Металл өңдеудегі фрезерлеу станогының тиімділігін арттыру

Жоғары тиімді фрезерлеу (HEM) арқылы материал көлемін оптимизациялау

Неліктен әдеттегі фрезерлеу заманауи фрезерлеу станоктарының мүмкіндіктерін шектейді

Дәстүрлі фрезерлеу әдістері, әсіресе паз фрезерлеу, кесу күштерін құралдың жиегінің тек бір бөлігіне шоғырландырады. Бұл шоғырлану осы аймақтарда тез тозуға және жылулық кернеудің жиналуына әкеледі. 2023 жылғы CNC параметрлері бойынша соңғы зерттеу қызықты нәрсе көрсетті. Радиалды қамту 40% -дан асқан кезде, жылу қалыптыға қарағанда екі есе көбірек жиналады, ал құралдың қызмет ету мерзімі шамамен үштен бір бөлігіне дейін төмендейді. Массалық өндірісте, әсіресе қатайтылған болаттарды өңдеу кезінде мұндай тиімсіздіктер шынымен де процесті баяулатады. Ерте шығындалатын құралдарды тұрақты түрде ауыстыру қажеттілігі өткен жылы Ponemon Institute жариялаған мәліметке сәйкес, кенеттен тоқтауларға байланысты әр жылы шамамен 740 000 долларға баурап отыр. Бұл операцияларды тегін жүргізуге тырысатын цех менеджері үшін үлкен қаржылық шығын.

Тереңдікті кесу, тістің алдына беру және біліктің жүгін MRR максимумы үшін теңестіру

Жоғары тиімді фрезерлеу (HEM) үш байланысты параметрдің теңдестіру арқылы заманауи фрезерлік станоктардың толық айналу моменті мен қуатының мүмкіндігін ашады:

• Радиалды кесу тереңдігі (RDOC) : Кесетін тістерге тозуды тарату және радиалды күшті азайту үшін фрезаның диаметрінің 5–15% аралығында ұсталады
• Аксиалды кесу тереңдігі (ADOC) : Шпиндельді асыра жүктеусіз материалмен өзара әрекеттесуді максималдандыру үшін құрал диаметрінің 1,5–3 есебіне дейін ұзартылады
• Тістеген сайын беріліс : Тіпті қалыңдығын сақтау үшін шпиндельдің айналу жылдамдығымен динамикалық масштабталады

Бұл тәсіл радиалды күштерді дәстүрлі траекториялармен салыстырғанда 60%-ға дейін қысқартады – тербелісті азайтады, бет бүтіндігін жақсартады және құралдың қызмет ету мерзімін 70%-ға созады. Inconel 718 және Ti6Al4V сияқты әуе-кеңістік серіктеріндегі қорытпаларда HEM өлшемді тұрақтылық пен бөлшектің бетін сақтай отырып материалды алу жылдамдығын (MRR) үш есе арттырады.

Фрезерлік станоктардың өнімділігін арттыру үшін ақылды траекториялық стратегиялар

Радиалды және аксиалды қосылу бақылау арқылы чиптің жұқаруын болдырмау

Тұрақсыз чип қалыңдығы – жиі шектелмеген радиалдық басып өту немесе терең емес осьтік тереңдік салдарынан пайда болады – жылу алуды қамтамасыз етпейтін жұқа чиптерге әкеледі, нәтижесінде үйкеліс артады, құралдың тозуы және өңделетін бөлшектің қатайу қаупі туындайды. Қималар геометриясын бақылау чиптердің тиімді түзілуі мен эвакуациясын қалпына келтіреді:

• Алюминийде радиалдық жүктемені фрезаның диаметрінің ≤30% шегінде шектеу дребезгі мен құралдың ауытқуын болдырмақ үшін қажет
• Титан мен қатайтылған болаттарда басып өтуді азайтудың орнына осьтік тереңдікті арттыру кесу күштерін тұрақтандырады және жылу берілуді жақсартады

Нәтижесінде болжанатын, қайталанатын өнімділік – ұзақ өндірістік циклдар бойынша тесік мөлшерлерді сақтау және өнімділікті қолдау үшін маңызды

