Тонкостенные детали, обладая малой массой, характеризуются податливостью и низкой жесткостью, что обусловлено сложностью их структуры. В процессе обработки на фрезерном станке они крайне уязвимы к деформации – под действием режущих сил и избыточного нагревания. Неконтролируемые вибрации и отклонения от заданной геометрии являются частыми спутниками подобных операций.

Для достижения высокой точности изготовления таких деталей на станке с ЧПУ необходим всесторонний анализ факторов, влияющих на прецизионность процесса. Необходимо учитывать жесткость технологической системы (станок-инструмент-деталь), траекторию резания, деформации, возникающие от зажима.

Выбор инструмента с учетом микрогеометрии

Одним из ключевых факторов является использование фрез с мелким шагом зубьев или с большим количеством режущих кромок. Это приводит к более плавному входу и выходу зуба из материала, снижая ударные нагрузки и, как следствие, минимизируя вибрации. Фрезы с неравномерным шагом зубьев демонстрируют превосходные результаты в борьбе с автоколебаниями, «размывая» резонансные частоты.

Материал и острота кромок

При обработке тонкостенных элементов на фрезерном станке предпочтительны твердосплавные фрезы с острыми, полированными режущими кромками. Острота минимизирует усилие резания и трение, предотвращает образование нароста на кромке и излишнее тепловыделение.

Покрытие инструмента (например, TiAlN, AlCrN) дополнительно улучшает стойкость к износу и снижает коэффициент трения, что особенно важно при обработке вязких материалов.

Угол наклона винтовой канавки

Особое внимание следует уделить углу наклона винтовой канавки. Больший угол (обычно от 30 до 55 градусов) способствует более плавному срезанию стружки и снижению осевых составляющих силы резания. Это предотвращает выгибание и деформацию тонкой стенки под давлением инструмента.

Параметры резания: ищем оптимальный баланс

Настройка режимов резания для деталей с тонкими стенками – это искусство нахождения «золотой середины» между производительностью и качеством. Слишком агрессивные параметры могут мгновенно привести к деформации или разрушению детали. А излишне осторожный подход – к неэффективному производству и повышенному износу инструмента. Рекомендуется учитывать следующие критерии:

• Выбор инструмента – используйте только остро заточенные фрезы. Тупые резцы «давят» на материал, вызывая деформацию и вибрации.
• Положительный передний угол – облегчает резание, снижает радиальное давление на стенку и способствует лучшему отводу стружки.
• Большой угол наклона стружечной канавки – для плавного врезания режущей кромки в материал, распределения нагрузки по большей длине кромки.
• Меньшее количество зубьев (для фрез, особенно концевых) – 2-3 зуба часто предпочтительнее, чем 4-6.
• Минимальный вылет инструмента – чем он короче, тем выше жесткость и меньше вероятность вибраций.
• Оптимальный диаметр – максимально возможный (для повышения жесткости), с учетом радиусов углов детали.

Режимы резания

1. Малая радиальная глубина резания (Ae) – это один из самых критичных параметров. Выставляйте минимальную глубину (1-5% от диаметра инструмента, иногда и меньше), чтобы снизить радиальную силу, действующую на стенку.
2. Малая осевая глубина резания (Ap) – также должна быть небольшой, особенно на последних проходах. Чем ниже Ap, тем меньше объем материала снимается за проход.
3. Высокая скорость резания (Vc) – увеличьте обороты шпинделя (RPM). Это уменьшит давление на режущую кромку, что способствует образованию более тонкой и легко удаляемой стружки, а также снижает наростообразование.
4. Умеренная подача на зуб (Fz): не слишком высокая (чтобы не деформировать) и не чересчур низкая – чтобы избежать «перетирания» материала, что вызывает трение и нагрев. Ищите «золотую середину», которая дает контролируемую, хорошо формирующуюся стружку.
5. Чистовые проходы (Finishing Passes). Всегда планируйте отдельные, легкие чистовые проходы (например, 0.05-0.1 мм на сторону) с увеличенной скоростью резания и возможно немного уменьшенной подачей.

Особенности крепления

Правильная фиксация тонкостенных деталей на фрезеровочном станке требует особого внимания. Некорректный зажим приведет к деформации, повреждению или потере точности обработки. Прежде всего, следует обеспечить многоточечное и равномерное распределение усилия зажима по максимально возможной площади детали. Это помогает избежать концентрации напряжения и локальной деформации.

Для обеспечения дополнительной жесткости тонких стенок крайне эффективна внутренняя поддержка. Для этого применяются расширяющиеся оправки, цанги или даже временная заливка внутренней полости низкотемпературными сплавами или смолами, которые затем легко удаляются.

Для плоских и относительно тонких деталей отличным решением являются вакуумные столы, обеспечивающие равномерное притягивание по всей площади без механического давления. При использовании тисков обязательно применяйте мягкие губки, которые не только защищают поверхность, но и помогают распределить зажимное усилие.