Методы исследования процесса стружкообразования при резании на станке.
В процессе резания происходит удаление материала с поверхности заготовки в виде стружки. По виду стружки можно судить о процессах, происходящих в зоне резания у режущей кромки инструмента и влияющих на качество обработанной поверхности детали и её долговечность, поэтому изучению стружки уделяется большое внимание. Вид стружки определяется физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, режимом резания и геометрическими параметрами инструмента. Различают следующие виды (типы) стружки: сливная, элементная, суставчатая, надлома и отрыва.
Изменяя условия и режим резания, можно получить различные виды стружек.
Элементами режима резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Совокупность их значений принято называть режимом резания.
Качество обработанной поверхности заготовки, режим резания, стойкость инструмента, расход энергии на резание зависят от характера и степени деформирования металла, превращаемого в стружку. Поэтому изучению зоны стружкообразования всегда уделялось много внимания.
При исследовании процесса резания металлографическим методом производят исследование шлифов стружки, обработанной поверхности, рабочей поверхности резца и, что особенно ценно, шлифов корня стружки в различных сечениях. После прохождения материала заготовки через зону первичной пластической деформации границы зёрен искажаются и вытягиваются, что позволяет судить о направлении и степени.
Наблюдая распределение микро-твердости деформированного материала и зная величину интенсивности деформации, можно определить величины интенсивностей напряжений в различных точках зоны резания.
При исследованиях напряжённого состояния поляризационно-оптическим методом применяют образцы из однородного, изотропного прозрачного материала, например, стекла, целлулоида, ксилолита, фенолита и бакелита. При действии напряжений эти материалы становятся двоякопреломляющими. Если пропустить пучок поляризованного света через прозрачную модель, находящуюся в напряженном состоянии, получается окрашенное изображение, по которому можно найти распределение напряжений.
Недостатком поляризационно-оптического метода является то, что он применим только при обработке мягких материалов. Для исследований процессов при резании стали и других прочных и твёрдых материалов может быть использован метод лазерной интерферометрии. Сущность этого метода заключается в том, что на боковую поверхность заготовки и инструмента направляется поляризованный монохроматический луч лазера.
Удаление стружки в зоне резания на станке с ЧПУ при обработке металлической поверхности.
Стружка или небольшие фрагменты материала, образующиеся в процессе фрезерования с ЧПУ, должны эффективно удаляться из зоны резки для поддержания качества и точности работы.
В ЧПУ-фрезеровании точность является ключом к производству высококачественных деталей и компонентов. Однако даже самые передовые станки могут быть осложнены неправильной эвакуацией стружки. Если стружка не удаляется эффективно из зоны резки, это может привести к ряду проблем, которые ставят под угрозу производительность ЧПУ-фрезерного станка. Понимание последствий неправильной эвакуации стружки и изучение того, как решать эти проблемы, полезно для поддержания оптимальной производительности операций ЧПУ.
Если удаление стружки неадекватно, эти мелкие частицы могут накапливаться, что приводит к нескольким пагубным последствиям как для инструмента, так и для заготовки. Вот некоторые конкретные проявления последствий неправильного удаления стружки при фрезеровании с ЧПУ:
• Повторная резка стружки: когда стружка не удаляется эффективно из зоны резания, она может застрять и повторно быть разрезана инструментом. Этот процесс повторной резки создает дополнительную нагрузку на инструмент и заготовку, что приводит к снижению эффективности и точности резки. Наличие повторно нарезанной стружки может привести к отклонению инструмента от предполагаемого пути, что приведет к неточным резам и ухудшению качества конечного продукта. Кроме того, повторная резка может ускорить износ инструмента, что еще больше снижает его производительность и срок службы.
• Накопление тепла: стружка, которая остается в зоне резания, может действовать как изолятор, удерживая тепло и не давая ему рассеиваться должным образом. Это накопление тепла может привести к нескольким проблемам, включая термическую деформацию заготовки, что может повлиять на точность ее размеров. Избыточное тепло также может привести к потере твердости режущего инструмента, что приведет к более быстрому износу и потенциально сделает инструмент непригодным для использования. В крайних случаях тепло может привести к сплавлению материала с инструментом, создавая дополнительные осложнения в процессе обработки.
