Какую скорость резки алюминия использовать на токарном станке?

Когда дело доходит до обработки алюминия на токарном станке, понимание правильной скорости резания имеет решающее значение для достижения оптимальных результатов. Скорость резания, часто выражаемая в футах в минуту (SFM) или метрах в минуту (м/мин), напрямую влияет на срок службы инструмента, качество поверхности, образование стружки и общую эффективность обработки. Хотя алюминий известен своей обрабатываемостью, такие факторы, как состав сплава, геометрия инструмента, жесткость станка и применение охлаждающей жидкости, играют важную роль в определении идеальной скорости резания.

Основы скорости резания

Скорость резания относится к относительной скорости между режущим инструментом и заготовкой. Для токарного станка это обычно измеряется по наружному диаметру обрабатываемой заготовки. Более высокая скорость резания означает, что заготовка вращается быстрее, что приводит к большему объему удаляемого материала за единицу времени. Однако чрезмерно высокие скорости могут привести к перегреву инструмента и заготовки, быстрому износу инструмента, плохому качеству поверхности и даже деформации заготовки. И наоборот, слишком медленная резка может привести к неэффективному удалению материала, длительным циклам обработки и потенциально плохому контролю стружки, что может привести к упрочнению материала или повреждению поверхности.

Факторы, влияющие на скорость резания алюминия

При определении оптимальной скорости резания алюминия на токарном станке необходимо учитывать несколько ключевых факторов:

• Алюминиевый сплав: Не все алюминиевые сплавы одинаковы с точки зрения обрабатываемости. Чистый алюминий (например, серии 1XXX) очень мягкий и липкий, что требует более низких скоростей и острых инструментов для предотвращения нароста кромки (BUE). Сплавы, такие как 6061 и 7075, которые подвергаются термической обработке и содержат легирующие элементы, такие как магний, кремний, медь и цинк, обеспечивают лучшую обрабатываемость. Серия 6000, в частности 6061-T6, является рабочей лошадкой в ​​обработке с ЧПУ благодаря хорошему балансу прочности, коррозионной стойкости и отличной обрабатываемости, часто позволяющей использовать более высокие скорости резания. Сплавы серии 7000, известные своей высокой прочностью, также могут эффективно обрабатываться, но могут потребовать тщательного рассмотрения геометрии инструмента и скоростей для управления теплом и контролем стружки.

• Материал инструмента: Материал самого режущего инструмента является основным фактором, определяющим достижимые скорости резания.

  • Быстрорежущая сталь (HSS): Инструменты из быстрорежущей стали обычно используются для более мягких материалов или когда требуются более низкие скорости. Они менее термостойки, чем твердосплавные, и поэтому требуют более низких скоростей резания. Для алюминия инструменты из быстрорежущей стали с полированными, острыми режущими кромками необходимы для минимизации BUE.

  • Твердый сплав: Твердосплавные инструменты значительно тверже и более термостойки, чем быстрорежущая сталь, что позволяет использовать гораздо более высокие скорости резания. Они являются предпочтительным выбором для большинства операций обработки алюминия, особенно когда требуется высокая производительность. Существуют различные марки твердого сплава, со специфическими составами, оптимизированными для различных материалов и условий резания.

  • Керамика и кубический нитрид бора (CBN): Хотя менее распространены для общей токарной обработки алюминия из-за риска сколов или быстрого износа на более мягких алюминиевых сплавах, передовые материалы, такие как керамика и CBN, могут достигать чрезвычайно высоких скоростей резания на более твердых алюминиевых сплавах или в конкретных операциях чистовой обработки.

• Геометрия инструмента: Углы наклона, углы наклона и радиус закругления режущего инструмента существенно влияют на производительность. Для алюминия обычно предпочтительны положительные углы наклона, поскольку они способствуют образованию более острых режущих кромок и снижают усилия резания. Полированная или PVD-покрытая режущая кромка может дополнительно снизить трение и предотвратить BUE. Больший радиус закругления может улучшить качество поверхности и срок службы инструмента, но также увеличивает усилия резания, что необходимо сбалансировать с жесткостью станка.

• Глубина резания (DOC) и скорость подачи: Эти параметры тесно связаны со скоростью резания. Более глубокий рез обычно требует более низкой скорости резания и/или скорости подачи для управления усилиями и теплом. Аналогично, более высокая скорость подачи может потребовать немного более низкой скорости резания для обеспечения надлежащего удаления стружки. Цель состоит в том, чтобы получить непрерывную, управляемую стружку, которая эффективно ломается.

