Как выбрать лучший карбидный мельник для алюминиевого мельничества

Почему мельницы с карбидом необходимы для обработки алюминия

Алюминий является одним из наиболее широко обработанных цветных металлов в производстве, ценится за его легкий вес, коррозионную стойкость и отличную теплопроводность. Тем не менее, поскольку алюминий может быть неуклюжим и подверженным нарастанию края (BUE), режущий инструмент, который вы выбираете, непосредственно определяет время цикла, отделку поверхности и срок службы инструмента. Конечные мельницы карбида, изготовленные из частиц карбида вольфрама, связанных с кобальтовой матрицей, предлагают твердость, термостойкость и износостойкость, необходимые для обработки алюминия на высоких скоростях шпинделя и агрессивных скоростях подачи. Выбор неправильной мельницы приводит к плохой эвакуации чипа, болтовне, преждевременному притуплению или даже поломке инструмента. Это расширенное руководство погружается глубоко в каждую спецификацию, которая имеет значение, от количества флейты до класса подложки, поэтому вы можете уверенно выбрать лучшую мельницу карбида для ваших применений алюминиевого фрезерования.

Понимание карбида как материала режущего инструмента

Доминирование карбида в металлообработке не случайно. При твердости 89-94 HRA (Rockwell A) и поперечной прочности разрыва, превышающей 350 000 пси, карбид выдерживает высокие силы резания и температуры, генерируемые во время алюминиевого фрезерования. В отличие от высокоскоростной стали (HSS), карбид сохраняет свою остроту края при повышенных температурах, позволяя вам развивать скорость до 1200-2500 SFM (поверхностных футов в минуту) без быстрой деформации. Однако карбид также хрупок; неправильные скорости подачи или чрезмерный вылет могут вызвать чипирование. Современные сорта карбида включают более мелкие размеры зерна (подмикрон, 0,5-0,8 мкм) и повышенное содержание кобальта (6-12%) для достижения баланса между твердостью и вязкостью. Для алюминия карбид среднего зерна (0,8-1,2 мкм) с 8-10% кобальтом предлагает отличное сочетание резкости края и долговечности.

Ключевые факторы при выборе карбидного цеха для алюминия

Сокращение диаметра

Диаметр резки - фактическая ширина разреза - должен соответствовать глубине разреза вашего приложения, жесткости машины и стабильности удержания инструмента. Меньшие диаметры (1/8" до 3/8") идеально подходят для отделки, профилирования и работы с деталями, потому что они требуют меньше крутящего момента и могут перемещаться по узким углам. Большие диаметры (1/2" и выше) обеспечивают большую жесткость, уменьшают отклонение и позволяют более тяжелые шероховатые проходы. Простое правило: используйте наименьший диаметр, который может достичь желаемой скорости удаления материала при сохранении соотношения длины к диаметру ниже 4:1, чтобы минимизировать вибрацию. Когда требуется наращивание или спиральная интерполяция, рассмотрите диаметр немного меньше радиуса полости, чтобы избежать помех корпуса инструмента.

Количество флейт

Подсчет флейты, возможно, является наиболее важным параметром для алюминия. Двухфлутовые мельницы являются отраслевым стандартом, поскольку они обеспечивают большие открытые глотки, которые эффективно эвакуируют чипы. Низкая температура плавления алюминия (660 ° C) означает, что чипы должны быстро вытесняться, чтобы предотвратить сварку и накопление тепла. Трифлутные инструменты предлагают компромисс: они режет более тонкую отделку, чем инструменты с двумя флейтами, сохраняя при этом хороший клиренс чипа, что делает их пригодными для полуфинишных и высокоскоростных финишных проходов. Четырехфлутовые мельницы редко рекомендуются для алюминия - их меньшие пространства чипов быстро забиваются и увеличивают силы резания, что приводит к плохой поверхностной отделке и отказу инструмента. Для тонкостенных алюминиевых деталей или при использовании охлаждающей жидкости высокого давления через шпиндель, конструкция с тремя флейтами с переменной спиралью может ослабить болт и улучшить стабильность.

Сокращение длины и общей длины

Длина резания (размытая длина) определяет, насколько глубоко вы можете обрабатывать без контакта инструмента с заготовкой. Общая длина влияет на охват в глубокие полости, но каждый дополнительный миллиметр снижает жесткость. Для общей фрезерной обработки распространена длина резания в 2-3 раза диаметр. Если ваша часть требует глубокого кармана, используйте инструмент с длиной резания достаточно долго, чтобы удовлетворить глубину, и сохраняйте общую длину как можно короче. Для расширенной досягаемости рассмотрите инструмент с уменьшенной длиной шеи (подрезанный шанк), который поддерживает больший диаметр шанка для жесткости, позволяя при этом большую длину флейты. Всегда перепроверяйте максимальную длину разреза инструмента (LOC) против запрограммированной осевой глубины; пружинные проходы часто необходимы, чтобы избежать распашки флейты.

Покрытия: какой из них лучше всего подходит для алюминия?

