Prelucrare CNC de precizieArbori subțiri: cum controlăm devierea (fără a înnebuni)
Să fim sinceri. Dacă întrebați orice mașinist din atelierul nostru ce piesă detestă cel mai mult să ruleze, nu va spune un rotor aerospațial complex cu 5-axe. Probabil că vor indica un ax subțire cu aspect simplu.
Chiar luna trecută, un client a adus un adevărat spectacol de groază al unei părți. Am folosit un arbore din oțel inoxidabil 316L. Semăna mai mult cu spaghete decât cu o componentă prelucrată. Raportul dintre lungime-la-diametru (L/D) era de 35:1.
Când raportul L/D trece de 10 sau 12, lipsa de rigiditate înseamnă că metalul se comportă ca un tăiței umed. Dacă furnizorul dvs. nu are abilitățile potrivite, este posibil să obțineți piese conice, finisaje brute și piese care se îndoaie după prelucrare. Am văzut cumpărători venind la noi cerând ajutor. Ultimul lor furnizor cu cost redus-a livrat 2.000 de arbori care arătau ca banane.
Iată o privire clară asupra a ceea ce funcționează pentru noi în atelier. Ajută la reducerea deformarii, vibrațiilor și dilatației termice atunci când prelucrați piese subțiri. Fără teorii de manuale-doar remedieri reale-fabricatelor.
De ce arborii subțiri eșuează atât de des? Fizica din spatele durerii de cap?
Totul se rezumă la fizică. Când trageți o unealtă de tăiere cu carbură peste o piesă metalică lungă, nesuportată, vă confruntați cu trei provocări majore simultan.
1. Deviație radială (efectul „Arc”)
În timpul strunjirii, unealta de tăiere creează forță axială care se mișcă de-a lungul lungimii piesei de prelucrat. De asemenea, creează forță radială care apasă în partea laterală a piesei. Deoarece arborele este subțire și lung, îi lipsește rigiditatea fasciculului pentru a rezista acelei presiuni radiale. Se îndoaie literalmente departe de unealtă.
Rezultatul? Unealta taie mai puțin material în mijlocul arborelui decât la capete. Ajungi cu o formă de butoi sau de „tobă”-grosă la mijloc, subțire la capete. Fizica câștigă de fiecare dată dacă nu o susții corect.
2. Acea vorbărie care țipă (vibrație armonică)
Dacă ai petrecut ceva timp într-un atelier de mașini, știi sunetul. un scârțâit-înalt, care înseamnă că unealta dvs. sare pe material în loc să-l felieze.
Rigiditatea slabă duce la-vibrații armonice de înaltă frecvență. Acest zgomot vă distruge finisajul suprafeței și lasă urme urât-de dungi de tigru. De asemenea, vă poate ciobi inserțiile costisitoare de carbură în câteva minute.
3. Expansiune termică (The Silent Killer)
Metalele cresc când devin fierbinți. Tăierea unui arbore lung generează o cantitate masivă de frecare și căldură.
De exemplu, o lungime de 500 mm de aluminiu poate crește cu ușurință câteva miimi de inch doar încălzindu-se la atingere. Dacă o mandră rigidă și o contrapunctură rigidă blochează axul strâns, lungimea suplimentară nu are unde să meargă. Trebuie să se îndoaie și să se încline spre exterior.
Soluția supremă: prelucrare CNC de tip elvețian-
Dacă folosim un arbore subțire care are un diametru sub 32 mm (aproximativ 1,25 inci), raportul L/D poate fi mare. În acest caz, nu folosim strunguri CNC standard. Mutăm sarcina direct la mașinile noastre CNC de tip elvețian-(cum ar fi Citizens sau Tsugamis).
Voi fi direct cu tine:Prelucrarea elvețiană este codul suprem pentru arbori subțiri.
De ce? Totul este despre bucșa de ghidare.
