Инструменты для обработки твердых материалов на станках с ЧПУ: как выбрать долговечные сверла.

При обработке твердых материалов, таких как титановые сплавы, закаленные инструментальные стали и высокотемпературные сплавы, с помощью станков с ЧПУ часто возникают проблемы, например, преждевременный выход из строя сверл и резкое сокращение срока их службы .

Это не только напрямую увеличивает стоимость приобретения инструментов, но и снижает эффективность производства из-за частых простоев для замены инструментов, а также влияет на точность обработки и качество продукции, становясь скрытым препятствием для выполнения работ на станках с ЧПУ.

Мы подробно рассмотрим всю цепочку от материаловедения и геометрического проектирования до взаимодействия станков, показав, как действительно снизить общие затраты за счет оптимизации стоимости обработки на станках с ЧПУ и помогая вам создать стабильную и предсказуемую систему обработки твердых материалов .

Краткое изложение основных ответов

Основные выводы:

• Системно-инженерный подход: Срок службы инструмента является результатом взаимодействия материалов, геометрии, покрытий, станков и параметров. Изолированный выбор имеет ограниченный эффект.
• Эффект ценового рычага: стоимость самого инструмента составляет всего 3-5% от общей стоимости обработки, в то время как колебания срока его службы влияют на более чем 30% общей стоимости.
• Принятие решений на основе данных: использование конкретных данных, полученных в ходе испытаний обработки материалов на станках с ЧПУ (например, скорость резания Vc, стоимость одного отверстия), предоставляемых поставщиками, имеет большее значение, чем опора на бренды.
• Преимущества партнерства: Преимущество партнерства с такими экспертами, как JS Precision, заключается в возможности прогнозирования и эффективного управления рисками за счет совместной разработки технологических процессов, что обеспечивает стабильную экономику обработки.

Trust JS Precision: Руководство по выбору инструмента для обработки твердых материалов на станках с ЧПУ

В обработке твердых материалов на станках с ЧПУ опыт имеет решающее значение для решения возникающих проблем. Компания JS Precision давно и активно работает в этой отрасли, и у нас есть более 5000 решений по обработке твердых материалов в аэрокосмической, прецизионной и других отраслях промышленности.

Успешность подбора инструмента для обработки сложных материалов, таких как титановые сплавы и высокотемпературные сплавы, составляет 98%. Весь технический персонал компании JS Precision имеет более чем 10-летний опыт работы в отрасли.

Согласно стандарту ISO 3685:1993 Международной организации по стандартизации (ISO), инструменты для обработки твердых материалов должны соответствовать особым требованиям к прочности обрабатываемого материала и адгезии покрытий.

Предлагаемые компанией JS Precision системы выбора инструмента соответствуют этому стандарту и прошли проверку на работоспособность официально признанными сторонними организациями.

Мы также располагаем эксклюзивной базой данных по обработке материалов, которая включает параметры резки и решения по подбору инструмента для более чем 200 типов материалов, обрабатываемых на станках с ЧПУ , что позволяет быстро предоставлять точные рекомендации для ваших задач по обработке на станках с ЧПУ.

Если у вас возникли проблемы со сроком службы инструмента при обработке твердых материалов, немедленно свяжитесь с инженерной командой JS Precision. Укажите обрабатываемые материалы, требуемый диаметр отверстия и модель станка, чтобы получить бесплатный индивидуальный план подбора сверл для станка с ЧПУ, позволяющий избежать затрат на метод проб и ошибок и быстро повысить эффективность обработки.

Что на самом деле определяет срок службы ваших станков с ЧПУ?

Срок службы станков с ЧПУ зависит от материала заготовки, его типа и параметров. Знание этих факторов позволит увеличить срок службы на самом базовом уровне и, следовательно, снизить затраты на обработку на станках с ЧПУ.

Количественная оценка: определение окончания срока службы инструмента.

Окончание срока службы инструмента — это не вопрос мнения, а измеримый показатель. Критерием окончания срока службы инструмента обычно является средняя ширина полосы износа на боковой поверхности инструмента, составляющая 0,3 мм, или появление повреждений, таких как сколы или вмятины, на инструменте.

