Površinska obrada u CNC tokarenju
1. Tipična moguća hrapavost površine
CNC tokarenje proizvodi širok raspon završnih obrada površina ovisno o alatu, parametrima i materijalu. Grubo tokarenje za skidanje materijala obično postiže hrapavost površine između 1,6 i 6,3 mikrometra Ra, ostavljajući vidljive tragove dodavanja i zahtijeva naknadnu završnu obradu za precizne primjene. Općenito precizno tokarenje sa standardnim pločicama i konvencionalnim parametrima daje 0,8 do 1,6 mikrometara Ra, pogodno za većinu mehaničkih sklopova i ne-kritičnih spojeva. Fino tokarenje pomoću poliranih umetaka, optimizirane geometrije i krutih postavki doseže 0,4 do 0,8 mikrometara Ra, što je prikladno za sjedišta ležajeva i brtvene površine. Visoko{11}}precizno tokarenje s dijamantnim-vrhom ili pažljivo pripremljenim karbidnim alatima, minimalnim posmacima i stabilnim uvjetima može postići 0,2 do 0,4 mikrometra Ra. Ultra{16}}precizno tokarenje korištenjem mono{17}}kristalnih dijamantnih alata na ne-željeznim materijalima proizvodi optičke-kvalitetne površine ispod 0,1 mikrometra Ra, s iznimnim postavkama koje dosežu 0,01 mikrometar ili bolje.
2. Temelj teorijske hrapavosti površine
Teoretska hrapavost-do-udoline kod tokarenja prvenstveno proizlazi iz geometrijske interakcije između radijusa vrha alata i brzine napredovanja. Temeljni odnos izražava teoretsku visinu hrapavosti kao približno posmak na kvadrat podijeljen s osam puta polumjer nosa. To znači da udvostručenje brzine posmaka učetverostručuje teoretsku hrapavost, dok je udvostručenje radijusa nosa prepolovljuje. U praksi, stvarna hrapavost premašuje teorijske vrijednosti zbog izgrađenog-formiranja rubova, vibracija alata, bočnog strujanja materijala i dinamike stroja. Teorijski model daje osnovu za odabir parametara, ali zahtijeva empirijsku potvrdu za kritične površine.
3. Učinci ključnih parametara na završnu obradu površine
Brzina posmaka je dominantan parametar koji utječe na teksturu tokarene površine. Smanjenje brzine posmaka s 0,3 na 0,1 milimetara po okretaju obično poboljšava hrapavost površine za faktor tri do pet. Međutim, preniski posmaci uzrokuju trljanje, a ne rezanje, stvaranje topline i otvrdnjavanje-bez poboljšanja završne obrade. Praktični minimalni posmaci ovise o oštrini alata i materijalu, općenito ne padajući ispod 0,02 milimetra po okretaju za alate od tvrdog metala.
Brzina rezanja utječe na završnu obradu površine svojim utjecajem na-formiranje izgrađenog ruba. Pri niskim brzinama, materijal izratka prianja uz vrh alata, stvarajući nepravilne naslage koje kidaju površinu i stvaraju grubu završnu obradu. Kako se brzina povećava, izgrađeni rub-se smanjuje, a završna obrada se poboljšava dok se ne postigne optimalan raspon. Za aluminijske legure ovaj optimalni raspon obično se proteže od 300 do 800 metara u minuti, dok je za čelike potrebno 150 do 400 metara u minuti, ovisno o sadržaju legure. Prevelike brzine stvaraju prekomjernu toplinu, ubrzavajući trošenje alata i na kraju lošu završnu obradu.
Dubina rezanja utječe na završetak kroz svoj učinak na sile rezanja i deformaciju sustava. Dubine grube obrade od 2 do 5 milimetara daju prednost uklanjanju materijala u odnosu na kvalitetu površine. Dubine završne obrade treba svesti na najmanju moguću mjeru na 0,1 do 0,5 milimetara kako bi se smanjile radijalne sile rezanja koje skreću vitke izratke ili fleksibilne sustave alata. Vrlo lagani završni prolazi ispod 0,05 milimetara mogu se voziti po -stvrdnutom sloju iz prethodnih prolaza umjesto da generiraju svježu površinu, proizvodeći loše rezultate.