• Ухудшение качества поверхности: Неправильное удаление стружки может напрямую повлиять на качество поверхности обработанной детали. Не удаленная стружка может поцарапать поверхность заготовки, что приведет к появлению нежелательных следов и более грубой текстуре. Такое ухудшение качества поверхности не только влияет на эстетическое качество детали, но и может повлиять на ее функциональные свойства. Наличие стружки также может привести к неравномерному удалению материала, что приведет к отсутствию однородности по всей заготовке.
• Повреждение и поломка инструмента: одним из самых серьезных последствий неправильного удаления стружки является вероятность повреждения и поломки инструмента. Когда стружка накапливается, она может создать дополнительное сопротивление режущему инструменту, увеличивая нагрузку на инструмент и приводя к механическому напряжению. Это напряжение может привести к сколу, трещине или даже полной поломке инструмента, особенно при работе с твердыми или абразивными материалами. Поломка инструмента не только останавливает производство, но и может повредить заготовку и создать риски для безопасности оператора. Регулярная замена инструмента и связанное с этим время простоя могут значительно увеличить эксплуатационные расходы.
Эти проблемы, вызванные неправильным удалением стружки, не только влияют на качество конечного продукта, но и могут привести к дорогостоящим простоям и техническому обслуживанию, поэтому эффективное удаление стружки является важным аспектом фрезерования с ЧПУ.
Накопление стружки в полости заготовки обычно возникает во время обработки глубоких карманов или при работе со сложными геометриями деталей с узкими пространствами. Неадекватные стратегии эвакуации стружки, такие как недостаточные системы вакуума или воздушного потока, усугубляют эту проблему, как и траектории инструмента, которые не учитывают зазор для стружки. В этих сценариях стружка может застревать в углублениях заготовки, и ее невозможно эффективно удалить в процессе резки.
Неэффективное удаление стружки в первую очередь вызвано недостаточной мощностью или плохой конфигурацией вакуумных или воздушных систем, неадекватными параметрами резки и использованием неподходящего инструмента. Если сила вакуума недостаточна или воздушный поток направлен неправильно, стружка не удаляется эффективно из зоны резки, что приводит к накоплению, которое может повлиять на процесс обработки. Аналогично, если параметры резки не оптимизированы, например, неправильные скорости подачи или резания, может образовываться стружка, которая либо слишком велика, либо ее слишком трудно удалить, что перегружает систему.
Автоматические системы извлечения стружки полезны для поддержания чистой и эффективной среды обработки. Эти системы, которые часто включают в себя мощные пылесосы или конвейеры, непрерывно удаляют стружку из зоны резки, предотвращая накопление, которое может нарушить процесс обработки. Автоматическое извлечение стружки особенно важно в условиях крупносерийного или непрерывного производства, где ручное удаление стружки было бы нецелесообразным. Очищая рабочее пространство от мусора, эти системы помогают поддерживать постоянные условия резки, сокращать время простоя и защищать как инструменты, так и заготовки от повреждений.
Внедрение систем мониторинга в реальном времени и обратной связи помогает оптимизировать удаление стружки. Используя датчики и программное обеспечение для мониторинга станка, операторы могут отслеживать ключевые переменные, такие как износ инструмента, силы резания и температура, которые могут влиять на образование и удаление стружки. Эти системы обеспечивают немедленную обратную связь, позволяя операторам вносить коррективы на лету для поддержания эффективного потока стружки. Кроме того, регулярный просмотр данных процесса помогает выявлять закономерности или повторяющиеся проблемы, которые могут потребовать внимания, гарантируя, что стратегии управления стружкой остаются эффективными с течением времени.
Удаление пыли в зоне резания на фрезерном станке с ЧПУ при обработке неметаллических особо пылящих материалов.
