Полное руководство по инструменту Nose Radius и его влиянию на поверхность

Введение

Радиус носа инструмента является одним из наиболее влиятельных параметров в обработке, но его выбор часто рассматривается как запоздалая мысль. Радиус на кончике режущей вставки непосредственно регулирует теоретическую отделку поверхности, силы резания, срок службы инструмента и стабильность процесса. Тщательное понимание этой геометрической особенности имеет важное значение для оптимизации любой операции поворота, фрезерования или скучности. Это руководство обеспечивает подробное изучение радиуса носа инструмента, его влияния на качество поверхности и практических решений, необходимых для соответствия радиуса приложению.

Что такое инструмент Nose Radius?

Радиус носа инструмента - закругленный угол на пересечении главной режущей кромки инструмента и незначительной (конечной) режущей кромки. Обычно он указывается в миллиметрах или дюймах. Стандартные радиусы носовой полости обычно варьируются от 0,2 & nbsp;mm (0,008 дюйма) для тонкой отделки до 2,4 & nbsp;mm (0,094 дюйма) или более для тяжелой шероховатости. Радиус часто выгравируется на упаковке вставки, такой как 0,8 & nbsp;mm или R0,8.

На типичной поворотной вставке радиус носа представляет собой круговую дугу, которая соединяет угол боковой режущей кромки с углом конечной режущей кромки. Точная геометрия может варьироваться по форме вставки (например, CNMG, VNMG, TNMG) и по углу клиренса вставки. Радиус носа отличается от отточенного края или чамфера - радиус носа определяет макросхему режущего кончика, в то время как отточенный край представляет собой микрогеометрию, приложенную к режущим кромкам.

Геометрия носа инструмента Радиус и его связь с кормом и глубиной разреза

Радиус носа взаимодействует с скоростью подачи и глубиной разреза для определения геометрических характеристик обрабатываемой поверхности.Для заданной скорости подачи больший радиус носа создает более широкий, более плоский путь на заготовке, уменьшая высоту пиков и долин, оставленных каждым режущим оборотом.

При поворотной операции радиус носа также определяет эффективный угол наклона, когда глубина разреза меньше радиуса. Для небольших глубин разреза режущая кромка вступает в контакт только вдоль изогнутой части носа, создавая переменный угол наклона, который влияет на толщину чипа и силы разреза. Когда глубина разреза превышает радиус носа, прямая режущая кромка становится доминирующей.

Как инструмент Nose Radius влияет на поверхность

Теоретическая поверхностной грубости

Фундаментальная связь между радиусом носа, скоростью подачи и теоретической шероховатостью поверхности определяется:

Теоретическая грубость (Ra) ≈ (f2) / (32 × R)

где f — корм на оборот и R — радиус носа. Это уравнение предполагает идеальные условия без наращивания края, без износа инструмента и идеальной кинематики. Оно показывает, что удвоение радиуса носа снижает теоретическую шероховатость в четыре раза с одинаковой скоростью подачи. И наоборот, вдвоее уменьшение корма уменьшает шероховатость ещё более резко, потому что срок подачи квадрат.

Например, при корме 0,1 mm/rev с радиусом носа 0,4 mm теоретический Ra составляет приблизительно 0,78 μm. Использование радиуса носа 1,2 mm при том же корме дает Ra около 0,26 μm.

Отклонения реального мира

Фактическая отделка поверхности часто отличается от теоретической величины из-за нескольких факторов:

По этим причинам выбор радиуса носа исключительно из теоретического уравнения часто приводит к неутешительным результатам.Практические корректировки, основанные на опыте и мониторинге процессов, имеют важное значение.

Преимущества и недостатки различных носовых радий

Большой радиус носа (≥ 0.8 mm)

Преимущества:

  • Производит более тонкую поверхность с заданной скоростью подачи.
  • Распределяет силы резания на более длительную длину взаимодействия, снижая концентрацию стресса на переднем крае.
  • Увеличивает прочность инструмента – больший радиус обеспечивает более толстое поперечное сечение на кончике, снижая риск прокола.
  • Обеспечивает лучшее рассеивание тепла из зоны резки.
  • Уменьшает тенденцию к износу выемки на линии глубины выреза.

Отзывы:

  • Значительно увеличивает радиальные (трусовые) силы, которые могут вызвать отклонение части или отжимание инструмента, особенно в стройных заготовках или с длинными свесами.
  • Это приводит к более высокому энергопотреблению и крутящим моментам.
  • Генерирует более широкие чипы, которые могут обернуть вокруг инструмента или заготовки, что усложняет эвакуацию чипа.
  • Менее подходит для небольших глубин разреза, где задействована только часть носа - большой радиус может привести к нулевому углам наклона, увеличивая силы разреза и вызывая вибрацию.
  • Не может обрабатывать небольшие внутренние углы или мелкие детали; ограничено приложениями с достаточным зазором.