Spre deosebire de un strung convențional, unde piesa de prelucrat se extinde de la mandrina, o mașină elvețiană funcționează în sens invers. O bucșă de ghidare extrem de precisă alimentează stocul de bare brute. Unealta de tăiere sta staționară, chiar lângă bucșa respectivă-de obicei, la doar un milimetru sau doi distanță. Materialul alunecă afară, iar instrumentul îl felie pe măsură ce iese.
Deoarece unealta taie chiar lângă suport,raportul L/D la punctul de tăiere este aproape de zero. Deviația dispare complet. Chatter a murit.
Cu prelucrarea de tip elvețian-, menținem toleranțe strânse de diametru de ±0,005 mm (0,0002 inchi) și finisaje Ra 0,4.
Facem acest lucru pe piese pe care multe alte magazine refuză să le ofere. În plus, putem să frezăm plăci, să găurim-găuri transversale și să lovim filete într-o singură configurație, ceea ce gestionează drastic erorile.
Sfaturi de strung tradiționale (când piesa de prelucrat este prea mare pentru un elvețian)
Mașinile elvețiene sunt incredibile, dar ajung la maxim la anumite diametre. Dacă un client ne trimite un arbore de pompă personalizat care are 50 mm în diametru și 800 mm lungime, acesta nu se va potrivi într-un strung elvețian. Trebuie să ne bazăm pe convenționalstrunjire CNCcentre.
Iată cum oprim arborii mari și subțiri să se transforme în banane:
1. Odihnă constantă vs. Odihnă adeptă
Trebuie să sprijiniți mijlocul tăieturii.
· Operatorul fixează aOdihnă constantăla patul mașinii. Menține un loc specific pe arbore în timp ce unealta taie în altă parte. Excelent pentru găurirea capătului unui arbore lung, dar nu perfect pentru treceri lungi de întoarcere.
· A Follower Restșuruburi chiar la căruciorul de scule. Se deplasează cu unealta de tăiere, susținând constant arborele direct opus forțelor de tăiere. Acest lucru este eficient, dar pentru a seta rolele de sprijin, astfel încât acestea să nu zgârie noua suprafață tăiată, este nevoie de un mecanic expert.
2. Rotire inversă cu avans (Trucul de tensiune)
De regulă, începeți să tăiați la capătul contrapunctului și introduceți unealta spre mandrina. Acest lucru pune arborele subțire sub compresie. Proastă idee.
În schimb, programăm mașina să pornească lângă mandrina și să tăiem înapoi spre contrapunctură. Acest lucru pune arborele sub tensiune de tragere. Gândiți-vă la asta ca și cum ați trage strâns coarda de chitară-în mod natural dorește să rămână perfect drept.
3. Rotire dublă-turuletă
Dacă executăm lucrarea pe un strung CNC cu-turlă dublă, folosim strunjirea prin ciupire. Programăm o unealtă superioară și una inferioară pentru a tăia unul față de celălalt la momentul respectiv.
Un instrument ia trecerea de degroșare, cealaltă urmează ușor pentru trecerea de finisare. Forțele radiale de împingere se anulează reciproc complet. Axul nici măcar nu știe că cineva îl împinge.
4. Centrele sub tensiune cu arc-încărcate și presiunea contraportului
Pentru a combate această expansiune termică pe care am menționat-o mai devreme, nu folosim niciodată un centru solid mort. Folosim centre vii cu arc intern în contrapunctură.
Pe măsură ce arborele se încălzește și crește în timpul unei treceri grele de degroșare, arcul ocupă lungimea suplimentară. Menține presiunea de menținere constantă și previne flambajul piesei.
De asemenea, este crucială scăderea presiunii hidraulice a contraportului. Prea multă presiune pe un arbore de 10 mm îl va înclina. Acest lucru se poate întâmpla înainte ca instrumentul să-l atingă.