4. Geometrija alata i izbor materijala
Radijus vrha izravno određuje teoretsku hrapavost i čvrstoću alata. Mali radijusi od 0,4 do 0,8 milimetara daju finije teoretske završne obrade, ali slabe vrh alata i povećavaju rizik od krhotina. Veliki radijusi od 1,2 do 2,4 milimetra šire sile rezanja na duže lukove, poboljšavajući završnu obradu i vijek trajanja alata, ali zahtijevaju veću snagu i krutost stroja. Odabir uravnotežuje zahtjeve završne obrade s kontrolom strugotine i izdržljivošću alata.
Nagib kuta utječe na sile rezanja i protok strugotine. Pozitivni nagibni kutovi od 5 do 15 stupnjeva smanjuju sile rezanja i poboljšavaju završnu obradu duktilnih materijala kao što su aluminij i bakar. Negativni nagnuti kutovi povećavaju čvrstoću rubova za tvrde materijale, ali stvaraju veće sile i grublje površine. Neutralni do blago pozitivni nagibi odgovaraju-tokarenju čelika opće namjene.
Odabir materijala alata utječe na postizanje završne obrade i konzistencije. Karbid bez premaza s oštrim rubovima pruža izvrsnu završnu obradu na aluminiju i ne-željeznim materijalima. Obloženi karbidi s titan aluminijevim nitridom ili sličnim premazima produžuju vijek trajanja alata u čelicima i nehrđajućim legurama, ali mogu malo ugroziti oštrinu rubova. Keramički umeci podnose-teško tokarenje velikom brzinom, ali rijetko postižu finu završnu obradu ispod 0,4 mikrometra Ra. Alati od kubičnog bor nitrida omogućuju tvrdo tokarenje kaljenog čelika s završnim obradama koje se približavaju kvaliteti brušenja. Polikristalni dijamantni alati proizvode zrcalne završetke na aluminiju, bakru i kompozitima, ali su neprikladni za željezne materijale zbog kemijskog trošenja.
Održavanje stanja alata pokazalo se kritičnim za dosljednu završnu obradu. Istrošeni alati razvijaju povećane radijuse nosa, nepravilne profile rubova i izgrađene-tendencije rubova koji postupno smanjuju kvalitetu površine. Redoviti pregled i zakazana zamjena na temelju kumulativnog vremena rezanja ili praćenog trošenja bočne strane čuvaju sposobnost završne obrade.
5. Razmatranja materijala obratka
Svojstva materijala postavljaju temeljna ograničenja završne obrade za operacije tokarenja. Čelici za-slobodnu strojnu obradu s dodatkom sumpora ili olova lako lome strugotine i strojno rade na 0,8 do 1,6 mikrometara Ra sa standardnim parametrima. Austenitni nehrđajući čelici rade-brzo stvrdnjavaju i zahtijevaju oštre, pozitivne-alate s dosljednim parametrima za sprječavanje kidanja površine; završne obrade ispod 1,6 mikrometara Ra zahtijevaju pažljivu optimizaciju. Aluminijske legure se iznimno dobro obrađuju, s kovanim stupnjevima poput 6061 i 7075 koji rutinski postižu 0,4 do 0,8 mikrometara Ra i mogu postići 0,2 mikrometra s finim parametrima. Lijevane aluminijske legure sa sadržajem silicija pokazuju abrazivno ponašanje koje ubrzava trošenje alata i ograničava finu završnu obradu. Legure titana stvaraju visoke temperature rezanja i zahtijevaju male brzine s krutim postavkama; završne obrade ispod 0,8 mikrometara Ra izazivaju konvencionalno tokarenje. Bakar i mjed nude izvrsnu obradivost i mogu postići zrcalne-završetke pomoću dijamantnog alata.
6. Stanje i stabilnost stroja
Odstupanje vretena mora se kontrolirati ispod 2 mikrometra za preciznu završnu obradu, budući da se svaki ekscentricitet izravno pretvara u varijaciju profila površine. Stanje ležaja, napetost remena i ravnoteža vretena utječu na postizanje završne obrade. Čvrstoća stroja, uključujući krutost ležaja, klizno poravnanje i potporu stražnjeg dijela, sprječava tragove klepetanja izazvane vibracijama-koji uništavaju kvalitetu površine. Toplinska stabilnost kroz kontroliranu temperaturu okoline i hlađenje vretena održava dosljednost dimenzija tijekom produženih završnih prolaza.
7. Strategije rashladnog sredstva i podmazivanja
Primjena tekućine za hlađenje pri kontroliranoj temperaturi uklanja strugotine, raspršuje toplinu i sprječava stvaranje-nagomilanih rubova. Za aluminij i bakar, temperatura rashladne tekućine treba odgovarati uvjetima okoline kako bi se izbjeglo izobličenje od toplinskog udara. Visok{3}}tlačna rashladna tekućina kroz isporuku alata poboljšava lomljenje strugotine i evakuaciju u operacijama dubokih provrta i utora. Sustavi za podmazivanje s minimalnom količinom smanjuju potrošnju rashladne tekućine dok istovremeno osiguravaju dovoljno podmazivanja za završno tokarenje čelika. Za neke primjene suho tokarenje s odvodom strugotine komprimiranim zrakom sprječava toplinske gradijente povezane s tekućim rashladnim sredstvom, iako to povećava stope trošenja alata.
8. Procesne tehnike za poboljšanu završnu obradu
Spark{0}}out prolazi uključuju izvođenje završnog prolaza s nultim ili minimalnim posmakom kako bi se izglačala površina bez aktivnog rezanja, smanjujući zaostale tragove posmaka za 20 do 40 posto. Ova tehnika zahtijeva krute postavke kako bi se spriječile vibracije-izazvane trljanjem. Tokarenje za poliranje koristi posebno pripremljene alate s velikim radijusima i visokim pozitivnim nagibnim kutovima pri vrlo malim posmacima za stvaranje bruniranih površina koje se približavaju 0,1 mikrometra Ra. Tvrdo tokarenje s alatima od kubičnog bor nitrida na kaljenim čelicima iznad 50 HRC postiže završnu obradu od 0,4 do 0,8 mikrometara Ra, potencijalno eliminirajući operacije brušenja. Vibracijsko tokarenje korištenjem ultrazvučnih ili nisko{12}}frekventnih oscilacija alata mijenja stvaranje strugotine i može poboljšati integritet površine u teškim materijalima.
9. Mjerenje i kontrola kvalitete
Mjerenje završne obrade površine kod tokarenja obično koristi profilometre s kontaktnom iglom koji prate okomito na oznake posmaka. Mjesto mjerenja treba izbjegavati prijelazne zone, ulazne oznake alata i područja klepetanja. Za tokarene površine s izraženom usmjerenom teksturom, smjer mjerenja značajno utječe na očitanja; okomito mjerenje bilježi puni profil oznake posmaka dok paralelno mjerenje može podcijeniti hrapavost. Praćenje statističke kontrole završne obrade površine kroz proizvodne serije identificira trendove trošenja alata i odstupanje parametara prije nego što dođe do--dijelova izvan specifikacije.
10. Rješavanje problema s uobičajenim završnim nedostacima
Tragovi posmaka grublji od teoretskih predviđanja ukazuju na prekomjerni pomak, nedovoljan radijus vrha ili deformaciju alata pod silama rezanja. Izgrađen-rub se očituje kao poderana, nepravilna tekstura površine s naslagama materijala; povećanje brzine rezanja ili poboljšanje isporuke rashladne tekućine obično rješava ovo. Brbljanje proizvodi pravilnu valovitost okomito na smjer dodavanja, što zahtijeva povećanu krutost sustava, prilagođenu brzinu kako bi se izbjegle rezonantne frekvencije ili smanjenu dubinu rezanja. Konus ili dimenzionalne varijacije duž duljine sugeriraju deformaciju izratka zbog prekomjernih sila rezanja ili neadekvatnog oslonca konja. Površinsko kidanje u duktilnim materijalima nastaje zbog negativnih nagnutih kutova, tupih alata ili nedovoljne brzine rezanja.
Zaključak
CNC tokarenje nudi mogućnosti završne obrade površine u rasponu od grube obrade na 6,3 mikrometra Ra do ultra-preciznih zrcalnih površina ispod 0,1 mikrometra Ra. Ostvariva završna obrada ovisi o integriranoj optimizaciji brzine posmaka, brzine rezanja, dubine rezanja, geometrije alata i materijala, karakteristika obratka, stanja stroja i strategije rashladnog sredstva. Razumijevanje teoretskih temelja i praktičnih interakcija između ovih varijabli omogućuje procesnim inženjerima odabir odgovarajućih kombinacija parametara koji zadovoljavaju funkcionalne zahtjeve uz održavanje ekonomske produktivnosti. Za precizne primjene, ulaganje u visoko{6}}kvalitetne alate, krute postavke i kontrolirana okruženja dosljedno osigurava superiorni integritet površine u usporedbi s agresivnim parametrima s marginalnim alatima.
