Раньше при черновом фрезеровании закаленной стали можно было использовать только очень низкую скорость резания и подачи, а также большую глубину резания и расстояние перемещения инструмента. Этот метод обработки медленный и трудоемкий, на заготовке возможно образование глубоких ступенчатых следов инструмента. Поэтому необходимо проводить многократное последующее получистовое и чистовое фрезерование. Альтернативой является выполнение чернового фрезерования заготовок с низкой твердостью, затем проведение на них термообработки, а затем перезажим закаленных заготовок на фрезерном станке для выполнения получистового фрезерования и чистового фрезерования посредством многократного зажима. Другой метод — электроэрозионная обработка (ЭЭО) закаленной стали, но этот процесс также очень трудоемкий и дорогостоящий.
Сейчас технология высокоскоростного фрезерования с малой глубиной резания и большой подачей все больше заменяет эти трудоемкие традиционные процессы. Можно сначала просверлить отверстия и ватерлинии в заготовке штампа, затем провести термообработку, а затем применить стратегию высокоскоростного фрезерования для выполнения чернового и чистового фрезерования посредством однократного зажима.
Поскольку после чернового фрезерования можно получить заготовку почти чистой формы, рабочая нагрузка при полутонком и чистовом фрезеровании может быть значительно снижена. Чистота обработанной поверхности при твердом фрезеровании может достигать 10-12 среднеквадратичных значений. Этот процесс позволяет значительно повысить эффективность производства и снизить затраты на многократный зажим и повторную обработку заготовок.
Однако для успешного применения технологии высокоскоростного твердого фрезерования необходимо досконально понимать и полностью учитывать ключевые факторы, влияющие на процесс.
Твердость и обрабатываемость материалов заготовок
Диапазон твердости, измеренной для типичной закаленной стали, обычно составляет 48–65 HRC. Однако при рассмотрении обрабатываемости при реальной механической обработке твердость по Роквеллу не отражает всего. Например, твердость штамповой стали Д2 составляет около 60-62HRC, но высокое содержание в ней хрома (11-13%) увеличивает ударную вязкость материала, поэтому ее обрабатываемость приближается к материалу заготовки с твердостью 62-65HRC. Для штамповых сталей D2 и аналогичных многокомпонентных легированных сталей необходимо использовать параметры резания, предоставленные поставщиком инструмента и обычно применимые к материалам с более высокой твердостью.
Поддержание постоянной загрузки стружки
При фрезеровании (особенно при высокоскоростном фрезеровании закаленной стали) ключом к продлению срока службы инструмента и улучшению качества детали является поддержание постоянной нагрузки стружки, воспринимаемой режущей кромкой фрезы. Нагрузка стружки = скорость подачи ÷ скорость шпинделя × количество лезвий. Если нагрузка стружки меняется слишком сильно или ненадлежащим образом (слишком большая или слишком маленькая), фреза будет изнашиваться, ломаться или повреждаться очень быстро.
Особенно сложно поддерживать постоянную нагрузку стружки при фрезеровании обычного трехмерного профиля при производстве штампов. Обычные методы программирования используют линейную высокую скорость резания и большую траекторию подачи инструмента, но при фрезеровании сложных профилей нагрузка на инструмент постоянно меняется, и станок может быть не в состоянии поддерживать требуемую нагрузку стружки. Например, когда фреза достигнет угла 90°, ее угол резания увеличится вдвое, а также увеличится сила резания. Если скорость подачи не уменьшить, фреза будет быстро изнашиваться или повреждаться. Чтобы фрезеровать изменяющийся профиль матрицы, оператор станка может вручную уменьшить скорость подачи с помощью контроллера перегрузки подачи, или программа обработки кулачков и система управления станком могут совместно снизить скорость подачи до разумного уровня.
Загрузив программу обработки кулачка и инструмент в станок и установив высоту фрезы в направлении Z примерно на 25,4 мм над заготовкой, оператор станка может определить, может ли быть достигнута заданная скорость подачи. Фактическую скорость подачи можно узнать после одного пробного запуска. Основные принципы физики не позволяют постоянно поддерживать требуемую скорость подачи и нагрузку стружки. Полезное эмпирическое правило заключается в том, что если время выдержки запрограммированной скорости подачи составляет менее 80% от общего времени обработки, скорость шпинделя должна быть соответственно уменьшена, чтобы обеспечить постоянную загрузку стружки.
Уменьшите биение инструмента
При фрезеровании еще одним важным, но часто упускаемым из виду фактором является биение инструмента. Вообще говоря, если биение превышает 0,01 мм (1/7 диаметра человеческого волоса), срок службы инструмента может сократиться вдвое. Очень важно максимально уменьшить биение инструмента при использовании фрез с очень малыми характеристиками. Для некоторых фрез малого диаметра биение в 0,01 мм удвоит нагрузку от стружки, действующую на один зуб, что приведет к ускоренному износу режущей кромки фрезы. Хотя в некоторых обрабатывающих цехах используются дорогие станки и высококачественные инструменты, они используют недорогие патроны для инструментов с низкой точностью, что является важной причиной многих проблем при обработке. Высокоточные инструментальные патроны (включая патроны с горячей установкой, гидравлические патроны и т. д.) могут практически устранить негативное влияние биения инструмента.