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Llave de corte de alta velocidad. Tecnologías e introducción de aplicaciones

En la década de 1990, mi país comenzó a prestar atención a la investigación de tecnologías de corte de alta velocidad. Varias universidades han desarrollado cortes avanzados de alta velocidad de materiales difíciles de mecanizar. Se realizaron muchas investigaciones sobre herramientas cerámicas, máquinas herramienta de corte de alta velocidad, motores lineales, torneado y fresado de alta velocidad. A finales de la década de 1990, muchas empresas comenzaron a introducir máquinas herramienta de corte de alta velocidad extranjeras y a aplicar tecnología de corte de alta velocidad a la producción.

1. Tecnologías y aplicaciones clave del corte a alta velocidad

(1) Tecnologías clave del corte a alta velocidad

Según la definición del informe principal Según la reunión anual del CIRP de 1992, corte de alta velocidad El corte se refiere al corte a una velocidad de corte que es de 5 a 10 veces mayor que la velocidad de corte tradicional. Por lo tanto, el rango de velocidad de corte de alta velocidad varía según los materiales y métodos de procesamiento. El corte de alta velocidad incluye fresado de alta velocidad, torneado de alta velocidad, taladrado de alta velocidad, torneado y fresado de alta velocidad, etc., pero la mayoría de las aplicaciones son fresado de alta velocidad. En la actualidad, la velocidad de procesamiento de la aleación de aluminio ha alcanzado los 2000-7500 metros/minuto; la velocidad de procesamiento del hierro fundido es de 900-5000 metros/minuto la velocidad de procesamiento de Gangwei; >600-3000 metros/minuto; la aleación base de níquel resistente al calor alcanza los 500 m/min; la aleación de titanio alcanza los 150-1000 m/min; los plásticos reforzados con fibra

2000-9000 m/min.

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Para lograr un corte de alta velocidad, se deben considerar las siguientes tecnologías clave:

Máquinas herramienta de corte de alta velocidad

Tener alta velocidad de husillo y alto avance dinámico. accionamiento, alta potencia, buena rigidez del husillo y la base, excelente rendimiento de absorción de impactos y aislamiento térmico, el rendimiento del control CNC es rápido y la protección de seguridad es confiable.

Herramientas de corte de alta velocidad

Materiales de herramientas avanzados con buena resistencia al desgaste y alta tenacidad, excelente tecnología de recubrimiento de herramientas, parámetros de estructura geométrica razonables y sistemas de herramientas altamente equilibrados dinámicamente, seguros y confiables. método de sujeción, precisión y calidad de la hoja de alta concentricidad, etc.

Tecnología de corte de alta velocidad

Parámetros de procesamiento de alta velocidad optimizados, métodos de alimentación de procesamiento adecuados para corte de alta velocidad, estrategias especiales de programación CAD/CAM, métodos de enfriamiento de lubricación de enfriamiento completo respetuosos con el medio ambiente , etc. .

Se puede observar que el corte de alta velocidad es una tecnología integral. Después de comprar una máquina herramienta de corte de alta velocidad adecuada, la empresa debe seleccionar la herramienta adecuada en función del material y las características estructurales del producto y adoptar la mejor tecnología de corte para lograr el efecto de mecanizado de alta velocidad ideal.

(2) Campos de aplicación de la tecnología de corte de alta velocidad

El avance del corte de alta velocidad se refleja en sus campos de aplicación, que pueden cumplir con los requisitos cada vez más exigentes de eficiencia y costo. en la feroz competencia del mercado; puede cumplir con los requisitos de una calidad de procesamiento cada vez mayor y un procesamiento de precisión de formas de superficies tridimensionales cada vez más complejas; proporciona una nueva solución a los problemas de procesamiento de materiales duros y piezas de paredes delgadas;

