Нагрузка на стружку. Что это такое?
Если вы занимаетесь металлообработкой, вы, должно быть, сталкивались с термином «Нагрузка на стружку» и задавались вопросом, что это такое.
Это один из самых важных параметров обработки с ЧПУ, который сбивает с толку новичков.
Расчет соответствующей нагрузки на стружку помогает снизить износ инструмента, улучшить чистоту поверхности и повысить общую эффективность процесса обработки.
Но что такое нагрузка на стружку? Как ее вычислить? И какие параметры на нее влияют?
Что такое нагрузка на стружку?
Нагрузка на стружку определяется как толщина стружки, удаляемой во время операции механической обработки. Нагрузка на стружку = скорость подачи (дюймы в минуту) / (об/мин x количество канавок). Настройка параметров обработки для обеспечения оптимального количества стружки улучшает качество обработки и продлевает срок службы инструмента.
Его также можно определить как максимальную нагрузку, которую режущий инструмент, такой как фрезы, может выдержать без ухудшения срока службы инструмента.
Как правило, при выполнении операции механической обработки инструмент врезается в материал для выполнения режущего действия.
Сопротивление материала режущему действию инструмента приводит к развитию нагрузки на режущую кромку.
Эта нагрузка резко влияет на срок службы инструмента, а если нагрузка превышает определенный предел, это может даже привести к поломке инструмента.
Таким образом, логичное решение здесь состоит в том, чтобы поддерживать чрезвычайно малую глубину резания, чтобы уменьшить сопротивление материала.
Однако этот метод может снизить срок службы инструмента еще более быстрыми темпами.
Более толстая стружка легко рассеивает тепло, тем самым предотвращая перегрев и сводя к минимуму потребность в смазочно-охлаждающей жидкости, в то время как тонкая стружка этого не делает.
Хотя неглубокие надрезы устраняют риск поломки инструмента, трение режущей кромки о заготовку может привести к наклепу режущей кромки и, в конечном итоге, к потере ее остроты.
Поэтому важно обеспечить оптимальное количество стружки для получения высококачественных результатов обработки с максимальным сроком службы инструмента.
Вы можете использовать формулу нагрузки стружки или калькулятор нагрузки стружки, чтобы рассчитать значение нагрузки стружки для вашей установки, а затем сравнить ее с оптимальным значением нагрузки стружки для аналогичной установки.
Как рассчитать нагрузку на стружку
Расчет загрузки стружки — довольно простой процесс, который включает в себя простое математическое уравнение.
Нагрузка на стружку = скорость подачи в дюйм/мин ÷ (об/мин × количество канавок)
Согласно приведенному выше уравнению количество стружки изменяется прямо пропорционально скорости подачи в дюймах в минуту (дюйм/мин) и обратно пропорционально скорости вращения и количеству канавок режущего инструмента.
Чтобы рассчитать количество стружки для вашей установки, умножьте число оборотов шпинделя на количество канавок на режущем инструменте.
Затем разделите скорость подачи (в дюймах в минуту) на произведение, полученное путем умножения числа оборотов в минуту и количества канавок.
Помимо этих факторов, количество стружки также зависит от типа материала, размера инструмента и глубины резания.
В таблице ниже показано оптимальное количество стружки для различных материалов и диаметров режущего инструмента, когда глубина резания равна диаметру инструмента.
| Материал | инструмент 1/8 дюйма | инструмент 1/4 дюйма | инструмент 3/8 дюйма | инструмент 1/2 дюйма |
|---|---|---|---|---|
| Лиственные породы | .003”–.005” | .009”–.011” | .015”–.018” | .019”–.021” |
| Хвойная древесина/ Фанера | .004”–.006” | .011”–.013” | .017”–.020” | .021”–.023” |
| МДФ/ ДСП | .004”–.007” | .013”–.016” | .020”–.023” | .025”–.027” |
| Жесткий пластик | .002”–.004” | .006”–.009” | .008”–.010” | .010”–.012” |
| Мягкий пластик | .003”–.006” | .007”–.010” | .010”–.012” | .012”–.016” |
| Акрил | .003”–.005” | .008”–.010” | .010”–.012” | .012”–.015” |
Ламинат высокого давления | .003”–.005” | .009”–.012” | .015”–.018” | .023”–.025” |
| Алюминий | .003”–.004” | .005”–.007” | .006”–.008” | .008”–.010” |
При выполнении операций механической обработки важно убедиться, что расчетная нагрузка на стружку для вашей установки находится в соответствующем диапазоне оптимальной нагрузки на стружку из этой таблицы.
