Virsmas apdare CNC virpošanas operācijās
1. Sasniedzams tipisks virsmas raupjums
CNC virpošana nodrošina plašu virsmas apdari atkarībā no instrumentiem, parametriem un materiāla. Apstrādājot rupju virpošanu, lai noņemtu materiālu, virsmas raupjums parasti ir no 1,6 līdz 6,3 mikrometriem Ra, atstājot redzamas padeves pēdas un precīzai lietošanai nepieciešama turpmāka apdare. Vispārējas precizitātes virpošana ar standarta ieliktņiem un parastajiem parametriem nodrošina 0,8 līdz 1,6 mikrometrus Ra, kas ir piemērota lielākajai daļai mehānisko mezglu un ne-kritisku savienojumu. Smalka griešana, izmantojot pulētus ieliktņus, optimizētu ģeometriju un stingrus uzstādījumus, sasniedz 0,4 līdz 0,8 mikrometrus Ra, kas ir piemērots gultņu ligzdām un blīvējuma virsmām. Augstas-precizitātes virpošana ar dimanta{12}}uzgali vai rūpīgi sagatavotiem karbīda instrumentiem, minimālu padevi un stabiliem apstākļiem var sasniegt 0,2–0,4 mikrometrus Ra. Ultra-precīza virpošana, izmantojot viena-kristāla dimanta instrumentus uz krāsainiem materiāliem, rada optiskas-kvalitatīvas virsmas, kas mazākas par 0,1 mikrometru Ra, ar izciliem iestatījumiem, kas sasniedz 0,01 mikrometru vai labāku.
2. Teorētiskais virsmas raupjuma pamats
Teorētiskais nelīdzenums no maksimuma-līdz-virpošanas laikā galvenokārt izriet no ģeometriskās mijiedarbības starp instrumenta priekšgala rādiusu un padeves ātrumu. Pamatsakarība izsaka teorētisko nelīdzenuma augstumu kā aptuveno padevi kvadrātā, kas dalīta ar astoņas reizes priekšgala rādiusu. Tas nozīmē, ka padeves ātruma dubultošana četrkāršo teorētisko nelīdzenumu, savukārt deguna rādiusa dubultošana samazina to uz pusi. Praksē faktiskais raupjums pārsniedz teorētiskās vērtības, ko izraisa malu veidošanās, instrumenta vibrācija, materiāla sānu plūsma un mašīnas dinamika. Teorētiskais modelis nodrošina bāzes līniju parametru izvēlei, bet prasa empīrisku validāciju kritiskām virsmām.
3. Galvenie parametru ietekme uz virsmas apdari
Padeves ātrums ir dominējošais parametrs, kas ietekmē virpotās virsmas tekstūru. Padeves ātruma samazināšana no 0,3 līdz 0,1 milimetram uz apgriezienu parasti uzlabo virsmas raupjumu trīs līdz piecas reizes. Tomēr pārāk zema padeve izraisa berzi, nevis griešanu, radot siltumu un sacietēšanu, neuzlabojot apdari. Praktiskā minimālā padeve ir atkarīga no instrumenta asuma un materiāla, kas parasti nav zemāka par 0,02 milimetriem uz apgriezienu karbīda instrumentiem.
Griešanas ātrums ietekmē virsmas apdari, jo tas ietekmē{0}}apbūvēto malu veidošanos. Zemā ātrumā sagataves materiāls pielīp instrumenta galam, veidojot neregulāras nogulsnes, kas saplēš virsmu un rada raupju apdari. Palielinoties ātrumam,-uzbūvētā mala samazinās un apdare uzlabojas, līdz tiek sasniegts optimālais diapazons. Alumīnija sakausējumiem šis optimālais diapazons parasti ir no 300 līdz 800 metriem minūtē, savukārt tēraudiem ir nepieciešami 150 līdz 400 metri minūtē atkarībā no sakausējuma satura. Pārmērīgs ātrums rada pārmērīgu karstumu, paātrinot instrumenta nodilumu un galu galā pasliktinot apdari.
Griešanas dziļums ietekmē apdari, ietekmējot griešanas spēkus un sistēmas novirzi. Rupjēšanas dziļumā no 2 līdz 5 milimetriem priekšroka tiek dota materiāla noņemšanai, nevis virsmas kvalitātei. Apdares dziļums jāsamazina līdz 0,1 līdz 0,5 milimetriem, lai samazinātu radiālos griešanas spēkus, kas novirza slaidus sagataves vai elastīgas instrumentu sistēmas. Ļoti vieglas apdares kārtas, kuru garums ir mazāks par 0,05 milimetriem, var uzslīdēt uz iepriekš sacietējušā slāņa, nevis radīt svaigu virsmu, radot sliktus rezultātus.
