Когда вы выбираете обработку с ЧПУ для изготовления детали, несколько ключевых параметров определяют конечное качество продукта. Среди них центральную роль играет глубина резания (DOC). Наряду со скоростью подачи и скоростью резания, глубина резания напрямую влияет на эффективность обработки, качество поверхности и срок службы инструмента.
В этом подробном руководстве объясняется, что такое глубина резания, почему она важна, как она соотносится с другими параметрами обработки и как ее можно точно рассчитать.
Что такое глубина резания при обработке?
Глубина реза описывает, насколько глубоко режущий инструмент проникает под поверхность заготовки за каждый проход. Когда инструмент движется вбок (как при точении) или вращается, а деталь остается неподвижной (как при фрезеровании), он снимает слой материала, толщина которого равна глубине резания. Представьте себе, что вы снимаете тонкий ломтик сыра — насколько толстый этот ломтик, такова ваша глубина резания.
При фрезеровании вращающийся инструмент перемещается вниз в материал на заданную величину. При точении фиксированный режущий инструмент продвигается радиально во вращающуюся заготовку на заданное расстояние. производители ЧПУ выражает глубину реза в миллиметрах (мм) или дюймах (дюйм). Типичные значения для резки металла составляют от 0.1 мм до 2 мм за проход.
Типы глубины резания
Операции обработки подразумевают два основных вида глубины резания.
| Тип | Аббревиатура | Руководство | Также известен как |
|---|---|---|---|
| Радиальная глубина резания | РДОК | Перпендикулярно оси инструмента | Шаг, ширина реза |
| Осевая глубина резания | АДОК | Вдоль оси инструмента, вертикально в материал | Шаг вниз, глубина реза |
Радиальная глубина резания измеряет, насколько далеко инструмент касается заготовки из стороны в сторону. Осевая глубина резания измеряет, насколько глубоко инструмент погружается в деталь. Оба значения влияют на скорость съема материала и силы резания.
Почему важен контроль глубины реза
Контроль глубины резания важен как для производительности, так и для качества. Если глубина слишком мала, процесс может стать неэффективным. Если глубина слишком велика, это может повредить инструмент, перегреть материал или создать плохую отделку поверхности.
Вот несколько причин, почему DOC имеет значение:
- Износ инструмента увеличивается с увеличением глубины резания: Более глубокий разрез требует больших усилий и приводит к большему нагреву кончика инструмента, что может привести к его более быстрому износу.
- На качество поверхности влияет: Слишком высокая глубина резания может привести к образованию шероховатых или неровных поверхностей из-за вибрации, скопления стружки или прогиба.
- Риск нароста (BUE): Особенно в случае с мягкими металлами, такими как алюминий, чрезмерное DOC может привести к образованию наростов, когда материал прилипает к инструменту, деформируя поверхность.
- Точность размеров может снизиться: Большая глубина резания увеличивает нагрузку как на инструмент, так и на заготовку, что может привести к прогибу или короблению.
Пример: При токарной обработке мягких металлов неконтролируемое образование наростов может привести к неровной поверхности и поломке инструмента, если глубина резания не установлена должным образом.
Как глубина резания влияет на другие переменные обработки
Хотя глубина реза задается вручную или через G-код, он взаимодействует с другими факторами обработки значимым образом. Вы должны сбалансировать все это, чтобы достичь наилучших результатов.
Скорость резания и скорость подачи
Скорость резания (скорость поверхности инструмента) и скорость подачи (перемещение инструмента за оборот) работают вместе с глубиной резания, определяя скорость съема материала (MRR). Изменение одного параметра влияет на другие. Например, если увеличивается DOC, может потребоваться уменьшить скорость подачи или скорость, чтобы избежать перегрева инструмента.
Охлаждение и смазка
Охлаждающие жидкости могут помочь контролировать температуру в зонах резания, но, что интересно, чрезмерное использование охлаждающей жидкости при малой глубине резания может ухудшить износ инструмента. Это связано с тем, что стружка может плотно закручиваться и удерживать тепло на интерфейсе инструмента. В таких случаях использование стружколома может быть более эффективным, чем просто добавление охлаждающей жидкости.
Передний угол и тип материала
Некоторые материалы, такие как термопластики, чувствительны к теплу. При обработке таких материалов передний угол инструмента и глубина резания должны быть тщательно сбалансированы, чтобы предотвратить термическую деформацию и липкую стружку.
