Proveedor de Mandrinado y Fresado de Componentes de Precisión
El mandrinado, el fresado es un proceso de corte del diámetro interior en el que se utiliza una herramienta para agrandar un agujero u otro contorno circular. Sus aplicaciones van generalmente desde el semidesbaste hasta el acabado, y las herramientas utilizadas suelen ser herramientas de mandrinar de un solo filo (llamadas herramientas de barra de mandrinar).
En las máquinas herramienta CNC, a menudo usamos herramientas no estándar (herramientas de mandrinado excéntricas, insertos giratorios, herramientas especiales de mandrinado inverso) para realizar el procesamiento de mandrinado inverso utilizando programas de mecanizado CNC.
El orificio prefabricado en la pieza de trabajo se agranda a un cierto tamaño con una herramienta de mandrinado de un solo filo giratoria, para que pueda lograr la precisión requerida y el corte de rugosidad de la superficie. El mandrinado se realiza generalmente en mandrinadoras, centros de mecanizado y máquinas combinadas. Se utiliza principalmente para mecanizar orificios cilíndricos (ver imagen), orificios roscados, ranuras en orificios y extremos de piezas de trabajo como cajas, soportes y bases de máquinas; Cuando se utilizan accesorios especiales, también se pueden procesar las superficies esféricas internas y externas y los orificios cónicos de las piezas. La precisión de perforación de los componentes metálicos generalmente puede alcanzar IT9~7, y la rugosidad de la superficie es Ra2.5~0.16 micras.
Al perforar, la pieza de trabajo se instala en la mesa de la máquina herramienta o en el accesorio de la máquina herramienta, y la herramienta de perforación se sujeta en la barra de perforación (también se puede integrar con la barra de perforación), que es impulsada por el husillo para girar. Cuando se usa el troquel de perforación, la barra de perforación y el eje principal están conectados de forma flotante, y la precisión del mecanizado depende de la precisión del troquel de perforación; Cuando no se usa el troquel de perforación, la barra de perforación y el husillo están rígidamente conectados, y la precisión del mecanizado depende de la precisión de la máquina herramienta. Debido a la gran distancia de voladizo de la barra de mandrinar, es fácil generar vibraciones y la cantidad de corte seleccionada no debe ser grande. El proceso de mandrinado se divide en mandrinado de desbaste, mandrinado semifino y mandrinado de precisión. La velocidad de corte cuando se utiliza un cabezal de corte de acero de alta velocidad para perforar acero ordinario es generalmente de 20 a 50 m/min; La velocidad de corte cuando se usa la punta de carburo, el mandrinado de desbaste puede alcanzar los 40-60 m/min y el mandrinado de precisión puede alcanzar más de 150 m/min.
Para el mandrinado de precisión que requiere alta precisión y rugosidad de la superficie, generalmente se utilizan máquinas de mandrinar de diamante y herramientas de materiales superduros como el carburo cementado, el diamante y el nitruro de boro cúbico. Seleccione un avance muy pequeño (0,02-0,08 mm/rev) y una profundidad de corte (0,05-0,1 mm), que sea mayor que la velocidad de corte del mandrinado normal. La precisión de mecanizado del mandrinado de precisión puede alcanzar IT7~6, y la rugosidad de la superficie es Ra0.63~0.08 micras. Antes del mandrinado de precisión, los orificios prefabricados se sometían a mandrinado de desbaste, mandrinado semifino y mandrinado de precisión, dejando un margen de mecanizado delgado y uniforme para el mandrinado de precisión.
Según el número de filos de corte, se puede dividir en herramientas de mandrinar de un solo filo, herramientas de mandrinar de doble filo y herramientas de mandrinar de múltiples filos; Según su superficie de mecanizado, se puede dividir en herramienta de mandrinado de orificios pasantes, herramienta de mandrinado de orificios ciegos, herramienta de mandrinado de orificios escalonados y herramienta de mandrinado de extremos; Según su estructura, se puede dividir en tipo integral, tipo ensamblado y tipo ajustable. La figura 1 muestra la estructura de una herramienta de mandrinado de un solo filo y una herramienta de mandrinado de múltiples filos.
Herramienta de mandrinado de un solo filo
La estructura del cabezal de la herramienta de mandrinado de un solo filo es similar a la de las herramientas de torneado. El cabezal de corte se instala en el portaherramientas y la posición del cabezal de corte se fija con tornillos mediante manipulación manual de acuerdo con el diámetro del orificio que se está procesando. El cabezal de la herramienta es perpendicular al eje de la barra perforadora para perforar agujeros, y la instalación inclinada puede perforar agujeros ciegos.
