Ako vypočítať reznú silu cnc nástrojov?

Ako dôveryhodný dodávateľ CNC nástrojov sa často stretávam so zákazníkmi, ktorí chcú pochopiť, ako vypočítať reznú silu CNC nástrojov. Tieto znalosti sú kľúčové pre optimalizáciu procesov obrábania, zabezpečenie dlhej životnosti nástroja a dosiahnutie vysokej kvality obrobkov. V tomto blogu sa ponorím do kľúčových faktorov spojených s výpočtom reznej sily a poskytnem niekoľko praktických metód.

Pochopenie základov reznej sily

Rezná sila je sila, ktorou rezný nástroj pôsobí na obrobok počas procesu obrábania. Pozostáva z troch hlavných zložiek: tangenciálnej sily (Ft), radiálnej sily (Fr) a axiálnej sily (Fa). Tangenciálna sila je sila, ktorá pôsobí v smere reznej rýchlosti a je zodpovedná za odoberanie materiálu. Radiálna sila pôsobí kolmo na reznú hranu a môže spôsobiť vychýlenie nástroja a obrobku. Axiálna sila pôsobí pozdĺž osi nástroja a je významná pri operáciách, ako je vŕtanie.

Faktory ovplyvňujúce reznú silu

1. Materiál obrobku
   Mechanické vlastnosti materiálu obrobku, ako je tvrdosť, pevnosť a ťažnosť, majú výrazný vplyv na reznú silu. Napríklad tvrdšie materiály ako nehrdzavejúca oceľ alebo titán vyžadujú vyššie rezné sily v porovnaní s mäkšími materiálmi, ako je hliník. Svoju úlohu zohráva aj mikroštruktúra materiálu. Materiály s hrubozrnnou štruktúrou môžu vyžadovať iné rezné sily ako materiály s jemnozrnnou štruktúrou.
2. Geometria rezného nástroja
   Geometria rezného nástroja, vrátane uhla čela, uhla vôle a polomeru reznej hrany, ovplyvňuje reznú silu. Kladný uhol čela vo všeobecnosti znižuje reznú silu, pretože umožňuje nástroju ľahšie strihať materiál. Príliš veľký kladný uhol čela však môže oslabiť reznú hranu. Uhol vôle zabraňuje treniu nástroja o obrobok, čo môže zvýšiť reznú silu. Ostrý polomer reznej hrany znižuje silu potrebnú na začatie tvorby triesok.
3. Parametre rezu
   • Rýchlosť rezania: Zvýšenie reznej rýchlosti zvyčajne znižuje reznú silu až do určitého bodu. Pri vyšších rýchlostiach sa materiál odoberá efektívnejšie a proces tvorby triesok sa stáva stabilnejším. Extrémne vysoké rezné rýchlosti však môžu viesť k opotrebovaniu nástroja a zvýšeným rezným silám v dôsledku vytvárania tepla.
   • Feed Rate: Rýchlosť posuvu je vzdialenosť, o ktorú sa nástroj posunie na otáčku alebo na zub. Vyššia rýchlosť posuvu vo všeobecnosti zvyšuje reznú silu, pretože za jednotku času sa odoberá viac materiálu.
   • Hĺbka rezu: Väčšia hĺbka rezu vyžaduje väčšiu silu na odstránenie materiálu. S rastúcou hĺbkou rezu sa zväčšuje aj plocha prierezu triesky, čo má za následok vyššie rezné sily.

Metódy výpočtu reznej sily

1. Empirické vzorce
   Empirické vzorce sa v priemysle široko používajú na odhad reznej sily. Tieto vzorce sú založené na experimentálnych údajoch a zohľadňujú vyššie uvedené faktory. Jedným z najbežnejších empirických vzorcov pre operácie sústruženia je obchodníkova rovnica:
   [F_{t}=K_{c} \cdot A_{c}]
   kde (F_{t}) je tangenciálna rezná sila, (K_{c}) je špecifická rezná sila (ktorá závisí od materiálu obrobku, geometrie nástroja a rezných podmienok) a (A_{c}) je plocha prierezu triesky. Plochu prierezu triesky (A_{c}) možno vypočítať ako (A_{c}=f\cdot a_{p}), kde (f) je rýchlosť posuvu a (a_{p}) je hĺbka rezu.