4. Instrumenta ģeometrija un materiālu izvēle
Deguna rādiuss tieši nosaka teorētisko raupjumu un instrumenta izturību. Mazie rādiusi no 0,4 līdz 0,8 milimetriem nodrošina smalkāku teorētisko apdari, bet vājina instrumenta galu un palielina šķembu risku. Liels rādiuss no 1,2 līdz 2,4 milimetriem izkliedē griešanas spēkus pa garākiem lokiem, uzlabojot apdari un instrumenta kalpošanas laiku, bet prasa lielāku mašīnas jaudu un stingrību. Izvēle līdzsvaro apdares prasības pret skaidu kontroli un instrumenta izturību.
Grābekļa leņķis ietekmē griešanas spēkus un skaidu plūsmu. Pozitīvie slīpuma leņķi no 5 līdz 15 grādiem samazina griešanas spēkus un uzlabo virsmas apdari kaļamiem materiāliem, piemēram, alumīnijam un vara. Negatīvie slīpuma leņķi palielina malu izturību cietiem materiāliem, bet rada lielākus spēkus un raupjākas virsmas. Neitrāli vai nedaudz pozitīvi grābekļi ir piemēroti vispārējai -tērauda virpošanai.
Instrumenta materiāla izvēle ietekmē sasniedzamo apdari un konsistenci. Nepārklāts karbīds ar asām malām nodrošina lielisku alumīnija un krāsaino materiālu apdari. Pārklāti karbīdi ar titāna alumīnija nitrīdu vai līdzīgiem pārklājumiem pagarina instrumenta kalpošanas laiku tēraudos un nerūsējošajos sakausējumos, bet var nedaudz ietekmēt malu asumu. Keramikas ieliktņi tiek galā ar lielu-ātruma un cietu virpošanu, taču reti sasniedz smalku apdari, kas mazāka par 0,4 mikrometriem Ra. Kubiskā bora nitrīda instrumenti nodrošina cietu rūdītu tēraudu virpošanu ar apdari, kas tuvojas slīpēšanas kvalitātei. Polikristāliskie dimanta instrumenti nodrošina alumīnija, vara un kompozītmateriālu spoguļu apdari, taču ķīmiskā nodiluma dēļ tie nav piemēroti melnajiem materiāliem.
Instrumenta stāvokļa uzturēšana ir ļoti svarīga vienmērīgai apdarei. Nolietoti instrumenti rada palielinātus priekšgala rādiusus, neregulārus malu profilus un veido malu tendences, kas pakāpeniski pasliktina virsmas kvalitāti. Regulāra pārbaude un plānotā nomaiņa, pamatojoties uz kumulatīvo griešanas laiku vai uzraudzīto sānu nodilumu, saglabā apdares spēju.
5. Apsvērumi par sagataves materiāliem
Materiāla īpašības nosaka pamata apdares robežas virpošanas operācijām. Brīvi-apstrādājami tēraudi ar pievienotiem sēra vai svina ieslēgumiem viegli sadala skaidas un apstrādā līdz 0,8–1,6 mikrometriem Ra ar standarta parametriem. Austenīta nerūsējošais tērauds ātri sacietē-, un tiem ir nepieciešami asi, pozitīvi{6}}grābekļi ar konsekventiem parametriem, lai novērstu virsmas plīsumu; apdare zem 1,6 mikrometriem Ra prasa rūpīgu optimizāciju. Alumīnija sakausējumi tiek apstrādāti īpaši labi, ar tādām kaltām kategorijām kā 6061 un 7075, kas parasti sasniedz 0,4 līdz 0,8 mikrometrus Ra un spēj sasniegt 0,2 mikrometrus ar smalkiem parametriem. Lietie alumīnija sakausējumi ar silīcija saturu uzrāda abrazīvu darbību, kas paātrina instrumenta nodilumu un ierobežo smalku apdari. Titāna sakausējumi rada augstu griešanas temperatūru un prasa lēnu ātrumu ar stingriem iestatījumiem; beidzas zem 0,8 mikrometriem Ra izaicina parasto virpošanu. Varš un misiņš nodrošina lielisku apstrādājamību, un ar dimanta instrumentiem var iegūt spoguļattēlu{18}}līdzīgu apdari.
6. Mašīnas stāvoklis un stabilitāte
Precīzai apdarei vārpstas skrējiens jākontrolē zem 2 mikrometriem, jo jebkura ekscentriskums tieši izpaužas virsmas profila izmaiņās. Gultņa stāvoklis, siksnas spriegojums un vārpstas līdzsvars ietekmē sasniedzamo apdari. Mašīnas stingrība, tostarp pamatnes stingrība, slīdēšanas izlīdzināšana un astes balsta atbalsts, novērš vibrācijas -izraisītas pļāpāšanas pēdas, kas iznīcina virsmas kvalitāti. Termiskā stabilitāte, pateicoties kontrolētai vides temperatūrai un vārpstas dzesēšanai, saglabā izmēru konsekvenci ilgstošas apdares laikā.
