Режимы резания и трудные материалы: каталог, утонение стружки, стойкость, вибрации, нержавейка, титан, алюминий

Откуда технолог берёт режимы

Формулы n = 1000 · vc / (π · D) и vf = fz · z · n и пример пересчёта разобраны в уроке «Режимы резания, стружка и СОЖ» курса оператора. Задача технолога — выбрать исходные числа и обосновать их.

Источник один — каталог производителя инструмента: скорость резания vc и подача на зуб fz (или на оборот f) для конкретной серии, сплава и группы материала ISO. Важно понимать, что каталожная подача на зуб — это по сути толщина стружки при обычной ширине резания. Начинают с середины рекомендованного диапазона и уточняют по стружке и износу на первой детали.

Что технолог проверяет при назначении:

• Предел шпинделя. Если расчётные обороты выше максимальных, подачу на зуб сохраняют, а минутную пересчитывают на фактические обороты. Альтернатива — фреза большего диаметра: на тех же оборотах она даёт большую скорость резания.
• Ширина резания. При ae меньше D/2 — пересчёт подачи на утонение.
• Способ работы. Для полного паза, контура и рампы каталог даёт разные значения.

Обороты и подачу для своего инструмента удобно проверить в калькуляторе режимов резания.

Утонение стружки: пересчёт подачи

Пока ширина резания не меньше половины диаметра, наибольшая толщина стружки hex равна подаче на зуб (для фрезы с углом в плане 90°). Когда ae меньше D/2, дуга контакта обрывается раньше, и стружка становится тоньше подачи — это утонение стружки. По данным производителя инструмента, слишком тонкая стружка — самая частая причина плохой работы фрезы: кромка трёт, а не режет, изнашивается и может вызвать вибрации.

Поправка к подаче на зуб — 1 / sin φ. С таблицей производителя инструмента она совпадает до округления: при ae/D = 25 % — 1,15 (в таблице 1,16), при 20 % — 1,25, при 10 % — 1,67 (в таблице 1,66), при 5 % — 2,29 (в таблице 2,3).

Пример. Фреза D = 12 мм, z = 4, по каталогу vc = 150 м/мин и толщина стружки 0,06 мм (значения для примера). Динамическая выборка с ae = 1,2 мм, то есть 10 % D. n ≈ 3979 об/мин; cos φ = 0,8, sin φ = 0,6; fz = 0,06 / 0,6 = 0,10 мм; vf = 0,10 · 4 · 3979 ≈ 1592 мм/мин. Без пересчёта было бы 955 мм/мин и фактическая стружка 0,036 мм — кромка трёт.

Стойкость и износ: что заложить в техпроцесс

Технолог не ждёт, пока инструмент сломается, а задаёт правило смены:

• Серия, постепенный износ. Абразивный износ скругляет кромку, размер и шероховатость уходят постепенно. Стойкость фиксируют по числу деталей и сравнивают размер первой и последней детали на кромке.
• Титан и жаропрочные сплавы. Производитель инструмента ограничивает износ по задней поверхности 0,2 мм у фрез с углом в плане 90° и 0,3 мм у фрез с круглыми пластинами. Дальше износ растёт быстро, а выкрашивание приходит внезапно — смену планируют по времени.
• Нержавейка. Отраслевое руководство требует менять инструмент по графику, до того как он затупится: тупая кромка даёт более толстый наклёпанный слой.
• Алюминий. Стойкость определяет не износ задней поверхности, а момент, когда из-за нароста заусенец или шероховатость выходят за допуск.

Вибрации: порядок мер

Главное средство против вибраций — жёсткость системы «станок — оснастка — инструмент — деталь». Технолог закладывает меры в таком порядке:

1. Вылет и закрепление. Фреза минимальной длины: при вылете больше 4 диаметров склонность к вибрациям заметно растёт. Если глубокую стенку можно достать наклоном 3+2 и короткой фрезой — это лучше длинной.
2. Инструмент. Фреза с неравномерным шагом разбивает гармоники. При нестабильных условиях, большом вылете, малой мощности — крупный шаг.
3. Траектория. Малая ширина резания (трохоида, адаптивная выборка), вход в металл по дуге, радиус угла кармана не равный радиусу фрезы.
4. Режим. Подача на зуб не ниже каталожной: слишком тонкая стружка сама вызывает вибрации.

