Как да изчислим силата на рязане на CNC инструменти?

Като доверен доставчик на CNC инструменти, често срещам клиенти, които искат да разберат как да изчислят силата на рязане на CNC инструменти. Това знание е от решаващо значение за оптимизиране на процесите на обработка, осигуряване на дълготрайност на инструмента и постигане на висококачествени детайли. В този блог ще разгледам ключовите фактори, включени в изчисляването на силата на рязане, и ще предоставя някои практически методи.

Разбиране на основите на силата на рязане

Силата на рязане е силата, упражнявана от режещия инструмент върху детайла по време на процеса на обработка. Състои се от три основни компонента: тангенциална сила (Ft), радиална сила (Fr) и аксиална сила (Fa). Тангенциалната сила е силата, която действа по посока на скоростта на рязане и е отговорна за отстраняването на материала. Радиалната сила действа перпендикулярно на режещия ръб и може да причини деформация на инструмента и детайла. Аксиалната сила действа по протежение на оста на инструмента и е значителна при операции като пробиване.

Фактори, влияещи върху силата на рязане

1. Материал на детайла
   Механичните свойства на материала на детайла, като твърдост, якост и пластичност, оказват дълбоко влияние върху силата на рязане. Например по-твърдите материали като неръждаема стомана или титан изискват по-високи сили на рязане в сравнение с по-меки материали като алуминий. Микроструктурата на материала също играе роля. Материали с груба зърнеста структура може да изискват различни сили на рязане от тези с фина зърнеста структура.
2. Геометрия на режещия инструмент
   Геометрията на режещия инструмент, включително наклонения ъгъл, свободния ъгъл и радиуса на режещия ръб, влияе върху силата на рязане. Положителният наклонен ъгъл обикновено намалява силата на рязане, тъй като позволява на инструмента да срязва материала по-лесно. Твърде големият положителен наклонен ъгъл обаче може да отслаби режещия ръб. Ъгълът на хлабина предотвратява триенето на инструмента в детайла, което може да увеличи силата на рязане. Острият радиус на режещия ръб намалява силата, необходима за образуване на стружки.
3. Параметри на рязане
   • Скорост на рязане: Увеличаването на скоростта на рязане обикновено намалява силата на рязане до определена точка. При по-високи скорости материалът се отстранява по-ефективно и процесът на образуване на стружки става по-стабилен. Изключително високите скорости на рязане обаче могат да доведат до износване на инструмента и увеличени сили на рязане поради генериране на топлина.
   • Скорост на подаване: Скоростта на подаване е разстоянието, което инструментът изминава за оборот или за зъб. По-високата скорост на подаване обикновено увеличава силата на рязане, тъй като се отстранява повече материал за единица време.
   • Дълбочина на рязане: По-голямата дълбочина на рязане изисква повече сила за отстраняване на материала. С увеличаване на дълбочината на рязане площта на напречното сечение на стружката също се увеличава, което води до по-високи сили на рязане.

Методи за изчисляване на силата на рязане

1. Емпирични формули
   Емпиричните формули се използват широко в индустрията за оценка на силата на рязане. Тези формули се основават на експериментални данни и вземат предвид факторите, споменати по-горе. Една от най-често срещаните емпирични формули за струговане е уравнението на търговеца:
   [F_{t}=K_{c} \cdot A_{c}]
   където (F_{t}) е тангенциалната сила на рязане, (K_{c}) е специфичната сила на рязане (която зависи от материала на детайла, геометрията на инструмента и условията на рязане), а (A_{c}) е площта на напречното сечение на чипа. Площта на напречното сечение на чипа (A_{c}) може да се изчисли като (A_{c}=f\cdot a_{p}), където (f) е скоростта на подаване и (a_{p}) е дълбочината на рязане.

