Zahlreiche Faktoren tragen zur Verformung von Aluminiumbauteilen während des Herstellungsprozesses bei, darunter Materialeigenschaften, Teilegeometrie und Produktionsparameter.
Zu den Hauptfaktoren gehören innere Spannungen im Rohmaterial, Verformungen aufgrund von Bearbeitungskräften und Hitze sowie Verformungen durch Spanndruck.
1. Prozessmaßnahmen zur Reduzierung der Verarbeitungsverformung
1. Reduzieren Sie die innere Spannung des Rohlings
Durch natürliche oder künstliche Alterungs- und Vibrationsverfahren kann die innere Spannung des Rohmaterials etwas gemildert werden. Auch die Vorverarbeitung ist eine praktikable Methode. Bei Rohmaterialien mit großzügigen Überhängen und erheblichen Überständen ist auch die Verzerrungsnachbearbeitung von Bedeutung.
Die vorherige Verarbeitung des überschüssigen Teils des Rohmaterials und die Verringerung des Überhangs jedes Abschnitts kann nicht nur die Verarbeitungsverzerrung in nachfolgenden Verfahren abmildern, sondern es auch ermöglichen, es für einen Zeitraum nach der Vorverarbeitung beiseite zu legen, was einige der Probleme weiter mildern kann innere Spannung.
2. Verbessern Sie die Schneidfähigkeit des Werkzeugs
Die Schnittkraft und die Schnittwärme bei der Bearbeitung werden maßgeblich von der Materialzusammensetzung und der spezifischen Form des Werkzeugs beeinflusst. Die Auswahl des geeigneten Werkzeugs ist entscheidend für die Minimierung von Verzerrungen bei der Teilebearbeitung.
1) Wählen Sie die geometrischen Parameter des Werkzeugs angemessen aus.
①Der Spanwinkel spielt bei Schneidvorgängen eine entscheidende Rolle. Es ist wichtig, sorgfältig einen größeren Spanwinkel zu wählen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Stärke der Klinge erhalten bleibt. Ein größerer Spanwinkel trägt nicht nur zu einer schärferen Schneidkante bei, sondern minimiert auch Schnittverzerrungen und erleichtert eine effiziente Spanabfuhr, was zu einer geringeren Schnittkraft und -temperatur führt. Werkzeuge mit negativen Spanwinkeln sollten unbedingt vermieden werden.
②Freiwinkel: Die Größe des Freiwinkels beeinflusst maßgeblich den Verschleiß an der Freifläche und die Qualität der bearbeiteten Oberfläche. Die Auswahl des Freiwinkels hängt von der Schnittdicke ab. Beim Schruppfräsen, wo ein hoher Vorschub, eine hohe Schnittbelastung und eine hohe Wärmeentwicklung vorherrschen, ist es entscheidend, eine optimale Wärmeableitung vom Werkzeug sicherzustellen. Daher sollte ein kleinerer Freiwinkel gewählt werden. Umgekehrt ist beim Feinfräsen eine scharfe Schneidkante erforderlich, um die Reibung zwischen Freifläche und bearbeiteter Oberfläche zu minimieren und elastische Verformungen zu reduzieren. Daher empfiehlt sich ein größerer Freiwinkel.
③Helixwinkel: Um das Fräsen reibungsloser zu gestalten und die Fräskraft zu reduzieren, sollte der Spiralwinkel so groß wie möglich sein.
④ Hauptablenkwinkel: Eine ordnungsgemäße Reduzierung des Hauptablenkwinkels kann die Wärmeableitungsbedingungen verbessern und die Durchschnittstemperatur des Verarbeitungsbereichs senken.
2) Verbessern Sie die Werkzeugstruktur.
①Um die Spanabfuhr zu verbessern, ist es wichtig, die Anzahl der Zähne am Fräser zu verringern und den Spanraum zu vergrößern. Aufgrund der höheren Plastizität von Aluminiumteilen kommt es bei der Bearbeitung zu einer erhöhten Spanverformung, die einen größeren Spanraum erforderlich macht. Daher empfiehlt sich ein größerer Grundradius für die Spannut und eine Reduzierung der Fräserzähnezahl.
②Führen Sie ein präzises Schleifen der Klingenzähne durch und stellen Sie sicher, dass der Rauheitswert der Schneidkante unter Ra=0,4 um liegt. Bei der Verwendung eines neuen Messers empfiehlt es sich, die Vorder- und Rückseite der Zähne mit einem feinen Ölstein leicht anzuschleifen, um Grate und kleinere Unregelmäßigkeiten zu entfernen, die durch das Schärfen entstanden sein könnten. Dieser Prozess reduziert nicht nur die Schnittwärme, sondern minimiert auch die Schnittverformung.
