Kako izračunati silu rezanja CNC alata?

Kao pouzdani dobavljač CNC alata, često nailazim na kupce koji žele razumjeti kako izračunati silu rezanja CNC alata. Ovo znanje je ključno za optimizaciju procesa obrade, osiguravanje dugovječnosti alata i postizanje visokokvalitetnih radnih komada. U ovom blogu ću se pozabaviti ključnim faktorima koji su uključeni u izračunavanje sile rezanja i pružiti neke praktične metode.

Razumijevanje osnove sile rezanja

Sila rezanja je sila koju rezni alat vrši na radni komad tokom procesa obrade. Sastoji se od tri glavne komponente: tangencijalne sile (Ft), radijalne sile (Fr) i aksijalne sile (Fa). Tangencijalna sila je sila koja djeluje u smjeru brzine rezanja i odgovorna je za uklanjanje materijala. Radijalna sila djeluje okomito na reznu ivicu i može uzrokovati otklon alata i obratka. Aksijalna sila djeluje duž ose alata i značajna je u operacijama poput bušenja.

Faktori koji utiču na silu rezanja

1. Materijal radnog komada
   Mehanička svojstva materijala radnog komada, kao što su tvrdoća, čvrstoća i duktilnost, imaju dubok uticaj na silu rezanja. Na primjer, tvrđi materijali poput nehrđajućeg čelika ili titanijuma zahtijevaju veće sile rezanja u usporedbi s mekšim materijalima kao što je aluminij. Mikrostruktura materijala također igra ulogu. Materijali sa krupnozrnom strukturom mogu zahtevati različite sile rezanja od onih sa sitnozrnom strukturom.
2. Geometrija reznog alata
   Geometrija reznog alata, uključujući nagibni ugao, zazorni ugao i radijus rezne ivice, utiče na silu rezanja. Pozitivan nagibni ugao generalno smanjuje silu rezanja jer omogućava alatu da lakše seče materijal. Međutim, prevelik pozitivan nagibni ugao može oslabiti reznu ivicu. Zazorni ugao sprečava trljanje alata o radni predmet, što može povećati silu rezanja. Oštar radijus rezne ivice smanjuje silu potrebnu za pokretanje formiranja strugotine.
3. Parametri rezanja
   • Brzina rezanja: Povećanje brzine rezanja obično smanjuje silu rezanja do određene tačke. Pri većim brzinama, materijal se uklanja efikasnije, a proces formiranja strugotine postaje stabilniji. Međutim, izuzetno velike brzine rezanja mogu dovesti do trošenja alata i povećane sile rezanja zbog stvaranja topline.
   • Feed Rate: Brzina posmaka je udaljenost na kojoj alat napreduje po okretu ili po zubu. Veća brzina posmaka općenito povećava silu rezanja jer se u jedinici vremena uklanja više materijala.
   • Dubina rezanja: Veća dubina reza zahtijeva više sile za uklanjanje materijala. Kako se dubina rezanja povećava, povećava se i površina poprečnog presjeka strugotine, što rezultira većim silama rezanja.

Metode proračuna sile rezanja

1. Empirijske formule
   Empirijske formule se široko koriste u industriji za procjenu sile rezanja. Ove formule su zasnovane na eksperimentalnim podacima i uzimaju u obzir faktore koji su gore navedeni. Jedna od najčešćih empirijskih formula za operacije tokarenja je Trgovačka jednadžba:
   [F_{t}=K_{c} \cdot A_{c}]
   gdje je (F_{t}) tangencijalna sila rezanja, (K_{c}) je specifična sila rezanja (koja zavisi od materijala radnog predmeta, geometrije alata i uslova rezanja), a (A_{c}) je površina poprečnog presjeka strugotine. Površina poprečnog presjeka strugotine (A_{c}) može se izračunati kao (A_{c}=f\cdot a_{p}), gdje je (f) brzina posmaka i (a_{p}) dubina rezanja.