2. Анализ на крайните елементи (FEA)
   Анализът на крайните елементи е по-усъвършенстван метод за изчисляване на силата на рязане. Това включва създаване на числен модел на процеса на рязане, включително инструмента, детайла и условията на рязане. FEA може да симулира сложните взаимодействия между инструмента и детайла, като взема предвид фактори като деформация на материала, генериране на топлина и триене. FEA обаче изисква специализиран софтуер и значителни изчислителни ресурси.

   

3. Инструментирани тестове за рязане
   Инструменталните тестове за рязане включват използване на сензори за сила за директно измерване на силата на рязане по време на процеса на обработка. Този метод осигурява точни данни, но отнема време и изисква скъпо оборудване. Често се използва за изследователски цели или за валидиране на резултатите, получени от емпирични формули или FEA.

Значение на изчисляването на силата на рязане за избор на CNC инструмент

Точното изчисляване на силата на рязане е от съществено значение за избора на правилния CNC инструмент. Ако силата на рязане е твърде висока за определен инструмент, това може да доведе до преждевременно износване на инструмента, счупване и лошо покритие на повърхността на детайла. От друга страна, ако силата на рязане е много по-ниска от капацитета на инструмента, процесът на обработка може да не е ефективен.

Например, когато работите с твърди материали, може да се наложи да изберете инструмент със силен режещ ръб и подходяща геометрия, за да издържите на високите сили на рязане. НашитеДиамантено накрайник за пръстие отличен избор за приложения с висока сила. Дизайнът му с диамантен връх осигурява висока твърдост и устойчивост на износване, което му позволява да се справя с лекота с твърди материали.

По същия начин, за операции, които изискват прецизен контрол на силата на рязане, като например фина обработка, е необходим инструмент с остър режещ ръб и оптимизирана геометрия. НашитеДиамантено свредло за камъке проектиран да осигури точно и ефективно пробиване в каменни материали, където силата на рязане трябва да бъде внимателно контролирана, за да се избегне напукване или начупване.

При шлайфане,Диамантено колело за забиванее страхотен вариант. Той може да се справи с високите сили, свързани с отстраняването на материала, като същевременно поддържа постоянно покритие на повърхността.

Съвети за намаляване на силата на рязане

1. Оптимизиране на параметрите на рязане
   • Регулирайте скоростта на рязане, скоростта на подаване и дълбочината на рязане, за да намерите оптималната комбинация, която намалява силата на рязане, без да жертва производителността. Например лекото увеличаване на скоростта на рязане и намаляване на скоростта на подаване понякога може да доведе до намаляване на силата на рязане.
2. Използвайте подходящи покрития за инструменти
   Покритията на инструмента могат да намалят триенето между инструмента и детайла, като по този начин намаляват силата на рязане. Покрития като титанов нитрид (TiN), титанов карбонитрид (TiCN) и алуминиев титанов нитрид (AlTiN) обикновено се използват за подобряване на работата на инструмента.
3. Поддържайте остротата на инструмента
   Острият режещ ръб изисква по-малко сила за отстраняване на материала. Редовно проверявайте и заточвайте или сменяйте износените инструменти, за да осигурите постоянна производителност на рязане.

Заключение

Изчисляването на силата на рязане на CNC инструменти е сложна, но важна задача за всяка машинна операция. Чрез разбиране на факторите, които влияят на силата на рязане, използване на подходящи методи за изчисление и избор на правилните инструменти, можете да оптимизирате процесите на обработка, да подобрите живота на инструмента и да постигнете висококачествени детайли.

Ако се интересувате да научите повече за нашите CNC инструменти или се нуждаете от помощ при изчисляване на силата на рязане за вашето конкретно приложение, моля, не се колебайте да се свържете с нас. Ние сме тук, за да ви помогнем да извлечете максимума от вашите операции по обработка.

Референции

• Boothroyd, G., & Knight, WA (2006). Основи на машинната обработка и машинните инструменти. CRC Press.
• Trent, EM, & Wright, PK (2000). Рязане на метал. Бътъруърт - Хайнеман.