Table of Contents

Понимание металлургического поведения Inconel в обработке с ЧПУ

Inconel — семейство аустенитных никель-хромовых суперсплавов, предназначенных для сохранения механической прочности и коррозионной стойкости при экстремальных температурах. В среде Mastercam материал представляет собой несколько различных проблем, которые напрямую связаны с его атомной структурой и тепловыми свойствами. Сплав быстро затвердевает во время резки, а это означает, что зона, непосредственно опережающая режущую кромку, становится более твердой, чем материал для сыпучих материалов. Это затвердевание ускоряет износ флангов, увеличивает силы резки и требует стратегии инструментального пути, которая взаимодействует с свежим материалом с каждым проходом.

Теплопроводность Inconel примерно в одну десятую от теплопроводности обычной стали. Тепло, генерируемое в зоне сдвига, не может эффективно рассеиваться в чипе или заготовке, поэтому оно концентрируется на краю инструмента. Без тщательного управления температурой края быстро поднимаются, способствуя износу диффузии и пластической деформации режущей кромки. Mastercam обеспечивает прямой контроль над параметрами, которые смягчают эти эффекты, включая угол зацепления, радиальную поперечную передачу и регулировку истончения чипа.

Другим ключевым свойством является высокая прочность сплава, которая не ощутимо падает, пока заготовка не превысит 800°C. Эта прочность напрямую переводится в высокие специфические силы резки. Типичная 316-дюймовая нержавеющая сталь требует около 0,5 лошадиных сил на кубический дюйм в минуту удаления металла. Inconel 718 может требовать более 2,0 лошадиных сил при тех же условиях. Алгоритмы динамического движения Mastercam особенно хорошо подходят для этой среды, потому что они поддерживают постоянную толщину чипа и избегают резких всплесков спроса на лошадиные силы.

Инструмент геометрии и подстратов для операций Inconel

Карбидные марки и системы покрытия

Стандартные непокрытые карбидные инструменты быстро изнашиваются в Inconel. Наиболее надежным субстратом является карбид микрозерна с содержанием кобальта от 10 до 12 процентов. Это обеспечивает достаточную прочность, чтобы противостоять обрезке во время прерванных разрезов при сохранении твердости, необходимой для сопротивления истиранию. В Mastercam вы должны спаривать этот субстрат с покрытием, которое обеспечивает термостойкость выше 800°C. Покрытия для физического осаждения паров (PVD), такие как TiAlN, TiSiN или AlTiN, хорошо работают, потому что они образуют стабильный слой оксида алюминия при температуре резки.

Для шероховатых операций покрытие TiSiN обеспечивает дополнительную стойкость к окислению и более низкий коэффициент трения. Для отделки TiAlN предлагает отличную адгезию и удержание кромки. Mastercam позволяет определять отдельные сборки инструмента с различными спецификациями покрытия. Это важно, поскольку скорости и корма, рекомендуемые для инструмента с покрытием TiAlN, могут значительно отличаться от тех, которые рекомендуются для инструмента с непокрытым или покрытым CVD.

Подготовка к краю и угловая геометрия

Резкие режущие кромки рекомендованы для алюминия, но Inconel требует контролируемого оттока края. Препарат T-land или K-land с радиусом кромки от 0,0008 до 0,0020 дюйма уменьшает микрочипирование и распределяет силы резания на большей площади. В базе инструментов Mastercam можно указать радиус угла в составе сборки инструмента. Для отделочных операций геометрия вставки стеклоочистителя может улучшить отделку поверхности без ущерба для времени цикла.

Для конечных мельниц конструкция изменяемой спирали и изменяемой высоты нарушает гармонические вибрации, которые являются общими при обработке никелевых сплавов. Библиотека инструментов Mastercam поддерживает определения корпуса инструмента с пятью различными углами спирали флейты. Когда вы определяете инструмент изменяемой спирали в базе данных, программное обеспечение корректирует расчеты взаимодействия для учета неравномерного интервала флейты, что улучшает согласованность траектории инструмента и уменьшает метки болтовни.

