Die Grate nach der Bearbeitung sind sehr störend. Das Vorhandensein von Graten beeinträchtigt nicht nur die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität des Werkstücks, sondern beeinträchtigt auch die Leistung des Produkts und kann manchmal sogar zu Unfällen führen. Um das Problem der erzeugten Grate zu lösen, verwenden Menschen normalerweise den Entgratungsprozess. Das Entgraten ist ein unproduktiver Prozess, der nicht nur die Produktkosten erhöht und den Produktproduktionszyklus verlängert, sondern auch dazu führt, dass das gesamte Produkt aufgrund unsachgemäßer Entgratung verschrottet wird, was zu wirtschaftlichen Verlusten führt. In diesem Artikel analysiert der Autor zunächst systematisch die Hauptfaktoren, die die Bildung von Schaftfräsergraten beeinflussen, und erörtert die Methoden und Technologien zur Reduzierung und Kontrolle von Fräsgraten von der Strukturkonstruktion bis zum gesamten Herstellungsprozess.
1. Die Hauptform von Graten beim Schaftfräsen
Gemäß dem Klassifizierungssystem für Schnittbewegungs-Schneidkantengrate umfassen die beim Schaftfräsen erzeugten Grate hauptsächlich Grate auf beiden Seiten der Hauptkante, Grate in der Schnittrichtung des Seitenschneidens, Grate in der Schnittrichtung des Bodenschneidens, und Einspeisung und Einspeisung. Es gibt fünf Formen von Richtungsgraten (siehe Abbildung 1).
Bild Abbildung 1 Durch Schaftfräsen entstandene Grate
Im Allgemeinen weist der von der Unterkante ausgeschnittene Grat in Schnittrichtung im Vergleich zu anderen Graten die Eigenschaften auf, dass er groß ist und sich nur schwer entfernen lässt. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit der Schnittrichtungsgrat aus der Unterkante als Hauptforschungsgegenstand für die Durchführung der Forschung herangezogen. Je nach Größe und Form der Grate in Schnittrichtung der Unterkante beim Schaftfräsen können sie in die folgenden drei Typen unterteilt werden: Grate vom Typ I (größer, schwer zu entfernen und höhere Entfernungskosten), Typ Grate vom Typ II (kleiner, können nicht oder nicht leicht entfernt werden) und Grate vom Typ III sind negative Grate (siehe Abbildung 2).
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Abbildung 2 Arten von Graten in Schnittrichtung, die beim Fräsen aus der Unterkante herausgeschnitten werden
Zweitens, die Hauptfaktoren, die die Bildung von Schaftfräsergraten beeinflussen
Die Gratbildung ist ein sehr komplexer Materialverformungsprozess. Verschiedene Faktoren wie Werkstückmaterialeigenschaften, Geometrie, Oberflächenbehandlung, Werkzeuggeometrie, Werkzeugschnittbahn, Werkzeugverschleiß, Schnittparameter und die Verwendung von Kühlmittel wirken sich alle direkt auf die Gratbildung aus. Abbildung 3 ist ein Blockdiagramm der Faktoren, die sich auf Schaftfräsgrate auswirken. Unter bestimmten Fräsbedingungen hängen Form und Größe von Schaftfräsgraten von der Kombination verschiedener Einflussfaktoren ab, doch unterschiedliche Faktoren haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Gratbildung.
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Abb.3: Ursachenkontrolldiagramm der Fräsgratbildung
1. Ein-/Ausstieg des Werkzeugs
Im Allgemeinen ist der Grat, der entsteht, wenn das Werkzeug aus dem Werkstück herausgeschraubt wird, größer als der Grat, der entsteht, wenn das Werkzeug in das Werkstück eingeschraubt wird.
2. Planschnittwinkel
Der Planschnittwinkel hat großen Einfluss auf die Gratbildung in Schnittrichtung beim Unterkantenschneiden. Der ebene Schnittwinkel ist definiert als die Richtung der Schnittgeschwindigkeit (vektorielle Synthese aus Werkzeuggeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit) und der Winkel zwischen den Ausrichtungen der Werkstückstirnflächen. Die Richtung der Werkstückstirnfläche verläuft vom Einschraubpunkt des Werkzeugs zum Ausschraubpunkt des Werkzeugs.
Die Testergebnisse zeigen, dass sich die Grathöhe mit der Schnitttiefe ändert, d. h. der Grat ändert sich mit zunehmender Schnitttiefe von Grat Typ I zu Grat Typ II. Die minimale Frästiefe, die Grate vom Typ II erzeugt, wird üblicherweise als Grenzschnitttiefe bezeichnet und in dcr ausgedrückt. Abbildung 4 zeigt die Auswirkung des flachen Steigungswinkels und der Schnitttiefe auf die Grathöhe bei der Bearbeitung einer Aluminiumlegierung.
