Режущий инструмент для алюминия

См. также Механическая обработка алюминия

Конструкция режущего инструмента

Влияние конструкции режущего инструмента на качество поверхности заключается в его способности образовывать «правильную» стружку. Важно, чтобы стружка могла гладко проходить режущую поверхность инструмента. Это значит, что передний угол зуба должен быть достаточно большой, смазка должна быть достаточной, а поверхность режущего инструмента достаточно гладкой. Хорошую гладкую поверхность нельзя получить при работе с изношенным режущим инструментом.

Основные факторы, которые влияют на качество поверхности при механической обработке алюминия, задают четыре отдельных области качества механической обработки (рисунок 1):

Рисунок 1 – Зависимость качества поверхности и
скорость резания при механической обработке алюминия

Область I: Из-за налипания на режущую кромку качество поверхности является неудовлетворительным; вместо резания материал подвергается разрывам. Этой области параметров нужно избегать.
Область II: Снижение шероховатости с увеличением скорости резания.
Область III: Увеличение влияния инструмента и оборудования, например, вибрации резца или пилы, в той области, которая, в принципе, благоприятна для механической обработки алюминия. Поэтому, чтобы добиться лучших результатов при этой скорости резания необходимо применять оборудование, которое разработано специально для алюминия.
Область IV: Плохое качество поверхности. Стружка собирается на обрабатываемом материале и налипает (приваривается) к режущему инструменту, что приводит к повреждению обрабатываемой поверхности. Такое, например, происходит при механической обработке литейных сплавов при применении изношенного режущего инструмента и высоких скоростей резания.

Износ режущего инструмента

Износа режущего инструмента с образованием царапин, как это характерно при механической обработке стали, не наблюдается при механической обработке алюминия и алюминиевых сплавов. Износ инструмента при механической обработке алюминия происходит за счет истирания режущей поверхности. Поэтому решающим критерием для оценки срока службы режущего инструмента объективно является ширина износа VB, показанная на рисунке 2. Износ режущей поверхности зависит от температуры и происходит в основном путем истирания. При использовании инструмента с карбидными насадками максимальная величина 0,3-0,5 мм для величины износа VB считается нормальной.

Рисунок 2 – Износ режущей кромки

На износ режущего инструмента оказывают влияние как материал обрабатываемой детали, так параметры резания.

Материал детали имеет особенно большое влияние на износ режущего инструмента:

Износ увеличивается с увеличением количества крупных твердых частиц, которые внедрены в алюминиевую матрицу. Такими частицами являются, например, первичные выделения частиц кремния в заэвтектическом алюминиевом сплаве. По этой причине алюминиевые отливки вызывают сильный износ режущего инструмента. Этот износ особенно высокий в случае литейных заэвтектических поршневых алюминиевых сплавов. С другой стороны, деформируемые сплавы с низким содержанием кремния вызывают минимальный износ.
Износ возрастает с увеличением прочности алюминиевых сплавов. Твердые частицы, которые находятся в мягкой алюминиевой матрице, довольно легко из нее вырываются, не нанося большого вреда инструменту. Однако, если алюминиевая матрица имеет повышенную твердость, то включения вырываются уже труднее и поэтому причиняют инструменту больший износ.
Наконец, износ инструмента зависит от сопротивления износу самого инструмента.

Влияние скорости резания на износ инструмента

Что касается условий резания, то скорость резания имеет самое большое влияние на срок службы режущего инструмента. На рисунке 5 представлен пример зависимости срока службы режущего инструмента при механической обработке алюминиевых сплавов для литья в кокиль. В случае деформируемых алюминиевых сплавов срок службы режущего инструмента измеряется скорее в сменах или днях, чем в минутах, как для литейных сплавах с высоким содержанием кремния.

Поскольку износ режущего инструмента зависит также от других параметров механической обработки, то срок службы можно оценивать только для определенного набора параметров. Другим параметрами, которые влияют на износ режущего инструмента являются:

Смазочно-охлаждающие эмульсии – эффективное охлаждение снижает износ инструмента.
Прерывистость резания, например, при наличии в материале пор, повышает износ инструмента.
Скорость подачи и глубина резания. Износ инструмента увеличивается с увеличением толщины поперечного сечения стружки.

Усилие резания при механической обработке алюминия

Для оценки влияния материала на условия резания применяют так называемое удельное усилие резания. Это удельное усилие резания имеет корреляцию с режущим усилием, материалом и размерами стружки. В общем случае применяются следующие положения:

Различные алюминиевые сплавы имеют различия в удельных режущих усилиях, но относительно небольшое.
Обычно принимают, что удельное режущее усилие для алюминия и алюминиевых сплавов составляет 30 % от такого усилия для стали.
Величину удельного режущего усилия алюминиевого сплава нельзя вывести из его химического состава или физических свойств.
Удельное режущее усилие нужно определять экспериментально для каждого отдельного случая.

Необходимое режущее усилие зависит не только от размеров стружки, но также от смазочно-охлаждающей эмульсии и конструкции режущего инструмента:

Смазочно-охлаждающая эмульсия оказывает два противоположных действия. С одной стороны, охлаждение снижает температуру в зоне реза и тем самым повышает величину требуемого режущего усилия. С другой стороны, смазка облегчает движение стружки и снижает величину требуемого усилия резания.
Геометрия режущего инструмента влияет на усилие резания через передний угол зуба γ. Чем больше этот угол, тем меньше сжатие стружки и ниже усилие резания (рисунок 3).
Степень износа режущей кромки имеет относительно большое влияние. Поэтому в ходе длительной механической обработки величина режущего усилия возрастает.

Рисунок 3 – Зависимость усилия резания при механической обработке алюминия в зависимости от переднего угла зуба и скорости резания

Источник: TALAT 3100