Grader etter maskinering er irriterende, men ikke bekymre deg! Her er en løsning. Metallkutteprosessen er ofte ledsaget av graddannelse. Tilstedeværelsen av grader reduserer ikke bare maskineringsnøyaktigheten og overflatekvaliteten til arbeidsstykket, noe som påvirker produktets ytelse, men kan noen ganger til og med forårsake ulykker. Gradproblemet løses vanligvis ved avgrading. Avgrading er en ikke-produktiv prosess; det øker ikke bare produktkostnadene og forlenger produktproduksjonssyklusen, men feil fjerning av grader kan også føre til at hele produktet kasseres, noe som kan føre til økonomiske tap.
Denne artikkelen analyserer først systematisk hovedfaktorene som påvirker dannelsen av grader ved endefresing, og utforsker deretter metoder og teknikker for å redusere og kontrollere fresegrader fra perspektivet av strukturell design til produksjon.
I. Hovedformer for grader i endefresing I henhold til grader klassifiseringssystemet for skjærebevegelse-verktøysskjærekant, faller grader som genereres under endefresing hovedsakelig i fem former: grader på begge sider av hovedskjæreeggen, grader som skjæres ut fra sidekanten i skjæreretningen, grader som skjæres ut fra bunnkanten, matingsretningen i skjæringen (se figur 1).
Bilde
Figur 1. Grader dannet under endefresing
Generelt sett er bunn-skjæreretningsgrader større og vanskeligere å fjerne enn andre grader. Derfor fokuserer denne artikkelen på bunn-skjæringsretningsgrader som hovedforskningsobjektet.
Basert på de forskjellige størrelsene og formene på bunn--skjæreretningsgrader ved endefresing, kan de deles inn i tre typer: Type I-grater (større størrelse, vanskelig å fjerne og dyrere å fjerne), Type II-grater (mindre størrelse, kan ikke fjernes eller enkelt fjernes), og Type III-grader, dvs. vist i negative grader (2).
Bilde
Figur 2. Typer av bunn-skjæreretningsgrader under fresing
II. Hovedfaktorer som påvirker graddannelse ved endefresing
Graddannelse er en svært kompleks materialdeformasjonsprosess. Mange faktorer, som arbeidsstykkets materialegenskaper, geometri, overflatebehandling, verktøygeometri, verktøyskjærebane, verktøyslitasje, skjæreparametere og kjølemiddelbruk, påvirker dannelsen av grader direkte. Figur 3 viser et flytskjema over faktorer som påvirker endefreser. Under spesifikke freseforhold avhenger morfologien og størrelsen til ende-fresegrader av den kombinerte effekten av ulike påvirkningsfaktorer, men ulike faktorer har ulike effekter på graddannelse.
Figur 3: Årsak-og-virkningskontrolldiagram for dannelse av fresegrad
1. Inn/utgang av verktøy
Vanligvis er grader som genereres når verktøyet går ut av arbeidsstykket, større enn de som genereres når verktøyet går inn i arbeidsstykket.
2. Plan utgangsvinkel
Den plane utgangsvinkelen har en betydelig innvirkning på dannelsen av grader i nedre kantskjæringsretning. Planutgangsvinkelen er definert som vinkelen mellom skjærehastighetens retning (vektorkombinasjonen av verktøyhastighet og matingshastighet) i et punkt vinkelrett på freseaksen på skjærekanten når skjæreggen går ut av arbeidsstykkets endeflate, og retningen til arbeidsstykkets endeflate. Retningen til arbeidsstykkets endeflate er fra verktøyinngangspunktet til verktøyets utgangspunkt. Som vist i figur 5, er Ψ den plane utgangsvinkelen, med et område på 0 grader < Ψ Mindre enn eller lik 180 grader.
Eksperimentelle resultater viser at skjærehøyden endrer form med skjæredybden, det vil si at etter hvert som skjæredybden øker, endres skjæret fra Type I-grad til Type II-grad. Den minste fresedybden som kreves for å produsere Type II grader kalles typisk den begrensende skjæredybden, angitt med dcr. Figur 6 viser effekten av den plane utskjæringsvinkelen og skjæredybden på gradhøyden ved maskinering av en aluminiumslegering.