Геометрия инструмента и DOC
Угол наклона режущего инструмента и скорость резания должны быть сбалансированы с глубиной резания. Это особенно важно при обработке пластика или мягких металлов. Эти материалы более чувствительны к теплу и деформации, а использование неправильного DOC может привести к образованию липкой стружки или застреванию инструмента.
Как рассчитать глубину реза
Метод расчета глубины резания зависит от типа процесса обработки — токарная или фрезерная.
Прежде чем рассчитать глубину резания, необходимо решить:
- Процесс обработки: Фрезерование, точение, сверление и т. д.
- Материал заготовки: Сталь, алюминий, пластик и т. д.
- Инструментальный материал и покрытие: Твердый сплав, быстрорежущая сталь (HSS), алмазный сплав и т. д.
- Возможности машины: Максимальная мощность шпинделя, жесткость и пределы перемещения.
- Требуемая обработка поверхности: Значение шероховатости или диапазон допусков.
Токарные операции
In токарная обработка, заготовка вращается, в то время как инструмент движется радиально. Глубина резания — это просто расстояние от внешней поверхности до поверхности реза. Радиальное зацепление равно DOC. Механики вычисляют DOC из предполагаемого съема материала за проход:
- Предмет: Путь инструмента
- Действие: Перемещается в часть на радиальное расстояние
- Результат: Создает чип толщиной, равной DOC
Пример расчета:
Пруток поворачивается от диаметра 50.0 мм до диаметра 48.0 мм. Глубина резания за проход составляет:
DOC=(50.0−48.0)/2=1.0 мм
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Начальный диаметр | 50.0 мм |
| Конечный диаметр | 48.0 мм |
| Глубина резания (за проход) | 1.0 мм |
Фрезерные операции
In фрезерная обработка, инструмент вращается, а заготовка остается неподвижной. Глубина резания — это то, насколько глубоко инструмент проникает вертикально в материал.
При фрезеровании обычно существует два направления глубины:
- Осевая глубина резания – глубина по оси шпинделя
- Радиальная глубина резания – глубина перпендикулярно оси шпинделя
Хотя не существует фиксированной формулы для измельчения DOC, общее правило таково:
- Для инструментов диаметром более 20 мм глубина резания часто устанавливается равной 4 диаметрам инструмента.
- Для инструментов размером менее 20 мм глубина резания может достигать 10-кратного диаметра инструмента в зависимости от жесткости установки.
Всегда проверяйте, может ли ваша машина выдерживать усилия, создаваемые этими значениями.
Типичные глубины резания в обычных процессах
Глубина резания сильно различается операции механической обработки. В следующей таблице приведены типичные диапазоны:
| Разработка | Типичный диапазон глубины (мм) | Заметки |
|---|---|---|
| Поворот | 0.5 – 3.0 | Зависит от твердости заготовки |
| Торцевое фрезерование | 0.5 – 10.0 | Определяется диаметром и мощностью фрезы |
| Периферийное фрезерование | 1.0 – 5.0 | Выше для черновой обработки, ниже для чистовой |
| Долбление | 0.1 – 3.0 | Меньше для узких щелей |
| Бурение | Полная глубина отверстия | Контролируется длиной сверла |
| Шлифовальные | 0.01 – 0.1 | Очень мелко для точности |
| Протяжные | 0.05 – 0.5 | На основе геометрии зубьев протяжки |
| Строгание/Формовка | 0.2 – 5.0 | Зависит от материала и инструмента |
| EDM | Технология | Установите для каждого импульса и необходимой общей глубины |
Установка глубины реза: пошаговое руководство
Компания BOYI TECHNOLOGY рекомендует следующую последовательность действий для выбора начальной глубины резания:
- Ознакомьтесь с рекомендуемым производителем инструмента диапазоном.
- Проверьте свойства материала и геометрию заготовки.
- Учитывайте возможности машины и недавнее состояние ее технического обслуживания.
- Введите консервативную глубину для первоначального тестового реза.
- Запустите тест, затем измерьте износ инструмента, качество поверхности и размеры детали.
- Увеличивайте или уменьшайте глубину небольшими шагами, пока результаты не будут соответствовать целевым.
- Зафиксируйте окончательные параметры и задокументируйте их для повторных работ.
Готовы к своему проекту?
Попробуйте BOYI TECHNOLOGY прямо сейчас!
Загрузите свои 3D-модели или 2D-чертежи, чтобы получить индивидуальную поддержку
Толщина стружки и глубина резания
Распространенное заблуждение заключается в том, что толщина стружки равна глубине реза. На самом деле толщина стружки обычно больше глубины реза.