Основной способ — попутное фрезерование: стружка от толстой к тонкой, меньше нагрев и выше стойкость. Встречное оставляют для станков с люфтом в приводе подачи, для заготовок с сильно переменным припуском и как выход при вибрациях и пакетировании стружки в глубоких пазах.

Нержавейка: наклёп и подача

Аустенитные и дуплексные стали (12Х18Н10Т, AISI 304, 316) — группа ISO M; ферритные и мартенситные по обрабатываемости ближе к группе P. Главный враг аустенита — наклёп. Если зуб срезает слой тоньше упрочнённого, он всё время режет наклёпанный металл и оставляет новый наклёп. Отраслевое руководство по нержавеющим сталям рекомендует подачу, достаточную, чтобы резать под наклёпанным слоем, — обычно не меньше 0,076 мм, острую кромку, жёсткую систему и не останавливать фрезу в металле.

Ориентиры для первого прохода — из того же руководства (табл. 13), рабочие значения уточняют по каталогу своей серии и по стружке:

Черновое фрезерование аустенита пластинами производитель инструмента советует вести всухую: при прерывистом резании СОЖ усиливает термические трещины.

Титан: тепло и стружка

Титан (ISO S) плохо отводит тепло, сохраняет прочность при нагреве, стружка налипает, а при слишком высокой скорости вступает в реакцию с материалом инструмента. Правило производителя инструмента: скорость умеренная, подача большая. Как ориентир для черновой обработки производитель называл около 60 м/мин; точное значение — по каталогу серии и марке сплава. Остальное:

• черновая выборка — трохоидальная или адаптивная траектория с постоянным углом контакта и пересчётом подачи на утонение;
• вход по дуге, без торможения в углах, со скруглениями траектории;
• СОЖ много: насос не меньше 34 бар, концентрация 10 % и выше, фильтрация 25 мкм и тоньше, лучше — через шпиндель и инструмент под давлением 70 бар.

Алюминий: нарост и предел шпинделя

Алюминий (ISO N) режется легко, но главный вид износа — нарост и размазывание металла по кромке. Отсюда фреза с 2–3 зубьями и просторными канавками, острой кромкой и полированной передней поверхностью. Покрытие для стали на алюминии часто даёт налипание — берите серию с группой ISO N в каталоге.

Скорость здесь ограничивает станок: рост скорости резания в алюминии обычно не снижает стойкость. Выше 20 000 об/мин производитель инструмента считает сбалансированный инструмент обязательным. Наибольшая толщина стружки для алюминия — 0,10–0,20 мм: слишком тонкая даёт заусенцы. Литейные сплавы с кремнием выше 7–8 % абразивны — нужен поликристаллический алмаз (PCD).

СОЖ — часть техпроцесса

Способ подачи технолог выбирает под операцию и пишет в карте наладки — это такой же параметр, как vc и fz:

Водосмешиваемые СОЖ обычно применяют в концентрации 4–10 %, рабочую концентрацию под материал указывает паспорт продукта. Если уж работать с СОЖ, то обильно. Обслуживание бака — в статье «СОЖ: выбор и обслуживание».

Что проверить перед выдачей программы

• Режимы взяты из каталога для серии инструмента и группы материала ISO детали, источник записан; обороты не выше предела шпинделя, при ограничении сохранена подача на зуб.
• На проходах с ae меньше D/2 подача на зуб пересчитана на утонение стружки.
• В карте наладки указано правило смены инструмента: число деталей, время или износ по задней поверхности.
• Для нержавейки подача не ниже рекомендованной и нет выхаживания; для титана — умеренная скорость и СОЖ под давлением; для алюминия — серия ISO N.
• Способ подачи СОЖ и концентрация указаны для каждой операции, вылет инструмента — минимальный из возможных.