Покрытия уменьшают трение, улучшают рассеивание тепла и увеличивают срок службы инструмента, но неправильное покрытие может фактически препятствовать потоку чипов. Для алюминия два наиболее распространенных покрытия:

Для большинства алюминиевых применений яркий, не покрытый карбидом инструмент с полированной отделкой также является сильным выбором. Полировка флейт (часто называемая «высокополировочной» или «зеркальной отделкой») уменьшает трение и адгезию чипа без добавления покрытия, которое может чипировать. Если вы обрабатываете алюминиевые сплавы с высоким кремнием (например, 390-A), инструмент с наконечником CBN (кубический нитрид бора) или алмазное покрытие CVD обеспечивает чрезвычайную устойчивость к истиранию, хотя они дороже.

Угол спирали и геометрия

Угол спирали - это угол флейты относительно центральной линии инструмента. Более высокий угол спирали (35-45°) обеспечивает более плавный, срезающий разрез, уменьшает силы резки и улучшает эвакуацию чипа - все полезно для алюминия. Стандартные инструменты спирали 30° работают адекватно, но для высокоскоростной обработки алюминия предпочтительнее спираль 40° или 45°, потому что она эффективно тянет чипы вверх. Кроме того, рассмотрим угол грабли: положительный осевой угол грабли (5-15°) создает острую режущую кромку, которая уменьшает генерацию тепла и BUE. Некоторые конечные мельницы имеют переменную спираль (переменные углы вдоль флейт) для нарушения гармонических колебаний и уменьшения болтовни, особенно в приложениях с длинным охватом.

Специализированная геометрия инструментов для алюминия

Бал Нос против Квадратного Конца

Квадратные мельницы — рабочая лошадка для шероховатости и отделки плоских поверхностей, плеч и слотов. Шаровые мельницы с сферическим наконечником превосходят 3D-контурную, филе и полости работу, где требуется плавный переход. Для алюминия инструмент шарового носа с высокополировочной отделкой и две флейты идеально подходит для отделки штампов и пресс-форм. Если ваше приложение включает как плоские, так и контурные поверхности, рассмотрите инструмент с радиусом угла (костюм или «круглый угол») для укрепления режущей кромки и распространения тепловой нагрузки.

Сплиттинг (Chip-Splitting) End Mills

Для крупнообъемной шероховатости геометрия «зазубренная» или «чип-расщеплитель» разбивает щепы на более мелкие сегменты, уменьшая силы резания и позволяя более тяжелые глубины разреза. Эти инструменты часто имеют 3-4 флейты и грубый, волнистый край. В алюминии шероховатая мельница с полированным покрытием (или без покрытия) и высокой спиралью может удалять материал с удвоенной скоростью стандартного инструмента. Однако полученная поверхность отделка шероховатая, поэтому обычно требуется отдельный финишный проход.

Конец мельниц для тонкостенного алюминия

При фрезеровке тонкостенных алюминиевых деталей (например, радиаторов, электронных корпусов) распространены вибрация и болтовня. Инструменты с конструкцией «изменного шага» или «неравной спирали» разрушают повторяющиеся вибрации. Комбинирование большего диаметра (для жесткости), переменной спирали 40° и покрытия DLC помогает поддерживать стабильность и предотвращать отклонение стен. Использование высокоскоростной стратегии отделки (HSM) с умеренным радиальным зацеплением (5-10% диаметра инструмента) дополнительно снижает силы резания.

Параметры мельницы, которые максимизируют жизнь инструмента

Даже самая лучшая карбидная мельница быстро выйдет из строя с неправильной скоростью, подачей или глубиной разреза. Алюминий позволяет очень агрессивные параметры, но адгезией и накоплением тепла необходимо управлять.

Скорость вращения и скорость кормления

Для типичного алюминия 6061-T6 скорость стартовой поверхности 800-1200 SFM безопасна; опытные магазины обычно используют 2000 SFM или более с надлежащей охлаждающей жидкостью. Используя 1/2 ′′ конечную мельницу, 1200 SFM равняется примерно 9000 об/мин. Корм для зуба (FPT) для 2-флутовых инструментов колеблется от 0,002 до 0,005 in/tooth для отделки и 0,005-0,015 in/tooth для шероховатости. Более высокие флейты на зуб для шероховатости толкают чипы, но требуют адекватного давления охлаждающей жидкости. Хорошая практика: вычислить нагрузку на чип и отрегулировать корм, чтобы толщина чипа составляла по меньшей мере 0,001 - 0,002 дюйма для предотвращения трения и уплотнения работы.

Глубина сокращения и радиальной вовлеченности

Радиальная глубина разреза (степной поперек) для слотирования составляет 100% диаметра инструмента, но полноширотный слот увеличивает зацепление инструмента и тепло. Для отделки радиальная поперечная поперечная 5-15% диаметра инструмента с осевой глубиной 0,5-2 раза диаметр инструмента дает отличную поверхность отделки. Высокоскоростные методы обработки (трохоидальная или шелушащая фрезерование) используют небольшое радиальное зацепление (5-15%) с большой осевой глубиной - это удерживает инструмент, занимающийся холодным материалом, и повышает производительность при сокращении износа края.

