Почему перегревается режущий инструмент на станках с ЧПУ?

При обработке металла на станках с ЧПУ выделение тепла — обычное явление. Однако, когда температура становится критической, это может привести к повреждению инструмента и снижению качества обработки. Как распознать перегрев вовремя и что предпринять, чтобы его избежать? Разберёмся в причинах и способах решения проблемы.

Понять, что инструмент на станке с ЧПУ перегревается, можно до того, как появятся очевидные признаки вроде дыма или искр. Если вы дожидаетесь таких симптомов, велика вероятность, что инструмент уже поврежден, а заготовка испорчена. Даже кратковременное воздействие избыточного тепла может размягчить материал инструмента и разрушить его режущую кромку.

Обратите внимание на менее заметные признаки: испарение охлаждающей жидкости, потемнение или обесцвечивание инструмента, необычные углы реза. Если появился хотя бы один из этих признаков, то это сигнал остановить процесс и пересмотреть параметры обработки.

Охлаждающая жидкость выполняет несколько функций. Она снижает температуру в зоне реза, смазывает инструмент и удаляет стружку, образующуюся при обработке. Это исключает повторный контакт режущей кромки с отходами, что снижает нагрузку на инструмент..

Важно помнить, что стружка тоже горячая. Каждый отрезанный кусочек металла нагревается в процессе. Если не удалять эти горячие фрагменты, они создают дополнительное "тепловое одеяло", усиливая перегрев. Поэтому правильное использование охлаждающей жидкости и эффективное удаление стружки — ключ к долгой службе вашего инструмента.

В некоторых случаях использование смазочной охлаждающей жидкости (СОЖ) необязательно. Принудительный обдув, хоть и менее эффективен в охлаждении, может справляться с удалением стружки лучше. Однако независимо от выбранного метода охлаждения важно учитывать следующее:

• Не всегда требуется большое количество СОЖ, а в некоторых ситуациях она и вовсе не нужна.
• СОЖ критически важна при обработке материалов с низкой теплопроводностью, таких как титан или определённые марки стали.
• При работе с глубокими полостями СОЖ может быть предпочтительнее, так как обдув может оказаться недостаточно мощным для эффективного удаления стружки.
• Струи охлаждающей жидкости следует направлять на инструмент, а не на заготовку, чтобы обеспечить максимальный эффект.
• Постоянная подача СОЖ предотвращает возникновение горячих точек и тепловых ударов. Включать охлаждение нужно до начала обработки или после того, как инструмент остынет. Внезапное охлаждение нагретого инструмента может привести к его повреждению.

Стружка играет ключевую роль в отводе тепла от инструмента. Неправильно выбранная стратегия обработки, создающая мало стружки или слишком мелкую стружку, снижает эффективность теплоотвода. Поэтому подбор инструмента по его геометрии, числу канавок и длину режущей части — важный этап для минимизации нагрева.

Например, концевая фреза с двумя канавками отлично подходит для обработки мягких, теплопроводных материалов, таких как алюминий и медь. Однако она не так хороша для работы с твёрдыми, слабо проводящими тепло материалами.

Также стоит учитывать:

• Состояние инструмента: изношенные или повреждённые инструменты выделяют больше тепла, так как их эффективность резания снижается.
• Покрытие инструмента: покрытия разработаны для определённых материалов. Например, покрытия предназначенные для снижения трения и нагревания при фрезеровании стали, могут плохо взаимодействовать с алюминием, при типичных температурах резки.

Выбор подходящего инструмента с учётом материала заготовки и условий обработки — ключ к предотвращению перегрева и увеличению срока службы оборудования.

Логично предположить, что чем быстрее движется инструмент относительно детали, тем больше выделяется тепла, поэтому выбор более низких скоростей должен приводить к меньшему нагреву. Это справедливо для скорости вращения шпинделя, особенно если вы обнаружили, что станок с ЧПУ создает очень тонкую стружку. Даже небольшое уменьшение числа оборотов может снизить тепловыделение и увеличить срок службы инструмента. Конечно, за счет снижения скорости съема материала и увеличения времени обработки.

Уменьшение скорости подачи само по себе может иметь противоположный эффект, поскольку приведет к уменьшению размера стружки и подачи на зуб – ключевых факторов в отводе тепла при резании. Неоптимальный зазор для стружки также приводит к тому, что инструмент тратит некоторое время на трение о заготовку, а не на резание. Это вызывает ненужный дополнительный нагрев инструмента и может привести к наклепу материала.

Токарная обработка с ЧПУ, как правило, дает устойчивые, предсказуемые результаты в отношении размера стружки, скорости съема материала и теплообразования в инструменте. За исключением очень простых траекторий движения инструмента, скорость съема материала при фрезеровании не столь постоянна. При обычных траекториях фрезерования используется самый конец инструмента при постоянной скорости подачи. В результате получается высокая радиальная глубина резания, низкая осевая глубина резания и переменный угол зацепления инструмента. Это приводит к неравномерному износу инструмента и большим тепловым нагрузкам на активную часть инструмента.

Динамическое фрезерование - одна из стратегий обработки, используемая для снижения тепловой нагрузки, за счет уменьшения радиальной глубины резания и поддержания постоянного угла зацепления.

Высокоэффективное фрезерование - это метод чернового фрезерования, при котором используется большая часть режущей кромки инструмента, малая величина радиальной глубины резания и большая глубина осевого резания.

Обе эти стратегии уменьшают время контакта режущей кромки с материалом, что снижает количество тепла, передаваемого инструменту. Однако важно учитывать, что может потребоваться увеличение скорости подачи для сохранения оптимальной толщины стружки и подачи на зуб, учитывая более легкое радиальное зацепление.