Для удаления пыли в зоне резания на фрезерном станке с ЧПУ при обработке неметаллических особо пылящих материалов следует использовать систему аспирации. Она включает в себя всасывающий узел, фильтры, системы очистки и управления.   
Некоторые способы удаления пыли:
• Стружкоотсосы. Оборудование способно ликвидировать до 99,9% загрязнений. В результате фильтрации все они попадают в накопительные мешки. Стружкоотсосы применяются для удаления древесных, пластиковых или металлических частиц. 
• Циклон. Устройство использует центробежную силу для отделения пыли и других частиц от воздушного потока. Входящий воздух с загрязнениями направляется в корпус, где происходит его движение по спирали вокруг оси. Благодаря вращению, твёрдые частицы отделяются от воздушного потока и оседают на стенках корпуса. 
• Щеточное устройство. Щётка с густым и длинным ворсом насажена на шпиндель станка. Отходы, которые образуются в процессе фрезеровки, застревают между щетинок и затем втягиваются шлангом в мешки-пылесборники многоразового использования. 
Также для предотвращения попадания пыли внутрь оборудования можно использовать защитные кожухи на уязвимые участки станка. Они должны быть выполнены из прочного материала, который не только предотвратит попадание пыли, но и защитит оборудование от механического повреждения. 
Важно регулярно чистить фильтры и отводящие рукава. Рекомендованная частота профилактических процедур, как правило, описана в инструкциях к промышленным пылесосам и системам вентиляции.
Выбор эффективной системы удаления стружки и пыли.
Выбор эффективной системы удаления стружки – шаг, во многом определяющий эффективность производства. Особую актуальность он имеет при внушительных объемах производства или серийном выпуске изделий. Потому что эффективный отвод крупных отходов обработки из рабочей зоны фрезерного станка с ЧПУ решает следующие задачи:
• Оптимизировать условия труда персонала и повысить безопасность его взаимодействия с оснащенным ЧПУ фрезерным станком;
• Исключить вероятность концентрации тепла в местах, где вращающиеся элементы станка контактируют с отходами производства. Это исключает возможность локальных деформаций как самого инструмента, так и обрабатываемого материала;
• Снизить время, необходимое для приведения станка в рабочий вид после изготовления изделия. Уменьшая простой, система удаления стружки тем самым повышает эффективность эксплуатации ЧПУ фрезерного станка;
• Оптимизировать применение СОЖ. Она не будет загрязняться так сильно за счет непродолжительного контакта жидкости с отходами материала.
Решение задачи подбора системы удаления пыли и стружки связана с рядом сложностей. В числе таковых недостаток места в рабочей зоне, внушительные объемы отходов, разнообразие их форм и материала и другие. В этой связи конструкция станка с ЧПУ должна способствовать свободному отводу отходов.
Системы удаления стружки и пыли со станков: подбор конструкции.
Самое простое, недорогое и зарекомендовавшее себя с лучшей стороны решение подобной системы – щеточное устройство. Оно представляет собой щетку с густым и длинным ворсом, которая насажена на шпиндель станка. С одной стороны, такая щетка полностью закрывает область рабочей зоны. С другой, при необходимости легко убирается или заменяется на новую. Кроме того, для вытяжки пыли и стружки из рабочей зоны к устройству подключается промышленный пылесос. Это подключение выполняется при помощи гибкого гофрированного шланга. Отходы, что образуются в процессе фрезеровки, застревают между щетинок и затем втягиваются шлангом в мешки-пылесборники многоразового использования.
Исходя из специфики эксплуатации и материалов обработки, подбираются характеристики насоса и размеры устройств по удалению стружки. Маломощные и среднемощные шпиндели оснащаются компактными устройствами и мобильными промышленными пылесосами, что запитываются от сети переменного тока в 220 В.
