Если вы решили, что операция ЧПУ — это метод, который вам нужен для выполнения вашей детали, то вам нужно знать, что глубина резания (DOC) — один из трех самых важных параметров, влияющих на качество обработанного изделия.
Эта статья поможет вам понять, что такое глубина резания при обработке, почему необходимо её контролировать, в чем разница между толщиной стружки и глубиной резания, а также как её рассчитать.
Что такое глубина резания при обработке?
В процессе обработки глубина резания — это просто то, насколько глубоко режущий инструмент входит в заготовку и срезает материал, создавая стружку. В идеальном процессе резания, когда инструмент ЧПУ движется влево с определенной глубиной внутри поверхности заготовки, он создает стружку. Эта глубина называется глубиной резания или DOC. Если вам нужна похожая и простая аналогия, можно посмотреть, как нарезают шоколадные завитки или шоколадную стружку.
процесс точения, показывающий подачу и глубину резания
Значения глубины резания измеряются либо в дюймах, либо в миллиметрах и обычно варьируются от 0,1 до 1 мм.
Зачем нужно контролировать глубину резания при обработке?
Глубина резания напрямую влияет на процесс обработки, например:
Повышение температуры на вершине инструмента;
Скорость износа инструмента;
Прочность обработанного изделия;
Качество обработанной поверхности.
Например, при обработке отожженных металлов, в отличие от холоднодеформированных, существует тенденция к образованию нарастающего режущего слоя (BUE). Тип стружки BUE состоит из слоев стружки, накапливающихся на вершине инструмента. Поэтому, если глубина резания слишком велика, неконтролируемый BUE также негативно влияет на качество поверхности.
глубина резания при обработке
Как глубина резания взаимодействует с другими факторами обработки?
Глубина резания — один из независимых факторов, влияющих на процесс обработки, что означает, что её контролирует оператор. Однако глубина резания взаимодействует с другими факторами и влияет на конечную поверхность заготовки и её свойства.
Глубина резания и охлаждающая жидкость
При уменьшении глубины резания уменьшается кривизна стружки, и стружка становится завитой. В этом случае, когда на вершине инструмента повышается температура, можно подумать, что добавление охлаждающей жидкости охладит процесс.
Однако добавление охлаждающей жидкости для ЧПУ делает стружку еще более закрученной, уменьшает контакт между инструментом и стружкой и концентрирует тепло на инструменте, что значительно увеличивает износ инструмента. В этом случае может пригодиться ломающая стружку насадка.
Глубина резания, угол наклона и скорость резания
Другой пример можно найти при обработке термопластов. Термопласты обычно имеют низкую теплопроводность и низкий модуль упругости. Это означает, что они сильно подвержены тепловым колебаниям на вершине инструмента при обработке. Глубина резания, угол наклона и скорость резания должны быть скорректированы относительно друг друга, чтобы избежать повышения температуры и образования липкой и вязкой стружки на вершине инструмента.
Также стоит знать, что глубина резания является одним из трех основных параметров, влияющих на срок службы инструмента, наряду со скоростью резания и подачей.
Как рассчитать глубину резания?
Значимость количественных взаимосвязей между различными переменными очевидна, когда необходимо рассчитать глубину резания, понять, почему температура инструмента повышается, почему качество поверхности плохое, почему инструмент быстро изнашивается и многое другое.
Для расчета глубины резания необходимо указать следующие параметры:
Какой процесс обработки (фрезерование, точение и т.д.)
Материал заготовки
Свойства вершины инструмента
Возможности станка
Требуемая чистота поверхности и допуск
Глубина резания при точении
При ЧПУ-точении заготовка вращается, а инструмент снимает слой материала, двигаясь вдоль длины заготовки. Глубина резания может быть равна подаче или скорости подачи, которая просто представляет собой расстояние, которое инструмент проходит вдоль заготовки за один оборот за определенное время, и измеряется в мм/мин.
