinku různých ovlivňujících faktorů, ale různé faktory mají různé účinky na tvorbu otřepů.
Obrázek 3: Schéma řízení příčin-a{2}}důsledků tvorby otřepů při frézování
1. Vstup/výstup nástroje
Obecně jsou otřepy generované, když nástroj opouští obrobek, větší než ty, které vznikají, když nástroj vstupuje do obrobku.
2. Úhel výstupu roviny
Rovinný výstupní úhel má významný vliv na tvorbu otřepů ve směru řezu spodní hrany. Výstupní úhel roviny je definován jako úhel mezi směrem řezné rychlosti (vektorová kombinace rychlosti nástroje a rychlosti posuvu) v bodě kolmém k ose frézy na řezné hraně, když řezná hrana opouští čelní plochu obrobku, a směrem čelní plochy obrobku. Směr čelní plochy obrobku je od vstupního bodu nástroje k výstupnímu bodu nástroje. Jak je znázorněno na obrázku 5, Ψ je rovinný výstupní úhel s rozsahem 0 stupňů < Ψ menším nebo rovným 180 stupňům.
Experimentální výsledky ukazují, že výška otřepu se mění s hloubkou řezu, to znamená, že jak se hloubka řezu zvětšuje, otřepy se mění z otřepů typu I na otřepy typu II. Minimální hloubka frézování potřebná k výrobě otřepů typu II se obvykle nazývá mezní hloubka řezu, označovaná jako dcr. Obrázek 6 ukazuje vliv rovinného úhlu řezu a hloubky řezu na výšku otřepu při obrábění hliníkové slitiny.
Obrázek 6 Typ otřepu, rovinný úhel řezu a hloubka řezu
Jak je vidět z obrázku 6, čím větší je rovinný úhel řezu, tím větší je mezní hloubka řezu. Když je rovinný úhel výřezu větší než 120 stupňů, velikost otřepu typu I je větší a limitní hloubka řezu pro přechod na otřepy typu II je také větší. Menší rovinný úhel výřezu je proto vhodný pro vytváření otřepů typu II, protože čím menší je Ψ, tím je relativně vyšší tuhost opěry koncové{4}}čelní plochy a tím méně je pravděpodobné, že se vytvoří otřepy.
Velikost a směr rychlosti posuvu mají určitý vliv na velikost a směr kombinované rychlosti v, což zase ovlivňuje rovinný úhel řezu a tvorbu otřepů. Proto čím větší je rychlost posuvu a úhel odsazení výstupní hrany, tím menší je Ψ, což více přispívá k potlačení tvorby větších otřepů (jak je znázorněno na obrázku 7). Obraz
Obrázek 7. Vliv směru podávání na tvorbu otřepů
3. Sekvence odtahování hrotu nástroje (EOS)
Při čelním frézování velikost otřepu do značné míry závisí na sekvenci zasouvání hrotu nástroje. Jak je znázorněno na obrázku 8: Bod A je na sekundárním ostří, bod C je na primárním ostří a bod B je vrchol hrotu nástroje. Předpokládejme, že hrot nástroje je ostrý, tj. ignorujte poloměr hrotu nástroje. Pokud se hrana B-C stáhne z obrobku jako první a poté hrana A-B, tříska je zavěšena na obrobené ploše. Jak frézování postupuje, tříska je vytlačována z obrobku a vytváří ve směru řezu větší otřepy spodní hrany. Pokud se hrana A-B stáhne z obrobku jako první a následuje hrana B-C, tříska se přivěsí na přechodovou plochu a odřízne se z obrobku a vytvoří menší otřepy na spodní hraně ve směru řezu.
Experimenty ukazují, že:
① Sekvence zatahování hrotu nástroje, která postupně zvětšuje velikost otřepu, je ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA.
② Výsledky dosažené EOS jsou stejné, kromě toho, že při stejné sekvenci stahování vytvářejí tvárné materiály větší otřepy než křehké materiály. Sekvence výstupu hrotu nástroje souvisí nejen s geometrií nástroje, ale také s faktory, jako je rychlost posuvu, hloubka řezu, geometrie obrobku a řezné podmínky. Je to kombinace faktorů, které ovlivňují tvorbu otřepů.
Obraz
Obrázek 8: Sekvence výstupu hrotu nástroje a tvorba otřepů
4. Vliv dalších faktorů
① Parametry frézování, teplota frézování a řezné prostředí mají také určitý vliv na tvorbu otřepů. Vliv některých klíčových faktorů, jako je rychlost posuvu a hloubka řezu, se odráží v teorii rovinného výstupního úhlu a teorii EOS výstupní sekvence hrotu nástroje, které zde nebudeme rozvádět;
② Čím lepší je plasticita materiálu obrobku, tím snazší je vytvářet otřepy typu I. Při čelním frézování křehkých materiálů podporuje velká rychlost posuvu nebo rovinný výstupní úhel tvorbu otřepů (defektů) typu III.
③ Když je úhel mezi čelní plochou obrobku a obrobenou rovinou větší než pravý úhel, zvýšená tuhost podpěry čelní plochy brání tvorbě otřepů.
④ Použití frézovací kapaliny prodlužuje životnost nástroje, snižuje opotřebení nástroje, maže proces frézování, a tím snižuje velikost otřepů.