2. Analýza konečných prvkov (FEA)
   Analýza konečných prvkov je pokročilejšia metóda na výpočet reznej sily. Zahŕňa vytvorenie numerického modelu procesu rezania vrátane nástroja, obrobku a rezných podmienok. FEA dokáže simulovať komplexné interakcie medzi nástrojom a obrobkom, berúc do úvahy faktory, ako je deformácia materiálu, tvorba tepla a trenie. FEA však vyžaduje špecializovaný softvér a značné výpočtové zdroje.

   

3. Prístrojové rezné testy
   Prístrojové testy rezania zahŕňajú použitie snímačov sily na priame meranie reznej sily počas procesu obrábania. Táto metóda poskytuje presné údaje, ale je časovo náročná a vyžaduje drahé vybavenie. Často sa používa na výskumné účely alebo na overenie výsledkov získaných z empirických vzorcov alebo FEA.

Dôležitosť výpočtu reznej sily pre výber CNC nástroja

Presný výpočet reznej sily je nevyhnutný pre výber správneho CNC nástroja. Ak je rezná sila pre konkrétny nástroj príliš vysoká, môže to viesť k predčasnému opotrebovaniu nástroja, zlomeniu a zlej povrchovej úprave obrobku. Na druhej strane, ak je rezná sila oveľa nižšia ako kapacita nástroja, proces obrábania nemusí byť efektívny.

Napríklad pri práci s tvrdými materiálmi si možno budete musieť vybrať nástroj so silnou reznou hranou a vhodnou geometriou, aby odolal vysokým rezným silám. nášDiamantový bit na prstyje vynikajúcou voľbou pre aplikácie s vysokou silou. Jeho dizajn s diamantovým hrotom poskytuje vysokú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu, čo mu umožňuje ľahko manipulovať s tvrdými materiálmi.

Podobne pre operácie, ktoré vyžadujú presné riadenie reznej sily, ako je jemné dokončovanie, je potrebný nástroj s ostrou reznou hranou a optimalizovanou geometriou. nášDiamantový vrták do kameňaje navrhnutý tak, aby poskytoval presné a efektívne vŕtanie do kamenných materiálov, kde je potrebné starostlivo kontrolovať reznú silu, aby nedošlo k prasknutiu alebo odštiepeniu.

Pri brúsnych operáciách saDiamantové brúsne kolesoje skvelá možnosť. Dokáže zvládnuť vysoké sily spojené s úberom materiálu pri zachovaní konzistentnej povrchovej úpravy.

Tipy na zníženie reznej sily

1. Optimalizujte parametre rezu
   • Upravte rýchlosť rezania, rýchlosť posuvu a hĺbku rezu, aby ste našli optimálnu kombináciu, ktorá znižuje reznú silu bez obetovania produktivity. Napríklad mierne zvýšenie reznej rýchlosti a zníženie rýchlosti posuvu môže niekedy viesť k zníženiu reznej sily.
2. Používajte správne nátery nástrojov
   Povlaky nástroja môžu znížiť trenie medzi nástrojom a obrobkom, a tým znížiť reznú silu. Na zlepšenie výkonu nástroja sa bežne používajú povlaky ako nitrid titánu (TiN), karbonitrid titánu (TiCN) a nitrid titánu hliníka (AlTiN).
3. Udržujte ostrosť nástroja
   Ostrá rezná hrana vyžaduje menšiu silu na odstránenie materiálu. Pravidelne kontrolujte a preostrujte alebo vymieňajte opotrebované nástroje, aby ste zabezpečili konzistentný rezný výkon.

Záver

Výpočet reznej sily CNC nástrojov je zložitá, ale nevyhnutná úloha pre akúkoľvek operáciu obrábania. Pochopením faktorov, ktoré ovplyvňujú reznú silu, použitím vhodných výpočtových metód a výberom správnych nástrojov môžete optimalizovať svoje obrábacie procesy, zlepšiť životnosť nástroja a dosiahnuť vysokokvalitné obrobky.

Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich CNC nástrojoch alebo potrebujete pomoc pri výpočte reznej sily pre vašu konkrétnu aplikáciu, neváhajte nás kontaktovať. Sme tu, aby sme vám pomohli čo najlepšie využiť vaše obrábacie operácie.

Referencie

• Boothroyd, G., & Knight, WA (2006). Základy obrábania a obrábacích strojov. CRC Press.
• Trent, EM a Wright, PK (2000). Rezanie kovov. Butterworth - Heinemann.