③Es ist wichtig, die Verschleißstandards der Schneidwerkzeuge genau zu überwachen. Mit zunehmender Abnutzung des Werkzeugs steigt der Oberflächenrauheitswert des Werkstücks, die Schnitttemperatur steigt und die Verformung des Werkstücks wird stärker. Neben der Wahl von Schneidwerkzeugmaterialien mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit ist es wichtig, eine maximale Werkzeugverschleißgrenze von 0,2 mm einzuhalten, um das Auftreten von Aufbauschneidenbildung zu verhindern. Während des Schneidvorgangs wird empfohlen, die Werkstücktemperatur unter 100 °C zu halten, um Verformungen zu vermeiden.
3. Verbessern Sie die Spannmethode von Werkstücken
Bei dünnwandigen Aluminiumwerkstücken mit geringer Steifigkeit können folgende Spannmethoden zur Reduzierung der Verformung eingesetzt werden:
①Bei der Arbeit mit dünnwandigen Buchsenteilen kann die Verwendung eines dreibackigen selbstzentrierenden Spannfutters oder eines Federspannfutters zum radialen Spannen der Teile zu einer Verformung des Werkstücks führen, wenn es nach der Bearbeitung gelöst wird. In solchen Fällen empfiehlt sich der Einsatz einer stärkeren axialen Stirnflächenverdichtung. Suchen Sie zunächst das Innenloch des Teils, erstellen Sie einen benutzerdefinierten Gewindedorn und führen Sie ihn in das Innenloch ein. Üben Sie mit einer Abdeckplatte Druck auf die Stirnfläche aus und befestigen Sie diese anschließend mit einer Mutter. Durch diesen Ansatz können Sie Spannverformungen bei der Außenkreisbearbeitung verhindern und so die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern.
②Bei der Bearbeitung dünnwandiger Blechteile empfiehlt sich der Einsatz der Magnetspanntechnik, um eine gleichmäßige Spannkraft bei gleichzeitig feineren Schnittparametern zu erreichen. Durch diesen Ansatz wird das Risiko einer Verformung des Werkstücks während der Bearbeitung wirksam gemindert. Alternativ kann eine interne Stützung eingesetzt werden, um die Stabilität dünnwandiger Bauteile zu erhöhen.
Indem das Werkstück mit einem unterstützenden Medium, beispielsweise einer Harnstofflösung mit 3 bis 6 % Kaliumnitrat, infundiert wird, kann die Wahrscheinlichkeit einer Verformung beim Spannen und Schneiden minimiert werden. Dieser Füllstoff kann anschließend durch Eintauchen des Werkstücks in Wasser oder Alkohol nach der Bearbeitung aufgelöst und entfernt werden.
4. Organisieren Sie den Prozess angemessen
Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden ist der Fräsprozess aufgrund der großen Bearbeitungszugabe und des intermittierenden Schneidens anfällig für Vibrationen, was zu negativen Auswirkungen auf die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenrauheit führt. Folglich umfasst das CNC-Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren typischerweise verschiedene Phasen, nämlich unter anderem Grobbearbeitung, Vorschlichten, Eckenputzen und Endbearbeiten.
In Fällen, in denen Bauteile eine hohe Präzision erfordern, kann es erforderlich sein, eine zweite Vorbearbeitung durchzuführen, gefolgt von einer Endbearbeitung. Nach der Grobbearbeitung ist es von Vorteil, den Teilen eine natürliche Abkühlung zu ermöglichen, um die durch die Grobbearbeitung verursachten inneren Spannungen abzubauen und Verformungen zu minimieren. Der nach der Grobbearbeitung verbleibende Spielraum sollte das Ausmaß der Verformung überschreiten und normalerweise 1 bis 2 mm betragen.
Darüber hinaus ist es bei der Endbearbeitung unbedingt erforderlich, eine gleichmäßige Bearbeitungszugabe auf der fertigen Oberfläche des Teils beizubehalten, die typischerweise zwischen 0,2 und 0,5 mm liegt. Diese Vorgehensweise stellt sicher, dass das Werkzeug während der Bearbeitung in einem stabilen Zustand bleibt, wodurch Schnittverformungen erheblich gemindert werden, eine hervorragende Oberflächenbearbeitungsqualität erreicht und die Produktgenauigkeit aufrechterhalten wird.
2. Bedienfähigkeiten zur Reduzierung der Verarbeitungsverformung
Teile ausCNC-bearbeitete Aluminiumteilewerden bei der Verarbeitung verformt. Neben den oben genannten Gründen ist auch die Betriebsweise im tatsächlichen Betrieb von großer Bedeutung.
1. Bei Bauteilen mit erheblicher Bearbeitungszugabe ist es wichtig, symmetrische Bearbeitungstechniken anzuwenden, um die Wärmeableitung während der Bearbeitung zu verbessern und eine Wärmekonzentration zu verhindern. Zur Veranschaulichung: Wenn ein 90 mm dickes Blech auf 60 mm reduziert wird, führt das Fräsen einer Seite und anschließendes Fräsen der anderen Seite, gefolgt von einem einzigen abschließenden Formatierungsprozess, zu einer Ebenheit von 5 mm. Im Gegensatz dazu gewährleistet die wiederholte symmetrische Bearbeitung, bei der jede Seite in zwei Schritten gefräst wird, ein Endmaß mit einer Ebenheit von 0,3 mm.
