Медь — это одни из самых распространённых конструкционных материалов, повсеместно используемых в различных сферах производства. Медь издавна добывается и обрабатывается человеком — во многом благодаря сравнительной доступности руды, малой температуры плавления и пластичности самого металла. В то же время медь обладает рядом ценных свойств: ковкостью, высокой тепло- и электропроводностью, достаточной прочностью и одновременно — пластичностью. Всё это обуславливает широкое применение меди — в электротехнике, для изготовления бесшовных труб и теплообменников, в качестве покрытия для подшипников скольжения, а также как составной компонент для различных сплавов (дюралюминия, бронзы и даже червонного золота). Кроме того, медь является неотъемлемым элементом в организме высших животных и человека.
Особенности обработки меди и требования к режущему инструменту
За счёт своей пластичности медь отлично поддаётся механической обработке (ковке, штамповке, резанию). Именно это свойство определило стремительный «технологический взрыв» добычи, обработки и применения меди в древние времена (в «бронзовый век» оружие и предметы бытового обихода изготавливались из бронзы — сплава меди и олова).
Сегодня медные заготовки с успехом обрабатываются механическим способом. Однако, при контактной обработке резанием (к примеру, на фрезерном станке с ЧПУ) для получения качественных изделий из меди необходимо соблюдать ряд условий. Как отмечалось выше, основным свойством меди является высокая пластичность. Это приводит к тому, что в процессе резания фреза склонна «увязать» в материале. Для получения высокой производительности обработки и получения качественных изделий следует:
- использовать твёрдосплавный режущий инструмент;
- поддерживать высокую степень остроты инструмента (фрезы);
- не превышать рекомендуемую подачу и частоту вращения шпинделя (не «форсировать» скорость обработки);
- обязательно применять смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ);
- принимать меры к удалению стружки из зоны резания (а также не допускать забивание стружкой спиральных канавок фрезы).
Очень хорошие результаты обработки получаются при использовании специальных фрез с т. н. стружколомом (получивших неофициальное название «кукуруза»).
Применение СОЖ
При обработке меди на фрезерном станке с ЧПУ последний должен быть оборудован смазочно-охлаждающей системой. В случае с медью основной функцией СОЖ является именно смазка, поскольку из-за сравнительно «мягких» режимов обработки существенного увеличения температуры в зоне резания не наблюдается (в сравнении с фрезеровкой камня, к примеру).
В качестве СОЖ рекомендуется применять специальный состав WD-40, в крайнем случае — машинное масло. Применения водного раствора соды (используемого в основном как «базовая» СОЖ) при фрезеровании меди недостаточно — по причине низких смазывающих свойств.
Подача СОЖ в зону резания может осуществляться штатной либо опционной системой фрезерного станка. В простейшем случае система СОЖ включает в себя бак (емкость) для хранения запаса жидкости, насос для создания давления в системе, гибкие соединительные магистрали и форсунку-распылитель, устанавливаемый «под фрезу». При обработке меди следует направлять струю СОЖ либо на фрезу, либо непосредственно в зону обработки. В этом случае СОЖ будет выполнять дополнительную функцию очистки зоны резания от стружки.
Рекомендуемые режимы фрезерования
Оптимальные режимы обработки на фрезерном станке с ЧПУ можно установить лишь экспериментально. Для каждого конкретного случая — состояния фрезы, типа заготовки и сложности управляющей программы — оптимальным будет свой, уникальный режим обработки. Тем не менее, общей рекомендацией является снятие не более 0,2 мм материала за один проход фрезы. Подачу инструмента следует поддерживать на уровне 4-6 мм/с, а глубина резания не должна превышать 30% от диаметра фрезы (в зависимости от стратегии обработки — см. ниже). Частоту вращения шпинделя следует устанавливать небольшой, а «форсировать» режимы обработки — только при использовании стойкого режущего инструмента с высокой твёрдостью.
Стратегия разработки управляющих программ
Качество обработки меди на современном станке с ЧПУ зависит не только от «железа» (конструкции самого станка и типа режущего инструмента), но и во многом от правильной стратегии обработки, реализованной в управляющей программе. Управляющая программа представляет собой маршрут движения фрезы, построенный на базе математической модели готового изделия. Управляющая программа также содержит сведения о режимах обработки и типе используемого режущего инструмента для каждого технологического перехода (чернового, чистового этапа и т. д.). Для создания управляющих программ используется САМ-среда, например, ArtCam, MasterCam SolidCam (приложение Solidworks) и т. д. В зависимости от набора утилит конкретной программы, стратегия создания оптимальной траектории движения фрезы будет различаться.
Тем не менее, общим требованием является программирование такого маршрута обработки, который обеспечивал бы плавность «обвода» фрезой всего рельефа заготовки. При этом для каждого отрезка траектории не должно происходить резкого повышения «местной» скорости обработки. В противном случае существует риск поломки фрезы или порчи заготовки.
Как отмечалось выше, режимы обработки меди по возможности следует выбирать «умеренными». Это, однако, приводит к значительному повышению времени обработки, что не всегда допустимо. В качестве решения данной проблемы можно рекомендовать использовать симуляцию обработки — САМ-программа сможет указать расчётное время процесса фрезерования для конкретных условий (заложенных в управляющей программе). При значительном потребном времени на обработку следует вернуться к установке режимов резания и задать большую скорость и/или подачу. Естественно, соизмеряя их с качеством реальной обработки пробной заготовки.