W inżynierii produkcji dobór parametrów skrawania jest kluczowym elementem determinującym wydajność, ekonomię oraz jakość procesu technologicznego. Niewłaściwe ustawienia prowadzą nie tylko do szybkiego zużycia narzędzi, ale również do powstawania wibracji samowzbudnych, uszkodzeń wrzeciona oraz degradacji powierzchni obrabianego detalu. Dobór właściwych parametrów frezowania to proces analityczny, bazujący na charakterystyce materiałowej, sztywności układu OUPN (Obrabiarka-Uchwyt-Przedmiot-Narzędzie) oraz strategii obróbczej.
Prędkość skrawania (Vc) a temperatura w strefie cięcia
Prędkość skrawania (Vc), wyrażana w metrach na minutę, jest parametrem definiującym prędkość liniową krawędzi tnącej względem materiału. Jest to czynnik mający najbardziej bezpośredni wpływ na temperaturę procesu oraz żywotność narzędzia.
- Zbyt niska Vc – może prowadzić do powstawania narostu na krawędzi tnącej (BUE – Built-Up Edge), co drastycznie pogarsza jakość powierzchni i może doprowadzić do wykruszenia ostrza.
- Zbyt wysoka Vc – powoduje gwałtowny wzrost temperatury, co przyspiesza zużycie ścierne powłoki narzędzia oraz deformację plastyczną krawędzi skrawającej.
Dobór Vc jest ściśle skorelowany z twardością obrabianego materiału – im twardszy materiał (np. stal hartowana, tytan), tym niższa powinna być prędkość skrawania, aby utrzymać temperaturę w bezpiecznym zakresie.
Posuw na ząb (fz) – kontrola grubości wióra
W przeciwieństwie do posuwu minutowego, który jest wartością wynikową, posuw na ząb (fz) jest parametrem pierwotnym, określającym obciążenie mechaniczne pojedynczego ostrza. To właśnie fz determinuje grubość wióra.
Utrzymanie odpowiedniego posuwu na ząb jest krytyczne dla prawidłowego łamania wióra i odprowadzania ciepła. Zbyt mały posuw (częsty błąd przy obróbce wykańczającej) sprawia, że narzędzie, zamiast ścinać materiał, „ślizga się” po nim i go zgniata (zjawisko orki). Generuje to ogromne ciepło tarcia i utwardza powierzchnię detalu. Z kolei zbyt duży posuw generuje siły skrawania mogące złamać narzędzie lub przekroczyć moment obrotowy wrzeciona.
Głębokość (ap) i szerokość (ae) skrawania
Te dwa parametry definiują objętość usuwanego materiału w czasie oraz stopień zaangażowania narzędzia.
- Głębokość skrawania (ap) – wymiar warstwy skrawanej mierzony równolegle do osi narzędzia. Wpływa na siłę promieniową i ugięcie narzędzia.
- Szerokość skrawania (ae) – wymiar mierzony prostopadle do osi narzędzia. Jest kluczowy przy obróbce HSM (High Speed Machining) i frezowaniu trochoidalnym, gdzie stosuje się małe ae przy dużym ap, aby wykorzystać całą długość krawędzi tnącej i zminimalizować kąt opasania narzędzia.
Tabela zależności parametrów
Poniższa tabela przedstawia jakościowy wpływ zwiększania poszczególnych parametrów na kluczowe wskaźniki procesu technologicznego. Zrozumienie tych relacji pozwala na szybką diagnostykę problemów na maszynie.
|
Zmiana parametru (Wzrost) |
Wpływ na żywotność narzędzia |
Wpływ na temperaturę skrawania |
Wpływ na siły skrawania |
Wpływ na chropowatość powierzchni (Ra) |
|
Prędkość skrawania (Vc) |
Znaczny spadek |
Gwałtowny wzrost |
Nieznaczny spadek |
Poprawa (zazwyczaj) |
|
Posuw na ząb (fz) |
Umiarkowany spadek |
Nieznaczny wzrost |
Znaczny wzrost |
Pogorszenie (wyższe Ra) |
|
Głębokość skrawania (ap) |
Wyraźny spadek |
Średni wzrost |
Proporcjonalny wzrost |
Bez większego wpływu* |
*Pod warunkiem zachowania stabilności układu. Przy zbyt dużym ap mogą wystąpić drgania, które drastycznie pogorszą powierzchnię.
Obróbka zgrubna a wykańczająca
Podejście do doboru parametrów musi być podyktowane celem operacji:
- Obróbka zgrubna (roughing) – priorytetem jest wskaźnik usuwania materiału (MRR – Material Removal Rate). Stosujemy maksymalne możliwe głębokości skrawania (ap) i wysokie posuwy (fz), dobierając prędkość (Vc) w dolnym lub średnim zakresie zalecanym przez producenta narzędzi, aby zachować ich trwałość.
- Obróbka wykańczająca (finishing) – priorytetem jest wymiar i jakość powierzchni. Zmniejszamy posuw na ząb (fz) i głębokość skrawania (ap), jednocześnie zwiększając prędkość skrawania (Vc), aby uniknąć narostów i uzyskać gładką powierzchnię.
Doświadczenie technologiczne CNC Group
Teoria to podstawa, ale w praktyce warsztatowej kluczowe jest doświadczenie. W CNC Group każdy proces jest weryfikowany przez naszych technologów pod kątem specyfiki danej maszyny, sposobu mocowania detalu oraz jego geometrii. Dzięki temu jesteśmy w stanie dobrać parametry tak, aby zbalansować czas wykonania z najwyższą jakością, co bezpośrednio przekłada się na optymalizację kosztów produkcji dla naszych Klientów.
Potrzebujesz partnera, który dobierze technologię do Twoich potrzeb? Skontaktuj się z nami i zleć produkcję profesjonalistom.