La herramienta de mandrinado de un solo filo tiene una estructura simple, puede corregir la desviación del eje del orificio original y la pequeña desviación de posición, y tiene una amplia adaptabilidad, que puede usarse para desbaste, semiacabado o acabado. Sin embargo, el tamaño del orificio de perforación se garantiza ajustando manualmente la longitud del voladizo del cabezal de corte, lo cual es problemático. Además, solo un filo de corte principal participa en el trabajo, por lo que la eficiencia de producción es baja y se utiliza principalmente para la producción de lotes pequeños de una sola pieza.
Herramienta de mandrinar de doble filo
La herramienta de mandrinar de doble filo tiene dos filos de corte simétricos, y las fuerzas radiales pueden cancelarse entre sí durante el corte.El diámetro y la precisión de la abertura de la pieza de trabajo están garantizados por la dimensión radial de la herramienta de mandrinar.
Para la mayoría de las aplicaciones de mecanizado, el usuario debe elegir una herramienta de mandrinado con la mayor rigidez estática y dinámica posible. La rigidez estática refleja la capacidad de la herramienta de mandrinar para resistir la desviación causada por la fuerza de corte, y la rigidez dinámica refleja la capacidad de la herramienta de mandrinar para suprimir la vibración.
La primera parte de este artículo analiza principalmente la rigidez estática de la herramienta de perforación. La información de este artículo proviene de la investigación del autor sobre la desviación de la herramienta perforadora. La desviación de la herramienta de perforación depende de las propiedades mecánicas del material del mango, el diámetro del mango y las condiciones de corte.
fuerza de corte
La fuerza de corte que actúa sobre la herramienta de perforación se puede medir con un dinamómetro giratorio. Las fuerzas medidas incluyen fuerza tangencial, fuerza de avance y fuerza radial. En comparación con las otras dos fuerzas, la fuerza tangencial tiene la mayor magnitud.
La fuerza tangencial actúa perpendicularmente a la cara de desprendimiento del inserto y empuja la herramienta de perforación hacia abajo. Es importante notar que la fuerza tangencial actúa cerca de la punta del inserto y no en el eje central del vástago. La desviación de la fuerza tangencial desde la línea central crea un brazo de momento (la distancia desde la línea central del vástago hasta el punto de fuerza), que crea un momento que hace que la herramienta de mandrinar gire en relación con su línea central.
La fuerza de avance es la segunda fuerza más grande y actúa paralela a la línea central del vástago, por lo que no provoca la deflexión de la herramienta de perforación. La fuerza radial actúa en forma perpendicular a la línea central del vástago y empuja la herramienta de perforación lejos de la superficie que se está mecanizando.
Por lo tanto, solo las fuerzas tangenciales y radiales desviarán la herramienta de perforación. Un algoritmo empírico que se ha utilizado durante décadas es: La fuerza de avance y la fuerza radial son aproximadamente el 25 % y el 50 % de la fuerza tangencial, respectivamente. Hoy, sin embargo, esta relación proporcional no se considera un "algoritmo óptimo" porque la relación entre las fuerzas de corte individuales depende del material específico de la pieza de trabajo y su dureza, condiciones de corte y radio de punta.
Desviación de la herramienta de perforación
La herramienta de perforación es similar a una viga en voladizo que está fija en un extremo (la parte de sujeción del asiento de perforación) y no tiene soporte en el otro extremo (el portaherramientas en voladizo), por lo que la desviación de la herramienta de perforación se puede calcular mediante la fórmula para la deflexión de la viga en voladizo:
y=(F×L3)/(3E×I)
En la fórmula: F es la fuerza resultante, L es el voladizo (unidad: pulgadas), E es el módulo elástico (es decir, el módulo de Young del material del mango de la herramienta) (unidad: psi, libras por pulgada cuadrada); I es el momento de inercia de la sección del portaherramientas (unidad: pulgada4).
La fórmula para calcular el momento de inercia de la sección de la barra perforadora es:
Yo=(π×D4)/64
Donde: D es el diámetro exterior de la barra de perforación (unidad: pulgadas).
Ejemplo de cálculo de deflexión de herramienta de mandrinar:
Condiciones de procesamiento:
Material de la pieza: acero al carbono AISI 1045, dureza HB250;
Profundidad de corte: 0.1″,
Avance: 0,008 pulgadas/rev;
Diámetro del vástago: 1″,
El módulo elástico de la hoja: E=30×106psi,
El voladizo del vástago: 4".