El corte a alta velocidad es cada vez más utilizado. Por ejemplo, la calidad del procesamiento de piezas estructurales alveolares de aviones debe utilizar tecnología de fresado de alta velocidad. Los márgenes de procesamiento de vigas, marcos, placas y otras piezas son particularmente grandes. El fresado de alta velocidad de palas de motor. Puede resolver el problema de materiales difíciles de procesar, etc. La mayoría de los moldes son adecuados para la tecnología de fresado de alta velocidad, como moldes de forja, moldes de fundición a presión, moldes de moldeo por inyección y moldes de moldeo por soplado. La cavidad del molde de forja es poco profunda y la vida útil de la herramienta es larga. Los moldes de fundición a presión tienen un tamaño moderado y son muy productivos, mientras que los moldes de inyección y de soplado son generalmente más pequeños y económicos. Los electrodos de grafito y los electrodos de cobre para procesar moldes también son muy adecuados para el fresado de alta velocidad; el fresado de alta velocidad también es adecuado para la creación rápida de prototipos de estructuras de paredes delgadas en productos electrónicos que requieren especialmente un procesamiento de alta velocidad. Las piezas de motores de automóviles también son un área de aplicación para el fresado de alta velocidad. Además, el fresado de alta velocidad también se puede utilizar para la creación de prototipos. La Tabla 1 enumera algunas áreas de aplicación del fresado de alta velocidad según sus ventajas técnicas.

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Tabla 1 Ámbito de aplicación de fresado de alta velocidad

Ventajas técnicas

Campos de aplicación

Ejemplos

Alta tasa de eliminación

Aleación ligera , acero y hierro fundido

Fabricación de productos aeroespaciales, herramientas y moldes

Alta calidad superficial

Mecanizado de precisión, piezas especiales

Piezas ópticas , Piezas de precisión, compresores rotativos

Fuerza de corte pequeña

Piezas de pared delgada

Industria aeroespacial, industria automotriz, equipamiento doméstico

Alta frecuencia de excitación

Evitar * * * procesamiento de frecuencia de vibración

Maquinaria de precisión e industria óptica

Disipación de calor del chip

Pieza de trabajo térmica

Maquinaria de precisión, procesamiento de aleaciones de magnesio

2. Herramientas de corte de alta velocidad

(1) Materiales de herramientas de corte de alta velocidad

Los materiales principales de herramientas de corte de alta velocidad Incluye herramientas de carburo, recubiertas, cermet, cerámica, nitruro de boro cúbico (CBN) y herramientas de diamante. Los materiales de herramientas más utilizados en el fresado de alta velocidad son el carburo, las herramientas recubiertas y el cermet. Las fresas de carburo de alta velocidad suelen utilizar carburo cementado de grano fino o ultrafino (el tamaño de grano de 0,2 a 1 µm representa una gran proporción en el fresado de alta velocidad y la matriz está principalmente cementada). carburo. Se suelen utilizar recubrimientos compuestos multicapa, como TiCN+Al2O3+TiN, TiCN+Al2O3, TiCN+Al2O3+HfN, TiN+Al2O3, TiCN, TiB2, TiAlN/TiN y TiAlN. Los cermets incluyen principalmente cermets a base de TiC con alta resistencia al desgaste (TiC+Ni/Mo) y alta tenacidad.