Однако, как упоминалось ранее, если глубина резания увеличивается примерно в два или три раза по сравнению с диаметром инструмента, значения в таблице должны быть уменьшены примерно на 25% и 50% соответственно.
Важность уравнения нагрузки на стружку
Основной целью расчета количества стружки является повышение стойкости инструмента и чистоты обрабатываемой поверхности.
Расчет нагрузки на стружку может помочь вам найти оптимальный режущий инструмент для вашей операции.
Возьмем в качестве примера обработку алюминия двухзубой концевой фрезой со скоростью 15 000 об/мин и скоростью подачи 240 дюймов в минуту.
Расчет нагрузки стружки по следующей формуле:
Нагрузка на стружку = скорость подачи/(об/мин x количество канавок)
Нагрузка на стружку= 240/(15 000 x 2) = 0,008 дюйма
Следовательно, из таблицы оптимальной нагрузки на стружку мы можем определить оптимальный диаметр инструмента (3/8 дюйма) для алюминия, соответствующий нагрузке на стружку 0,008 дюйма.
Кроме того, количество стружки также помогает установить оптимальные параметры обработки.
Например, при использовании 1/2-дюймового 3-зубого режущего инструмента для обработки 3/8- дюймовой мягкой древесины на станке с ЧПУ, работающем на скорости 10 000 об/мин, вы можете рассчитать оптимальную подачу с помощью нагрузки на стружку.
Во-первых, используйте таблицу, чтобы найти оптимальную нагрузку стружки, соответствующую мягкой древесине и диаметру инструмента 1/2 дюйма, что составляет около 0,022 дюйма.
Затем используйте формулу для расчета оптимальной скорости подачи.
0,022 = скорость подачи/(10 000 x 3)
Скорость подачи = 0,022 х (10 000 х 3) = 660 дюймов в минуту
Однако на эти параметры также влияют возможности станка с ЧПУ, используемого для процесса.
Станок с ЧПУ начального уровня не может обрабатывать такие высокие скорости подачи, и поэтому эти параметры необходимо обновить, чтобы они соответствовали возможностям вашего станка.
В этом примере мы можем уменьшить скорость подачи, заменив 3-зубый режущий инструмент на 2-зубый и установив минимальное значение стружки от рекомендованного в таблице значения, которое составляет 0,021 дюйма.
Вы можете дополнительно уменьшить оптимальную скорость подачи, уменьшив число оборотов до 8000, но следует отметить, что слишком низкое число оборотов может ухудшить качество реза.
Итак, новая подача по измененным параметрам будет:
Скорость подачи = 0,021″ x 8000 x 2 = 336 дюймов в минуту
Чтобы еще больше снизить скорость подачи, вы можете использовать режущий инструмент меньшего диаметра (например, 1/8-дюймовый инструмент с 2 канавками), который снижает оптимальную толщину стружки (примерно до 0,004 дюйма), тем самым снижая оптимальную скорость подачи ( примерно до 64 дюймов в минуту).
Точно так же вы можете использовать расчет нагрузки на стружку, чтобы установить оптимальные значения для других параметров обработки.
Факторы, влияющие на нагрузку стружки
| Параметр | Связь с нагрузкой стружки |
|---|---|
| Скорость вращения шпинделя | Обратно пропорциональный |
| Скорость подачи | Прямо пропорциональный |
| Количество зубьев | Обратно пропорциональный |
| Глубина резания | Прямо пропорциональный |
| Обрабатываемость материала | Обратно пропорциональный |
Нагрузка на стружку во время процесса обработки в первую очередь зависит от таких факторов, как скорость, подача и количество канавок режущего инструмента.
Однако это также зависит от других факторов, таких как глубина резания, тип материала, возможности обработки станка с ЧПУ и т. д.