• Охлаждающая жидкость/смазка: Эффективное применение охлаждающей жидкости имеет решающее значение при обработке алюминия. Она служит для охлаждения зоны резания, смазки интерфейса инструмент-заготовка и удаления стружки. Обычным является затопление охлаждающей жидкостью, но системы высокого давления или туманообразные охлаждающие жидкости также могут быть очень эффективными. Наличие и тип охлаждающей жидкости могут позволить использовать более высокие скорости резания, чем при сухой обработке.

• Жесткость станка и возможность скорости шпинделя: Сам токарный станок должен быть достаточно жестким, чтобы выдерживать усилия резания на более высоких скоростях без чрезмерной вибрации. Возможность скорости шпинделя также является прямым ограничением; если станок не может достичь желаемого количества оборотов в минуту, достижимая скорость резания будет ограничена.

Общие рекомендации по скорости резания

Хотя точные скорости зависят от вышеуказанных факторов, вот некоторые общие рекомендации по скорости резания при обработке алюминия на токарном станке, в основном ориентированные на распространенные сплавы, такие как 6061-T6 и 7075-T6, с твердосплавным инструментом:

• Для алюминия 6061-T6:

  • Черновая обработка: При использовании твердосплавного инструмента скорость резания может варьироваться от 500 до 1500 SFM (150 до 450 м/мин). Более глубокие резы и более высокие скорости подачи могут приближаться к нижнему пределу этого диапазона, в то время как более легкие резы позволяют использовать более высокие скорости.

  • Чистовая обработка: Для получения превосходного качества поверхности скорость можно увеличить до 800 до 2000 SFM (240 до 600 м/мин), часто с более тонкой скоростью подачи и меньшей глубиной резания.

• Для алюминия 7075-T6:

  • Этот сплав тверже и более склонен к упрочнению. Скорости обычно должны быть немного ниже, чем для 6061.

  • Черновая обработка: Скорость твердосплавного инструмента может варьироваться от 400 до 1200 SFM (120 до 360 м/мин). Крайне важно уделять пристальное внимание дроблению стружки.

  • Чистовая обработка: Скорости могут быть в диапазоне 600 до 1800 SFM (180 до 550 м/мин), опять же с акцентом на скорость подачи и предотвращение BUE.

• Для более мягких алюминиевых сплавов (например, 1XXX, 3XXX):

  • Эти липкие материалы требуют более низких скоростей для предотвращения BUE. Скорости обычно находятся в диапазоне 300 до 800 SFM (90 до 240 м/мин), с очень острыми, полированными инструментами из быстрорежущей стали или твердого сплава.

Практический подход к поиску правильной скорости

Лучший подход к определению оптимальной скорости резания часто является итеративным:

1. Обратитесь к данным производителя инструмента: Производители режущих инструментов предоставляют рекомендуемые таблицы скоростей и подач для различных материалов и типов инструментов. Это отличные отправные точки.

2. Начните консервативно: Начните со скорости в нижнем пределе рекомендуемого диапазона для вашего конкретного сплава и инструмента.

3. Наблюдайте за образованием стружки: Это ваш самый важный показатель.

   • Длинная, волокнистая стружка: Слишком высокая скорость или подача, или недостаточное дробление стружки. Может привести к упрочнению или наматыванию на деталь/инструмент.

   • Мелкая, порошкообразная стружка: Слишком низкая скорость или подача для материала или неподходящий инструмент.

   • Короткая, хорошо сломанная стружка: Идеально. Они должны быть последовательно сформированы и легко удаляться охлаждающей жидкостью.

4. Контролируйте износ инструмента: Периодически осматривайте режущий инструмент на предмет признаков износа, таких как износ по задней поверхности, кратерный износ или BUE. Если износ чрезмерен, уменьшите скорость или отрегулируйте другие параметры.

5. Оцените качество поверхности: Проверьте качество поверхности детали. Если она шероховатая, непоследовательная или имеет признаки горения или разрыва, необходима корректировка скорости, подачи или геометрии инструмента.

6. Прислушайтесь к станку: Необычные шумы, дребезжание или вибрация часто указывают на то, что параметры резания не оптимальны или что установка станка/заготовки недостаточно жесткая.

7. Увеличивайте постепенно: Как только вы достигнете хорошего образования стружки и качества поверхности при консервативной скорости, вы можете постепенно увеличивать скорость резания (небольшими шагами), контролируя результаты. Цель состоит в том, чтобы найти оптимальное значение, которое максимизирует производительность без ущерба для срока службы инструмента или качества детали.

В заключение, хотя и существуют общие рекомендации, оптимальная скорость резания алюминия на токарном станке не является одним числом, а скорее диапазоном, определяемым сложным взаимодействием материала, инструмента, возможностей станка и желаемого результата. Понимая эти факторы и применяя систематический подход к выбору параметров и наблюдению, вы можете эффективно настроить идеальную скорость резания для ваших потребностей в обработке алюминия.