⑤ Opotřebení nástroje výrazně ovlivňuje tvorbu otřepů. Když se nástroj do určité míry opotřebuje, zvětší se poloměr hrotu nástroje, což vede k větším otřepům nejen ve směru vytahování nástroje, ale také ve směru vstupu nástroje. Mechanismus vyžaduje další zkoumání.
⑥ Tvoření otřepů ovlivňují i další faktory, jako je materiál nástroje. Za stejných řezných podmínek jsou diamantové nástroje při potlačování tvorby otřepů účinnější než jiné nástroje.
III. Základní přístupy k řízení tvorby otřepů při frézování Tvorba otřepů při frézování je ovlivněna různými faktory, včetně specifického procesu frézování, struktury obrobku a geometrie nástroje. Aby se omezily otřepy při frézování na konci{2}}, musí být tvorba otřepů kontrolována a minimalizována z mnoha hledisek.
1. Rozumný konstrukční návrh: Tvorba otřepů je do značné míry ovlivněna strukturou obrobku. Různé struktury obrobků mají za následek značné rozdíly ve tvaru a velikosti otřepů na hranách po obrábění. Pokud jsou materiál obrobku a povrchová úprava předem určeny, pak geometrie obrobku a hrany jsou rozhodujícími faktory určujícími tvorbu otřepů.
2. Vhodná posloupnost obrábění: Pořadí obrábění také ovlivňuje tvar a velikost otřepů na konci-frézování. Různé tvary a velikosti otřepů mají za následek různé pracovní zatížení při odstraňování otřepů a související náklady. Proto je výběr vhodné sekvence obrábění účinným způsobem, jak snížit náklady na odstraňování otřepů.
Obrázek 9: Způsob řízení výběru sekvence obrábění
Na obr. 10a, pokud se vrtání provádí před frézováním roviny, na obvodu otvoru se snadno vytvoří větší řezné otřepy; pokud se rovina nejprve frézuje a poté vrtá, vznikají na obvodu otvoru pouze menší otřepy na vstupu do vrtání. Podobně na obrázku 10b jsou otřepy vytvořené nejprve frézováním horního povrchu a poté konkávního obrysu menší než otřepy vytvořené nejprve opracováním konkávního obrysu a poté frézováním roviny. 3. Vyhněte se stažení nástroje
Zabránění zatažení nástroje je účinný způsob, jak zabránit tvorbě otřepů, protože je to hlavní faktor při tvorbě otřepů ve směru řezu. Obecně platí, že otřepy vznikající při výstupu frézy z obrobku jsou větší, zatímco otřepy vznikající při vstupu frézy jsou menší. Proto je třeba během obrábění co nejvíce zamezit výstupu frézy. Jak je znázorněno na obr. 4, otřepy vyrobené s použitím obr. 4b jsou menší než otřepy vytvořené na obr. 4a.
4. Vyberte vhodnou dráhu nástroje
Jak ukazuje předchozí analýza, když je rovinný-úhel výřezu menší než určitá hodnota, výsledná velikost otřepu je menší. Úhel rovinného řezu- lze změnit změnou šířky frézování, rychlosti posuvu (velikost a směr) a rychlosti otáčení (velikost a směr). Vytváření otřepů typu I lze proto předejít výběrem vhodné dráhy nástroje (viz obrázek 11).
Obrázek 10: Metoda řízené dráhy nástroje
Obrázek 10a ukazuje tradiční klikatou dráhu nástroje. Stínované oblasti na obrázku označují místa, kde mohou vznikat větší otřepy ve směru řezu. Obrázek 10b používá vylepšenou dráhu nástroje, která může zabránit tvorbě řezných otřepů. Přestože dráha nástroje na obrázku 11b je o něco delší a zabere o něco více času frézování než dráha na obrázku 10a, eliminuje to potřebu dalšího procesu odstraňování otřepů. Na rozdíl od toho obr. 10a vyžaduje značné množství času na odstraňování otřepů (ačkoli zastíněné oblasti představující tvorbu otřepů nejsou četné, všechny hrany obsahující otřepy musí být během skutečného odstraňování otřepů překročeny). Celkově je tedy dráha nástroje na obrázku 10b lepší než dráha na obrázku 10a, pokud jde o kontrolu otřepů.
5. Výběr vhodných parametrů frézování
Parametry čelního frézování (jako je posuv na zub, šířka čelního frézování, hloubka čelního frézování a geometrie nástroje) mají určitý vliv na tvorbu otřepů.
Tvorbu otřepů při čelním frézování ovlivňují různé faktory, z nichž hlavní jsou: vstup/výstup nástroje, úhel výstupu roviny, sekvence výstupu hrotu nástroje a parametry frézování. Konečný tvar a velikost otřepu jsou výsledkem kombinovaného účinku těchto faktorů.
Tento článek analyzuje hlavní faktory ovlivňující tvorbu frézovacích otřepů z celého procesu, včetně konstrukčního návrhu obrobku, uspořádání procesu obrábění, parametrů frézování a výběru nástroje. Navrhuje techniky, procesy a metody k potlačení nebo redukci otřepů při frézování, jako je řízení dráhy frézy, výběr vhodné sekvence obrábění a zlepšení konstrukčního návrhu. Tyto metody poskytují proveditelná technická řešení pro aktivní řízení velikosti otřepů, zlepšení kvality produktu, snížení nákladů a zkrácení výrobních cyklů při frézování.