Материал мен қаттылыққа байланысты Трохоидті, HREM немесе Жоғары беріліс траекторияларын таңдау

Құрал траекториясын таңдау тек теориялық тиімділікке ғана емес, сонымен қатар материал қасиеттері мен станок мүмкіндіктеріне сәйкес болуы керек:

Трохоидті траекториялар материалдың бір уақытта қанша мөлшерде өңделетінін шектеуге көмектесетін бақыланатын дөңгелек доғаларды қолдану арқылы жұмыс істейді. Бұл тәсіл вибрацияны тудырмай-ақ қиын, желімтек болат түрлерін кесуге өте жақсы сәйкес келеді. Жоғары өнімді өңдеу (HEM) жағдайында бұл әдіс негізінен берілісті жоғарылату және ось бойынша тереңірек кесу дегенді білдіреді, бірақ тек станок чиптердің жүгін дұрыс ұстау үшін жеткілікті қаттылыққа ие болған кезде ғана. Ескі жабдықтар немесе өте күшті қуаты жоқ станоктармен жұмыс істейтін цехтар үшін жоғары беріліс білдіру ақылды таңдау болып табылады. Бұл әдіс кесудің тереңдігін азайтуға, бірақ құралды әлдеқайда жылдам бұрышпен жылжытуға, ұзын жіпшелердің орнына қалың, қысқа чиптер алуға негізделген. Бұл шпиндельді тозудан қорғайды және бюджетті жабдықта қиын материалдарды өңдеудің белгілі бір өнімділігін сақтайды.

Фрезерлеу станогын тұрақтандыру: құрал-жабдық, өңделетін бөлшекті бекіту және тербелісті басқару

Қатайтылған болат үшін карбид пен CBN құралдары: құрал қызмет ету мерзімі мен фрезерлеу станогының жұмыс істеу уақыты арасындағы үйлестіру

45 HRC-ден жоғары қатайтылған болаттармен жұмыс істегенде, карбидті құралдар мен кубикалық бор нитриді (CBN) шынымен бір-бірінің орнына қолданылбайтын әртүрлі таңдаулар. Карбид кесу процестері кезіндегі қарқынды соққыларға төзімдірек және кішкентай орнату мәселелерін елемейді, бұл күнделікті цех жағдайларында, мұнда әрқашан мүлтіксіз болмайтын, қате төзімділігін арттырады. CBN таза, жылдам соңғы өңдеу жұмыстары үшін ең жақсы жұмыс істейді. Құралдың қызмет ету мерзімі жоғары температурада оның тұрақтылығы мен қаттылығына байланысты он есе ұзақ болуы мүмкін. Бірақ мұндағы қиындық: бұл материал вибрацияны өте дәл бақылау қажет және дәл қажетті жерге дәл мөлшерде салқындатқыш ағуы қажет. Сонымен қатар, CBN-ның ықшамдалу немесе туралау мәселелері болған кезде оңай сынып кететінін мойындайық. Сондықтан CBN қатты станоктарда үлкен өндірістік серияларды өңдегенде максималды өнімділікті береді, бірақ әртүрлі бөлшектерді немесе мүлтіксіз сақталмаған жабдықтарды өңдегенде көбінесе цехтар карбидті құралдарды қолдануды жалғастырады.

Модульді құрал ұстағыш жүйелер: Фрезерлеу станогының дәлдігі мен қызмет ету мерзімін ұзарту үшін радиалды соғысты азайту

Радиалды соғыс (станок осіне қатысты құралдың орталықтан шығып айналуы) цехтағы көптеген мәселелердің себебі болып табылады. Теңсіз кесу күштері, өңдеу кезіндегі әбден қажет емес дірілдеу және құралдардың қажеттісінен ертерек сынғау — барлығы радиалды соғысты бақылауының нашар болуының турақты салдары. Жақсы жағы – заманауи дәл құрал ұстағыш жүйелері осы мәселеде нақты айырмашылық жасай алады. Бұл озық жүйелер гидравликалық кеңейту механизмдерін, жылулық сығылуды қондыру әдістерін немесе соңғы кездері жиі кездесетін екіжақты контактілі патрондарды пайдаланады. Дәстүрлі ER немесе BT типті ұстағыштармен салыстырғанда, олар жалпы көрсетілген радиалды соғысты (TIR) шамамен 70 пайызға дейін азайтады. Осындай ауысу нәтижесінде көптеген цехтар өздерінің өңдеу орталарында бетінің сапасының жақсаруын, құралдар қызмет ету мерзімінің ұзаруын және жалпы үдерістің тегістелуін байқады.

