Influence of oblique geometry of cutting inserts of finishing face mills on cutting forces

Abstract

За даними аналізу опублікованих робіт авторів, які досліджували процес фінішної лезової обробки деталей, встановлено доцільність застосування процесів торцевого фрезерування для остаточного формування поверхневого шару деталей, що виготовляються. При цьому значні переваги мають технологічні процеси з використання торцевих фрез косокутного різання, оснащених надтвердими матеріалами, зі спірально-ступінчастим розташуванням різальних елементів. Відомо, що косокутна геометрія фрез забезпечує плавне врізування різальних пластин у заготовку і плавний вихід із зони різання, що сприяє зменшенню ударних навантажень на різальні елементи при вході-виході з контакту із заготовкою. За рахунок застосування косокутної геометрії різальних пластин виявляється можливим значно підвищити стійкість торцевих фрез та обробляти поверхні з високою якістю. Дана робота присвячена дослідженню впливу кута нахилу різальної кромки в діапазоні значень від λ=0º до λ=-45º на величину сил різання у процесі обробки плоскої поверхні заготовок із сірого чавуну СЧ-21 та вуглецевої сталі У8 (46 HRC) одним зубом торцевої косокутної фрези за допомогою програми скінченно-елементного аналізу Deform-3D. У результаті комп’ютерного моделювання процесу торцевого фрезерування визначено часові реалізації складових сил різання Px, Py, Pz для наступних умов обробки: подача Sz = 0,625 мм/зуб; швидкість різання v = 2,5 м/с; глибина різання t = 0,12 мм. Обговорено характер залежності складових сил різання Px, Py, Pz від величини кута нахилу різальної кромки в діапазоні від’ємних значень та взаємозв’язок зі зносостійкістю різальних пластин. Отримані результати будуть застосовані для подальшої оптимізації геометричних параметрів при проектуванні торцевої косокутної фрези, прогнозуванні деформації технологічної системи з метою підвищення ефективності оброблення плоских поверхонь деталей з чавуну та вуглецевої сталі.

The feasibility of using face milling for the final formation of the parts surface layer is confirmed by a large number of scientific works. At the same time, there are significant advantages of technological processes using face mills for oblique cutting, equipped with superhard materials, with a spiral-stepped arrangement of cutting inserts. This work is devoted to the study of the influence of the inclination angle of the oblique face mill cutting edge on the cutting forces when processing the workpiece flat surface made of gray cast iron and carbon tool steel using the Deform-3D program. The influence of the cutting edge inclination in the range from 0 to -45º on the smoothness of penetration of the face mill inserts into the workpiece is discussed.