Разрезка параметров и тонкий чип в Mastercam

Руководящие принципы по скорости и кормам

Скорость поверхности для Inconel 718 с карбидной оснасткой обычно падает между 40 и 100 поверхностными футами в минуту (SFM). Точное значение зависит от операции. Грубая обработка при 40-60 SFM с тяжелым радиальным зацеплением удерживает инструмент в разрезе и избегает закаленного слоя, оставленного предыдущим проходом. Завершение при 80-100 SFM со светлой осевой и радиальной глубиной уменьшает силы резки и улучшает целостность поверхности.

Корм на зуб для шероховатости должен составлять от 0,004 до 0,008 дюйма на зуб для торцевой мельницы диаметром 0,500 дюйма. Для отделки корм на зуб может опускаться до 0,002 до 0,004 дюйма. Кормовой и скоростной калькулятор Mastercam использует эти входы для вычисления необходимой скорости шпинделя и скорости подачи. При активации опции истончения чипа в параметрах траектории инструмента программное обеспечение автоматически регулирует линейный корм для поддержания запрограммированной толщины чипа при уменьшенных радиальных взаимодействиях.

Радиальная вовлеченность и стратегия пошагового развития

Оптимальный срок службы инструмента в Инконеле возникает, когда угол радиального зацепления составляет от 5 до 25 градусов. Ниже 5 градусов чип становится слишком тонким и увеличивается трение. Выше 25 градусов резко возрастают силы резания и становится трудно управлять концентрацией тепла. Динамическая мельница Mastercam и оптирольные траектории инструментов позволяют зафиксировать угол радиального зацепления и позволяют траектории инструментов автоматически регулировать шаг за шагом на основе геометрии деталей.

Для высокоскоростных динамических траекторий инструментальных траекторий 10-процентная радиальная поперечная поперечная траектория диаметра инструмента является общей отправной точкой. Для 0,500-дюймовой мельницы, что означает 0,050-дюймовую радиальную глубину разреза. Осевая глубина разреза может быть полной длиной флейты или до 1,5 диаметра, в зависимости от жесткости инструмента и мощности машины. Алгоритмы оптимизации траектории инструмента Mastercam естественным образом уменьшат осевое взаимодействие, когда инструмент сталкивается с внутренними углами или плотными радиусами.

Системы теплоуправления и доставки охлаждающих веществ

Без эффективной подачи охлаждающей жидкости обработка Inconel в Mastercam становится упражнением в инструментах для утилизации. Низкая теплопроводность материала означает, что охлаждающая жидкость должна выполнять почти все удаление тепла. Охлаждающая жидкость при стандартном давлении недостаточна. Охладитель высокого давления, доставляемый через шпиндель при 1000-1500 фунтов на квадратный дюйм, является предпочтительным методом, потому что он достигает режущей кромки и разбивает чипы на управляемые сегменты.

В вариантах управления охлаждающей жидкостью Mastercam можно запрограммировать M-коды для активации охлаждающей жидкости высокого давления, сквозного шпинделя или сквозного инструмента. Для операций бурения циклы клеевой пены с охлаждающей жидкостью всегда предотвращают упаковку чипов и накопление тепла. Параметры клеевого бурения Mastercam включают в себя приращение втягивания, которое очищает чипы от флейт и позволяет охлаждающей жидкости достигать зоны резки.

Для операций с длинными или расширенными держателями инструментов инструмент, питаемый охлаждающей жидкостью, или адаптер сквозного инструмента снижает риск отказа инструмента, связанного с теплом. Mastercam поддерживает сборки инструментов с возможностью сквозного охлаждения в базе данных инструментов. Когда вы выбираете инструмент, питаемый охлаждающей жидкостью, программное обеспечение может применять более высокие скорости подачи, потому что тепловые условия на переднем крае остаются стабильными.