Cermet a base de TiC (TiC+TaC+WC+Co), reforzado

El cermet a base de TiCN (TiCN+bC) mejora el rendimiento de la herramienta a altas temperaturas en comparación con el cemento cementado. Carburo, adecuado para el procesamiento de alta velocidad de acero aleado y hierro fundido. Las herramientas cerámicas también son buenos materiales para herramientas en torneado de alta velocidad. Las herramientas cerámicas a base de Al2O3 tienen alta dureza y son adecuadas para torneado a alta velocidad de piezas de acero. Las herramientas cerámicas a base de Si3N4 tienen alta resistencia y tenacidad y son adecuadas para torneado de alta velocidad de hierro fundido. Las herramientas de corte de cerámica compuesta Al2O3+Si3N4 (Sialon) tienen alta resistencia, tenacidad y resistencia al choque térmico, y son adecuadas para el corte a alta velocidad de hierro fundido y aleaciones de alta temperatura a base de níquel. Cabe señalar que existe un problema de compatibilidad entre los pares de material de herramienta y material de pieza de trabajo, es decir, un material de herramienta funciona bien cuando se procesa un material de pieza de trabajo, pero no es ideal cuando se procesa otro material de pieza de trabajo. En otras palabras, no existe un material de herramienta universal adecuado para el mecanizado a alta velocidad de todos los materiales de piezas de trabajo. Este es también un aspecto de la complejidad de la tecnología de corte de alta velocidad.

(2) Estructura de la fresa de alta velocidad

Las fresas de alta velocidad se dividen en dos tipos: tipo integral y tipo de abrazadera de máquina. Las fresas de diámetro pequeño generalmente adoptan el tipo integral, mientras que las fresas de diámetro grande adoptan el tipo de abrazadera mecánica. Las máquinas herramienta de alta velocidad tienen ciertas restricciones en cuanto al diámetro de la herramienta. Las fresas integrales de alta velocidad se utilizan generalmente después de la prueba de equilibrio dinámico en fábrica, mientras que los tipos de sujeción mecánica deben equilibrarse después de cada sujeción de plaquita. Los cortadores de sujeción de máquinas herramienta se pueden utilizar cuando la velocidad de la máquina es baja, lo que puede proporcionar un mayor par.

El paso de una fresa se define como la distancia circunferencial entre dos dientes adyacentes. El paso corto significa más dientes y un espacio moderado para las virutas, lo que permite altas tasas de eliminación de metal. Generalmente se utiliza para fresado de hierro fundido y fresado de acero de carga media, y suele ser la primera opción para fresas de alta velocidad. Las fresas de paso grande tienen menos dientes y mayor espacio para las virutas. A menudo se utilizan para el mecanizado en desbaste y el acabado de acero, así como en lugares propensos a vibraciones. El paso ultrafino tiene un espacio de viruta pequeño y puede soportar altas velocidades de avance. Es adecuado para el mecanizado superficial intermitente de hierro fundido, el mecanizado en desbaste de hierro fundido y el mecanizado profundo y de corte pequeño de piezas de acero.

ancho=150>

Mandril de expansión térmica HSK

Cuando la velocidad máxima de la máquina herramienta supera

15000 rpm, HSK alta Se debe utilizar un eje de fresa de velocidad reducida (Fig. 1) u otro eje similar de vástago corto. El portaherramientas HSK es una estructura de sobreposicionamiento que proporciona una conexión estándar a la máquina herramienta.

Bajo la tensión de la máquina herramienta, asegúrese de que el cono corto y la cara del extremo de la copa de la herramienta encajen perfectamente con la máquina herramienta.

(3) Método de sujeción de la herramienta

Las principales formas de sujetar el eje de la herramienta incluyen fijación lateral, sujeción elástica, sujeción hidráulica y carga en caliente. La fijación lateral es difícil de garantizar el equilibrio dinámico de la herramienta y no es adecuada para fresado de alta velocidad. El orificio del portaherramientas cargado térmicamente (Figura 1) tiene un ajuste de interferencia con el portaherramientas, por lo que se requiere un dispositivo de expansión térmica especial para cargar y descargar la herramienta. Generalmente, se utiliza calentamiento por inducción o aire caliente para calentar el portaherramientas, de modo que el diámetro del orificio se expandirá. Después del enfriamiento, el portaherramientas quedará más sujeto bajo la acción del gradiente de temperatura durante el procesamiento. sujetado. La Tabla 2 enumera la comparación entre el tipo de sujeción elástica, el tipo de sujeción hidráulica y el tipo de ajuste en caliente, lo que muestra que el tipo de ajuste en caliente es la mejor forma estructural de portaherramientas de fresado de alta velocidad.