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Abbildung 4 Gratform und ebener Schnittwinkel und Schnitttiefe
Aus Abbildung 4 ist ersichtlich, dass die Grenzschnitttiefe umso größer ist, je größer der ebene Ausschnittwinkel ist. Wenn der ebene Schnittwinkel größer als 120 Grad ist, ist die Größe des Grats vom Typ I größer und die Grenzschnitttiefe für den Übergang zum Grat vom Typ II ist ebenfalls groß. Daher begünstigt ein kleiner ebener Schnittwinkel die Entstehung von Graten vom Typ II, denn je kleiner φ ist, desto besser ist die Stützsteifigkeit der Anschlussfläche und es ist weniger wahrscheinlich, dass sich Grate bilden.
Die Größe und Richtung der Vorschubgeschwindigkeit hat einen gewissen Einfluss auf die Größe und Richtung der Verbundgeschwindigkeit v und wirkt sich dann auf den Ebenenschnittwinkel und die Gratbildung aus. Daher gilt: Je größer die Vorschubgeschwindigkeit und der Versatzwinkel der Austrittskante, desto kleiner ist φ, was die Bildung größerer Grate besser unterdrückt (siehe Abbildung 5).
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Abb.5 Einfluss der Vorschubrichtung auf die Gratbildung
3. Werkzeugschneidenausgangssequenz EOS
Beim Schaftfräsen wird die Gratgröße maßgeblich durch die Austrittsreihenfolge der Werkzeugspitzen bestimmt. Wie in Abbildung 6 dargestellt: Punkt A ist der Punkt auf der Nebenschneide, Punkt C ist der Punkt auf der Hauptschneide und Punkt B ist die Spitze der Werkzeugnase. Es wird davon ausgegangen, dass die Werkzeugschneide scharf ist, d. h. der Radius des Werkzeugschneidenbogens wird nicht berücksichtigt. Wenn die BC-Kante zuerst aus dem Werkstück austritt und die AB-Kante später aus dem Werkstück austritt, bleiben die Späne an der bearbeiteten Oberfläche hängen, und mit fortschreitendem Fräsvorgang werden die Späne aus dem Werkstück gedrückt, wodurch eine größere Unterkante entsteht und herausgeschnitten wird die Schnittrichtung gratet. Wenn die AB-Kante zuerst aus dem Werkstück austritt und die BC-Kante später aus dem Werkstück austritt, bleibt der Span an der Übergangsfläche hängen und wird aus dem Werkstück herausgeschnitten, wodurch eine kleinere Unterkante entsteht, die den Schnittrichtungsgrat herausschneidet.
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Abbildung 6 Die Austrittssequenz der Werkzeugspitze und die Gratbildung
Das Experiment zeigt:
①Die Schneidenaustrittssequenz ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA sorgt dafür, dass die Gratgröße sequentiell zunimmt.
② Die von EOS erzielten Ergebnisse sind die gleichen, aber bei gleicher Austrittssequenz ist die von Kunststoffmaterialien erzeugte Gratgröße größer als die von spröden Materialien erzeugte. Die Austrittssequenz der Werkzeugnase hängt nicht nur von der geometrischen Form des Werkzeugs ab, sondern auch von Faktoren wie Vorschubgeschwindigkeit, Frästiefe, geometrischer Werkstückgröße und Schnittbedingungen. Es handelt sich um eine Kombination verschiedener Faktoren, die einen Einfluss auf die Gratbildung haben.
4. Der Einfluss anderer Faktoren
① Mahlparameter, Mahltemperatur, Schneidumgebung usw. haben ebenfalls einen gewissen Einfluss auf die Gratbildung. Der Einfluss einiger Hauptfaktoren wie Vorschubgeschwindigkeit, Frästiefe usw. wird in der Theorie des Ebenenschnittwinkels und der EOS-Theorie der Schneidenaustrittssequenz widergespiegelt. Ich werde hier nicht auf Details eingehen.
②Je besser die Plastizität des Werkstückmaterials ist, desto einfacher ist es, I-Grate zu bilden. Wenn beim Schaftfräsen spröder Materialien die Vorschubgeschwindigkeit oder der ebene Schnittwinkel groß ist, begünstigt dies die Bildung von Graten vom Typ III (Mängel).
③Wenn der Winkel zwischen der Anschlussfläche des Werkstücks und der bearbeiteten Ebene größer als ein rechter Winkel ist, kann die Gratbildung aufgrund der erhöhten Stützsteifigkeit der Anschlussfläche unterdrückt werden.
④Die Verwendung von Fräsflüssigkeit trägt dazu bei, die Standzeit des Werkzeugs zu verlängern, den Werkzeugverschleiß zu verringern, den Fräsprozess zu schmieren und die Gratgröße zu verringern.
⑤ Werkzeugverschleiß hat großen Einfluss auf die Gratbildung. Wenn das Werkzeug bis zu einem gewissen Grad verschleißt, vergrößert sich der Bogen der Werkzeugspitze, wodurch nicht nur die Größe des Grats in Richtung des Werkzeugaustritts zunimmt, sondern auch die Größe der Grate in Richtung des Werkzeugschneidens. Der Mechanismus muss noch eingehender untersucht werden.
⑥Andere Faktoren wie das Werkzeugmaterial haben ebenfalls einen gewissen Einfluss auf die Gratbildung. Unter den gleichen Schnittbedingungen können Diamantwerkzeuge die Gratbildung besser unterdrücken als andere Werkzeuge.