Продвинутые стратегии инструментальных паттернов для трудозаготовительных сплавов

Трохоидное и динамическое мельничество

Трохоидальное фрезерование — это стратегия круговой интерполяции, которая ограничивает радиальное взаимодействие постоянным малым значением при сохранении постоянной толщины чипа. Технология Dynamic Motion от Mastercam реализует эту стратегию в нескольких инструментальных траекториях, включая Dynamic Mill, Optirough и Dynamic Contour. Инструментальная траектория непрерывно регулирует радиусы дуги для поддержания запрограммированной нагрузки чипа, даже когда геометрия детали резко меняется.

Для Inconel динамические инструментальные траектории предлагают три преимущества: они снижают тепловую нагрузку на инструмент, избегают входа в закаленную зону, оставленную предыдущим проходом, и равномерно распределяют износ по режущей кромке.В боковом сравнении инструмент, работающий на динамической траектории инструмента в Inconel, может достичь на 40-60% более длительного срока службы инструмента по сравнению с обычным зигзагообразным шероховатым траекторией инструмента с 50-процентной радиальной поперечной ступенькой.

Отдых Обработка и Обнаруживаемые запасы

Части Inconel часто требуют нескольких настроек и шероховатых проходов. Обработка покоя в Mastercam автоматически идентифицирует области, где материал остается от предыдущей операции - либо от более крупного инструмента, который не мог достичь плотных углов, либо от шероховатого прохода с большей глубиной разреза. Модель материала покоя Mastercam строит 3D-представление запаса и обновляет его после каждого траектории инструментов. Это позволяет использовать меньший инструмент отделки для удаления только материала, которого не мог достичь шероховатый инструмент, избегая резки воздуха и ненужных проходов.

Обнаруживаемые параметры запаса позволяют установить минимальное расстояние разрыва и радиус разбиения углов. Для Inconel установить минимальный разрыв до 0,005-0,0010 дюйма, чтобы остальная обрабатывающая траектория активировалась только там, где существуют фактические остатки материала. Это сокращает время цикла и препятствует попаданию инструмента в небольшие острые углы, которые могли бы вызвать болтовню.

Рампинг, спиральный вход и Plunge Milling

Погружение непосредственно в Инконель на полной осевой глубине вызывает быстрый отказ инструмента. Двигатели инструментальной дорожки Mastercam предлагают несколько стратегий входа, которые минимизируют нагрузку инструмента. Захват заслонки под углом наклона от 1 до 5 градусов распределяет силу резки по всей длине флейты. Верхний вход с радиусом, равным 50-80% диаметра инструмента, обеспечивает плавный переход от резки воздуха к полному зацеплению.

Плаунж-маллинг является альтернативной стратегией кручения глубоких полостей. Инструмент погружается с высокой скоростью подачи, втягивается и перемещается по бокам перед повторным погружением. Плаунж-маллинг снижает радиальные силы резки почти до нуля и эффективен на машинах с высокой тяговой способностью. Инструментальная траектория Plunge Roughing Mastercam включает параметры для погружения поперечной, боковой поперечной и втягивающей высоты, что позволяет точно настроить операцию под конкретные требования Inconel.

Thread Milling vs. Tapping (недоступная ссылка)

Нажатие формы или нарезное нажатие в Инконеле является рискованным из-за прочности материала и тенденции к затвердеванию работы. Обработка ниток одноточечным нитевым мельником является предпочтительным методом в Mastercam, поскольку он разбивает резку на несколько проходов, поддерживает низкие силы резания и производит точные нити без риска разрыва крана, застрявшего в детали. Инструментальная дорожка Mastercam Thread Mill поддерживает как внутренние, так и внешние нити, с опциями для многопроходной шероховатости и финишным проходом для целостности поверхности.

Моделирование и проверка процесса

Перед резкой Inconel каждый инструментальный путь должен быть проверен в среде моделирования Mastercam. Модуль Verify отображает удаление запасов, столкновения инструментов и минимальные углы взаимодействия с инструментами. Для Inconel проверка становится критической, потому что стоимость материала и потенциал для поломки инструмента означают, что ошибка на машине стоит дорого.