Средний срок службы инструмента (MTTL) — важный статистический показатель. Он указывает на средний срок службы группы инструментов и предоставляет статистическую поддержку процессу планирования цикла замены инструмента при фрезерной обработке на станках с ЧПУ .

Синергетическая защита подложки и покрытия

• Прочность подложки: содержание кобальта в твердосплаве (6–12%) и размер частиц карбида обеспечивают баланс между износостойкостью и ударопрочностью.
• Защита с помощью покрытия: покрытия AlTiN, AlCrN или SiAlYN обладают термостойкостью и износостойкостью и подходят для обработки определенных материалов на станках с ЧПУ.

Хотите узнать, достигли ли ваши текущие станки с ЧПУ оптимального срока службы? Загрузите параметры обработки и модель инструмента, и JS Precision предоставит бесплатную оценку срока службы и целевые рекомендации по оптимизации, которые помогут вам еще больше снизить затраты.

Рисунок 1. Выстроены в ряд пять спиральных сверл с различным поверхностным покрытием (блестящее, черное оксидное, TiN, TiCN, TiAlN).

Как освоить науку выбора сверл для станков с ЧПУ при обработке твердых материалов?

Выбор сверла для станков с ЧПУ имеет решающее значение при обработке твердых материалов, требуя точного соответствия материалов и геометрической конструкции для повышения эффективности и срока службы.

Выбор материала: твердый сплав, быстрорежущая сталь, содержащая кобальт, или быстрорежущая сталь, полученная методом порошковой металлургии.

Обрабатываемые твердые материалы сверлами различного состава значительно различаются по своим характеристикам. Подробное сравнение приведено ниже:

Геометрический дизайн: разработан для извлечения чипов из процессорных блоков и обеспечения охлаждения.

Геометрические характеристики сверла напрямую влияют на производительность резки и, как правило, должны выбираться в зависимости от обрабатываемого материала:

• Угол заточки: 130°-140° для титановых сплавов для повышения прочности режущей кромки, 118°-135° для стали для достижения оптимального центрирования.
• Угол спирали: около 30° для материалов высокой твердости, около 40° для вязких материалов, чтобы облегчить удаление стружки.
• Широкая режущая кромка и полированные канавки для стружки , которые помогают избежать нагрева и нарастания материала, полезны при работе с высокотемпературными сплавами.

Рисунок 2. Обработка твердых материалов требует применения правильных стратегий и инструментов.

Почему от вашего обрабатывающего центра с ЧПУ зависит срок службы инструмента?

Качественный обрабатывающий центр с ЧПУ может гарантировать качество инструментов, точность, жесткость и систему охлаждения которых также определяют потенциальный срок службы.

Динамическая точность: часто упускаемый из виду фактор, губительный для инструментов.

Радиальное биение шпинделя также является Один из важнейших факторов, влияющих на точность сверления, должен контролироваться с точностью до 0,003 мм (3 мкм), поскольку чрезмерное биение создает неравномерное напряжение сверла или режущей кромки, удваивая нагрузку на режущую кромку, и вероятность сколов начинает снижаться.

В то же время, Общая жесткость станка также имеет важное значение. Если он недостаточно жесткий, это приведет к появлению вибраций во время резки, что не только повредит инструмент, но и повлияет на качество обработанной поверхности.

Эффективность охлаждения: вспомогательный параметр для центрального технологического процесса.

Эффективность охлаждения напрямую влияет на контроль температуры резания. Внутреннее охлаждение под высоким давлением обеспечивает точную подачу охлаждающей жидкости к режущей кромке. Внутреннее охлаждение под высоким давлением описывается как процесс охлаждения с минимальным давлением 70 бар.

Например, при обработке материалов с низкой теплопроводностью, таких как титановые сплавы, невозможно переоценить необходимость высокоэффективной системы охлаждения, в которой центр шпинделя и внутреннее охлаждающее отверстие инструмента точно выровнены.

Согласно данным Американского общества металлообрабатывающих технологий (AMT), срок службы инструмента при внутреннем охлаждении под высоким давлением при обработке твердых материалов увеличивается в 2-3 раза .