(1) Cálculo de la fuerza tangencial
Ft=396000×profundidad de corte×velocidad de avance×constante de potencia=396000×0.1×0.008×0.99=313.6 lbs
(2) Cálculo de la fuerza radial
Fr=0.308×Ft=0.308×313.6=96.6 libras
(3) Cálculo de la fuerza resultante
F=328.1 libras
(4) Cálculo del momento de inercia de la sección:
I=(π×D4)/64=0.0491 pulg.4
(5) Cálculo de la desviación de la herramienta de perforación
y=(F×L3)/(3E×I)=0.0048″
Se analizan las fórmulas de cálculo de la flecha de la herramienta de perforación y el momento de inercia de la sección. Se deben seguir los siguientes principios al perforar:
(1) El voladizo de la herramienta de perforación debe ser lo más pequeño posible. Porque a medida que aumenta el voladizo, también aumenta la flecha. Por ejemplo, cuando el voladizo aumenta en un factor de 1,25, la deflexión aumentará en un factor de casi 2 mientras que el diámetro exterior del vástago y los parámetros de corte permanecen iguales.
(2) El diámetro de la barra de perforación debe ser lo más grande posible. Porque cuando aumenta el diámetro del vástago, el momento de inercia de su sección también aumentará y la cantidad de desviación disminuirá. Por ejemplo, cuando el diámetro del vástago se incrementa en un factor de 1,25, la deflexión se reducirá en un factor de casi 2,5 con los mismos parámetros de voladizo y corte.
(3) Cuando el voladizo, el diámetro exterior de la barra de herramientas y los parámetros de corte permanecen sin cambios, el uso de una barra perforadora con un material de alto módulo elástico puede reducir la deflexión.
El mandrinado es un tipo de mandrinado y fresado.
El método de mecanizar agujeros de taladrado inverso con herramientas de taladrado inverso se denomina mecanizado de taladrado inverso.En las máquinas herramienta CNC, a menudo usamos herramientas no estándar (herramientas de mandrinado excéntricas, insertos giratorios, herramientas especiales de mandrinado inverso) para realizar el procesamiento de mandrinado inverso utilizando programas de mecanizado CNC.
El orificio prefabricado en la pieza de trabajo se agranda a un cierto tamaño con una herramienta de mandrinado de un solo filo giratoria, para que pueda lograr la precisión requerida y el corte de rugosidad de la superficie. El mandrinado se realiza generalmente en mandrinadoras, centros de mecanizado y máquinas combinadas. Se utiliza principalmente para mecanizar orificios cilíndricos (ver imagen), orificios roscados, ranuras en orificios y extremos de piezas de trabajo como cajas, soportes y bases de máquinas; Cuando se utilizan accesorios especiales, también se pueden procesar las superficies esféricas internas y externas y los orificios cónicos de las piezas. La precisión de perforación de los componentes metálicos generalmente puede alcanzar IT9~7, y la rugosidad de la superficie es Ra2.5~0.16 micras.
Al perforar, la pieza de trabajo se instala en la mesa de la máquina herramienta o en el accesorio de la máquina herramienta, y la herramienta de perforación se sujeta en la barra de perforación (también se puede integrar con la barra de perforación), que es impulsada por el husillo para girar. Cuando se usa el troquel de perforación, la barra de perforación y el eje principal están conectados de forma flotante, y la precisión del mecanizado depende de la precisión del troquel de perforación; Cuando no se usa el troquel de perforación, la barra de perforación y el husillo están rígidamente conectados, y la precisión del mecanizado depende de la precisión de la máquina herramienta. Debido a la gran distancia de voladizo de la barra de mandrinar, es fácil generar vibraciones y la cantidad de corte seleccionada no debe ser grande. El proceso de mandrinado se divide en mandrinado de desbaste, mandrinado semifino y mandrinado de precisión. La velocidad de corte cuando se utiliza un cabezal de corte de acero de alta velocidad para perforar acero ordinario es generalmente de 20 a 50 m/min; La velocidad de corte cuando se usa la punta de carburo, el mandrinado de desbaste puede alcanzar los 40-60 m/min y el mandrinado de precisión puede alcanzar más de 150 m/min.