Figur 6 Gradtype, plan utskjæringsvinkel og skjæredybde
Som det fremgår av figur 6, er den begrensende skjæredybden større jo større den plane utskjæringsvinkelen er. Når den plane utskjæringsvinkelen er større enn 120 grader, er Type I-gradstørrelsen større, og den begrensende skjæredybden for overgang til Type II-grad er også større. Derfor er en mindre plan utskjæringsvinkel gunstig for dannelsen av Type II-grad fordi jo mindre Ψ er, jo relativt høyere er stivheten til ende-flatestøtten, og desto mindre sannsynlig er det å danne grader.
Størrelsen og retningen til matehastigheten har begge en viss innflytelse på størrelsen og retningen til den kombinerte hastigheten v, som igjen påvirker den plane utskjæringsvinkelen og graddannelsen. Derfor, jo større matehastighet og utgangskantforskyvningsvinkel, jo mindre er Ψ, noe som er mer egnet til å undertrykke dannelsen av større grader (som vist i figur 7). Bilde
Figur 7. Påvirkning av materetning på gradformasjon
3. Verktøyspiss-retraksjonssekvens (EOS)
Under endefresing avhenger gradstørrelsen i stor grad av verktøyspissens tilbaketrekkingssekvens. Som vist i figur 8: Punkt A er på den sekundære skjærekanten, punkt C er på den primære skjærekanten, og punkt B er verktøyspissen. Anta at verktøyspissen er skarp, dvs. ignorer verktøyspissens radius. Hvis B-C-kanten trekker seg tilbake fra arbeidsstykket først, etterfulgt av A-B-kanten, er brikken hengslet på den maskinerte overflaten. Etter hvert som fresingen skrider frem, skyves sponen ut av arbeidsstykket, og danner en større bunnkantgrad i skjæringsretningen. Hvis A-B-kanten trekker seg tilbake fra arbeidsstykket først, etterfulgt av B-C-kanten, hengsles sponen på overgangsflaten og kuttes ut av arbeidsstykket, og danner en mindre bunnkantgrad i skjæringsretningen.
Eksperimenter viser at:
① Retraksjonssekvensen for verktøyspissen som øker gradstørrelsen sekvensielt er ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA.
② Resultatene produsert av EOS er de samme, bortsett fra at under samme tilbaketrekkingssekvens produserer duktile materialer større grader enn sprø materialer. Utgangssekvensen for verktøyspissen er ikke bare relatert til verktøyets geometri, men også til faktorer som matehastighet, skjæredybde, emnegeometri og skjæreforhold. Det er en kombinasjon av faktorer som påvirker graddannelse.
Bilde
Figur 8: Utgangssekvens for verktøyspissen og graddannelse
4. Påvirkning av andre faktorer
① Freseparametere, fresetemperatur og skjæremiljø har også en viss innvirkning på graddannelse. Påvirkningen av noen nøkkelfaktorer, som matehastighet og skjæredybde, gjenspeiles gjennom teorien om planutgangsvinkel og EOS-teorien om utgangssekvens for verktøyspisser, som ikke vil bli utdypet her;
② Jo bedre plastisiteten til arbeidsstykkematerialet er, desto lettere er det å danne Type I grader. Ved endefresing av sprø materialer fremmer en stor matehastighet eller plan utgangsvinkel dannelsen av Type III-grader (defekter).
③ Når vinkelen mellom arbeidsstykkets endeflate og det bearbeidede planet er større enn en rett vinkel, hindrer den økte støttestivheten til endeflaten gratdannelse.
④ Bruken av fresevæske forlenger verktøyets levetid, reduserer verktøyslitasje, smører freseprosessen og reduserer dermed gradstørrelsen.
⑤ Verktøyslitasje påvirker graddannelsen betydelig. Når verktøyet slites til en viss grad, øker verktøyspissens radius, noe som fører til større grader ikke bare i verktøyets uttrekksretning, men også i verktøyets innføringsretning. Mekanismen krever ytterligere undersøkelser.
⑥ Andre faktorer, som for eksempel verktøymateriale, påvirker også graddannelse. Under de samme skjæreforholdene er diamantverktøy mer effektive enn andre verktøy for å undertrykke graddannelse.
III. Grunnleggende tilnærminger for å kontrollere fresegradformasjon Sluttfresegraddannelse påvirkes av ulike faktorer, inkludert den spesifikke freseprosessen, arbeidsstykkets struktur og verktøygeometri. For å redusere ende-fresegrader, må gratdannelse kontrolleres og minimeres fra flere aspekter.