Во время резки материал сдвигается вдоль плоскости сдвига. Это приводит к тому, что стружка сжимается и становится толще неразрезанного слоя, или DOC.
Давайте воспользуемся некоторыми определениями:
- Глубина реза (t₀): Нормальное расстояние, на которое кончик инструмента погружается в материал.
- Толщина стружки (tₐ): Толщина металлической ленты или стружки после ее срезания с заготовки.
Из-за срезающего действия на режущей кромке толщина стружки обычно составляет большой чем глубина реза. Это происходит потому, что материал деформируется и сжимается перед тем, как отделиться.
Коэффициент толщины стружки (коэффициент резания):
Соотношение между глубиной резания и толщиной стружки называется коэффициентом резания (r):
r = DOC / Толщина стружки
Более низкое отношение указывает на большее сжатие материала, что часто приводит к большему нагреву и повышенному износу инструмента.
Эффекты угла сдвига и переднего угла
Во время резки стружка сжимается и скользит по передней поверхности. Геометрия дает:
Где:
- ϕ — угол плоскости сдвига.
- α — передний угол инструмента.
Больший передний угол α увеличивает угол сдвига ϕ и снижает силу резания, но также изменяет толщину стружки.
Связь между глубиной резания, силой резания и мощностью
С увеличением DOC увеличиваются и силы, действующие на инструмент и машину. Расчет этих сил может помочь определить, выдержит ли инструмент или машина нагрузку.
Режущая сила (Fc)
Это основная сила, необходимая для сдвига материала.
Мощность резания (Pc)
Где:
- Pc = Мощность (Вт)
- Fc = Сила резания (Н)
- V = Скорость резания (м/мин)
Энергия, необходимая для резки, включает в себя:
- Удельная энергия сдвига (us): Энергия, необходимая для деформации материала.
- Удельная энергия трения (uf): Энергия теряется из-за трения между стружкой и инструментом.
На эти значения влияет глубина резания. Большая глубина требует больше энергии, что требует более мощного станка или более жесткой настройки инструмента.
Наконечник: Если вы не уверены, почему ваш инструмент перегревается или быстро изнашивается, проверьте глубину резания и пересчитайте силы.
BOYI TECHNOLOGY: Ваш партнер по обработке
BOYI TECHNOLOGY специализируется на Обработка с ЧПУ по всей Европе и Северной Америке. Мы объединяем:
- Фильтр 5-осевые обрабатывающие центры
- Сертифицированные траектории инструмента, оптимизированные для эвакуации стружки
- Внутренние испытания силы резания и потребляемой мощности
- 100% контроль размеров на премиальном КИМ-оборудовании
Наши инженеры сотрудничают с вами, чтобы установить идеальную глубину резания, подачу и скорость для ваших требований к материалу и допускам. Независимо от того, производите ли вы небольшие прототипы или крупносерийные детали, наши инженеры гарантируют, что глубина резания и другие критические факторы будут идеально настроены для качества, скорости и стоимости. Свяжитесь с нами чтобы узнать больше о том, как мы можем поддержать ваши производственные цели.
Готовы к своему проекту?
Попробуйте BOYI TECHNOLOGY прямо сейчас!
Загрузите свои 3D-модели или 2D-чертежи, чтобы получить индивидуальную поддержку
Заключение
Глубина резания — это не просто число в вашей программе ЧПУ. Она определяет, как получится ваша деталь и как долго прослужит ваш инструмент. Неправильная оценка DOC может привести к поломке инструмента, низкому качеству и отходам материала.
При планировании обработки:
- Начните с рекомендаций производителя по глубине реза в зависимости от материала и инструмента.
- Учитывайте возможности вашей машины — большая глубина требует большей жесткости и мощности.
- Отрегулируйте глубину резания вместе со скоростью резания и скоростью подачи, чтобы сбалансировать срок службы инструмента и производительность.
Тщательно контролируя глубину резания и понимая ее влияние на другие параметры, вы можете создать более стабильный, эффективный и экономичный процесс обработки. Работая с БОЙИ ТЕХНОЛОГИИ, вы снизите затраты на инструмент, сократите время цикла и получите стабильно высокое качество деталей.
Статья написана инженерами из команды BOYI TECHNOLOGY. Фуцюань Чен — профессиональный инженер и технический эксперт с 20-летним опытом работы в сфере быстрого прототипирования, производства металлических и пластиковых деталей.