Drittens die grundlegende Möglichkeit, die Bildung von Fräsgraten zu kontrollieren
Die Bildung von Schaftfräsergraten wird von vielen Faktoren beeinflusst, sie hängt nicht nur mit dem spezifischen Fräsprozess zusammen, sondern auch mit der Werkstückstruktur, der Werkzeuggeometrie und anderen Faktoren. Um Schaftfräsergrate zu reduzieren, muss die Entstehung von Graten unter vielen Gesichtspunkten kontrolliert und reduziert werden.
1. Angemessenes strukturelles Design
Die Gratbildung wird maßgeblich von der Struktur des Werkstücks beeinflusst. Die Struktur des Werkstücks ist unterschiedlich und auch die Form und Größe der Grate an den Kanten nach der Bearbeitung sind sehr unterschiedlich. Wenn das Werkstückmaterial und die Oberflächenbehandlung vorgegeben sind, sind die Werkstückgeometrie und -kanten ein wichtiger Faktor für die Gratbildung.
2. Angemessene Bearbeitungsreihenfolge
Wie in Abbildung 7 dargestellt, hat auch die Bearbeitungsreihenfolge einen gewissen Einfluss auf die Form und Größe von Schaftfräsgraten. Je nach Form und Größe der Grate sind auch der Arbeitsaufwand und die damit verbundenen Kosten beim Entgraten unterschiedlich. Daher ist die Wahl einer geeigneten Bearbeitungsreihenfolge eine wirksame Möglichkeit, die Kosten für das Entgraten zu senken.
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(a) (b)
Abbildung 7 Wählen Sie die Methode zur Steuerung der Verarbeitungssequenz aus
Wenn in Abb. 8a zuerst das Loch gebohrt und dann die Ebene gefräst wird, entstehen leicht große Schneid- und Fräsgrate am Lochumfang; Wird zunächst die Ebene gefräst und dann das Loch gebohrt, entstehen am Lochumfang nur kleine Bohr- und Schnittgrate. In ähnlicher Weise ist in Abbildung 8b die Größe des Grats, der durch das Fräsen der oberen Oberfläche und anschließendes Fräsen der konkaven Kontur entsteht, kleiner als der Grat, der entsteht, wenn zuerst die konkave Kontur bearbeitet und dann die Ebene gefräst wird.
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(a) (b)
Abbildung 8: Steuern der Werkzeugwegmethode
3. Vermeiden Sie den Werkzeugausgang
Das Vermeiden des Werkzeugrückzugs ist ein wirksames Mittel zur Vermeidung von Gratbildung, da der Werkzeugrückzug der Hauptfaktor für die Gratbildung in Schnittrichtung ist. Typischerweise erzeugt der Fräser größere Grate, wenn er vom Werkstück abgeschraubt wird, und kleinere Grate, wenn er in das Werkstück eingeschraubt wird. Daher sollte ein Ausdrehen des Fräsers während der Bearbeitung möglichst vermieden werden.
4. Wählen Sie die entsprechende Schnittroute
Aus der vorherigen Analyse ist ersichtlich, dass die Größe des erzeugten Grats kleiner ist, wenn der Schnittwinkel der Ebene kleiner als ein bestimmter Wert ist. Der Planschnittwinkel kann durch Ändern der Fräsbreite, der Vorschubgeschwindigkeit (Größe und Richtung) und der Rotationsgeschwindigkeit (Größe und Richtung) geändert werden. Daher kann die Entstehung von Graten vom Typ I durch die Auswahl eines geeigneten Werkzeugwegs vermieden werden.
5. Wählen Sie die entsprechenden Fräsparameter aus
Schaftfräsparameter (wie Vorschub pro Zahn, Schaftfräsbreite, Schaftfrästiefe und geometrischer Winkel des Werkzeugs usw.) haben einen gewissen Einfluss auf die Gratbildung.
Die Bildung von Schaftfräsergraten wird durch viele Faktoren beeinflusst. Die wichtigsten Einflussfaktoren sind: Werkzeugaustritt/-eintritt, Ebenenschnittwinkel, Schneidenaustrittssequenz, Fräsparameter usw. Die endgültige Form und Größe des Grats ist das Ergebnis von a Kombination von Faktoren.
Ausgehend vom gesamten Prozess der Gestaltung der Werkstückstruktur, der Anordnung der Verarbeitungstechnologie, des Fräsverbrauchs und der Werkzeugauswahl analysiert dieser Artikel die wichtigsten Einflussfaktoren von Fräsgraten und stellt die Methode zur Steuerung der Fräserroute, zur Auswahl der geeigneten Verarbeitungssequenz und zur Verbesserung vor der Strukturentwurf. Die Technologie, das Verfahren und die Methode zur Unterdrückung oder Reduzierung von Fräsgraten, wie z. B. das Verfahren, bieten eine praktikable technische Lösung zur aktiven Steuerung der Gratgröße, zur Verbesserung der Produktqualität, zur Kostensenkung und zur Verkürzung des Produktionszyklus beim Fräsen.