ancho = 350 align = centro bgColor = # e 5 ebba

color del borde luz = # 006600 borde = 1>

(4) Movimiento de la herramienta Equilibrio

Cuando la velocidad del husillo supera las 12000 r/min, se debe considerar el problema del equilibrio dinámico de la herramienta. Un desequilibrio dinámico excesivo afectará directamente la calidad de la superficie mecanizada, la vida útil de la herramienta y la precisión de la máquina herramienta. Por ejemplo, si una herramienta de dos dientes no cumple con el estándar de equilibrio dinámico (G2.5), debido a la desviación de tamaño de los dos dientes en la dirección del diámetro, la rugosidad de la superficie aumentará con el aumento de la velocidad de rotación. dejando una apariencia similar en la superficie mecanizada. Huellas de modos de vibración cuyo espaciado es exactamente igual al avance por revolución de la herramienta. Por lo tanto, al elegir una herramienta, primero debe elegir un portaherramientas de alta calidad y una herramienta después del equilibrio dinámico, intentar elegir una herramienta corta y liviana y revisar periódicamente la herramienta y el portaherramientas para detectar signos de grietas por fatiga y deformaciones.

El equilibrio dinámico de herramientas incluye el equilibrio dinámico externo y el equilibrio dinámico en la máquina. El equilibrio sin motor requiere una máquina equilibradora sin motor dedicada. La unidad de potencia proporciona movimiento de rotación, mide la masa y la fase desequilibradas y luego ajusta el anillo de equilibrio o retira parte del material en una ubicación específica para que el sistema de herramientas cumpla con los requisitos de los estándares de equilibrio dinámico. La máquina herramienta paralela en la máquina utiliza el husillo de la máquina herramienta para proporcionar movimiento de rotación, y el resto es lo mismo que la máquina equilibradora dinámica externa. Las máquinas herramienta de alta velocidad de cada especificación tendrán un desequilibrio dinámico según los estándares. Al comprar herramientas en general, estas deben cumplir con los estándares de equilibrio dinámico, y las herramientas de sujeción de la máquina deben equilibrarse dinámicamente antes de poder usarse.

(5) Seguridad de la herramienta

A alta velocidad, se generará una gran fuerza centrífuga, lo que provocará dos peligros. En primer lugar, la fuerza de sujeción de los mandriles de resorte ordinarios disminuirá y, en segundo lugar, las herramientas de gran diámetro pueden dañarse. Al mismo tiempo, los escombros voladores y los bordes rotos tienen una alta energía cinética y pueden causar fácilmente lesiones personales. Por lo tanto, los sistemas de proceso deben tener altos estándares de protección. Según las pruebas, herramientas con diferentes diámetros corresponden a una velocidad de fallo. Por tanto, dentro de un determinado rango de velocidades, el diámetro máximo de la herramienta está sujeto a límites de seguridad, como se muestra en la Figura 2.

ancho = 500 & gt

3. Modo de procesamiento de corte de alta velocidad y parámetros de procesamiento

(1) Modo de fresado de alta velocidad

Permitir el uso del método de procesamiento de corte de alta velocidad.

Múltiples funciones, en principio, se utiliza corte de anillo multicapa, la vida útil de la herramienta de fresado hacia adelante es más larga y la vida útil de la herramienta de fresado alternativo es la más baja. Alimentar directamente verticalmente hacia abajo puede causar que los bordes se astillen y no debe usarse. El método de avance de trayectoria diagonal aumenta gradualmente la profundidad axial hasta la profundidad axial establecida, y la fuerza de fresado aumenta gradualmente, por lo que el impacto en la herramienta y el husillo es menor que el corte vertical, lo que puede reducir significativamente el fenómeno de astillado. El modo de avance en trayectoria en espiral comienza desde la parte superior de la pieza de trabajo y gira en espiral hacia abajo. Debido al método de procesamiento continuo, es fácil garantizar la precisión del procesamiento. Y como no hay cambios repentinos de velocidad, se puede procesar a mayor velocidad. La alimentación en espiral es más adecuada para el mecanizado a alta velocidad de las cavidades del molde.