Не уверены, что ваш обрабатывающий центр с ЧПУ оптимально подходит для работы с инструментом? Свяжитесь с JS Precision для бесплатной оценки производительности станка. Мы оптимизируем комбинации инструментов и параметров на основе вашего оборудования, чтобы максимизировать синергетическую ценность вашего оборудования и инструментов.

Кто на самом деле платит за преждевременный выход инструмента из строя при обработке на станках с ЧПУ?

Скрытые издержки, связанные с преждевременным выходом инструмента из строя, значительно превышают его стоимость при покупке. Точный расчет общей стоимости имеет решающее значение для снижения затрат и повышения эффективности обработки на станках с ЧПУ .

Анализ скрытых затрат: стоимость инструментов — это лишь верхушка айсберга.

Общая стоимость обработки одного отверстия состоит из нескольких составляющих, и конкретная формула выглядит следующим образом:

[ (Стоимость инструмента/Количество отверстий в рабочем состоянии) + Стоимость времени замены инструмента + Стоимость риска брака + Энергопотребление станка ].

Например, сверло стоит 50 долларов, и при сверлении 100 отверстий стоимость инструмента составит 0,50 доллара, но увеличение срока службы сверла до 300 отверстий снизит стоимость инструмента всего до 0,17 доллара. Кроме того, сокращение количества замен инструмента снизит стоимость простоя, а использование надежных инструментов снизит процент брака , и все эти факторы могут существенно повлиять на общую стоимость.

Решения JS Precision: комплексная оптимизация затрат от составления коммерческого предложения до поставки.

Для обработки деталей на станках с ЧПУ компания JS Precision использует программное обеспечение для моделирования, позволяющее рассчитать и проанализировать силы резания и тепловую нагрузку, а также определить стратегию выбора оснастки перед началом процесса.

Наши расчеты стоимости станков с ЧПУ точно отражают количество циклов смены инструмента, срок службы инструмента и процент брака. Благодаря технической оптимизации нашей компании удалось снизить общую стоимость обработки отдельных деталей для наших клиентов на 45% .

Какие материалы, обрабатываемые на станках с ЧПУ, требуют радикальных стратегий выбора оснастки?

С помощью станков с ЧПУ можно обрабатывать широкий спектр материалов. Это обусловлено различными свойствами этих материалов. Таким образом, существует множество вариантов обработки.

Расширение границ возможностей: микроскопическое моделирование с использованием высокотемпературных сплавов и титановых сплавов.

Сплавы Inconel 718 и Ti-6Al-4V обладают высокой степенью упрочнения при деформации и низкой теплопроводностью. Согласно стандарту ISO 2296:2018 , требуется сочетание «износостойкого покрытия + прочной подложки + острой режущей кромки», при этом скорость вращения Vc контролируется в диапазоне 20-40 м/мин.

Твердость и истирание: борьба между закаленной сталью и композитными материалами.

• Закаленная и упрочненная сталь с твердостью HRC50+: используйте сверло с отрицательным углом заточки и мелкий прерывистый рез, чтобы избежать сколов.
• Для CFRP используйте сверла с DLC- или PCD-покрытием, обеспечивающим износостойкость и гарантирующим качество отверстия.

Ниже приведена таблица рекомендуемых режущих инструментов и параметров для различных твердых материалов:

Как расшифровать и оптимизировать ваше коммерческое предложение по обработке на станках с ЧПУ для получения долгосрочной выгоды?

Профессиональное предложение по обработке на станках с ЧПУ подкрепляется техническими гарантиями. Важно понимать ключевые детали для успешного выбора и получения оптимальной долгосрочной выгоды.

Техническая цитата: «Найти обещание, скрытое в цифрах».

В качественном коммерческом предложении по обработке на станках с ЧПУ должны быть четко указаны рекомендации по типу/модели обрабатывающего инструмента, заданные значения коэффициента заполнения (S/F), приблизительные показатели износа инструмента, а также множество других технических деталей. Фактически, все эти детали представляют собой наибольшую гарантию качества и стоимости, позволяя вам оценить все потенциальные риски в процессе обработки.