Para el mandrinado de precisión que requiere alta precisión y rugosidad de la superficie, generalmente se utilizan máquinas de mandrinar de diamante y herramientas de materiales superduros como el carburo cementado, el diamante y el nitruro de boro cúbico. Seleccione un avance muy pequeño (0,02-0,08 mm/rev) y una profundidad de corte (0,05-0,1 mm), que sea mayor que la velocidad de corte del mandrinado normal. La precisión de mecanizado del mandrinado de precisión puede alcanzar IT7~6, y la rugosidad de la superficie es Ra0.63~0.08 micras. Antes del mandrinado de precisión, los orificios prefabricados se sometían a mandrinado de desbaste, mandrinado semifino y mandrinado de precisión, dejando un margen de mecanizado delgado y uniforme para el mandrinado de precisión.
Herramientas de perforación de uso común
Tipo de herramienta de perforaciónSegún el número de filos de corte, se puede dividir en herramientas de mandrinar de un solo filo, herramientas de mandrinar de doble filo y herramientas de mandrinar de múltiples filos; Según su superficie de mecanizado, se puede dividir en herramienta de mandrinado de orificios pasantes, herramienta de mandrinado de orificios ciegos, herramienta de mandrinado de orificios escalonados y herramienta de mandrinado de extremos; Según su estructura, se puede dividir en tipo integral, tipo ensamblado y tipo ajustable. La figura 1 muestra la estructura de una herramienta de mandrinado de un solo filo y una herramienta de mandrinado de múltiples filos.
Herramienta de mandrinado de un solo filo
La estructura del cabezal de la herramienta de mandrinado de un solo filo es similar a la de las herramientas de torneado. El cabezal de corte se instala en el portaherramientas y la posición del cabezal de corte se fija con tornillos mediante manipulación manual de acuerdo con el diámetro del orificio que se está procesando. El cabezal de la herramienta es perpendicular al eje de la barra perforadora para perforar agujeros, y la instalación inclinada puede perforar agujeros ciegos.
La herramienta de mandrinado de un solo filo tiene una estructura simple, puede corregir la desviación del eje del orificio original y la pequeña desviación de posición, y tiene una amplia adaptabilidad, que puede usarse para desbaste, semiacabado o acabado. Sin embargo, el tamaño del orificio de perforación se garantiza ajustando manualmente la longitud del voladizo del cabezal de corte, lo cual es problemático. Además, solo un filo de corte principal participa en el trabajo, por lo que la eficiencia de producción es baja y se utiliza principalmente para la producción de lotes pequeños de una sola pieza.
Herramienta de mandrinar de doble filo
La herramienta de mandrinar de doble filo tiene dos filos de corte simétricos, y las fuerzas radiales pueden cancelarse entre sí durante el corte.El diámetro y la precisión de la abertura de la pieza de trabajo están garantizados por la dimensión radial de la herramienta de mandrinar.
Mandrinado CNC
Una herramienta para mandrinar tiene tres elementos básicos: una plaquita intercambiable, un mango y un asiento para mandrinar. El portaherramientas se usa para sujetar el portaherramientas, y la longitud de sujeción suele ser aproximadamente 4 veces el diámetro del portaherramientas. La longitud que se extiende el vástago montado con inserto desde el asiento de perforación se denomina voladizo (la parte sin soporte de la herramienta de perforación). El voladizo determina la profundidad máxima del orificio de perforación y es la dimensión más importante de la herramienta de perforación. Un voladizo excesivo puede causar una deflexión severa del vástago, lo que provoca vibraciones, lo que daña la calidad de la superficie de la pieza de trabajo y puede causar una falla prematura del inserto. Estos reducirán la eficiencia del procesamiento.Para la mayoría de las aplicaciones de mecanizado, el usuario debe elegir una herramienta de mandrinado con la mayor rigidez estática y dinámica posible. La rigidez estática refleja la capacidad de la herramienta de mandrinar para resistir la desviación causada por la fuerza de corte, y la rigidez dinámica refleja la capacidad de la herramienta de mandrinar para suprimir la vibración.
La primera parte de este artículo analiza principalmente la rigidez estática de la herramienta de perforación. La información de este artículo proviene de la investigación del autor sobre la desviación de la herramienta perforadora. La desviación de la herramienta de perforación depende de las propiedades mecánicas del material del mango, el diámetro del mango y las condiciones de corte.
fuerza de corte
La fuerza de corte que actúa sobre la herramienta de perforación se puede medir con un dinamómetro giratorio. Las fuerzas medidas incluyen fuerza tangencial, fuerza de avance y fuerza radial. En comparación con las otras dos fuerzas, la fuerza tangencial tiene la mayor magnitud.