7. Dzesēšanas šķidruma un eļļošanas stratēģijas
Plūdu dzesēšanas šķidruma uzklāšana kontrolētā temperatūrā noņem skaidas, izkliedē siltumu un novērš{0}}apmaļu veidošanos. Alumīnijam un vara dzesēšanas šķidruma temperatūrai jāatbilst apkārtējiem apstākļiem, lai izvairītos no termiskā trieciena kropļojumiem. Augsta-spiediena dzesēšanas šķidrums, izmantojot instrumentu piegādi, uzlabo skaidu laušanu un evakuāciju dziļās urbumos un rievošanas operācijās. Minimālā daudzuma eļļošanas sistēmas samazina dzesēšanas šķidruma patēriņu, vienlaikus nodrošinot pietiekamu eļļošanu tēraudu apdarei. Dažiem lietojumiem sausā virpošana ar saspiestā gaisa šķembu izvadīšanu novērš termiskus gradientus, kas saistīti ar šķidro dzesēšanas šķidrumu, lai gan tas palielina instrumenta nodiluma ātrumu.
8. Procesu metodes uzlabotai apdarei
Dzirksteles{0}}izplūdes gājiens ietver pēdējās gājiena palaišanu ar nulli vai minimālu padevi, lai nopulētu virsmu bez aktīvas griešanas, samazinot atlikušās padeves zīmes par 20–40 procentiem. Šim paņēmienam ir nepieciešami stingri iestatījumi, lai novērstu berzes{4}}izraisītu vibrāciju. Pulēšanas virpošanā tiek izmantoti īpaši sagatavoti instrumenti ar lieliem rādiusiem un lieliem pozitīviem slīpuma leņķiem pie ļoti zemām padevēm, lai radītu piestrādātas virsmas, kas tuvojas 0,1 mikrometram Ra. Cietā virpošana ar kubiskā bora nitrīda instrumentiem rūdītiem tēraudiem virs 50 HRC nodrošina apdari no 0,4 līdz 0,8 mikrometriem Ra, potenciāli novēršot slīpēšanas darbības. Vibrācijas virpošana, izmantojot ultraskaņas vai zemas{12}}frekvences instrumenta svārstības, maina šķembu veidošanos un var uzlabot virsmas integritāti sarežģītos materiālos.
9. Mērīšana un kvalitātes kontrole
Virsmas apdares mērīšanai pagriezienā parasti tiek izmantoti kontakta irbuli profilometri, kas tiek izsekoti perpendikulāri padeves atzīmēm. Mērījumu vietā jāizvairās no pārejas zonām, instrumenta ievades atzīmēm un pļāpāšanas reģioniem. Virpotām virsmām ar izteiktu virziena faktūru mērījumu virziens būtiski ietekmē rādījumus; perpendikulārais mērījums uztver pilnu padeves atzīmes profilu, savukārt paralēlais mērījums var nenovērtēt raupjumu. Virsmas apdares statistiskā procesa kontroles izsekošana ražošanas partijās identificē instrumenta nodiluma tendences un parametru novirzi, pirms parādās detaļas, kas neatbilst-specifikācijas prasībām.
10. Bieži sastopamu apdares defektu problēmu novēršana
Padeves atzīmes, kas ir rupjākas par teorētiskajām prognozēm, norāda uz pārmērīgu padevi, nepietiekamu priekšgala rādiusu vai instrumenta novirzi griešanas spēku ietekmē. Uzbūvēta-mala izpaužas kā saplēsta, neregulāra virsmas tekstūra ar materiāla nogulsnēm; griešanas ātruma palielināšana vai dzesēšanas šķidruma padeves uzlabošana parasti to atrisina. Pļāpāšana rada regulāru viļņojumu, kas ir perpendikulāra padeves virzienam, un tam ir nepieciešama lielāka sistēmas stingrība, pielāgots ātrums, lai izvairītos no rezonanses frekvencēm, vai samazināts griezuma dziļums. Konusveida vai izmēru izmaiņas garumā liecina par sagataves novirzi no pārmērīga griešanas spēka vai nepietiekama astes balsta. Virsmas plīsumus kaļamos materiālos izraisa negatīvi slīpuma leņķi, blāvi instrumenti vai nepietiekams griešanas ātrums.
Secinājums
CNC virpošana piedāvā virsmas apdares iespējas, sākot no neapstrādātas apstrādes ar 6,3 mikrometru Ra līdz īpaši precīzām spoguļu virsmām, kas mazākas par 0,1 mikrometru Ra. Sasniedzamā apdare ir atkarīga no integrētās padeves ātruma, griešanas ātruma, griezuma dziļuma, instrumenta ģeometrijas un materiāla, sagataves raksturlielumu, mašīnas stāvokļa un dzesēšanas šķidruma stratēģijas optimizācijas. Izpratne par teorētiskajiem pamatiem un praktisko mijiedarbību starp šiem mainīgajiem ļauj procesu inženieriem izvēlēties atbilstošas parametru kombinācijas, kas atbilst funkcionālajām prasībām, vienlaikus saglabājot ekonomisko produktivitāti. Precīziem lietojumiem investīcijas augstas-kvalitātes instrumentos, stingros iestatījumos un kontrolētās vidēs konsekventi nodrošina izcilu virsmas integritāti, salīdzinot ar agresīviem parametriem ar minimālu instrumentu palīdzību.
