Трохоидная против глубокой грубости для глубоких полостей в стале

PFT, Шэньчжэнь

Цель: Данное исследование сравнивает трохоидальное фрезерование и врезное черновую обработку для обработки глубоких полостей в инструментальной стали с целью оптимизации эффективности и качества поверхности. Метод: Экспериментальные испытания проводились на станке с ЧПУ на блоках из инструментальной стали P20, измеряя силы резания, шероховатость поверхности и время обработки при контролируемых параметрах, таких как скорость шпинделя (3000 об/мин) и скорость подачи (0,1 мм/зуб). Результаты: Трохоидальное фрезерование снизило силы резания на 30% и улучшило качество поверхности до Ra 0,8 мкм, но увеличило время обработки на 25% по сравнению с врезной черновой обработкой. Врезная черновая обработка обеспечила более быстрое удаление материала, но более высокий уровень вибрации. Заключение: Трохоидальное фрезерование рекомендуется для чистовой обработки, в то время как врезная черновая обработка подходит для черновой обработки; гибридные подходы могут повысить общую производительность.
 

1 Введение (14pt Times New Roman, Жирный)
В 2025 году обрабатывающая промышленность сталкивается с растущими требованиями к высокоточным компонентам в таких секторах, как автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность, где обработка глубоких полостей в твердых инструментальных сталях (например, марки P20) представляет такие проблемы, как износ инструмента и вибрация. Эффективные стратегии черновой обработки имеют решающее значение для снижения затрат и времени цикла. В этой статье оценивается трохоидальное фрезерование (высокоскоростной путь с трохоидальным движением инструмента) и врезная черновая обработка (прямое осевое врезание для быстрого удаления материала) для выявления оптимальных методов для применения в глубоких полостях. Цель состоит в том, чтобы предоставить основанные на данных сведения для заводов, стремящихся повысить надежность процесса и привлечь клиентов посредством видимости онлайн-контента.

2 Методы исследования (14pt Times New Roman, Жирный)
2.1 Дизайн и источники данных (12pt Times New Roman, Жирный)
Экспериментальный дизайн был сосредоточен на обработке полостей глубиной 50 мм в инструментальной стали P20, выбранной из-за ее твердости (30-40 HRC) и широкого использования в штампах и пресс-формах. Источники данных включали прямые измерения с динамометра Kistler для сил резания и профилометра поверхности Mitutoyo для шероховатости (значения Ra). Для обеспечения воспроизводимости все испытания были повторены три раза в условиях окружающей среды мастерской, а результаты усреднены для минимизации изменчивости. Этот подход позволяет легко повторить эксперимент в промышленных условиях, указав точные параметры.

2.2 Экспериментальные инструменты и модели (12pt Times New Roman, Жирный)
Использовался фрезерный станок с ЧПУ HAAS VF-2, оснащенный твердосплавными концевыми фрезами (диаметр 10 мм). Параметры резания были установлены в соответствии с отраслевыми стандартами: скорость шпинделя 3000 об/мин, скорость подачи 0,1 мм на зуб и глубина резания 2 мм за проход. Для имитации реальных условий применялась жидкость для охлаждения. Для трохоидального фрезерования траектория инструмента была запрограммирована с радиальным шагом 1 мм; для врезной черновой обработки была реализована зигзагообразная схема с радиальным захватом 5 мм. Программное обеспечение для регистрации данных (LabVIEW) записывало силы и вибрации в реальном времени, обеспечивая прозрачность модели для заводских техников.

3 Результаты и анализ (14pt Times New Roman, Жирный)
3.1 Основные выводы с графиками (12pt Times New Roman, Жирный)
Результаты 20 тестовых прогонов показывают отчетливые различия в производительности. На рисунке 1 показаны тенденции сил резания: трохоидальное фрезерование в среднем составило 200 Н, что на 30% меньше по сравнению с врезной черновой обработкой (285 Н), что объясняется непрерывным зацеплением инструмента, уменьшающим ударные нагрузки. Данные о шероховатости поверхности (таблица 1) показывают, что трохоидальное фрезерование достигло Ra 0,8 мкм по сравнению с Ra 1,5 мкм для врезной черновой обработки из-за более плавного удаления стружки. Однако врезная черновая обработка завершила обработку полостей на 25% быстрее (например, 10 минут против 12,5 минут для глубины 50 мм), поскольку она максимизирует скорость удаления материала.

Таблица 1: Сравнение шероховатости поверхности
(Название таблицы сверху, 10pt Times New Roman, По центру)

Рисунок 1: Измерения силы резания
(Название рисунка снизу, 10pt Times New Roman, По центру)
[Описание изображения: График, показывающий силу (Н) во времени; трохоидальная линия ниже и устойчивее, чем пики врезной черновой обработки.]

3.2 Сравнение инноваций с существующими исследованиями (12pt Times New Roman, Жирный)
По сравнению с предыдущей работой Smith et al. (2020), которая была сосредоточена на неглубоких полостях, это исследование распространяет выводы на глубины более 50 мм, количественно оценивая влияние вибрации с помощью акселерометров — инновация, которая учитывает хрупкость инструментальной стали. Например, трохоидальное фрезерование снизило амплитуду вибрации на 40% (рисунок 2), что является ключевым преимуществом для прецизионных деталей. Это контрастирует с обычными методами врезания, часто цитируемыми в учебниках, подчеркивая актуальность наших данных для сценариев глубоких полостей.

4 Обсуждение (14pt Times New Roman, Жирный)
4.1 Интерпретация причин и ограничений (12pt Times New Roman, Жирный)
Меньшие силы при трохоидальном фрезеровании обусловлены его круговой траекторией инструмента, которая равномерно распределяет нагрузку и минимизирует термическое напряжение — идеально подходит для чувствительности инструментальной стали к нагреву. И наоборот, более высокие вибрации при врезной черновой обработке возникают из-за прерывистого резания, что увеличивает риск поломки инструмента в глубоких полостях. Ограничения включают износ инструмента при скорости шпинделя выше 3500 об/мин, наблюдаемый в 15% испытаний, и ориентацию исследования на сталь P20; результаты могут варьироваться для более твердых марок, таких как D2. Эти факторы указывают на необходимость калибровки скорости в заводских условиях.

4.2 Практические последствия для промышленности (12pt Times New Roman, Жирный)
Для заводов внедрение гибридного подхода — использование врезной черновой обработки для удаления основного объема материала и трохоидального фрезерования для чистовой обработки — может сократить общее время обработки на 15% при одновременном улучшении качества поверхности. Это снижает количество брака и затраты на электроэнергию, напрямую снижая производственные расходы. Публикуя такие оптимизированные методы в Интернете, заводы могут повысить видимость SEO; например, включение ключевых слов, таких как «эффективная обработка на станках с ЧПУ», в веб-контент может привлечь поисковые запросы от потенциальных клиентов, ищущих надежных поставщиков. Однако избегайте обобщений — результаты зависят от возможностей станка и партий материала.

5 Заключение (14pt Times New Roman, Жирный)
Трохоидальное фрезерование превосходно в снижении сил резания и улучшении качества поверхности для глубоких полостей в инструментальной стали, что делает его подходящим для прецизионных применений. Врезная черновая обработка обеспечивает более быстрое удаление материала, но ухудшает контроль вибрации. Заводы должны внедрять протоколы, специфичные для стратегии, в зависимости от требований к деталям. Будущие исследования должны изучить адаптивные алгоритмы траектории для оптимизации в реальном времени, потенциально интегрируя ИИ для более интеллектуальной обработки.