Настройте моделирование для обновления запасов между операциями. Это показывает фактический оставшийся материал перед началом каждого инструментария. Модель запасов Mastercam может быть экспортирована в виде STL-файла для изменения настройки или для использования с измерительной машиной для проверки размеров процесса.

Отклонение инструмента и динамическое моделирование

Режим динамического моделирования Mastercam вычисляет силы резания и отклонения инструмента в реальном времени. Для Inconel отклонение инструмента при больших нагрузках может превышать 0,001 дюйма, что достаточно для того, чтобы вызвать ошибки размеров на плотных допусках. Моделирование выделяет области, где отклонение может превышать диапазон допусков. Затем можно увеличить диаметр инструмента, уменьшить осевую глубину разреза или переключиться на более короткий держатель инструмента для повышения жесткости. Библиотека держателя Mastercam позволяет моделировать каждый держатель с его точной геометрией, включая термоусадочные, гидравлические и фрезерные конструкции.

Соображения в отношении жесткости рабочего и машинного хозяйства

Части Inconel часто имеют тонкую стенку или сложную геометрию, что затрудняет удержание работы. Программное обеспечение Mastercam не может напрямую управлять оборудованием удержания работы, но оно может генерировать инструментальные пути, которые минимизируют силы вибрации. Инструментальные пути, которые поддерживают постоянную толщину чипа и избегают резких изменений угла зацепления, производят более низкие и более последовательные силы резания, что, в свою очередь, уменьшает отклонение в детали и крепеж.

Для тонкостенных компонентов рассмотрите возможность использования обработки в обратном порядке - грубая часть, имитируйте оставшийся запас, а затем обрабатывайте стены с обеих сторон, чтобы выровнять напряжение. Многоосевые траектории инструментов Mastercam поддерживают обработку из нескольких ориентаций в одной установке, что может уменьшить количество установок и необходимость в пользовательских приспособлениях.

Уменьшение вибрации с помощью выбора инструментария

Чаттер — постоянная проблема в обработке Inconel. Варианты инструментальных путей Mastercam включают неразрезные ходы, которые могут ослабить вибрацию. Например, использование тангенциального входа после быстрого перемещения предотвращает попадание инструмента в материал. Использование плавной переходной дуги между проходами в динамическом инструментальном пути поддерживает непрерывную резку и избегает ударной нагрузки, которая вызывает болтовню.

Функция Mastercam Feed Optimizer регулирует скорость подачи в режиме реального времени на основе нагрузки на резку. Если программное обеспечение обнаруживает всплеск нагрузки от увеличения радиального взаимодействия, оно снижает скорость подачи до тех пор, пока нагрузка не вернется к норме. Эта функция особенно полезна для Inconel, поскольку она предотвращает внезапное увеличение твердости инструмента, например, при резке через зону сварки или зону, подверженную воздействию тепла.

Практический рабочий процесс для программирования частей Inconel в Mastercam

Методический рабочий процесс уменьшает пробы и ошибки. Начните с точного определения модели запаса. Для Inconel модель запаса должна включать в себя геометрию деталей плюс не менее 0,020 - 0,050 дюйма материала для отделки. Настройте свою библиотеку инструментов с конкретным классом карбида, радиусом края, покрытием и возможностью прокачки охлаждающей жидкости для каждого инструмента, который коснется Inconel.

Сначала пропрограммируйте операции шероховатости. Используйте динамическую или трохоидную траекторию с радиальным зацеплением от 8 до 10 процентов и осевой глубиной от 1,0 до 1,5 диаметра инструмента. Включите истончение чипа и установите минимальную скорость резания до 45 SFM для шероховатости. Запустите моделирование с моделью запаса, чтобы подтвердить, что ни один сегмент траектории не превышает 20 градусов зацепления.

Для полузавершения переключайтесь на инструмент с меньшим радиусом угла и покрытием TiAlN финишного класса. Уменьшите радиальное зацепление до 4-6 процентов и увеличьте скорость поверхности до 75 SFM. Этот проход удаляет закаленный слой, оставленный шероховатым инструментом, и устанавливает постоянную толщину запаса для финишного прохода.