(2) Parámetros de fresado de alta velocidad

La determinación de los parámetros de procesamiento de fresado de alta velocidad considera principalmente la eficiencia del procesamiento, la calidad de la superficie de procesamiento, el desgaste de la herramienta y el costo de procesamiento. Cuando diferentes herramientas procesan diferentes materiales de piezas de trabajo, el volumen de procesamiento variará mucho y actualmente no hay datos de procesamiento completos. En términos generales, a medida que aumenta la velocidad de corte, aumenta la eficiencia del procesamiento y aumenta el desgaste de la herramienta. Además del mayor avance por diente, la rugosidad de la superficie mecanizada disminuye con el aumento de la velocidad de corte. Para la vida útil de la herramienta, el avance por diente y la profundidad de corte axial tienen valores óptimos, y el rango de valores óptimos es relativamente estrecho. Los principios generales de selección de los parámetros de fresado de alta velocidad son alta velocidad de corte, avance moderado por diente fz, pequeña profundidad de corte axial ap y profundidad de corte radial apropiadamente grande ae.

Por ejemplo, al procesar acero templado 48-58 HRC, elija v=100 m/min para desbaste.

ap=6%-8%D,

Ae=35%-40%D, fz=0,05-0,1mm/z, semiacabado v=150-200m/ mín, ap=3%-4%D, ae=20%-40%D, fz=

ap=0,1-1,2 mm,

AE = 0,1-0,2 mm, fz = 0,02 ~ 0,2 mm mm/z.

El diámetro de la parte de corte real de la fresa se denomina diámetro efectivo y la velocidad lineal máxima de la parte de corte real de la fresa se denomina la velocidad de corte efectiva. (Ver Figura 3). Cuando se utiliza una fresa de extremo de bolas, si la profundidad de fresado axial es menor que el radio de la herramienta, el diámetro efectivo será menor que el diámetro nominal de la fresa y la velocidad efectiva también será menor que la velocidad nominal. La situación anterior también ocurre cuando se utilizan fresas de arco para cortar profundidades poco profundas. Al optimizar los parámetros de mecanizado se debe seleccionar el diámetro efectivo y la velocidad de fresado:

ancho = 500 & gt

align = middle & gtdeff=2(d ap-ap?)1 /2

cara = símbolo & gtb=0

deff = d sin[cara = símbolo & gtb(

d-ap

)]

d

b≠0

veff=

2pn

rowSpan = 3 & gt(d ap-ap?)1/2

1000

b=0

veff=

pnd

sin[face=symbol>barekos(

d-ap

)]

1000

d

cara = símbolo & gtb≠0

Fórmula

diámetro efectivo de la fresa

velocidad de corte efectiva veff

D——El diámetro de la fresa de bola

AP——La profundidad de corte axial de la herramienta

cara = símbolo & gtB——Ángulo de inclinación de la herramienta

Cara inclinada hacia adelante = símbolo y gtEl ángulo B puede extender la vida útil de la herramienta. Generalmente, la inclinación 15 puede aumentar la velocidad efectiva y mejorar las condiciones de procesamiento de la hoja.

4. Tecnología de lubricación y enfriamiento de corte de alta velocidad

En el fresado de alta velocidad, debido al aumento en la velocidad de eliminación de metal y el calor de corte, el medio de corte debe tener la capacidad de Elimina rápidamente las virutas de la pieza de trabajo y reduce el calor de corte y aumenta la capacidad de lubricación de la interfaz de corte. Es difícil ingresar al área de procesamiento con fluidos de corte y métodos de llenado convencionales, pero aumentarán el cambio de temperatura del borde de la fresa durante el proceso de corte y corte, lo que provocará fatiga térmica y reducirá la vida útil y la confiabilidad de la herramienta. Materiales de herramientas modernos como carburo, herramientas recubiertas, cerámicas y cermets, nitruro de boro cúbico, etc. Tiene alta dureza al rojo. No se deben utilizar fluidos de corte si no se pueden resolver los problemas de fatiga térmica.