Secretele geometriei sculelor: ce inserții cumpărăm de fapt
Puteți avea cea mai bună mașină din lume, dar dacă loviți un arbore subțire cu inserția greșită din carbură, vă veți distra rău. Iată cum arată patul nostru de instrumente pentru aceste locuri de muncă:
· Raze mici ale nasului: inserțiile standard au adesea o rază a nasului de 0,8 mm sau 0,4 mm. Pentru arbori subțiri, o reducem la 0,2 mm (0,008") sau chiar la 0,1 mm. O rază mai mare acționează ca un plug de zăpadă, creând o presiune radială masivă care împinge piesa. O rază ascuțită și mică acționează ca un bisturiu, scăzând forțele de tăiere.
·Unghiuri de degroșare pozitive ridicate: renunțăm la inserțiile grele, negative-de degroșare cu greblare. Folosim inserții de tăiere-pozitive, ascuțite-din aluminiu-, chiar și pe oțel uneori, pentru a tăia materialul în mod curat. Ajută la prevenirea ruperii.
· Inserții ștergătoare (The Finish Hack): În mod normal, o rază mică a nasului dă un răufinisarea suprafeței. Cu excepția cazului în care încetiniți viteza de alimentare până la un crawl.
Pentru a remedia acest lucru, folosim inserții „Ștergătoare”. Au o margine plată secundară care acționează ca o mistrie, netezind urmele de alimentare. Acest lucru ne permite să rulăm o rază mică pentru presiune scăzută, obținând totuși un finisaj lustruit la viteze decente.
Ghid de selecție a materialului pentru arbori subțiri
Fiecare metal se comportă diferit atunci când îl întindeți și încercați să îl tăiați. Dacă sunteți inginer care alege un material, citiți mai întâi acest lucru:
· Oțel inoxidabil 304 / 316:Un coșmar dacă nu este tratat corect. Lucrările-se întăresc rapid. Dacă unealta dvs. freacă în loc de tăiere, suprafața devine sticlă-dură, iar piesa se înclină imediat. Necesita unelte extrem de ascuțite și lichid de răcire.
· Oțel inoxidabil 17-4 PH:De fapt, mult mai bine decât seria 300 pentru arbori lungi. Se prelucrează frumos în starea sa recoaptă și rămâne surprinzător de drept.
· Titan (gradul 5):Este gumos și nu conduce bine căldura. Căldura rămâne în zona de tăiere, ceea ce înseamnă că unealta arde, iar arborele se împinge. Necesită viteze de tăiere extrem de mici și sablare cu lichid de răcire la-presiunea ridicată chiar la muchia de tăiere.
· Oțel-laminat la rece (de exemplu, 1018 CR):Cea mai comună capcană. Laminarea la rece împachetează pielea exterioară a barului cu un stres intern imens. Când decupăm pielea exterioară, stresul se eliberează neuniform, iar arborele se deformează de îndată ce părăsește mașina. Specificați întotdeauna stocul la cald-laminat sau eliberat de tensiune-pentru arbori lungi!
O favoare DFM rapidă pentru a cere inginerilor
Pentru inginerii de proiectare care citesc asta: ne face plăcere să vă facem componente. Dacă specificați un arbore lung și subțire, țineți cont de aceste sfaturi simple de Design for Manufacturability (DFM). Ei vor face piesa mult mai ieftină și mai rapidă pentru ca noi să o prelucram pentru dvs.
1.Slăbiți mijlocul:Mandrina și centrul țin rigid capetele arborelui. Sunt ușor de păstrat toleranțe strânse.
Mijlocul este locul în care partea vrea să se încline. Dacă secțiunea din mijloc nu se potrivește cu un rulment, scripete sau etanșare, vă rugăm să utilizați o toleranță mai slabă acolo. De exemplu, utilizați ±0,1 mm în loc de ±0,01 mm. Ne economisește ore de luptă cu mașina, ceea ce vă economisește bani.
2.Urmăriți cheile:Frezarea unui canal adânc și lung de-a lungul unui arbore lung eliberează stresul intern. Se poate deforma imediat când ajunge lacentru de frezare. Dacă aveți nevoie de un canal lung, proiectați două canale simetrice, câte una pe fiecare parte, pentru a echilibra reducerea stresului.
Sau plănuiți să plătiți pentru tratamente termice suplimentare pentru îndreptare și atenuare{0}}de stres.