При внушительной интенсивности эксплуатации и серийном производстве удаление стружки и опилок от станков осуществляется иначе. Для этого используются промышленные стружкоотсосы (гидроциклоны), что подключаются к сети постоянного тока с напряжением в 380В. Промышленные насосы способны обслуживать не только несколько фрезерных станков в плане отведения стружки, но и обеспечивать должные микроклиматические условия в цеху.
Более мощная система удаления стружки в процессе эксплуатации сопровождается более высоким шумом. Соответственно, согласно санитарным нормам, промышленный насос понадобится устанавливать в отдалении от фрезерного станка. Компактные же модели такого оборудования менее шумны и более мобильны. Их можно перемещать на необходимые дистанции при помощи передвижной тележки или иных приспособлений.
Подбор оптимального варианты системы удаления стружки стоит производить с учетом ряда параметров. В числе таковых:
• Мощность применяемого насоса;
• Размеры и форма щеточного устройства;
• Габариты шланга-отвода и его радиусы;
• Другие параметры.
Для соединения насосов и щетковых устройств оптимально применять антистатические шланги. Они исключают риск накопления отходами зарядов электричества, что может стать причиной поражения персонала.
Аспирационное устройство для фрезерных групп деревообрабатывающих станков с ЧПУ.
Получены результаты разработки и испытания эффективного устройства удаления стружки и пыли из области резания при фрезеровании плитных древесных материалов на деревообрабатывающих станках с числовым программным управлением в условиях выполнения обработки при различных направлениях вектора подачи инструмента. Вытяжное устройство поворачивают относительно оси вращения инструмента и устанавливают разрывом ограждения по ходу движения подачи инструмента так, чтобы проекция вектора скорости подачи и проекция разрыва гибкой юбки-ограждения на плоскость обрабатываемого плитного материала были взаимно перпендикулярны, и в процессе фрезерования при повороте вектора подачи инструмента на некоторый угол одновременно на такой же угол поворачивают вытяжное устройство. В процессе работы в вытяжном колпаке стружкоприемнике формируется воздушный поток благоприятного с точки зрения удаления отходов обработки направления в результате прохождения воздуха в колпак-стружкоприемник через широкий разрыв гибкой юбки-ограждения и отвода воздуха через щелевидный воздухозаборник, оканчивающийся патрубком, соединенным с источником пониженного давления. В результате экспериментальных исследований установлено, что применение разработанной системы удаления отходов из зоны резания позволило достигнуть эффективности удаления стружки и пыли до 99,6% без увеличения мощности привода вентилятора. Величины результирующих скоростей по трем взаимно перпендикулярным направлениям для исследованных точек внутри разработанного стружкоприемника по сравнению с величинами результирующих скоростей для исследованных точек в стружкоприемнике обрабатывающего центра ROVER B 4.35 выше на 11,4-17,3%.

Неправильная эвакуация стружки и пыли во время фрезерования с ЧПУ может привести к ряду проблем, которые негативно влияют на производительность обработки и качество продукции. Для решения этих проблем необходимо внедрить такие эффективные решения, как аспирационные устройства.

Аспирационное устройство для фрезерных групп деревообрабатывающих станков с ЧПУ : [сайт]. – 2025. - URL: http://cyberleninka.ru (дата обращения 11.03.2025). – Текст : электронный.
Резание материалов и режущий инструмент Методические пособие по дисциплине «Резание материалов и режущий инструмент» для студентов, обучающихся по направлению 150700 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».- Томск: Изд. ТПУ, 2014.-131 с. УДК 621.9.01:681.5 - URL: http://portal.tpu.ru/ – Текст : электронный
Способы удаления пыли, стружки, опилок для станка с ЧПУ : [сайт]. – 2024. - URL: http://mirtels.ru (дата обращения 03.04.2024). – Текст : электронный.
Управление стружкой при фрезеровании с ЧПУ : [сайт]. – 2024. - URL: http://acctekcnc. сom/ (дата обращения 29.08.2024). – Текст : электронный.

Журавлев Михаил Вячеславович
13 мая 2025 год