Сотрудничество с JS Precision — превращение риска в уверенность посредством совместной разработки.

Компания JS Precision практикует «совместную разработку» , предполагающую коммуникацию с самых ранних этапов проекта. Мы предоставляем бесплатный углубленный анализ, связанный с проектированием с учетом технологичности производства (DFM), помогая оптимизировать конструкцию деталей и упрощая их механическую обработку.

Для ответственных компонентов или узлов мы можем дополнительно предоставить услугу изготовления пробных образцов для выполнения заказанных или гарантированных заказов. Таким образом, мы можем совместно проверить оптимальные параметры режущего инструмента для достижения максимальной эффективности и минимальных затрат в процессе серийного производства.

Хотите получить прозрачную смету на обработку на станках с ЧПУ с техническими условиями? Предоставьте чертежи детали и требования к обработке, и компания JS Precision предоставит вам подробную смету в течение 24 часов, четко указав все технические характеристики и разбивку затрат, чтобы вы могли принять более взвешенное решение.

Пример из практики: Увеличение срока службы инструмента на 300%, компания JS Precision преодолела трудности при обработке глубоких отверстий в сплаве инконель 718 для аэрокосмических двигателей.

Задача: «Кошмар» из отверстий глубиной в 30 раз больше диаметра.

Производителю аэрокосмических деталей потребовалось выполнить механическую обработку глубоких отверстий диаметром 6 мм и глубиной 180 мм, с соотношением глубины к диаметру 30:1, из высокотемпературного сплава Inconel 718.

Традиционный метод предусматривал использование обычных твердосплавных сверл , средний срок службы которых составлял всего 3 отверстия. Недостаточное удаление стружки приводило к значительным отклонениям в расположении отверстий и низким значениям шероховатости поверхности Ra, что увеличивало процент брака до 15%, замедляя тем самым разработку проекта и увеличивая стоимость обработки одного отверстия более чем на 2 доллара.

Системный прорыв JS Precision

После получения запроса компания JS Precision сформировала техническую группу для решения возникших проблем:

1. Специализированные режущие инструменты: Использование сверхтонкой порошковой матрицы из твердого сплава с 10% кобальта, а также высокого угла заточки 38°, разработанного для лучшего удаления стружки, и нанокомпозитного слоя SiAlYN для повышения износостойкости при высоких температурах и антиадгезионных свойств.

2. Инновации в процессе: Компьютерное программирование включает в себя процесс «постепенного сверления с кратковременным отводом» , при котором происходит отвод на 2 мм на каждые 5 мм перемещения сверла, а также сверхвысокотемпературное охлаждение станка под давлением 120 бар.

3. Взаимодействие станка и инструмента: выбор обрабатывающего центра с ЧПУ, оснащенного жестким шпинделем (радиальное биение <0,002 мм) и точной внутренней системой охлаждения для обработки в режиме взаимодействия инструмента и инструмента.

Результаты: от «черной дыры затрат» к стабильному объему производства.

После внедрения нового решения срок службы сверла увеличился более чем на 12 отверстий (рост на 300%), погрешность позиционирования отверстий осталась ниже ±0,01 мм , а шероховатость поверхности снизилась до Ra ≤ 1,6 мкм.

Уровень брака снижен до менее 2%, стоимость обработки отдельных отверстий снижена до 0,8 долларов США, общая стоимость обработки отдельных деталей снижена на 45% , а цикл реализации проекта сокращен на 30%.

Хотите добиться аналогичных результатов по снижению затрат и повышению эффективности? Свяжитесь с JS Precision , расскажите о своих проблемах в области обработки материалов, и мы предоставим вам индивидуальные решения, которые помогут преодолеть технические узкие места и обеспечить стабильную прибыль.

Рисунок 3. Обработка авиационных компонентов с глубокими отверстиями на станках с ЧПУ.

Часто задаваемые вопросы

В1: Какая характеристика сверла должна быть наиболее важной при обработке закаленной стали (HRC 60 и выше)?