2. Analiza konačnih elemenata (FEA)
   Analiza konačnih elemenata je naprednija metoda za izračunavanje sile rezanja. To uključuje kreiranje numeričkog modela procesa rezanja, uključujući alat, radni komad i uslove rezanja. FEA može simulirati složene interakcije između alata i radnog komada, uzimajući u obzir faktore kao što su deformacija materijala, stvaranje topline i trenje. Međutim, FEA zahtijeva specijalizovani softver i značajne računske resurse.

   

3. Instrumentirani testovi rezanja
   Instrumentirani testovi rezanja uključuju korištenje senzora sile za direktno mjerenje sile rezanja tokom procesa obrade. Ova metoda daje tačne podatke, ali je dugotrajna i zahtijeva skupu opremu. Često se koristi u istraživačke svrhe ili za validaciju rezultata dobijenih iz empirijskih formula ili FEA.

Važnost izračunavanja sile rezanja za odabir CNC alata

Precizno izračunavanje sile rezanja je bitno za odabir pravog CNC alata. Ako je sila rezanja previsoka za određeni alat, to može dovesti do preranog trošenja alata, loma i loše obrade površine radnog komada. S druge strane, ako je sila rezanja mnogo manja od kapaciteta alata, proces obrade možda neće biti efikasan.

Na primjer, kada radite s tvrdim materijalima, možda ćete morati odabrati alat sa jakom oštricom i odgovarajućom geometrijom kako biste izdržali velike sile rezanja. NašDijamantski prstje odličan izbor za aplikacije velike sile. Njegov dizajn sa dijamantskim vrhom pruža visoku tvrdoću i otpornost na habanje, što mu omogućava da s lakoćom rukuje čvrstim materijalima.

Slično, za operacije koje zahtijevaju preciznu kontrolu sile rezanja, kao što je fina završna obrada, potreban je alat s oštrim reznim rubom i optimiziranom geometrijom. NašDijamantsko burgije za kamenje dizajniran da obezbedi precizno i ​​efikasno bušenje u kamenim materijalima, gde je potrebno pažljivo kontrolisati silu rezanja kako bi se izbeglo pucanje ili lomljenje.

U operacijama mlevenja,Diamond Stubbing Wheelje odlična opcija. Može podnijeti velike sile uključene u uklanjanje materijala uz održavanje konzistentne završne obrade površine.

Savjeti za smanjenje sile rezanja

1. Optimizirajte parametre rezanja
   • Podesite brzinu rezanja, pomak i dubinu rezanja kako biste pronašli optimalnu kombinaciju koja smanjuje silu rezanja bez žrtvovanja produktivnosti. Na primjer, blago povećanje brzine rezanja i smanjenje brzine pomaka ponekad može dovesti do smanjenja sile rezanja.
2. Koristite odgovarajuće premaze za alate
   Premazi alata mogu smanjiti trenje između alata i radnog komada, čime se smanjuje sila rezanja. Premazi kao što su titanijum nitrid (TiN), titanijum karbonitrid (TiCN) i aluminijum titanijum nitrid (AlTiN) se obično koriste za poboljšanje performansi alata.
3. Održavajte oštrinu alata
   Oštra rezna ivica zahtijeva manje sile za uklanjanje materijala. Redovno provjeravajte i ponovno oštrite ili zamijenite istrošene alate kako biste osigurali dosljedan učinak rezanja.

Zaključak

Proračun sile rezanja CNC alata je složen, ali bitan zadatak za svaku operaciju obrade. Razumijevanjem faktora koji utječu na silu rezanja, korištenjem odgovarajućih metoda proračuna i odabirom pravih alata, možete optimizirati svoje procese obrade, poboljšati vijek trajanja alata i postići visokokvalitetne obratke.

Ako ste zainteresirani da saznate više o našim CNC alatima ili vam je potrebna pomoć u proračunu sile rezanja za vašu specifičnu primjenu, ne ustručavajte se kontaktirati nas. Tu smo da vam pomognemo da maksimalno iskoristite svoje operacije obrade.

Reference

• Boothroyd, G., & Knight, WA (2006). Osnove mašinske obrade i alatnih mašina. CRC Press.
• Trent, EM, & Wright, PK (2000). Rezanje metala. Butterworth - Heinemann.