En algunos casos especiales, cuando se requiere corte húmedo, el enfriamiento húmedo tradicional, como emulsión, fluido de corte aceitoso, etc., debe tener mayor presión y flujo para cumplir con los requisitos del corte de alta velocidad. Sin embargo, el problema de la contaminación se ha vuelto más grave y los costos de tratamiento han aumentado. En la actualidad, se reemplaza gradualmente por enfriamiento por micro nebulización de aceite, enfriamiento por nebulización de agua y enfriamiento por gas a alta presión.

Por un lado, el enfriamiento de la microniebla de aceite puede reducir la fricción entre "herramienta-viruta-pieza de trabajo". Por otro lado, el efecto de intercambio de calor de la rápida vaporización de las partículas finas de niebla de aceite cuando entran en contacto. la superficie de la herramienta es mayor que la conducción de calor del refrigerante. El efecto de intercambio de calor puede eliminar más calor, lo que la convierte en la primera opción para el corte a alta velocidad.

El medio refrigerante de niebla de aceite de nitrógeno ha logrado buenos resultados en el fresado a alta velocidad de aleaciones de titanio. El medio de enfriamiento de niebla de aceite de nitrógeno no solo tiene los efectos de enfriamiento y lubricación de la niebla de aceite de aire, sino que también tiene efectos antioxidantes y antidesgaste. Cuando la velocidad de fresado es de 300 m/min, en comparación con el enfriamiento por niebla de aire y aceite, la durabilidad de la herramienta aumenta en un 60 % y la fuerza de fresado se reduce entre un 20 % y un 30 %.

5. Programación CNC para corte de hierro a alta velocidad

Los puntos especiales de la programación CNC para fresado de alta velocidad incluyen:

Reducir los bloques de programa tanto como sea posible. para aumentar la velocidad de procesamiento del programa.

Para reducir el cambio brusco de velocidad tanto como sea posible, puede agregar algunas secciones de transición de arco en el segmento del programa. Minimice los cambios en la carga de fresado y controle la tolerancia de mecanizado de la manera más uniforme posible. Utilice fresado multicapa. En principio se utiliza el método de fresado directo. Al cortar, se debe utilizar el avance tangencial tanto como sea posible. Utilice trayectorias continuas en espiral y en arco tanto como sea posible para fresar el material en el que ingresa la herramienta para garantizar condiciones de corte constantes. El mecanizado de desbaste no consiste simplemente en eliminar material. Se debe tener cuidado para garantizar que los márgenes de mecanizado en este proceso y en los procesos posteriores sean uniformes. Aproveche al máximo la función de verificación de simulación proporcionada por el sistema CNC. La pieza debe simularse antes del mecanizado para verificar la exactitud de los datos de posición de la herramienta. Si las partes de la herramienta interfieren con las partes. El hecho de que la herramienta colisione con el accesorio garantiza la calidad del producto y la seguridad operativa.

6. Conclusión

El corte de alta velocidad es una tecnología integral avanzada y en desarrollo que ha logrado enormes beneficios sociales y beneficios en la industria aeroespacial, la fabricación de moldes, la fabricación de automóviles y otros campos. Beneficios económicos. Para aprovechar la tecnología de corte de alta velocidad, no solo debemos tener máquinas herramienta de procesamiento de alta velocidad, sino también aplicar de manera integral tecnología de herramientas de alta velocidad, tecnología de corte de alta velocidad, tecnología CAD/CAM de corte de alta velocidad y refrigeración y lubricación. tecnología.