3.Evitați firele în centrul mort:Filetarea cu un singur-punct exercită o presiune mare asupra piesei. Încercați să păstrați secțiunile filetate lângă capetele arborelui unde rigiditatea este cea mai mare.
Studiu de caz real-: salvarea unui proiect pentru dispozitive medicale
Să punem toată această teorie în realitate.
· Partea:Un instrument endoscopic.
· Material:Oțel inoxidabil 316L.
· Specificații: 4 mm diametru, 150 mm lungime (un raport L/D de 37,5:1!).
· Problema:Furnizorul anterior al clientului a casat aproape 40% din piese. Nu au putut îndeplini obligația strictă de dreptate de 0,02 mm. Urmele de vibrații au făcut ca piesele să eșueze validările de curățare biologică.
· Soluția noastră:Am lăsat imediat această lucrare pe strungul nostru Citizen Swiss cu 5 axe. Pentru a opri o ușoară vibrație armonică pe vârf în timpul tăierii finale, ne-am ajustat liniile de răcire de 2.000 PSI.
Le-am îndreptat spre zona exactă de tăiere. Acest lucru a redus creșterea termică. De asemenea, am schimbat la o inserție personalizată de ștergător cu greblă-înaltă-pozitivă.
· Rezultatul:Am expediat un lot de 2.000 de bucăți o săptămână mai târziu. Rapoartele de inspecție de la CMM-ul nostru optic au arătat conicitate zero. Clientul avea o rată de randament de 100% pe linia de asamblare.
Concluzie
După ani petrecuți în magazinul Dazao, vă pot spune un lucru. Prelucrarea unui arbore lung și subțire vă va umili rapid dacă nu respectați fizica.
Pur și simplu nu poți arunca o bucată de oțel brut-laminat la rece într-un strung standard, să apeși butonul verde și să te rogi să iasă drept. Pur și simplu nu funcționează. Fizica va câștiga această luptă de fiecare dată.
La Dazao, ne-am construit de fapt o mare parte din reputația noastră în gestionarea acestor locuri de muncă exacte de coșmar. O facem prin gestionarea agresivă a fiecărei variabile mici. Indiferent dacă echipa mea vă conduce slujba pe mașinile noastre-elevețiene de ultimă generație pentru a elimina deviația, nu ne bazăm pe noroc.
Indiferent dacă facem o tăietură dublă-turelletă, nu ne bazăm pe noroc.
Sau schimbăm sculele cu o inserție-ascuțită cu o rază de 0,1 mm pentru a opri vibrațiile.
Nu lăsăm niciodată ca rezultatele să se reducă la noroc. Știm cum vrea metalul să se miște și îl oprim înainte să o facă.
Dar uite, știu cât de frustrant poate fi proiectarea și aprovizionarea acestor piese. Vorbesc cu ingineri-și cumpărători sătui în fiecare săptămână. Furnizorul lor tocmai a expediat un alt lot de arbori îndoiți.
Din această cauză, văd aceleași întrebări specifice,{0}}atrăgătoare de păr care apar din nou și din nou. Așadar, înainte de a face clic, să ne aruncăm în răspunsurile reale la cele mai comune dureri de cap subțiri pe care le văd acolo.
Întrebări frecvente de la magazin: Răspuns la întrebările dificile
Î1: De ce se deformează arborele meu subțire după ce îl scot de pe mașină, chiar dacă am folosit o contrapunctură și a măsurat perfect în mandrina?
A1:Stresul intern. Ăsta e un ucigaș.
Dacă transformați oțel-laminat la rece, oțelul captează tensiunile în stratul exterior. Odată ce tăiați pielea, stresul se eliberează. În momentul în care deblocați mandrina, piesa se înclină în mână.
Remediere:Nu mai folosiți material-laminat la rece pentru piese lungi. Folosiți-laminat la cald, recoacet sau cumpărați materiale pre-eliberate-de stres.
Î2: Cum pot opri acel zgomot terifiant când rotesc exact mijlocul arborelui?