• Жаншылу бетінің симметриясының бұзылуын жою арқылы құрал қызмет ету мерзімін 40 пайызға дейін ұзарту
• ±0,0005 дюйм ішіндегі өлшемдік қайталану қабілеті, процестен кейінгі тексеруді және қайта өңдеуді азайтады
• Төменгі гармоникалық әсер шпиндельдің пісірілу бүтіндігін сақтайды және қайта калибрлеу аралықтарын ұзартады

Тепе-теңдік құрал жинақтары мен оптималды шпиндельдік жылдамдықтармен жұптастырылғанда бұл жүйелер жылдық техникалық қызмет көрсету шығындарын шамамен 18% -ға қысқартады және титан мен қатты қорытпалар сияқты қатаң геометриялық допусстары бар бөлшектерге арналған жоғары сапалы беттерді қолдайды

Ұзақ уақыт бойы фрезерлеу станогының тиімділігі үшін жылу мен сұйықтықты басқару

Нақтылық, құралдың ұзақ мерзімділігі және процестің сенімділігі үшін тиімді жылу реттеу негіз болып табылады. Мысалы, титан қорытпалары 1000°C асатын локализацияланған кесу температураларын туғызады, олар мақсатты жылу басқару болмаған жағдайда құралдың тез бұзылуына, өңделетін бөлшектегі микрокүйдің өзгеруіне және өлшемдік бақылаудың жоғалуына әкеледі

MQL мен жоғары қысымды шпиндель арқылы суыту сұйығы: Титан және қорытпаларды фрезерлеу талаптарына сәйкес суыту стратегиясын таңдау

MQL дәстүрлі көп мөлшерде салынатын салқындату әдісіне қарағанда сұйықтың пайдаланылуын шамамен 90% азайтады және сонымен қатар қоршаған ортаға әсерін де төмендетеді. Бұл өте көп жылу туғызбайтын материалдар, мысалы, алюминий немесе көміртегісі аз болаттармен жұмыс істеген кезде жақсы таңдау болып табылады. Бірақ бір ғана кемшілігі бар. MQL-дің жылуды алу қабілеті мыңдай жылу өткізгіштігі шамамен 6,7 Вт/м·К болатын титан немесе никель негізіндегі суперсеріктер сияқты қиын материалдар үшін жеткіліксіз. Бұл материалдар дұрыс салқындатпай өңделген кезде жылулық деформацияға ұшырауы немесе қатайып кетуі мүмкін. Сондықтан көптеген цехтар 70-тен 300 бар аралығында жұмыс істейтін, шпиндель арқылы жоғары қысымды салқындатуға жүгінеді. Бұл жүйелер салқындату сұйығын үлкен жылдамдықпен тікелей кесу аймағына береді және интерфейстегі температураны шамамен 200-ден 300 градус Цельсийге дейін төмендетеді. 2022 жылғы SME Technical Paper Series зерттеуіне сәйкес, Ti6Al4V немесе Inconel 718 материалдарын өңдеген кезде бұл әдіс құралдың қызмет ету мерзімін екі-үш есе ұзартуға мүмкіндік береді. Көп жылу бөлетін дәлме-дәл бөлшектермен жұмыс істеген кезде жоғары қысымды салқындату міндетті элементке айналды. Оны жүйенің бастапқы дизайн жобасына енгізу қажет.

Суыту Өнімділігін Салыстыру

Дәл фрезерлеу операциялары кезінде тиімді өнімділіктің 23% төмендеуіне әкелетін жылулық тұрақсыздықты енгізетін, мысалы, титанға шабу үшін MQL қолдану сияқты, сәйкес келмейтін суыту стратегияларын таңдау құралдың тозуын тездетеді және беттің бүтіндігін нашарлатады.