Скорость вращения шпинделя
Скорость шпинделя — это скорость, с которой вращается режущий инструмент для удаления материала с заготовки.
Согласно эмпирическому правилу, чем выше скорость шпинделя, тем ниже будет нагрузка на стружку. Это связано с тем, что более высокие обороты приводят к высокой инерционной силе, что облегчает удаление стружки.
Небольшая глубина резания при высоких оборотах может привести к трению инструмента о заготовку и выделению большого количества тепла, что может привести к повреждению заготовки и инструмента.
Поэтому важно регулировать число оборотов для поддержания оптимальной загрузки стружки.
Скорость подачи
Скорость подачи — это скорость, с которой инструмент продвигается вдоль поверхности заготовки для удаления материала.
Как правило, рекомендуется поддерживать низкую скорость подачи для чистовой обработки, тогда как высокая скорость подачи используется для черновой обработки.
Это означает, что чем выше скорость подачи, тем выше будет количество стружки и, следовательно, ниже будет качество реза.
В результате высокие обороты при медленной подаче являются идеальной конфигурацией для низкой нагрузки на стружку.
Однако поддержание чрезвычайно низкой скорости подачи увеличит время цикла, а также повлияет на срок службы инструмента за счет увеличения времени выдержки.
Глубина резания
Глубина резания в процессе обработки также оказывает прямое влияние на количество стружки.
Стандартные оптимальные значения стружкообразования рассчитываются при глубине резания, равной диаметру режущего инструмента.
Однако по мере увеличения глубины резания нагрузка на инструмент увеличивается, и, следовательно, значение оптимальной нагрузки на стружку для конкретной подачи, скорости и конфигурации канавки уменьшается.
Как правило, рекомендуется, чтобы при глубине резания, равной удвоенному диаметру инструмента, оптимальная стружкообразование уменьшалась примерно на 25 %.
В то время как при глубине резания, равной тройному диаметру инструмента, оптимальная стружкообразование снижается примерно на 50 %.
Количество зубьев
Канавка является режущей кромкой инструмента, и по мере увеличения количества режущих кромок количество стружки уменьшается.
Это можно понять из того факта, что режущий инструмент с одной канавкой производит одну стружку за оборот, тогда как режущий инструмент с тремя канавками производит три стружки за один оборот.
Однако количество съема материала за один оборот остается прежним при условии, что диаметр инструмента и другие параметры обработки одинаковы.
В результате стружкообразование равномерно распределяется между канавками режущего инструмента, тем самым уменьшая стружкообразование на отдельных канавках.
Тип материала
Тип материала также играет важную роль в определении оптимальной загрузки стружки для процесса.
Как правило, мягкие материалы легко срезаются под действием режущего инструмента. Следовательно, они имеют более высокое значение оптимальной загрузки стружки.
Точно так же твердые материалы трудно обрабатывать, а увеличение толщины стружки может привести к износу инструмента, поэтому твердые материалы имеют более низкое значение оптимальной нагрузки на стружку.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как найти оптимальное стружкообразование для режущего инструмента?
Как правило, большинство производителей предоставляют приблизительное значение оптимальной стружки в процентах от диаметра инструмента или таблицу стружки для своего продукта. Это приблизительное значение служит отправной точкой, и вы можете немного изменить параметры во время тестовых прогонов, чтобы найти наиболее подходящую настройку для вашего приложения.
Почему более твердые материалы имеют более низкое значение оптимальной нагрузки на стружку, чем более мягкие материалы?
Оптимальная нагрузка стружки определяет максимальную подачу на зуб при минимальном износе инструмента. Резка твердого материала требует большей силы сдвига, поэтому при резке заготовки одинаковой толщины твердые материалы оказывают большую нагрузку на режущую кромку по сравнению с более мягкими материалами. Следовательно, чтобы свести к минимуму износ инструмента, твердые материалы имеют сравнительно более низкое значение оптимальной подачи на зуб.
Толщина стружки равна глубине резания?
Нет, толщина стружки не обязательно равна глубине резания. Для режущего инструмента с несколькими канавками количество стружки, производимой за один оборот, равно количеству канавок, в результате чего толщина стружки при определенной глубине резания уменьшается с увеличением числа канавок.
