Завршна обрада у ЦНЦ операцијама токарења
1. Типична храпавост површине која се може постићи
ЦНЦ стругање производи широк спектар завршних обрада у зависности од алата, параметара и материјала. Грубо стругање за уклањање материјала обично постиже храпавост површине између 1,6 и 6,3 микрометара Ра, остављајући видљиве трагове увлачења и захтевајући накнадну завршну обраду за прецизне примене. Опште прецизно стругање са стандардним уметцима и конвенционалним параметрима даје 0,8 до 1,6 микрометара Ра, погодно за већину механичких склопова и не-некритичних налегања. Фино стругање коришћењем полираних уметака, оптимизоване геометрије и крутих подешавања достиже 0,4 до 0,8 микрометара Ра, погодно за лежишта лежаја и заптивне површине. Високо{11}}прецизно стругање са дијамантским-врхом или пажљиво припремљеним карбидним алатима, минималним помацима и стабилним условима може да постигне 0,2 до 0,4 микрометра Ра. Ултра-прецизно стругање коришћењем-алата од једног кристала дијаманта на-обојним материјалима производи оптичке-квалитетне површине испод 0,1 микрометар Ра, са изузетним подешавањима која достижу 0,01 микрометар или боље.
2. Теоријска основа за храпавост површине
Теоријска храпавост од-до{1}}долине при стругању потиче првенствено од геометријске интеракције између радијуса врха алата и брзине помака. Основни однос изражава теоријску висину храпавости као приближно увлачење на квадрат подељено са осам пута радијусом носа. То значи да се удвостручење брзине помака четвороструко повећава теоријску храпавост, док је удвостручење радијуса носа преполовљује. У пракси, стварна храпавост премашује теоријске вредности због изграђене-формације ивице, вибрација алата, бочног струјања материјала и динамике машине. Теоријски модел пружа основу за избор параметара, али захтева емпиријску валидацију за критичне површине.
3. Ефекти кључних параметара на завршну обраду површине
Брзина помака је доминантан параметар који утиче на текстуру токоване површине. Смањење брзине помака са 0,3 на 0,1 милиметар по обртају обично побољшава храпавост површине за фактор од три до пет. Међутим, претерано мали унос доводи до трљања, а не сечења, стварања топлоте и радног{4}}очвршћавања без побољшања завршне обраде. Практични минимални помаци зависе од оштрине алата и материјала, углавном не падају испод 0,02 милиметара по обртају за карбидне алате.
Брзина сечења утиче на завршну обраду површине својим утицајем на формирање-изграђених ивица. При малим брзинама, материјал радног предмета пријања уз врх алата, стварајући неправилне наслаге које цепају површину и производе грубе завршне обраде. Како се брзина повећава, изграђена-ивица се смањује, а завршна обрада се побољшава све док се не постигне оптимални опсег. За легуре алуминијума овај оптимални опсег обично се креће од 300 до 800 метара у минути, док је за челик потребно 150 до 400 метара у минути у зависности од садржаја легуре. Прекомерне брзине стварају прекомерну топлоту, убрзавају хабање алата и на крају деградирају завршну обраду.
Дубина реза утиче на завршетак кроз свој утицај на силе резања и отклон система. Дубина грубе обраде од 2 до 5 милиметара даје предност уклањању материјала у односу на квалитет површине. Дубина завршне обраде треба да буде минимизирана на 0,1 до 0,5 милиметара да би се смањиле радијалне силе резања које одбацују витке радне предмете или флексибилне системе алата. Веома лагани завршни пролази испод 0,05 милиметара могу да пређу на -очврснути слој из претходних пролаза уместо да генеришу свежу површину, производећи лоше резултате.
4. Геометрија алата и избор материјала
Полупречник носа директно одређује теоријску храпавост и снагу алата. Мали радијуси од 0,4 до 0,8 милиметара дају финије теоријске завршне обраде, али слабе врх алата и повећавају ризик од ломљења. Велики радијуси од 1,2 до 2,4 милиметара распоређују силе резања на дуже лукове, побољшавајући завршну обраду и век трајања алата, али захтевају већу снагу и крутост машине. Избор балансира захтеве завршне обраде са контролом струготине и издржљивошћу алата.
Прегибни угао утиче на силу резања и проток струготине. Позитивни нагибни углови од 5 до 15 степени смањују силу резања и побољшавају завршну обраду дуктилних материјала као што су алуминијум и бакар. Негативни нагибни углови повећавају чврстоћу ивица за тврде материјале, али стварају веће силе и грубље површине. Неутралне до благо позитивне грабље одговарају токарству челика опште намене.
Избор материјала алата утиче на постизање завршне обраде и конзистентност. Карбид без премаза са оштрим ивицама пружа одличну завршну обраду на алуминијуму и-обојним материјалима. Обложени карбиди са титанијум алуминијум нитридом или сличним премазима продужавају век трајања алата у челицима и нерђајућим легурама, али могу мало угрозити оштрину ивица. Керамички уметци подносе тешко -брзину, али ретко постижу фину завршну обраду испод 0,4 микрометра Ра. Алати са кубним бор нитридом омогућавају тврдо стругање каљених челика са завршном обрадом која се приближава квалитету брушења. Поликристални дијамантски алати производе огледала на алуминијуму, бакру и композитима, али су неприкладни за гвожђе материјале због хемијског хабања.
Одржавање стања алата је критично за конзистентну завршну обраду. Истрошени алати развијају увећане полупречнике, неправилне профиле ивица и изграђене-тенденције ивица које прогресивно деградирају квалитет површине. Редовна инспекција и заказана замена на основу кумулативног времена сечења или праћеног трошења бокова чувају способност завршне обраде.