2. Bei mehreren Vertiefungen auf dem Plattenbauteil ist die schrittweise Bearbeitung jeder einzelnen Vertiefung nicht zu empfehlen. Dies könnte zu einer unregelmäßigen Spannungsverteilung und einer anschließenden Verformung des Bauteils führen. Erwägen Sie stattdessen die Implementierung einer Schichtverarbeitung, um alle Vertiefungen gleichzeitig auf jeder Schicht zu bearbeiten, bevor Sie mit der nächsten Schicht fortfahren. Dies trägt dazu bei, eine gleichmäßige Spannungsverteilung sicherzustellen und Verformungen zu minimieren.
3. Um Schnittkraft und Hitze zu mildern, kann die Schnittmenge angepasst werden. Unter den drei Schnittgrößenfaktoren hat die Rückschnittmenge einen erheblichen Einfluss auf die Schnittkraft. Eine übermäßige Bearbeitungszugabe und Schnittkraft können zu einer Verformung des Teils führen, die Steifigkeit der Werkzeugspindel beeinträchtigen und die Haltbarkeit des Werkzeugs verringern. Eine Verringerung der Rückschnittmenge kann die Produktionseffizienz erheblich verringern. Nichtsdestotrotz kann Hochgeschwindigkeitsfräsen in der CNC-Bearbeitung dieses Problem lösen. Durch gleichzeitiges Verringern der Rückschnittmenge und Erhöhen des Vorschubs und der Maschinengeschwindigkeit kann die Schnittkraft verringert werden, während gleichzeitig die Bearbeitungseffizienz erhalten bleibt.
4. Auch auf die Schnittreihenfolge sollte geachtet werden. Bei der Schruppbearbeitung stehen die Steigerung der Bearbeitungseffizienz und das Streben nach maximalem Materialabtrag pro Zeiteinheit im Vordergrund. Im Allgemeinen wird Gegenlauffräsen bevorzugt. Dies bedeutet, dass das überschüssige Material auf der Oberfläche des Werkstücks mit höchster Geschwindigkeit und in kürzester Zeit entfernt wird, um die erforderliche geometrische Kontur für die Endbearbeitung festzulegen. Andererseits legt der Endbearbeitungsprozess Wert auf hohe Präzision und höchste Qualität, weshalb Gleichlauffräsen empfohlen wird. Da die Schnittstärke des Werkzeugs beim Gleichlauffräsen allmählich vom Maximum auf Null abnimmt, wird die Kaltverfestigung deutlich reduziert und die Teileverformung minimiert.
5. Verformungen dünnwandiger Werkstücke durch das Spannen während der Bearbeitung sind auch nach der Endbearbeitung ein unvermeidbares Problem. Um die Verformung des Werkstücks zu minimieren, wird empfohlen, vor der Endbearbeitung den Druck abzulassen, um die endgültigen Abmessungen zu erreichen. Dadurch kann das Werkstück auf natürliche Weise in seine ursprüngliche Form zurückkehren. Anschließend kann der Druck vorsichtig erhöht werden, bis das Werkstück vollständig gespannt ist und der gewünschte Bearbeitungseffekt erzielt wird. Idealerweise sollte die Spannkraft auf die Auflagefläche aufgebracht werden und sich an der Steifigkeit des Werkstücks orientieren. Um sicherzustellen, dass das Werkstück sicher bleibt, ist es vorzuziehen, eine minimale Spannkraft anzuwenden.
6. Bei der Bearbeitung von Teilen mit Hohlräumen ist zu vermeiden, dass der Fräser während des Prozesses wie ein Bohrer direkt in das Teil eindringt. Dies kann zu einem begrenzten Spanraum für den Fräser, einer behinderten Spanabfuhr und daraus resultierender Überhitzung, Ausdehnung und Verschlechterung der Teile führen. Es kann zu unerwünschten Ereignissen wie Verformung und Werkzeugbruch kommen. Es empfiehlt sich, zum Bohren des Lochs zunächst einen gleichgroßen oder etwas größeren Bohrer als den Fräser zu verwenden und anschließend den Fräser zur Bearbeitung einzusetzen. Alternativ kann mit einer CAM-Software ein Spiralschneidprogramm erstellt werden.
Die größte Herausforderung, die die Präzision der Herstellung von Aluminiumteilen und die Qualität ihrer Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst, ist die Anfälligkeit dieser Teile für Verformungen während der Verarbeitung. Dies erfordert, dass der Betreiber über ein gewisses Maß an betrieblichem Fachwissen und Können verfügt.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 02.02.2024