Доля чернового фрезерования в общем цикле обработки
Временные затраты на черновые операции
Черновое фрезерование отнимает львиную долю времени в технологических процессах механической обработки — от 30 до 60% всего цикла. Это серьёзная цифра, которая заставляет производственников искать пути оптимизации именно этой стадии. Согласитесь, сокращение времени черновой обработки даже на 10-15% даёт ощутимый экономический эффект.
Наибольшее распространение получили фрезы, оснащённые сменными твердосплавными пластинами. Особенно эффективны инструменты диаметром свыше 25 мм. В отдельных производственных ситуациях черновая обработка такими фрезами занимает до половины всего времени изготовления детали.
| Параметр | Значение | Комментарий |
|---|---|---|
| Доля чернового фрезерования | 30-60% | От общего времени обработки |
| Оптимальный диаметр фрез | >25 мм | Со сменными пластинами |
| Максимальная доля операций | до 50% | В отдельных случаях |
Традиционные решения на трехкоординатных центрах
Оборудование повышенной жёсткости
Исторически сложилось так, что операции чернового фрезерования выполняют на трёхкоординатных обрабатывающих центрах повышенной жёсткости. Это логично — черновая обработка создаёт значительные нагрузки на инструмент и станок, поэтому жёсткость конструкции выходит на первый план.
На таком оборудовании уже достигнуты впечатляющие результаты. Возьмём, к примеру, обработку титанового сплава Ti555.3 твёрдостью 38HRC. С применением концевой торцово-цилиндрической фрезы диаметром 80 мм (число эффективных зубьев Z=7) производства ООО «СКИФ-М» удалось достичь производительности 500 см³/мин. Это серьёзный показатель, который демонстрирует возможности современного инструмента.
Рис. 1. Концевая фреза для трёхкоординатной обработки
Преимущества пятикоординатной черновой обработки
Новые возможности современных станков
Появление на рынке новых мощных пятикоординатных обрабатывающих центров повышенной жёсткости открыло совершенно иные перспективы. Теперь можно перейти к черновому фрезерованию с использованием поворотной фрезерной головки. Что это даёт на практике?
Во-первых, пятикоординатная черновая обработка позволяет максимально приблизить контур детали после черновой обработки к готовой геометрии. Это существенно сокращает объём чистовых операций. Во-вторых, появляется возможность получить деталь с минимальным количеством переустановок. Меньше переустановок — выше точность и меньше времени на вспомогательные операции.
Ограничения пятикоординатной обработки
Но не всё так идеально. Производительность при черновом фрезеровании на пятикоординатных станках ограничивается допустимым моментом нагрузки по оси А. Это важный нюанс, который нельзя игнорировать при выборе режимов резания.
Для определения максимальной производительности при черновом фрезеровании с использованием поворотной фрезерной головки были проведены специальные испытания. Объектом исследований стал пятикоординатный обрабатывающий центр с мощностью главного привода 120 кВт и различные фрезы СКИФ-М.
Рис. 2. Пятикоординатный обрабатывающий центр для испытаний
Характеристики испытанных фрез СКИФ-М
Конструктивные особенности инструмента
Наибольший интерес представляют результаты испытаний концевых фрез различной конструкции. Рассмотрим подробно каждую из них.
Первая фреза — концевая торцово-цилиндрическая диаметром 80 мм моноблочного исполнения. Оснащена хвостовиком HSK125A и сменной торцовой частью. Длина рабочей части составляет 320 мм, режущей части — 170 мм. Количество эффективных зубьев — 6. Режущие элементы — твердосплавные пластины SOHW09T308 HCS35 и BOHW120T308 HCS35.
Вторая фреза — также концевая торцово-цилиндрическая диаметром 80 мм моноблочного исполнения с хвостовиком HSK125A. Длина рабочей части — 350 мм, режущей части — 150 мм. Число эффективных зубьев — 5. Оснащена твердосплавными пластинами SXMT120408 HCS35, созданными специально для силового резания титановых сплавов.
Третья фреза — концевая цельнотвердосплавная диаметром 25 мм с 6 эффективными зубьями.
| Параметр | Фреза 1 | Фреза 2 | Фреза 3 |
|---|---|---|---|
| Диаметр, мм | 80 | 80 | 25 |
| Число зубьев (Z) | 6 | 5 | 6 |
| Длина рабочей части, мм | 320 | 350 | - |
| Длина режущей части, мм | 170 | 150 | - |
| Тип пластин | SOHW09T308 BOHW120T308 |
SXMT120408 | Монолитная |
| Хвостовик | HSK125A | HSK125A | - |
Система охлаждения
Все фрезы со сменными режущими пластинами имели внутренние каналы для подачи охлаждающей жидкости. Это критически важно при обработке титановых сплавов, которые отличаются низкой теплопроводностью и склонностью к налипанию на режущую кромку.
Обрабатываемый материал
В качестве обрабатываемого материала использовался упрочнённый титановый сплав Ti 6.4 бета структуры твёрдостью 36HRC. Титановые сплавы — одни из самых сложных в обработке материалов, поэтому результаты испытаний на них особенно показательны.