La fuerza tangencial actúa perpendicularmente a la cara de desprendimiento del inserto y empuja la herramienta de perforación hacia abajo. Es importante notar que la fuerza tangencial actúa cerca de la punta del inserto y no en el eje central del vástago. La desviación de la fuerza tangencial desde la línea central crea un brazo de momento (la distancia desde la línea central del vástago hasta el punto de fuerza), que crea un momento que hace que la herramienta de mandrinar gire en relación con su línea central.
La fuerza de avance es la segunda fuerza más grande y actúa paralela a la línea central del vástago, por lo que no provoca la deflexión de la herramienta de perforación. La fuerza radial actúa en forma perpendicular a la línea central del vástago y empuja la herramienta de perforación lejos de la superficie que se está mecanizando.
Por lo tanto, solo las fuerzas tangenciales y radiales desviarán la herramienta de perforación. Un algoritmo empírico que se ha utilizado durante décadas es: La fuerza de avance y la fuerza radial son aproximadamente el 25 % y el 50 % de la fuerza tangencial, respectivamente. Hoy, sin embargo, esta relación proporcional no se considera un "algoritmo óptimo" porque la relación entre las fuerzas de corte individuales depende del material específico de la pieza de trabajo y su dureza, condiciones de corte y radio de punta.
Desviación de la herramienta de perforación
La herramienta de perforación es similar a una viga en voladizo que está fija en un extremo (la parte de sujeción del asiento de perforación) y no tiene soporte en el otro extremo (el portaherramientas en voladizo), por lo que la desviación de la herramienta de perforación se puede calcular mediante la fórmula para la deflexión de la viga en voladizo:
y=(F×L3)/(3E×I)
En la fórmula: F es la fuerza resultante, L es el voladizo (unidad: pulgadas), E es el módulo elástico (es decir, el módulo de Young del material del mango de la herramienta) (unidad: psi, libras por pulgada cuadrada); I es el momento de inercia de la sección del portaherramientas (unidad: pulgada4).
La fórmula para calcular el momento de inercia de la sección de la barra perforadora es:
Yo=(π×D4)/64
Donde: D es el diámetro exterior de la barra de perforación (unidad: pulgadas).
Ejemplo de cálculo de deflexión de herramienta de mandrinar:
Condiciones de procesamiento:
Material de la pieza: acero al carbono AISI 1045, dureza HB250;
Profundidad de corte: 0.1″,
Avance: 0,008 pulgadas/rev;
Diámetro del vástago: 1″,
El módulo elástico de la hoja: E=30×106psi,
El voladizo del vástago: 4".
(1) Cálculo de la fuerza tangencial
Ft=396000×profundidad de corte×velocidad de avance×constante de potencia=396000×0.1×0.008×0.99=313.6 lbs
(2) Cálculo de la fuerza radial
Fr=0.308×Ft=0.308×313.6=96.6 libras
(3) Cálculo de la fuerza resultante
F=328.1 libras
(4) Cálculo del momento de inercia de la sección:
I=(π×D4)/64=0.0491 pulg.4
(5) Cálculo de la desviación de la herramienta de perforación
y=(F×L3)/(3E×I)=0.0048″
Se analizan las fórmulas de cálculo de la flecha de la herramienta de perforación y el momento de inercia de la sección. Se deben seguir los siguientes principios al perforar:
(1) El voladizo de la herramienta de perforación debe ser lo más pequeño posible. Porque a medida que aumenta el voladizo, también aumenta la flecha. Por ejemplo, cuando el voladizo aumenta en un factor de 1,25, la deflexión aumentará en un factor de casi 2 mientras que el diámetro exterior del vástago y los parámetros de corte permanecen iguales.
(2) El diámetro de la barra de perforación debe ser lo más grande posible. Porque cuando aumenta el diámetro del vástago, el momento de inercia de su sección también aumentará y la cantidad de desviación disminuirá. Por ejemplo, cuando el diámetro del vástago se incrementa en un factor de 1,25, la deflexión se reducirá en un factor de casi 2,5 con los mismos parámetros de voladizo y corte.
(3) Cuando el voladizo, el diámetro exterior de la barra de herramientas y los parámetros de corte permanecen sin cambios, el uso de una barra perforadora con un material de alto módulo elástico puede reducir la deflexión.
