Матеріали для обробки з ЧПК: як ваш вибір матеріалу впливає на допуски, термін служби інструменту та вартість деталей
Ви вказали 6061-T6, накреслили стіну 0,6 мм на підлозі кишені та вказали рівність 0,05 мм. DFM повертається:необхідне зняття стресу перед фінішним проходом; стінка може рухатися під час розблокування затискача.Цей матеріал не сам по собі спричинив ці проблеми{0}}, але він встановив граничні умови, які зробили їх неминучими.
Ось щоматеріали для обробки з ЧПУвибір насправді такий: ви вибираєте не специфікацію, ви обираєте набір обмежень, який слідує за деталлю через кожне налаштування, кожну зміну інструменту та кожен рядок у звіті про перевірку. Зробіть це правильно раніше, і деталь майже сама себе обробляє. Зробите це неправильно, і ви переоціните-пробіг.
Ось як ми думаємо про вибір матеріалу вMID Precision-в алюмінієвих сплавах, марках титану, групах нержавіючої сталі та конструкційних пластмасах, які щодня проходять через наш магазин.
П’ять сімейств матеріалів для обробки з ЧПК, до яких інженери прагнуть першими
Рейтинги оброблюваності існують у спектрі, як і вартість. У наведеній нижче таблиці зіставлено сімейства, які ми найчастіше обробляємо, зі змінними, які мають значення на вашому кресленні.
| матеріал | Індекс оброблюваності | Підлога допуску (фрезерування) | Ra Achievable | Відносний знос інструменту | Типові сектори |
|---|---|---|---|---|---|
| Al 6061-T6 | ~100% | ±0,005 мм (±0,002 мм з отвором джига) | 0,4 мкм (0,1 мкм зріз-) | Низький | Напівпровідник, промислова автоматизація |
| Al 7075-T651 | ~70% | ±0,005 мм | 0.4µm | Низький–Середній | Аерокосмічні каркаси,-несучі зброї |
| Ti-6Al-4V Гр.5 | ~22% | ±0,008 мм (±0,005 мм без догляду) | 0,8 мкм (можливо 0,4 мкм) | Високий | Аероконструкційні, медичні імпланти |
| Нержавіюча сталь 316L | ~45% | ±0,008 мм | 0.4µm | Середній–Високий | Колектори рідини, хірургічні інструменти |
| 17-4PH H900 | ~38% | ±0,008 мм | 0.4µm | Високий | Аерокосмічна арматура,-високоміцні вали |
| PEEK | ~75% | ±0,02 мм (залежно-від вологи) | 0.8µm | Низький | Медичні, напівпровідникові, хімічні |
Індекс оброблюваності відноситься до 160 HB вільної-сталі для обробки=100%.
У таблиці немає однієї відмінності: «досяжний» і «повторюваний у партії» — це не одне й те саме число. Попадання ±0,002 мм на одну алюмінієву деталь є простим у відповідних умовах. Утримання його на 80 частинах зі стандартним затисканням і коливаннями температури навколишнього середовища є проблемою розробки процесу, а не розривом можливостей.
Обробка алюмінію проти титану з ЧПК: де насправді живе компроміс-
Найпоширенішівибір матеріалу для обробки з ЧПУЦе рішення, яке ми бачимо від клієнтів аерокосмічної та медичної галузі. Інженери інстинктивно порівнюють показники міцності на розрив, але це не те, де суттєва різниця у вартості.
Обробка алюмінію проти титану з ЧПУзводиться до трьох пов’язаних факторів: швидкість різання, управління теплом і стратегія залучення інструменту.
З 6061-T6 або 7075-T651 ви працюєте зі швидкістю шпинделя понад 10 000 обертів за хвилину, виконуєте агресивні радіальні зачеплення та швидко промиваєте стружку повітрям або заливаєте охолоджувачем. Матеріал не зберігає тепло в зоні зрізу.
З Ti-6Al-4V ви робите навпаки. Швидкість на поверхні зазвичай становить 40–80 м/хв, що становить приблизно одну п’яту від швидкості, яку ви мали б на 6061. Причина полягає не лише у твердості; це теплопровідність. Титан проводить тепло приблизно за 7 Вт/м·K проти 167 Вт/м·K для алюмінію. Тепло залишається на ріжучій кромці, а не в стружці. Це швидко руйнує карбід, якщо ваші параметри або тиск охолоджуючої рідини неправильно відкалібровані.
Ось як ми встановлюємо трохоїдальне чи врізне-рішення щодо фрезерування під час операцій урізання кишень-це рішення, яке рідко з’являється в специфікаціях, але безпосередньо впливає на тривалість циклу та довговічність інструменту на складнихматеріали для обробки з ЧПУ:
Трохоїдальне (високо{0}}ефективне) фрезеруванняє кращим для титанових кишень шириною більше ~15 мм. Радіальне зачеплення відбувається на 10–15% діаметра інструменту з великою осьовою глибиною та 60+ барами, що заливають охолоджувачем. Постійна дуга зачеплення запобігає тертю та-зростанню кромки, яка вбиває твердосплавні вставки.