Меньший радиус носа (≤ 0.4 mm)

Преимущества:

  • Низкие силы резания во всех направлениях, идеально подходят для тонкостенных, стройных или трудно зажимных частей.
  • Могут обрабатывать небольшие функции, узкие углы и подробные профили.
  • Эффективны для операций по шерохованию, когда отделка поверхности не является критической, а скорость удаления материала является приоритетной.
  • Меньше подвержен радиальным силам, вызывающим вибрацию; лучше для нестабильных установок.

Отзывы:

  • Требуется очень низкая скорость подачи для достижения хорошей отделки поверхности, снижая производительность.
  • Слабый наконечник – малый радиус более подвержен сколам и тепловому удару, особенно при прерванных порезах.
  • Высокая концентрация напряжения на передней кромке, что приводит к более быстрому износу фланга.
  • Тенденция оставлять различные следы корма, которые могут потребовать вторичной отделки.

Выбираем правильный нос Радиус

Выбор соответствующего радиуса носа предполагает балансирование нескольких факторов. Ни один радиус не работает для всех операций; каждое приложение должно оцениваться индивидуально.

Материал для заготовки

  • Стали и чугуны: Средние радиусы 0,4-0,8 mm являются общими. Более твердые материалы (выше 40 HRc) извлекают выгоду из более крупных радиусов (0,8-1,6 mm) для уменьшения кромочного прокола.
  • Алюминиевые и цветные сплавы: Края шарпера (0,2-0,4 mm) могут достигать отличной отделки, потому что наращивание края менее проблематично на высоких скоростях. Дюктильный алюминий требует положительного грабежа и малых радиусов, чтобы избежать размазывания.
  • Нержавеющие стали и высокотемпературные сплавы: Большие радиусы (0,8-1,2 mm) помогают распространять тепловую нагрузку и уменьшают выемку на глубине линии разреза.

Тип операции

  • Скачок: Малые и средние радиусы (0,4-0,8 mm) удерживают силы на низком уровне. Скорость удаления материала важнее, чем финиш.
  • Полуфабрикат: Средние радиусы (0,8-1,2 mm) балансируют производительность и качество поверхности.
  • Завершение: Большие радиусы (1.2-2.4 mm) позволяют высокую скорость подачи при достижении низких значений Ra. Однако для очень тонкой отделки (<0.2 μm Ra) иногда предпочтительны небольшие радиусы с чрезвычайно низкими кормами, поскольку они производят более однородную нагрузку на чип.

Регидность инструмента и стабильность заготовки

  • Жесткие, мощные машины: Могут безопасно обрабатывать большие радиусы носа с более высокими кормами и глубиной разреза.
  • Легкая работа или старые машины: Меньшие радиусы предотвращают болтовню и перегрузку. Увеличьте корм скромно, но не заставляя большой радиус.
  • Тонкие детали или длинные свесы: Используйте наименьший радиус, который соответствует требованиям к отделке поверхности, чтобы минимизировать радиальные силы и отклонение.

Подготовка краёв и покрытия

Современные вставки часто сочетают определенный радиус носа с Т-землей, чамфером или оттоком. Более крупный радиус носа с отрицательной Т-землей характерен для поворота стали с высокими скоростями подачи. Для отделки нержавеющей стали хорошо работает положительная грабляная вставка с небольшим радиусом носа и легким оттоком. Всегда консультируйтесь с рекомендацией производителя вставки по конкретной геометрии.

Инструмент Nose Radius и режущие силы

Радиус носа непосредственно влияет на три компонента силы резания: тангенциальный (разрез), радиальный (труска) и осевой (корм). Из них наиболее подвержен воздействию радиальный компонент.

  • Тангенциальная сила (основная сила резания) немного увеличивается с большими радиусами из-за большего зацепления края и утолщения чипа. Увеличение является скромным по сравнению с радиальной силой.
  • Радиальная сила резко возрастает с радиусом носа. Например, переключение с 0,4 mm на радиус 1,2 mm при одном и том же корме и глубине может удвоить или утроить радиальную силу. Это имеет решающее значение для предотвращения отклонения и вибрации.
  • Осевое усилие меньше, но может изменяться, если радиус изменяет эффективный угол наклона свинца.

Для количественной оценки: в ходе испытания на поворот стали AISI 1045 с глубиной разреза 2 mm и подачи 0,2 mm/rev радиус носа 1,2 mm производил примерно на 45% больше радиальной силы, чем радиус 0,4 mm. Тангенциальная сила увеличилась примерно на 15%.

Для операций, ограниченных мощностью шпинделя или прочностью держателя инструмента, выбор меньшего радиуса может обеспечить более высокие скорости удаления материала без перегрузки системы.