1. Rimelig strukturell design: Graddannelse er i stor grad påvirket av arbeidsstykkets struktur. Ulike arbeidsstykkestrukturer resulterer i betydelige forskjeller i form og størrelse på grader i kantene etter bearbeiding. Hvis arbeidsstykkematerialet og overflatebehandlingen er forhåndsbestemt, er arbeidsstykkets geometri og kanter avgjørende faktorer som bestemmer graddannelse.
2. Passende maskineringssekvens: Maskineringssekvensen påvirker også formen og størrelsen på ende-fresegrader. Ulike gradformer og -størrelser resulterer i forskjellige avgradingsarbeidsmengder og relaterte kostnader. Derfor er å velge en passende maskineringssekvens en effektiv måte å redusere avgradingskostnadene på.
Figur 9: Kontrollmetode for valg av maskineringssekvens
I figur 10a, hvis boring utføres før fresing av planet, genereres det lett større skjæregrader på omkretsen av hullet; hvis flyet freses først og deretter bores, genereres bare mindre boreinnføringsgrader på omkretsen av hullet. Tilsvarende, i figur 10b, er gratene dannet ved å frese den øvre overflaten først og deretter den konkave konturen mindre enn de som dannes ved å bearbeide den konkave konturen først og deretter frese planet. 3. Unngå verktøytilbaketrekking
Å unngå tilbaketrekking av verktøy er en effektiv måte å forhindre gradsdannelse på, siden det er en viktig faktor for gradsdannelse i skjæringsretningen. Generelt er gradene som produseres når fresen kommer ut av arbeidsstykket større, mens de som produseres når den kommer inn er mindre. Derfor bør utgang av freser unngås så mye som mulig under bearbeiding. Som vist i figur 4, er gratene produsert ved bruk av figur 4b mindre enn de som er produsert i figur 4a.
4. Velg en passende verktøybane
Som den forrige analysen viser, når den plane utskjæringsvinkelen-er mindre enn en viss verdi, er den resulterende gradstørrelsen mindre. Den plane utskjæringsvinkelen- kan endres ved å endre fresebredden, matehastigheten (størrelse og retning) og rotasjonshastighet (størrelse og retning). Derfor kan dannelsen av Type I-grader unngås ved å velge en passende verktøybane (se figur 11).
Figur 10: Kontrollert verktøybanemetode
Figur 10a viser en tradisjonell sikksakk-verktøybane. De skraverte områdene i figuren indikerer steder hvor større grader i skjæringsretningen kan genereres. Figur 10b bruker en forbedret verktøybane som kan unngå dannelse av skjæregrader. Selv om verktøybanen i figur 11b er litt lengre og tar litt lengre fresetid enn den i figur 10a, eliminerer den behovet for en ekstra avgradingsprosess. I motsetning til dette krever figur 10a en betydelig mengde avgradingstid (selv om de skyggelagte områdene, som representerer graddannelse, ikke er mange, må alle kanter som inneholder grader krysses under faktisk avgrading). Totalt sett er derfor verktøybanen i figur 10b overlegen den i figur 10a når det gjelder gradkontroll.
5. Velge passende freseparametere
Endfreseparametere (som mating per tann, endefresebredde, endefresedybde og verktøygeometri) har en viss innflytelse på graddannelse.
Endefresegraddannelse påvirkes av ulike faktorer, de viktigste er: verktøyinngang/utgang, plan utgangsvinkel, verktøyspissens utgangssekvens og freseparametere. Den endelige formen og størrelsen på graten er resultatet av den kombinerte effekten av disse faktorene.
Denne artikkelen analyserer de viktigste påvirkningsfaktorene for generering av freser fra hele prosessen, inkludert arbeidsstykkets strukturell design, maskineringsprosessarrangement, freseparametere og verktøyvalg. Den foreslår teknikker, prosesser og metoder for å undertrykke eller redusere fresegrader, for eksempel å kontrollere freserbanen, velge en passende maskineringssekvens og forbedre konstruksjonsdesign. Disse metodene gir gjennomførbare tekniske løsninger for aktiv kontroll av gradstørrelse, forbedring av produktkvalitet, reduserte kostnader og forkorting av produksjonssykluser ved fresing.