Врізне фрезеруваннявступає в дію, коли співвідношення глибини-до-ширини кишені перевищує приблизно 3:1 або коли жорсткість частини недостатня. Осьові сили різання нижчі, ніж радіальні-це має значення, коли ваша глибина 40 мм і деталь уже відхиляється в пристосуванні.
Для вашоговибір матеріалу для обробки з ЧПУ: якщо титановий елемент поєднує кишені глибше ніж 25 мм зі стінками тонше ніж 3 мм, позначте це перед заморожуванням дизайну. Ці комбінації вимагають повторних -послідовних операцій і проміжних кроків зняття напруги, які не видно в стандартній оцінці тривалості циклу.
Толерантність за матеріалом: що насправді означають цифри
| Тип налаштування | Al 6061/7075 | Ti-6Al-4V | 316L / 17-4PH |
|---|---|---|---|
| Стандартне фрезерування, одинарна установка | ±0,010 мм | ±0,015 мм | ±0,012 мм |
| 5-осьовий з точним кріпленням | ±0,005 мм | ±0,008 мм | ±0,008 мм |
| Критичні отвори (розточування/розсвердлювання) | ±0,003 мм | ±0,005 мм | ±0,005 мм |
| Точні операції (швейцарський-поворот, джиг) | ±0,002 мм | ±0,003 мм | ±0,003 мм |
| Грунтові поверхні | ±0,001 мм | ±0,002 мм | ±0,001 мм |
Сюрприз для багатьох інженерів-конструкторів:Алюміній важче підтримувати жорсткі допуски, ніж це означає рейтинг його оброблюваності, тому що він працює так швидко і так вільно розширюється. КТР алюмінію становить близько 23,6 мкм/м·K. Для 100-мм деталі з коливанням навколишнього середовища на 10 градусів під час тривалої роботи це приблизно 24 мкм відхилення розмірів-, що вже в 5 разів перевищує допустимий бюджет ±0,005 мм лише від температури.
Наш стандартний робочий процес для алюмінієвих деталей щільніше ±0,005 мм: чорнова → стабілізація температури (20–30 хв у контрольованій зоні) → напів-обробка → повторна стабілізація → обробка. Це зчеплення між чорновою та напів-обробкою — це місце, де залишкове напруження від попередньої прокатки листа починає зменшуватися. Пропустіть це під тиском графіка, і ви отримаєте деталь, яка правильно вимірюється на ШМ, а потім виходить за межі допуску через годину після охолодження.
Цей етап стабілізації між чорновою й напів-обробкою-а не параметрами різання-є найпоширенішою першопричиною переробки алюмінію під час роботи з-допуском.
Для довгих тонких валів із L/D > 20 із нержавіючої сталі або титану наші швейцарські-токарні комірки проходять напрямну втулку безпосередньо за зоною різання, при цьому головний шпиндель і-решта{2}}координуються з точністю до 0,005 мм одна від одної. Без цього зв’язку деталь згинається на непідтримуваному проміжку під тиском різання, і ви втрачаєте округлість і циліндричність ще до того, як досягнете половини довжини.
Обробка нержавіючої сталі з ЧПУ: обробка поверхні та управління інструментом
Обробка поверхні з ЧПУ з нержавіючої сталівимоги часто визначають послідовність процесу більше, ніж допуски на розміри. 316Хірургічні інструменти L мають Ra Менше або дорівнює 0,4 мкм, виноски з нулем-критерії задирок. 17-4Для аерокосмічних фітингів PH потрібні жорсткі допускиіспецифічна текстура поверхні для підтримки адгезії PVD або жорсткого анодування.
Поведінка, яка ускладнює нержавіючу сталь, — це зміцнення. 316L швидко твердне, якщо інструмент затримується, швидкість подачі падає нижче порогового значення або пластина зношена. Після того, як поверхня затвердіє, наступні проходи схоплюють матеріал з вищою твердістю, ніж ви почали. Це призводить до поломки інструменту та aобробка поверхні з ЧПУ з нержавіючої сталіце майже неможливо відновити без додавання незапланованого пропуску.
Наші засоби контролю для точних компонентів з нержавіючої сталі:
Підтримуйте позитивний нахил на фінішних пластинах-негативний нахил на зношених інструментах спричиняє натирання перед різанням. Ніколи не зупиняйте обертовий інструмент при контакті з нержавіючої поверхнею. Використовуйте субмікронний карбід із PVD-покриттям для чистових проходів; без покриття для грубої обробки на 17-4PH H900 для збереження геометрії кромки. Для Ra менше або дорівнює 0,2 мкм, додайте мікрофінішний прохід на осьовій глибині менше або дорівнює 0,05 мм із промиванням охолоджувачем.
Варто відстежити одну наступну залежність: багато медичних нержавіючих компонентів після механічної обробки йдуть на електрополірування. Якщо поверхня pre{1}}EP вище Ra 0,8 мкм, електрополірування зазвичай не доведе її до Ra 0,1 мкм-хімія видаляє матеріал рівномірно, не заповнює піки. Theобробка поверхні з ЧПУ з нержавіючої сталімає бути близько до того, як деталь покине машину.