A2:Chatter înseamnă că presiunea radială a sculei bate rigiditatea arborelui. Mai întâi, reduceți raza nasului insertului la 0,1 mm. O rază mică scade drastic presiunea radială.
În al doilea rând, asigurați-vă că unealta este exact la înălțimea centrului (sau chiar un fir de păr deasupra centrului pentru întoarcerea în exterior). Dacă aceasta nu reușește, încercați „Înstruire segmentată”.
Puneți și tăiați arborele în secțiuni scurte,{0}}în adâncime. Deplasați-vă spre mandrina. Nu luați treceri lungi și puțin adânci pe toată partea.
Î3: Odihna mea constantă lasă urme urâte de urme și punctează la suprafață. Cum o repar?
A3:Probabil că așchiile se prind sub rolele metalice standard sau presiunea de prindere se simte prea mare.
Remediere:Încercați să virați mai întâi o pistă netedă, ușor supradimensionată. Apoi înfășurați acel loc cu un strat de suport de alamă. Cuplați rolele după aceea. Pentru finisaje super delicate, schimbați rolele de oțel cu vârfuri personalizate din bronz sau teflon (PTFE).
Î4: Prelucrarea elvețiană este întotdeauna răspunsul pentru arbori subțiri?
A4:Nu. Mașinile elvețiene sunt incredibile, dar au două dezavantaje: dimensiunea și timpul de configurare.
Au o lungime maximă de aproximativ 32 mm până la 38 mm. Iar configurarea bucșei de ghidare și a sculelor pentru un elvețian este complexă și necesită timp-.
Dacă aveți nevoie doar de un prototip mic de trei părți, configurarea unei mașini elvețiane este exagerată. Costă timp și bani.
În schimb, folosiți un mașinist tradițional cu experiență. Pune-i să ruleze un strung standard cu un suport solid.
Î5: Trucurile de programare pot rezolva singure deviația dacă nu am o odihnă constantă sau un elvețian?
A5:Într-o măsură, da. Pe lângă trucul-de feed inversă pe care l-am menționat mai devreme, puteți utiliza SSV (Spindle Speed Variation) în codul dvs. G-. Prin programarea axului să accelereze și să încetinească cu aproximativ 10-15% în timpul tăierii, întrerupeți rezonanța care provoacă vibrații. Sună ciudat când mașina funcționează, dar funcționează ca prin magie.
Î6: Cum găuriți o gaură centrală într-un ax mic de 3 mm fără să-l îndoiți instantaneu cu burghiul?
A6:Nu poți să pui pur și simplu un burghiu central într-un fir minuscul{0}}atârnat liber. Trebuie să o susții perfect. Dacă nu utilizați o mașină elvețiană, veți avea nevoie de o bucșă de alamă despicată personalizată.
Așezați-l în ax pentru a ține vârful complet rigid în timp ce observați gaura centrală. Fără ghidaj, burghiul va împinge piesa deoparte și va rupe.
Î7: Contează atât de mult lichidul de răcire pentru arbori lungi sau este doar pentru durata de viață a sculei?
A7:Contează în totalitate pentru stabilitatea dimensională. O bucată de oțel inoxidabil de 500 mm va crește cu ușurință cu 0,1 mm doar după ce se încălzește la atingere. Dacă îl blocați între centre, acea creștere îl forțează să se plece lateral.
Aveți nevoie de lichid de răcire de înaltă-presiune,-volum mare pe vârful sculei. Acest lucru menține miezul arborelui complet înghețat pe toată durata tăierii.
Î8: Puteți șlefui arbori subțiri pentru a menține toleranțe strânse după întoarcere?
A8:Da, și este foarte recomandat. Slefuirea fără centre este mersul nostru-la operația secundară pentru arbori subțiri. Pentru că o roată de reglare și o lamă de lucru susțin piesa pe toată lungimea sa.
Piesa nu se va îndoi când trece prin roțile de șlefuit. cum obținem finisaje de tip oglindă-și precizie la nivel de-microni, fără a induce noi solicitări.