Наиболее важным фактором является ударная вязкость. Из-за чрезвычайно высокой твердости закаленной стали режущая кромка инструмента подвергается большим нагрузкам во время резки, что делает ее склонной к поломке. Поэтому целесообразно отдавать приоритет сверлам из твердых сплавов с прочной конструкцией режущей кромки (например, с фаской) и высокопрочным основанием, а не просто стремиться к высокой твердости.

В2: Действительно ли необходимо внутреннее охлаждение под высоким давлением (>70 бар)? Разве обычная охлаждающая жидкость не подойдет?

Она играет решающую роль при обработке глубоких отверстий и труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ. Обычное жидкостное охлаждение не обеспечивает достаточного проникновения в зону резания, поэтому оно не может адекватно охлаждать и удалять металлическую стружку. Внутреннее охлаждение под высоким давлением достигает режущей кромки, разрушая стружку и быстро отводя тепло, что многократно продлевает срок службы инструмента.

В3: Как определить, следует ли перетачивать или выбросить сверло?

В основном, следует проверить две характеристики. Во-первых, превышает ли значение VB равномерного износа на боковой поверхности 0,3 мм, и есть ли микросколы на кромке. Переточка твердосплавных сверл очень дорога, поэтому их прямая утилизация более экономична при списании.

Вопрос 4: Означает ли цвет покрытия (золотой, черный, сине-фиолетовый) уровень производительности?

Цвет покрытия связан с его составом, но не является прямым показателем его характеристик . Например, AlTiN: фиолетово-черный, AlCrN: серовато-черный, а золото может соответствовать покрытию из нитрида титана (TiN). Фактические характеристики зависят от конкретного состава, структуры, толщины и других ключевых параметров покрытия.

Вопрос 5: Может ли компания JS Precision порекомендовать параметры резки для моего конкретного материала?

Конечно. Компания JS Precision располагает обширной базой данных материалов, обрабатываемых на станках с ЧПУ. В зависимости от типа материала и условий работы станка заказчика мы можем предоставить оптимизированные и проверенные параметры резки, которые могут быть непосредственно использованы.

В6: Необходимо ли приобретать дорогостоящие специальные сверла для специальных материалов во время мелкосерийного опытного производства?

Да, это так. Неправильный выбор инструментов приводит к увеличению брака, потере времени и износу станков. Эти затраты намного выше, чем затраты на специальные сверла , и стали важным вложением средств для обеспечения успеха мелкосерийного опытного производства.

В7: Как контролировать срок службы инструмента в массовом производстве?

Внедрить статистический контроль процессов (SPC) для отслеживания количества просверленных отверстий на всех станках с ЧПУ. Таким образом, мониторинг изменений силы резания или мощности шпинделя позволит прогнозировать необходимость смены инструмента и предотвращать внезапные поломки станка.

В8: Включены ли в ваше предложение затраты на оснастку?

В смете на обработку на станках с ЧПУ от JS Precision обычно различают «стоимость услуг по обработке» и «стоимость расхода инструмента». Для долгосрочных проектов возможна «единая цена, включающая все расходы», в том числе и стоимость инструмента.

Краткое содержание

Самая большая проблема при обработке твердых материалов на станках с ЧПУ никогда не заключалась в вопросе «выбора более твердого инструмента». Скорее, она заключалась в создании научной системы, которая объединяет материалы, инструменты, станки и параметры.

Хотя колебания срока службы станков с ЧПУ кажутся незначительными, они могут привести к изменению общих затрат более чем на 30%. Только выбрав правильный метод, мы сможем действительно снизить затраты и повысить эффективность.

Компания JS Precision, опираясь на опыт и данные, может помочь вам в решении сложных задач обработки экзотических материалов, таких как титановые сплавы, высокотемпературные сплавы и другие. Мы готовы помочь вам как с выбором сверл для станков с ЧПУ, так и с расчетом стоимости обработки на станках с ЧПУ.

Если вас беспокоят такие проблемы, как преждевременный выход инструмента из строя и высокие затраты , рекомендуем немедленно связаться с компанией JS Precision. Отправьте чертежи деталей и информацию о материалах, чтобы мы могли рассчитать стоимость обработки на станке с ЧПУ с учетом нашего опыта.