Те, що огляди DFM вловлюють, що ні в паспортах матеріалів
Технічні характеристики матеріалу вказують, що це за матеріалє. Огляд DFM розповідає вам, що відбувається, коли ви намагаєтеся врізати його у вашу конкретну геометрію за допомогою ваших конкретних виносок.
наMID Precision, матеріал є першим фільтром у будь-якому перегляді файлів STEP-але він завжди зчитується разом із геометрією та набором допусків. Звичайним є отвір-з жорстким допуском в алюмінії. Той самий отвір із стінкою 0,8 мм з одного боку є іншою проблемою кріплення та послідовності.
Прапори DFM, які найчастіше зустрічаютьсяматеріали для обробки з ЧПУ:
Радіуси кутів менші для глибини кишені.Для кишені глибиною 10 мм із внутрішнім радіусом 0,3 мм потрібен інструмент діаметром менше 0,6 мм. Ці інструменти працюють повільно, легко ламаються та додають час циклу непропорційно площі кишені. Збільшення до R1 мм-або встановлення радіуса до 55–65% глибини гнізда-суттєво знижує вартість інструменту. Якщо радіус існує лише для зазору, відкрийте його.
Товщина стінки не відповідає жорсткості матеріалу.Модуль пружності титану (≈114 ГПа) надає тоншим стінкам більший опір-силі прогину, ніж 6061 (≈69 ГПа). Але теплова поведінка титану все ще обмежує, наскільки агресивно ви можете штовхати інструмент біля тонкої стіни. Ці два фактори не скасовуються просто так.
Глибина різьби не налаштована на міцність.1,5× номінальний діаметр є стандартним стандартом. У PEEK або м’якому алюмінії 2× є дешевим страхуванням від витягування-, яке майже нічого не коштує за час циклу.
5-осьова обробкаусуває налаштування, які в іншому випадку змусили б вас скомпрометувати геометрію. Об’єкти, недоступні з 3-орієнтації осі, часто отримують непотрібно перепроектовані-спрощені радіуси, видалені підрізи, додані розділені лінії. Надішліть нам КРОК, перш ніж спростити частину.
FAQ
Який кутовий радіус я повинен використовувати, щоб витрати на інструмент були прийнятними?
Цільові внутрішні радіуси становлять більше або дорівнюють 55% глибини гнізда або прив’яжіть до стандартних розмірів кінцевих фрез (R0,5, R1, R2, R3, R4, R5, R6 мм). Нижче R0,5 мм у будь-якомуматеріал для обробки з ЧПУтвердіший за алюміній, ви на території мікро{0}}інструментів-окреме налаштування, менші швидкості, спеціальна перевірка. Така ступінчаста зміна вартості є непропорційною площі, що вирубується. Якщо вузький радіус призначений для зазору, а не для роботи, змініть його.
Чи можете ви утримувати ±0,005 мм на алюмінієвій деталі 100 мм без шліфування?
Так, із чорновою-стабілізованою температурою, належним дизайном пристосування та послідовністю стабілізації, описаною вище. Шліфування не потрібне для більшості виробів з алюмінію ±0,005 мм. Нижче ±0,003 мм на критичних поверхнях ми додаємо координатне-розточування або точне-розточування. Нижче ±0,001 мм у процес входить шліфування.
Чи завжди 7075-T651 є кращим вибором порівняно з 6061-T6 для критично важливих деталей?
Не автоматично. 7075 має вищу міцність на розрив, але нижчу стійкість до корозії, менш рівномірно анодується та, як правило, не піддається зварюванню. Для деталей, які поєднують вузькі допуски, тверде анодування та подальше зварювання, 6061-T6 часто є правильнимвибір матеріалу для обробки з ЧПУнавіть якщо FEA незначний-збільшення товщини стінки коштує менше, ніж порушення адгезії покриття в польових умовах.
Яку мінімальну товщину стінки можна надійно обробити з Ti-6Al-4V?
У виробничих аерокосмічних роботах товщина стінок 0,8 мм із Ti-6Al-4V досягається за допомогоюточна обробка з ЧПУколи конструкція пристосування враховує вібрацію, а траєкторія інструменту забезпечує низьке радіальне зачеплення. Нижче 0,5 мм теплопровідність титану стає серйозною проблемою-тепло накопичується на стінці, стінка прогинається, а стабільність розмірів порушується через розріз. Якщо ваш проект спрямований на стіни з титану менше 0,5 мм, залучіть нас до розмови, перш ніж креслення буде завершено.
Ваша інформація про матеріал також є планом процесу. Потрібні вам допуски, обробка поверхні, яку ви вказуєте, і геометрія, яку ви малюєте, взаємодіють із матеріалом у спосіб, який не відображається в жодній таблиці даних.
Надішліть нам свій файл STEP для перевірки DFM-наші інженери-технологи разом прочитають ваш матеріал, вашу геометрію та допуск і повернуться з пропозицієюіпримітка про технологічність, де це важливо.