5. Разматрање материјала радног комада
Својства материјала постављају основне границе завршне обраде за операције токарења. Челици за слободну{1}} машинску обраду са додатком сумпора или олова лако ломе струготине и обрађују се на 0,8 до 1,6 микрометара Ра са стандардним параметрима. Аустенитни нерђајући челици раде-брзо се стврдњавају и захтевају оштре, позитивне-алате за грабљење са доследним параметрима да би се спречило кидање површине; завршава испод 1,6 микрометара Ра захтева пажљиву оптимизацију. Алуминијумске легуре машина изузетно добро, са кованим класама као што су 6061 и 7075 који рутински постижу 0,4 до 0,8 микрометара Ра и способан за 0,2 микрометра са финим параметрима. Легуре ливеног алуминијума са садржајем силицијума показују абразивно понашање које убрзава хабање алата и ограничава фину завршну обраду. Легуре титанијума стварају високе температуре резања и захтевају мале брзине са крутим подешавањима; завршава испод 0,8 микрометара Ра изазива конвенционално стругање. Бакар и месинг нуде одличну обрадивост и могу да постигну завршну обраду попут огледала{18}}са дијамантским алатом.
6. Стање и стабилност машине
За прецизну завршну обраду мора се контролисати отпуштање вретена испод 2 микрометра, пошто се сваки ексцентрицитет директно претвара у варијацију профила површине. Стање лежаја, затегнутост каиша и баланс вретена утичу на постизање завршне обраде. Крутост машине, укључујући крутост лежаја, поравнање клизања и ослонац за задњи део, спречава вибрације{3}}индуковане трагове клепетања који уништавају квалитет површине. Термичка стабилност кроз контролисану температуру околине и хлађење вретена одржава конзистентност димензија током продужених завршних пролаза.
7. Расхладна течност и стратегије подмазивања
Примена расхладне течности на контролисаној температури уклања струготине, расипа топлоту и спречава стварање-нагомиланих ивица. За алуминијум и бакар, температура расхладне течности треба да одговара условима околине како би се избегло изобличење топлотног удара. Расхладна течност под високим-притиском кроз испоруку алата побољшава ломљење струготине и евакуацију у дубоким бушотинама и операцијама жлебова. Системи за подмазивање минималне количине смањују потрошњу расхладне течности док обезбеђују довољно подмазивања за завршно стругање челика. За неке примене, стругање на суво са евакуацијом струготине компримованим ваздухом спречава термичке градијенте повезане са течном расхладном течношћу, мада ово повећава стопу хабања алата.
8. Технике процеса за побољшану завршну обраду
Искрени{0}}пролази обухватају извођење завршног пролаза при нултом или минималном помаку да би се површина изгладила без активног сечења, смањујући преостале трагове увлачења за 20 до 40 процената. Ова техника захтева чврста подешавања како би се спречиле вибрације изазване трљањем{4}}. Токарење за полирање користи специјално припремљене алате са великим радијусима и високим позитивним нагибним угловима при веома малим помацима да би се створиле брушене површине које се приближавају 0,1 микрометар Ра. Тврдо стругање са кубним алатима од бор нитрида на каљеним челицима изнад 50 ХРЦ постиже завршну обраду од 0,4 до 0,8 микрометара Ра, потенцијално елиминишући операције брушења. Вибрационо стругање помоћу ултразвучног или нискофреквентног{12}}осциловања алата модификује формирање струготине и може да побољша интегритет површине у тешким материјалима.
9. Мерење и контрола квалитета
Мерење завршне обраде површине при стругању обично користи контактне игле профилометре који се прате окомито на ознаке увлачења. Место мерења треба да избегава прелазне зоне, ознаке за унос алата и регионе брбљања. За окренуте површине са израженом усмереном текстуром, смер мерења значајно утиче на очитавања; окомито мерење обухвата цео профил ознаке увлачења док паралелно мерење може потценити храпавост. Статистичка контрола процеса праћења завршне обраде површине у производним серијама идентификује трендове хабања алата и одступање параметара пре него што се појаве делови ван{3}}из-спецификације.
10. Решавање уобичајених дефеката завршне обраде
Ознаке помака које су грубље од теоријских предвиђања указују на прекомерни помак, недовољан радијус носа или отклон алата под силама сечења. Изграђена-ивица се манифестује као поцепана, неправилна површинска текстура са наслагама материјала; повећање брзине резања или побољшање испоруке расхладне течности обично решава ово. Цхаттер производи правилну таласастост окомито на правац увлачења, што захтева повећану крутост система, прилагођену брзину да би се избегле резонантне фреквенције или смањену дубину сечења. Конус или варијације у димензијама дуж дужине указују на скретање радног предмета услед превеликих сила резања или неадекватног ослонца за задњи део. Површинско цепање у дуктилним материјалима је резултат негативних нагибних углова, тупих алата или недовољне брзине резања.
Закључак
ЦНЦ стругање нуди могућности завршне обраде површине од грубе обраде на 6,3 микрометара Ра до ултра-прецизних површина огледала испод 0,1 микрометара Ра. Постижна завршна обрада зависи од интегрисане оптимизације помака, брзине резања, дубине резања, геометрије алата и материјала, карактеристика радног комада, стања машине и стратегије расхладног средства. Разумевање теоријских основа и практичних интеракција између ових варијабли омогућава процесним инжењерима да изаберу одговарајуће комбинације параметара које испуњавају функционалне захтеве уз одржавање економске продуктивности. За прецизне примене, улагање у-висококвалитетне алате, крута подешавања и контролисано окружење доследно даје супериоран површински интегритет у поређењу са агресивним параметрима са маргиналним алатима.