Охлаждение и эвакуация чипа

Алюминиевые чипы острые и липкие; без адекватной охлаждающей жидкости они могут привариваться к инструменту. Наиболее распространенным методом является охлаждающая жидкость для наводнений (водорастворимое масло в концентрации 5-10%), но охлаждающая жидкость с помощью шпинделя (высокое давление, 500-1500 фунтов на квадратный дюйм) гораздо более эффективна для глубоких карманов, потому что она смывает чипы из зоны разреза. Для операций, где охлаждающая жидкость невозможна (например, некоторая высокоскоростная обработка туманом), используйте воздушный взрыв в сочетании с полированным инструментом и рассмотрите покрытие DLC. Туманное охлаждение смазкой на масляной основе также уменьшает трение и помогает предотвратить BUE.

Обычные ошибки и как их избежать

  1. Использование четырехфлутной торцевой мельницы для алюминия: Упаковка чипов вызывает плохую отделку и поломку инструмента. Прилипай к двум или трем флейтам.
  2. Пренебрежение остротой инструмента: Тусклые края генерируют чрезмерное тепло и стимулируют адгезию алюминия. Заменить или перемолоть инструменты при первом признаке повышенной силы резания или плохой отделки.
  3. Перерасширение инструмента: Даже 1/4′′ дополнительного свеса может снизить жесткость на 50%. Используйте максимально короткую длину датчика.
  4. Игнорирование выпадения: МДП (общее значение показателя) выше 0,0005′′ вызывает неравномерный износ и преждевременный отказ инструмента. Используйте высококачественный коллет-чак или гидравлический держатель.
  5. Неправильная скорость подачи: Слишком низкий корм создает трение (затвердевание работы); слишком высокий корм может перегрузить инструмент. Всегда вычисляйте толщину чипа.

Выбор карбидного сорта и марки

В то время как большинство мельниц с дженериком карбида могут сокращать алюминий, премиальные бренды (например, Harvey Tool, Niagara Cutter, SGS) предлагают адаптированные геометрии и марки. Для алюминия ищите инструменты с явной маркировкой «алюминий» или «нецветные» — они обычно имеют полированные флейты, высокую спираль и класс, оптимизированный для более острых краев. Бюджетные инструменты часто используют более грубый карбид и оставляют флейты тусклыми, что приводит к BUE. Если вы становитесь более грубым и с использованием алюминия и стали, рассмотрите «многоцелевой» инструмент с покрытием TiAlN, но ожидайте немного более низкую производительность на алюминии, чем специализированный инструмент. Для производства большого объема инвестиции в инструмент с покрытием DLC могут оплачива

Сохранение ваших мельниц карбида

Правильное хранение и обработка продлевают срок службы инструмента. Держите конечные мельницы в сухой среде и защищайте режущие кромки от удара. При перемолвке сохраняйте оригинальную геометрию - особенно угол спирали и грабли - для поддержания производительности. Для алюминия типична ширина земли 0,002-0,005′′ с углом клиренса 7°. Периодический осмотр с помощью инструментального микроскопа для торцевания и износа фланга помогает планировать замены до того, как качество пострадает. Некоторые магазины используют систему «управления сроком службы инструмента», отслеживая время резки каждого инструмента и увольняя его с заданным интервалом.

Будущие тенденции в алюминиевой мельнице

Достижения в производстве инструментов - такие как криогенная обработка (глубокая заморозка до 300 ° F для преобразования сохраненного аустенита в мартенсит) - демонстрируют улучшения в износостойкости. Кроме того, гибридные инструменты, сочетающие корпус карбида с наконечником из поликристаллического алмаза (PCD), предлагают чрезвычайное сопротивление истиранию для сплавов с высоким кремнием. Рост пятиосевой обработки и адаптивных траекторий инструментов также требует конечных мельниц с переменной геометрией, которые могут обрабатывать как шероховатость, так и отделку за один проход. По мере того, как машины становятся более жесткими и быстрыми, производители инструментов продвигают дизайн флейты и технологию покрытия, чтобы идти в ногу. Будьте в курсе, читая технические ресурсы от промышленных органов, таких как Общество инженеров-производителей или посещая торговые выставки, такие как IMTS.

Заключение

Выбор лучшего карбидного конца мельницы для алюминиевого фрезерования - это вопрос выравнивания геометрии инструмента, покрытия, количества флейты и параметров обработки с конкретным сплавом и геометрией деталей, которые вы режете. Начните с двух- или трех-флутного полированного инструмента карбида с углом спирали 40-45 °; рассмотрите покрытия DLC или TiAlN для липких сплавов или высокоскоростных операций. Используйте адекватную охлаждающую жидкость, острые края и кратчайшие возможные проекции инструмента. Избегайте распространенных ловушек, таких как чрезмерные флейты и низкие скорости подачи. Инвестируя время вперед, чтобы понять ваш выбор инструмента, вы сократите время цикла, улучшите качество деталей и продлит срок службы инструмента - обеспечивая как более низкую стоимость за деталь, так и большую надежность обработки. Для дальнейшего чтения, проконсультируйтесь с каталогами производителей и руководством по выбору режущего инструмента.