При обработке на станках с ЧПУ стружка часто является наиболее прямым и честным «источником сигнала». Многие аномалии обработки на самом деле проявляются в виде стружки задолго до того, как станок подаст сигнал тревоги. Выработав привычку наблюдать за микросхемами, можно заранее обнаружить многие проблемы.
I. Как формируются формы чипов?
Стружка не просто «отваливается» в тот момент, когда инструмент касается заготовки; они подвергаются непрерывному процессу деформации.
После входа инструмента в заготовку металл режущего слоя сначала подвергается сильной пластической деформации перед режущей кромкой, сжимаясь и скользя по плоскости сдвига, а затем отделяясь от основного материала, образуя исходную стружку. На этом этапе в основном определяется толщина и ширина чипа.
После отделения от заготовки стружка стекает по передней поверхности инструмента. Под совместным действием силы резания, трения и геометрии инструмента стружка начинает скручиваться, возможно, вверх, в сторону или и то, и другое одновременно. Поскольку внутреннее напряжение чипа продолжает концентрироваться, он изгибается или даже ломается, в конечном итоге образуя различные формы чипа, которые мы видим на месте.
Таким образом, качество скручивания и поломки стружки по существу отражает стабильность всего процесса резания.
II. Общая морфология чипов и интерпретация на месте
При обработке пластичных металлов чаще всего встречается стружка ленточной или спиралевидной формы. Гладкая, равномерно закрученная стружка средней длины, которая выходит плавно, обычно указывает на то, что параметры резания и состояние инструмента находятся в относительно идеальном диапазоне, что обеспечивает стабильный процесс обработки и легко гарантируемое качество поверхности.
Если стружка становится очень длинной, непрерывно обволакивая инструмент или заготовку лентообразным узором, это, как правило, не является признаком плавной обработки, а скорее является признаком неконтролируемого разрушения стружки. Часто это связано с недостаточной подачей, неэффективным стружколомом или несоответствием глубины резания и геометрии инструмента; продолжение механической обработки может легко привести к угрозе безопасности.
Когда стружка постепенно становится сегментированной или зазубренной, можно наблюдать заметные колебания нагрузки на станок и изменения шума резания. Эти типы стружки обычно появляются, когда толщина резания большая, скорость резания низкая или передний угол инструмента мал; процесс резания перестает быть стабильным, и воздействие на инструмент начинает возрастать.
Если при обработке стали или нержавеющей стали стружка внезапно распадается на большое количество мелкой, игольчатой или разбросанной мелкой стружки, то это зачастую происходит не из-за хорошего стружкодробления, а из-за сильного износа инструмента или даже сколов. Продолжение обработки в таком состоянии может легко повредить инструмент и напрямую повлиять на качество заготовки.
III. Несколько ключевых факторов, влияющих на морфологию чипа
Морфология чипа никогда не определяется одним фактором, а скорее комбинацией нескольких условий.
Во-первых, это материал заготовки. Чем мягче и пластичнее материал, тем легче стружке стать длиннее и завитее; чем тверже или хрупкее материал, тем меньше вероятность непрерывного образования стружки.
Геометрия зоны резания инструмента оказывает непосредственное влияние на количество стружки. Передний угол изменяет толщину стружки, главный угол режущей кромки влияет на ширину стружки и склонность к ее разрушению, а радиус вершины инструмента влияет на направление потока стружки и стабильность резания. При чистовой обработке меньший радиус облегчает контроль качества поверхности, а при черновой обработке больший радиус лучше выдерживает удары.
Среди параметров резания скорость подачи и глубина резания обычно оказывают наиболее существенное влияние на количество стружки. Изменение скорости подачи немедленно изменяет толщину стружки; увеличение глубины резания немедленно увеличивает ширину стружки. Напротив, в нормальном диапазоне скорость резания оказывает менее чувствительное влияние на стружкоотделение.
Условия охлаждения и смазки одинаково важны. Добавление смазочно-охлаждающей жидкости делает стружку более склонной к скручиванию и разрушению, особенно при обработке на малых подачах, когда охлаждение под высоким давлением значительно улучшает удаление и разрушение стружки.
IV. Быстрая интерпретация на месте и общие подходы к работе
В реальном производстве, если в чипах обнаруживаются отклонения, нет необходимости немедленно кардинально менять программу. Обычно начинают с самых простых и безопасных регулировок.
Если стружка слишком длинная или запуталась, в первую очередь проверьте скорость подачи и канавку стружколома на предмет правильного соответствия. Если стружка четко сегментирована и нагрузка сильно колеблется, рассмотрите возможность соответствующего увеличения скорости резания или регулировки глубины резания. Если стружка вдруг расколется и сильно разбрызгается, немедленно проверьте износ инструмента, а не слепо увеличивайте параметры.
Во многих случаях небольшая корректировка параметров может значительно улучшить морфологию чипа.
В некотором смысле, стружка — это «отчет о состоянии» процесса обработки. Наблюдая больше, сравнивая больше и накапливая больше опыта, с течением времени вы сможете определить направление проблемы, как только состояние чипа изменится.