Для отделки используют высокоскоростной контур поверхности инструментальной дорожки или параллельной финишной дорожки инструмента. Установите скорость поверхности до 90-100 SFM и корм на зуб до 0,002 дюйма или менее. Используйте поперечную ступень от 0,005 до 0,010 дюйма для критических поверхностей. Карандашная дорожка индикатора Mastercam может очищать внутренние радиусы, которых не мог достичь более крупный инструмент отделки.

После моделирования проверьте траекторию инструмента с помощью сухого прогона на машине. Слушайте болтовню и при необходимости настройте скорость шпинделя вверх или вниз на 10 процентов. Проверяйте первую часть тщательно перед запуском производства. Части Inconel часто требуют цикла снятия напряжения между шероховатостью и отделкой, особенно если геометрия детали включает тонкие паутины или острые углы.

Специальные соображения для 5-осевой обработки Inconel

Многоосевая обработка дает преимущества при резке Inconel, поскольку позволяет инструменту ориентироваться под постоянным углом зацепления к поверхности. Многоосевые траектории инструментов Mastercam, включая Swarf, Flowline и Morph между двумя кривыми, сохраняют режущую кромку при постоянной нагрузке чипа даже на изогнутых поверхностях. Это предотвращает вовлечение инструмента в рабочую закаленную зону под переменным углом, что может вызвать непредсказуемый износ инструмента.

Для 5-осевой отделки Инконеля используют шариковую мельницу с углом наклона от 5 до 10 градусов от поверхности. Этот наклон создает постоянную скорость резания по контактной зоне и предотвращает трение в центре шара. Многоосевой инструментальный путь отделки Mastercam позволяет указать угол наклона как функцию кривизны поверхности или как фиксированное значение.

Расчеты затрат и экономика жизни инструмента

Стоимость булинга на деталь является основным фактором в обработке Inconel. Одна мельница для концевых деталей Inconel может стоить от 50 до 150 долларов, в то время как высокопроизводительный индексируемый резец для вставки может превышать 500 долларов. Функции управления сроком службы инструмента Mastercam позволяют отслеживать использование инструмента с точки зрения времени резки, количества деталей или объема удаляемого материала. Когда инструмент достигает своего предела срока службы, программное обеспечение помечает его перед следующим траекторией инструмента. Это предотвращает отказ изношенного инструмента на высокоценной детали.

Mastercam также поддерживает оптимизацию срока службы инструмента путем записи фактических условий резания. Если инструмент последовательно выходит из строя после 35 минут шероховатости Inconel, можно установить предел срока службы инструмента до 30 минут и запланировать изменение инструмента в течение некритической части цикла. Со временем этот подход, основанный на данных, снижает затраты на инструментуру на часть и увеличивает пропускную способность.

Заключительные рекомендации для успеха производства

Обработка Inconel в Mastercam требует дисциплины в выборе траектории инструментов, управлении параметрами и моделировании процессов. Программное обеспечение предоставляет инструменты для обработки этого сплава, но оператор должен применять их с пониманием поведения материала. Используйте динамические траектории инструментов для управления взаимодействием. Используйте охлаждающую жидкость высокого давления через шпиндель. Проверяйте каждый траекторию инструментов с помощью моделирования. Жизнь траектории со встроенными инструментами Mastercam. И никогда не предполагайте, что траектория инструментов, которая работает на сталь, будет работать на Inconel.

Для дальнейшего чтения обратитесь к Мастеркам технической библиотеки ресурсов, которая включает в себя специальные руководства по применению для никелевых сплавов. Сандвик Коромант материал базы знаний обеспечивает проверенные параметры резки для Inconel классов.Современный Магазин машин для суперсплавов предлагает практические тематические исследования. И Секо рекомендации по оснастке для ISO S материалов обеспечивают прочную отправную точку для выбора вставки и резца. С этими ресурсами и тщательный подход к программированию, Inconel становится управляемым и прибыльным материалом для машины с использованием Mastercam.