Чип-формирование и контроль

Радиус носа также влияет на форму чипа. При большем радиусе сечение чипа становится шире и тоньше, что приводит к более длинным, более строгим чипам, которые могут спутываться вокруг заготовки или инструмента. Это особенно проблематично в пластичных материалах, таких как низкоуглеродистая сталь или алюминий. Меньшие радиусы производят более узкие, более толстые чипы, которые обычно легче ломаются.

Чип-брейкеры на вставке часто компенсируют этот эффект. Многие современные вставки с покрытием имеют положительно-геометрические чипы, предназначенные для работы с конкретными радиусами носа. Использование чип-брейкера, соответствующего радиусу и диапазону подачи, необходимо для надежного управления чипом.

При фрезерном изготовлении радиус носа влияет на изменение толщины чипа вокруг дуги разреза.Большой радиус уменьшает максимальную толщину чипа для одного и того же корма на зуб, что может снизить силы резания, но также может привести к трению вместо резки, если толщина чипа становится слишком тонкой.

Инструмент Nose Radius в различных операциях обработки

Поворот

Поворот является наиболее распространенным приложением, где радиус носа является основным параметром выбора. Внешний поворот, обращенность и скучность зависят от одних и тех же базовых отношений. Для внутренней скучности радиус носа должен быть меньше минимального внутреннего радиуса угла, требуемого печатью детали. Кроме того, большая скучная полоса может вмещать больший радиус вставки, но необходимо учитывать свес бара - большой радиус, генерирующий высокие радиальные силы на длинной полосе, может вызвать сильную болтовню.

мельница

При фрезерной и плечевой фрезерной обработке радиус носа эквивалентен радиусу угла на квадратной плечевой вставке или радиусу на круглой вставке. Для шероховатости более крупные радиусы (6-12 & nbsp;mm для лицевых мельниц) улучшают отделку поверхности и увеличивают срок службы инструмента. Для отделки средние радиусы (0,8-4 & nbsp;mm) являются общими. Измельчительный эквивалент теоретического уравнения шероховатости более сложен из-за прерывистой резки и условий входа / выхода, но принцип, что большие радиусы дают более тонкую отделку.

Для шариковых мельниц на конце носа эффективный радиус не постоянен — фактический диаметр резания изменяется вдоль профиля мяча. Радиус носа по существу определяет всю форму мяча. Более крупный радиус мяча (например, 8 mm против 4 mm) оставляет более гладкую высоту гребешка для той же ступени в многоосевой отделке, но также требует большей жесткости машины.

Практические соображения и передовая практика

  • Начните с требования к отделке поверхности: Используйте теоретическое уравнение шероховатости для оценки начального радиуса носа и комбинации кормов, а затем настройте на основе практических результатов.
  • Не превышайте радиус носа при указании глубины разреза: Для отделочных проходов глубина разреза меньше радиуса носа часто приводит к плохой поверхностной отделке, поскольку разрез происходит только на изогнутой части носа.
  • Износ инструмента монитора: Изношенный нос увеличит шероховатость поверхности. Если финиш ухудшается раньше, чем ожидалось, рассмотрите более износостойкий сорт или больший радиус для распространения износа.
  • Используют вставки стеклоочистителя, когда производительность имеет первостепенное значение: Геометрия Wiper использует специально заземленный вторичный радиус, который сглаживает метки подачи, позволяя высокую скорость подачи с большими радиусами носа. Для критических отделок комбинируйте стеклоочиститель со средним первичным радиусом.
  • Проверьте каталог держателей вставки: Каждый держатель инструмента имеет максимальную форму и размер вставки. CCMT, TCMT и аналогичные вставки могут иметь ограниченные параметры радиуса носа в зависимости от сиденья.
  • Рассмотрите стоимость: Большие вставки с большими радиусами носа, как правило, дороже на краю, но могут обеспечить более длительный срок службы инструмента и более высокую производительность.

Заключение

Радиус носа инструмента — обманчиво простой параметр с широким воздействием на отделку поверхности, силы резания, срок службы инструмента и стабильность процесса.Общий выбор может привести к неоптимальным результатам; осознанный выбор, основанный на материалах, работе, возможностях машины и целях отделки поверхности, дает измеримые улучшения.Применяя теоретические отношения в качестве отправной точки и приспосабливаясь к реальным условиям, таким как наращивание края, вибрации и износ инструмента, производители могут достичь последовательной, высококачественной поверхности при сохранении производительной скорости подачи. Регулярные эксперименты с различными радиусами в сочетании с надлежащим контролем чипа и выбором держателя инструмента обеспечат реализацию полного потенциала современных режущих инструментов.

Для дальнейшего чтения, проконсультируйтесь с рекомендациями режущего инструмента от ведущих производителей: