Cum se calculează forța de tăiere a uneltelor cnc?

În calitate de furnizor de scule CNC de încredere, întâlnesc adesea clienți care sunt dornici să înțeleagă cum să calculeze forța de tăiere a uneltelor CNC. Aceste cunoștințe sunt esențiale pentru optimizarea proceselor de prelucrare, asigurarea longevității sculelor și obținerea pieselor de înaltă calitate. În acest blog, voi aprofunda în factorii cheie implicați în calcularea forței de tăiere și voi oferi câteva metode practice.

Înțelegerea elementelor de bază ale forței de tăiere

Forța de tăiere este forța exercitată de unealta de tăiere asupra piesei de prelucrat în timpul procesului de prelucrare. Este format din trei componente principale: forța tangențială (Ft), forța radială (Fr) și forța axială (Fa). Forța tangențială este forța care acționează în direcția vitezei de tăiere și este responsabilă pentru îndepărtarea materialului. Forța radială acționează perpendicular pe muchia de tăiere și poate provoca deformarea sculei și a piesei de prelucrat. Forța axială acționează de-a lungul axei sculei și este semnificativă în operațiuni precum găurirea.

Factori care afectează forța de tăiere

1. Material piesa de prelucrat
   Proprietățile mecanice ale materialului piesei de prelucrat, cum ar fi duritatea, rezistența și ductilitatea, au un impact profund asupra forței de tăiere. De exemplu, materialele mai dure precum oțelul inoxidabil sau titanul necesită forțe de tăiere mai mari în comparație cu materialele mai moi precum aluminiul. Microstructura materialului joacă, de asemenea, un rol. Materialele cu o structură cu granulație grosieră pot necesita forțe de tăiere diferite decât cele cu o structură cu granulație fină.
2. Geometria sculei de tăiere
   Geometria sculei de tăiere, inclusiv unghiul de greblare, unghiul de degajare și raza muchiei de tăiere, afectează forța de tăiere. Un unghi de greblare pozitiv reduce, în general, forța de tăiere, deoarece permite sculei să taie materialul mai ușor. Cu toate acestea, un unghi de greblare pozitiv prea mare poate slăbi muchia de tăiere. Unghiul de degajare previne frecarea sculei de piesa de prelucrat, ceea ce poate crește forța de tăiere. O rază ascuțită a muchiei de tăiere reduce forța necesară pentru a iniția formarea așchiilor.
3. Parametrii de tăiere
   • Viteza de taiere: Creșterea vitezei de tăiere reduce de obicei forța de tăiere până la un anumit punct. La viteze mai mari, materialul este îndepărtat mai eficient, iar procesul de formare a așchiilor devine mai stabil. Cu toate acestea, vitezele de așchiere extrem de mari pot duce la uzura sculei și la creșterea forțelor de tăiere din cauza generării de căldură.
   • Rata de avans: Viteza de avans este distanța pe care o avansează unealta pe rotație sau pe dinte. O viteză de avans mai mare crește, în general, forța de tăiere, deoarece mai mult material este îndepărtat pe unitatea de timp.
   • Adâncimea de tăiere: O adâncime mai mare de tăiere necesită mai multă forță pentru a îndepărta materialul. Pe măsură ce adâncimea de tăiere crește, crește și aria secțiunii transversale a așchii, rezultând forțe de tăiere mai mari.

Metode de calcul pentru forța de tăiere

1. Formule empirice
   Formulele empirice sunt utilizate pe scară largă în industrie pentru a estima forța de tăiere. Aceste formule se bazează pe date experimentale și țin cont de factorii menționați mai sus. Una dintre cele mai comune formule empirice pentru operațiile de strunjire este ecuația comerciantului:
   [F_{t}=K_{c} \cdot A_{c}]
   unde (F_{t}) este forța de tăiere tangențială, (K_{c}) este forța de tăiere specifică (care depinde de materialul piesei de prelucrat, geometria sculei și condițiile de tăiere) și (A_{c}) este aria secțiunii transversale a așchii. Aria secțiunii transversale a așchiei (A_{c}) poate fi calculată ca (A_{c}=f\cdot a_{p}), unde (f) este viteza de avans și (a_{p}) este adâncimea de tăiere.

