Обработка деталей из стали на станках с ЧПУ: снижение износа и поломок инструмента

Почему происходит износ и поломка инструмента при фрезеровании стальных деталей на станках с ЧПУ

В рамках шестимесячной программы улучшения на предприятии поставщика тяжёлого оборудования, обрабатывающего корпуса из стали 4140:

• Расход пластин сократился 38%

• Количество аварийных сигналов о поломке инструмента снизилось 44%

• Цикловое время улучшилось 9%

Основные причины до оптимизации были следующими:

• Чрезмерный нагрев режущей кромки

• Неподходящее покрытие для легированных сталей

• Прерывистое резание заготовок из поковок

• Большой вылет инструмента

• Нестабильная твёрдость исходного материала

---

Типичные виды износа инструментов при обработке стали

Определение типа износа — самый быстрый способ выбрать правильное решение:

---

Как снизить износ инструмента при фрезеровании стальных деталей на станках с ЧПУ

---

Согласование скорости резания с маркой стали

Различные марки стали требуют различных скоростей резания:

Результат на производственном участке:
Снижение скорости резания с 195 до 165 м/мин при обработке стали 4140 увеличило стойкость пластины на 35%.

---

Выберите подходящее покрытие и основу

• AlTiN / TiAlN → Высокие температуры, сухая обработка / минимальная смазочно-охлаждающая жидкость (MQL)

• Многослойное покрытие TiCN → Прерывистое резание

• Прочная мелкозернистая твердосплавная пластина → Станки, склонные к вибрациям

Избегайте инструментов с покрытием DLC, предназначенных исключительно для обработки алюминия: они быстро выходят из строя при обработке стали.

---

Улучшите отвод стружки

Плохой контроль стружки ускоряет износ.

Проверенные решения:

• Охлаждающая жидкость под высоким давлением (50–80 бар)

• Геометрия режущей пластины с образованием ломаной стружки

• Увеличьте подачу на 6–10 % для увеличения толщины стружки

• Сверла/фрезы со сквозной подачей охлаждающей жидкости

---

Как предотвратить поломку инструмента при фрезеровании стали на станках с ЧПУ

Поломка обычно возникает из-за перегрузки или вибрации , а не постепенного износа.

---

Укоротите и укрепите инструментальные оправки

• Соблюдайте вылет инструмента менее чем 4 диаметра инструмента

• Используйте гидравлические или термоусадочные патроны

• Перейдите на демпфирующие расточные бары для глубоких отверстий

Измеренное улучшение: биение снизилось с 6 мкм до 2 мкм.

---

Уменьшить радиальное врезание

Высокоэффективное фрезерование обеспечивает стабилизацию нагрузок:

• шаг перекрытия 10–20%

• Глубокие осевые проходы

• Трохоидальные траектории инструмента

Это снизило пики режущих усилий на 40%в поковках.

---

Контроль нагрузки и установка аварийных сигналов

Использовать датчики нагрузки на шпинделе или вибрации для:

• Остановки станков до возникновения поломок

• Запуска обновления смещений

• Выявления зон неустойчивых скоростей

Один завод сократил количество катастрофических отказов на 52%после активации тревожных сигналов, основанных на нагрузке.

---

Стратегия охлаждающей жидкости для увеличения срока службы инструмента

---

Пошаговый план действий по снижению затрат на инструменты

Перед началом производства:

• ✅ Проверьте марку стали и ее твердость

• ✅ Выберите покрытие и основу

• ✅ Запланируйте траектории черновой обработки методом высокой эффективности (HEM)

• ✅ Спроектируйте жёсткую оснастку

Во время испытаний:

• ✅ Фиксировать срок службы инструмента на каждую режущую кромку

• ✅ Измерять вибрацию и нагрузку

• ✅ Систематически корректировать скорости

В производстве:

• ✅ Заменять инструменты заблаговременно

• ✅ Использовать взаимозаменяемые инструменты

• ✅ Отслеживать стоимость инструментов на деталь

---

Часто задаваемые вопросы: износ инструмента при фрезеровании стальных деталей на станках с ЧПУ

Как часто следует заменять инструменты?

Для сталей средней углеродистости при оптимизированных режимах обработки типичный ресурс одной режущей кромки составляет 250–500 деталей.

---

Всегда ли снижение скорости увеличивает срок службы инструмента?

Не обязательно — трение вызывает накопление тепла. Правильная толщина стружки важнее низких оборотов.

---

Может ли более твёрдая сталь снизить вероятность поломки?

Иногда — предварительно закаленный материал обрабатывается более стабильно, чем отожжённая заготовка, которая упрочняется в процессе обработки.