Таким образом, глубина резания может быть просто определена как толщина удаляемого материала и рассчитывается по формуле:
формула расчета глубины резания при точении
схема глубины резания при точении
Глубина резания при фрезеровании
При ЧПУ-фрезеровании инструмент вращается, а заготовка неподвижна. Глубина резания — это просто насколько глубоко инструмент входит в заготовку за один оборот. Обычно глубина резания составляет 4 диаметра инструмента для больших диаметров свыше 20 мм и 10 диаметров для меньших диаметров инструмента.
глубина резания при фрезеровании
Сравнение значения толщины стружки и значения глубины резания
Важно различать толщину стружки и глубину резания, потому что они НЕ одинаковы и НЕ имеют одинаковых значений.
Для объяснения этого необходимо более подробно рассмотреть Рисунок 1 идеального процесса резания. Значение глубины резания (обозначим его как to) отличается от толщины стружки (tc).
идеальный процесс резания
Рисунок 1: идеальный процесс резания
Процесс удаления стружки осуществляется сдвигом по четко определенной плоскости сдвига и с заданным углом сдвига ϕ, как показано на следующем Рисунке 2. Это делает значение толщины стружки всегда больше значения глубины резания.
основной механизм образования стружки
Рисунок 2: основной механизм образования стружки
Коэффициент резания и коэффициент сжатия стружки
Отношение глубины резания к толщине стружки to/tc называется коэффициентом резания или коэффициентом толщины стружки и обозначается (r), который можно вычислить следующим образом:
коэффициент отношения глубины резания к толщине стружки r
Его также можно вычислить по углу сдвига ϕ и углу заднего наклона α, как показано на Рисунке 1, следующим образом:
формула для r-значения — угол сдвига ϕ и угол заднего наклона α
Где:
ϕ: угол сдвига
α: угол заднего наклона
Обратное этому значение называется коэффициентом сжатия стружки или фактором сжатия стружки, который показывает, насколько толщина стружки больше по сравнению с глубиной резания.
Бонус: Глубина резания в зависимости от сил резания и мощности
Знание силы резания и мощности имеет решающее значение для расчета глубины резания (DOC). Они могут предоставить важные параметры, такие как:
Инструменты с необходимой прочностью для предотвращения быстрого износа и обеспечения наилучшей эффективности и качества поверхности.
Держатели и приспособления для заготовок, которые могут выдерживать эти силы с минимальными деформациями.
Мощность, необходимая для работы, просто равна произведению силы резания на скорость и может быть рассчитана следующим образом:
формула расчёта мощности резания
Где Fc — это «сила резания», определяемая как сила, приложенная инструментом для прорезания заготовки, и направлена в том же направлении, что и скорость инструмента V.
Общая удельная энергия — это общая энергия, необходимая для выполнения силы среза, требуемой для прорезания поверхности (us), а также удельная энергия трения — энергия, необходимая для преодоления трения между инструментом и поверхностью (uf).
Удельная энергия среза и удельная энергия трения связаны с глубиной резания и могут быть рассчитаны следующим образом:
Скорость стружки связана со скоростью резания следующим образом:
формула расчёта глубины резания и удельной энергии среза
формула расчёта глубины резания и удельной энергии трения
силы, действующие в зоне резания
Следовательно, стоит отметить, что эти формулы можно использовать и наоборот для расчёта глубины резания, если у вас есть конкретные параметры станка.
расчёт скорости стружки и скорости резания
XTJ — надёжный партнёр для ваших проектов по обработке
Обработка — сложная операция, и не так просто установить количественные значения для всех параметров и определить обрабатываемость определённого материала.
XTJ — ваш эксперт по ЧПУ-обработке, предлагающий эффективные и доступные решения. Наши инженеры разработают комплексную стратегию обработки, чтобы каждый параметр процесса соответствовал требованиям. Кроме того, мы применяем инспекцию 100% для каждого проекта, чтобы соответствовать вашим спецификациям.