2. Analiza cu elemente finite (FEA)
   Analiza cu elemente finite este o metodă mai avansată pentru calcularea forței de tăiere. Aceasta implică crearea unui model numeric al procesului de tăiere, inclusiv sculele, piesa de prelucrat și condițiile de tăiere. FEA poate simula interacțiunile complexe dintre unealtă și piesa de prelucrat, ținând cont de factori precum deformarea materialului, generarea de căldură și frecarea. Cu toate acestea, FEA necesită software specializat și resurse de calcul semnificative.

   

3. Teste de tăiere instrumentate
   Testele de tăiere instrumentate implică utilizarea senzorilor de forță pentru a măsura direct forța de tăiere în timpul procesului de prelucrare. Această metodă oferă date precise, dar necesită mult timp și necesită echipamente costisitoare. Este adesea folosit în scopuri de cercetare sau pentru a valida rezultatele obținute din formule empirice sau FEA.

Importanța calculării forței de tăiere pentru selecția sculelor CNC

Calcularea cu precizie a forței de tăiere este esențială pentru selectarea instrumentului CNC potrivit. Dacă forța de tăiere este prea mare pentru o anumită unealtă, aceasta poate duce la uzura prematură a sculei, ruperea și finisarea slabă a suprafeței piesei de prelucrat. Pe de altă parte, dacă forța de tăiere este mult mai mică decât capacitatea sculei, procesul de prelucrare poate să nu fie eficient.

De exemplu, atunci când lucrați cu materiale dure, poate fi necesar să alegeți o unealtă cu o tăietură puternică și o geometrie adecvată pentru a rezista la forțele mari de tăiere. NoastreBit de deget de diamanteste o alegere excelentă pentru aplicații cu forță mare. Designul său cu vârf de diamant oferă duritate ridicată și rezistență la uzură, permițându-i să manevreze cu ușurință materialele dure.

În mod similar, pentru operațiunile care necesită un control precis al forței de tăiere, cum ar fi finisarea fină, este necesară o unealtă cu o muchie ascuțită și geometrie optimizată. NoastreBurghiu cu diamant pentru piatraeste conceput pentru a oferi găurire precisă și eficientă în materiale de piatră, unde forța de tăiere trebuie controlată cu atenție pentru a evita crăparea sau ciobirea.

În operațiunile de măcinare,Roată diamantatăeste o opțiune grozavă. Poate face față forțelor mari implicate în îndepărtarea materialului, menținând în același timp un finisaj consistent al suprafeței.

Sfaturi pentru reducerea forței de tăiere

1. Optimizați parametrii de tăiere
   • Reglați viteza de tăiere, viteza de avans și adâncimea de tăiere pentru a găsi combinația optimă care reduce forța de tăiere fără a sacrifica productivitatea. De exemplu, creșterea ușoară a vitezei de tăiere și reducerea vitezei de avans pot duce uneori la o reducere a forței de tăiere.
2. Utilizați acoperiri adecvate pentru scule
   Acoperirile sculei pot reduce frecarea dintre sculă și piesa de prelucrat, reducând astfel forța de tăiere. Acoperiri precum nitrura de titan (TiN), carbonitrura de titan (TiCN) și nitrura de titan de aluminiu (AlTiN) sunt utilizate în mod obișnuit pentru a îmbunătăți performanța sculei.
3. Menține claritatea sculei
   O muchie ascuțită necesită mai puțină forță pentru a îndepărta materialul. Inspectați regulat și reascuțiți sau înlocuiți uneltele uzate pentru a asigura o performanță constantă de tăiere.

Concluzie

Calcularea forței de tăiere a sculelor CNC este o sarcină complexă, dar esențială pentru orice operație de prelucrare. Înțelegând factorii care afectează forța de așchiere, folosind metode de calcul adecvate și selectând sculele potrivite, vă puteți optimiza procesele de prelucrare, puteți îmbunătăți durata de viață a sculei și puteți obține piese de prelucrat de înaltă calitate.

Dacă sunteți interesat să aflați mai multe despre uneltele noastre CNC sau aveți nevoie de asistență în calcularea forței de tăiere pentru aplicația dumneavoastră specifică, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați. Suntem aici pentru a vă ajuta să profitați la maximum de operațiunile de prelucrare.

Referințe

• Bootthroyd, G. și Knight, WA (2006). Fundamentele prelucrării și mașinilor-unelte. CRC Press.
• Trent, EM și Wright, PK (2000). Tăierea metalelor. Butterworth - Heinemann.