Результаты практических испытаний
Испытания фрезы диаметром 80 мм (Z=6)
Концевая торцово-цилиндрическая фреза диаметром 80 мм с числом эффективных зубьев Z=6 испытывалась в режиме фрезерования уступов. Глубина резания составила ар=170 мм, ширина фрезерования ае=6,25 мм. Скорость резания — 63 м/мин.
Результат: производительность обработки 437 см³/мин. Впечатляющий показатель для таких условий резания.
Испытания фрезы диаметром 80 мм (Z=5)
Фреза диаметром 80 мм с числом эффективных зубьев Z=5 показала себя ещё лучше. Она оснащена новыми пластинами, созданными специально для силового резания титановых сплавов. Особенность этих пластин — увеличенная ширина фрезерования и возможность обработки закрытых пазов.
Режимы резания:
- Скорость резания: 68 м/мин
- Ширина фрезерования ае: 15 мм
- Глубина резания ар: 104 мм
Результат: производительность 472 см³/мин. Это на 8% выше, чем у шестизубой фрезы.
Испытания монолитной фрезы диаметром 25 мм
Испытания концевой монолитной фрезы диаметром 25 мм с числом зубьев Z=6 проводились при следующих параметрах:
- Ширина фрезерования ае: 12 мм
- Глубина резания ар: 45 мм
Производительность обработки составила 150 см³/мин. Конечно, это меньше, чем у 80-мм фрез, но для инструмента меньшего диаметра результат вполне достойный.
| Тип фрезы | Диаметр, мм | Z | Скорость, м/мин | ае, мм | ар, мм | Производительность, см³/мин |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Торцово-цилиндрическая | 80 | 6 | 63 | 6,25 | 170 | 437 |
| Торцово-цилиндрическая | 80 | 5 | 68 | 15 | 104 | 472 |
| Цельнотвердосплавная | 25 | 6 | - | 12 | 45 | 150 |
Сравнительный анализ производительности
Если проанализировать полученные данные, становится очевидным преимущество пятизубой фрезы с пластинами SXMT120408. Она показала наилучшую производительность — 472 см³/мин. Причём это достигнуто при большей ширине фрезерования (15 мм против 6,25 мм), что свидетельствует о высокой прочности режущих пластин.
Выбор оптимальной конструкции инструмента
Рекомендации для пятикоординатных станков
Сравнение результатов испытаний двух конструкций концевых торцово-цилиндрических фрез показывает интересную закономерность. На пятикоординатных станках целесообразнее применять фрезы с меньшим числом зубьев. Почему так?
Дело в ограничении по моменту нагрузки на ось А. Меньшее число зубьев позволяет снизить нагрузку на поворотную головку, при этом сохраняя высокую производительность за счёт увеличения ширины и глубины резания.
Альтернатива для трёхкоординатных станков
Но ситуация кардинально меняется, если рассматривать трёхкоординатные станки без поворотной головки. Значительный резерв мощности шпинделя свидетельствует о возможности существенного увеличения производительности черновой обработки с применением фрез с максимальным числом зубьев.
Получается парадокс: на более сложном пятикоординатном оборудовании выгоднее использовать инструмент с меньшим числом зубьев, а на простых трёхкоординатных станках — наоборот. Это важный вывод для технологов при выборе инструмента.
| Тип станка | Рекомендуемое число зубьев | Причина | Ожидаемая производительность |
|---|---|---|---|
| Пятикоординатный | Меньшее (Z=5) | Ограничение момента по оси А | Высокая |
| Трёхкоординатный | Большее (Z=6-7) | Резерв мощности шпинделя | Максимальная |
Перспективы высокопроизводительной обработки
Возможности современных технологий
На основе выполненных работ можно сделать однозначный вывод: высокопроизводительная черновая обработка титановых заготовок на современных пятикоординатных станках увеличенной жёсткости — это реальность. Главное — правильно подобрать инструмент и режимы резания.
Применение фрез СКИФ-М с оптимизированной геометрией и современными твердосплавными пластинами позволяет достичь производительности 400-500 см³/мин при обработке титановых сплавов. Это серьёзный шаг вперёд по сравнению с традиционными технологиями.
Экономический эффект
Увеличение производительности черновой обработки напрямую влияет на себестоимость изделий. Сокращение времени обработки на 20-30% — это не просто цифры, это реальная экономия на каждом изделии. Особенно важно это для крупносерийного производства авиационных и космических компонентов из титановых сплавов.
Ещё один момент: пятикоординатная обработка позволяет сократить количество переустановок, что повышает точность и снижает брак. Это дополнительный экономический эффект, который не всегда учитывают при расчётах.
ООО "СКИФ-М "
Россия, 308017, Белгород
ул. Волчанская 159
Тел. +7 4722 21-32-85, 21-70-78
Факс +7 4722 27-03-15
E-mail: skif-m@mail.ru
www.skif-m.net
