Skärparametrarnas inverkan på ytkaraktären vid hårdfräsning Niklas Lepa-Helgesson
Agenda Inledning Metod Genomförande av tester Resultat Slutsatser och rekommendationer Frågor
Inledning - Bakgrund Verktygskompetens för tillverkningsindustrin Uddeholm Tooling AB Chalmers Tekniska Högskola Fräsning direkt i härdat stål blir allt vanligare. Sänkta ledtider för verktygsframtagning. Ökad konkurrenskraft.
Inledning - Syfte 3-axlig fräsning av detalj som representerar formande verktyg. För att erhålla bästa möjliga yta efter fräsning. Hur skall fräsningen utföras? Viktiga parametrar? Vad påverkar resultatet?
Metod Litteraturstudie Fastställa viktiga parametrar och faktorer Ta fram testplan Genomföra tester Analysera, utvärdera testresultaten Slutligt resultat och rekommendationer
Material Vanadis 4 Extra 60,5HRc Caldie 60,5HRc
Verktyg Solid fullradie pinnfräs, D=10mm
Fräsmaskin Modig MD7200 3-axlar 15000rpm ISO 40 S.V.P TNC 415P
Fräsmaskin
Mätning - Ytjämnhet Wyko RST Plus Optisk 10x objektiv Wyko Vision Replikor
Mätning - Restspänningar Xstress 3000 Röntgendiffraktion Icke förstörande Kräver etsning
Mätning - Verktygsförslitning Nikon Optiphot-100 Digitalkamera Mätmodul 5x förstoring
Programvaror Pro Engineer CAD/CAM Användes för att ta fram ritning på detaljen samt för att bereda bearbetningen Modde 7 Statistisk försöksplanering Användes för att ta fram testplaner och som verktyg vid analys av resultaten.
Genomförande av grundtester Faktorer att variera Faktorer Material Nivå 1 Caldie Nivå 2 Vanadis4Extra Kylning Av På Riktning Rakt Kurva Ingreppssätt Medfräsning Motfräsning Konstanta parametrar Max Vc = 200m/min Parameter Varvtal (n) Tandmatning (f z ) Antal skäreggar (z) Matning (f) Axiellt skärdjup (a p ) Radiellt skärdjup (a e ) Värde 6366 rpm 0.15 mm 2 1910 mm/min 0.2 mm 0.15 mm
Genomförande av tester Mjukvaran Modde 7 användes för generering av testplan Testnummer Material Riktning Ingreppssätt Kylning Test1 Caldie Rakt Medfräsning På Test2 Vanadis4E Rakt Medfräsning Av Test3 Vanadis4E Kurva Motfräsning Av Test4 Caldie Kurva Motfräsning På Test5 Vanadis4E Kurva Medfräsning På Test6 Caldie Kurva Medfräsning Av Test7 Caldie Rakt Motfräsning Av Test8 Vanadis4E Rakt Motfräsning På
Responser Verktygsförslitning, maximal fasförslitning Ytjämnhet Restspänningar Ytjämnhet Restspänningar
Resultat - Ytjämnhet Ra Rz Rq Rt Testnummer Ra200u Ra170u Ra100u Ra000 Ra100n Ra170n Ra200n RaBäst Test1 674 556 575 792 576 513 611 474 Test2 505 469 493 902 333 371 367 297 Test3 512 739 563 890 984 1031 811 487 Test4 547 700 655 831 1047 1036 857 497 Test5 715 499 738 1243 735 382 567 340 Test6 797 684 1110 1072 780 837 657 732 Test7 517 558 711 802 447 517 494 428 Test8 500 603 647 1283 440 404 370 368 1200 1000 Ra-medelvärde (nm) 800 600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 Mätpunkt
Resultat - Ytjämnhet Scaled & Centered Coefficients for Rz200u (Extended) 1000 800 600 400 200 nm 0-200 -400-600 -800-1000 Rik(Rakt) Rik(Kurva) Mat(Caldie) Mat(Vanadis4E) Kyl(På) Kyl(Av) + Raka bearbetningsvägar + Medfräsning + Vanadis 4 Extra? Kylning På/Av
Resultat - Restspänningar 100 0-100 -200-300 Test2 + Vanadis 4 Extra + Kylning? Ingreppssätt? Riktning Stress / MPa -400-500 -600-700 -800-900 -1000 0 0.05 0.10 0.15 0.20 Test2_Upp_Stress_Phi: 0.0 Test2_Ner_Stress_Phi: 0.0 Test2_Topp_Stress_Phi: 0.0 mm
Resultat - Verktygsförslitning Utan kylning 24,6µm Med kylning 67,3µm - Kylning påverkar negativt - Om kylning används orsakar detta i genomsnitt att verktygsförslitningen ökar med en faktor 4. Och i extremfallet med en faktor 7,5
Slutsatser Grundtest Raka bearbetningsvägar har konsekvent bidragit positivt till finare ytor Medfräsning ger bättre ytor I Vanadis 4 Extra materialet erhålls finast ytor och de högsta restspänningarna Kylning bidrar till kraftigt ökad verktygsförslitning Ökad skärhastighet ger bättre ytor
Sluttester Test 9 Minskad skärbredd från 0,15mm till 0,1mm. Minskad tandmatning från 0,15mm till 0,1mm. Ra-värde (nm) 1400 1200 1000 800 600 400 Test2 Test9 200 Resultat Bra ytjämnhet Normala restspänningar, -461 till -971 Mpa Verktygsförslitning 39,85 µm pga att bearbetningstiden ökade från 65,8 min till 148 min Vibrationer på ner sidan 0 1 2 3 4 5 6 7 Punkt
Sluttester Test 10 1000 900 Maximala skärhastigheten ökades från 200m/min till 300m/min. Ra-värde (nm) 800 700 600 500 400 Test2 Test10 Resultat 300 Sämre ytjämnhet 200 100 Normala restspänningar, -558 till -618 Mpa 0 1 2 3 4 5 6 7 Punkt Verktygsförslitning 34,45 µm, något över medelvärdet för de torra körningarna. Jämnare resultat
Slutsatser Rak bearbetningsriktning är den faktor som har störst positiv inverkan på ytfinheten Medfräsning är att föredra för att erhålla fina ytor I Vanadis 4 Extra erhålls de bästa ytorna För hög skärhastighet ger sämre men förutsägbara ytor Tryckrestspänningar som var som störst i ytan. Kylning bör undvikas för att minimera verktygsförslitningen
Frågor?