Trochoïdale versus duikroefmaking voor diepe holtes in gereedschapstaal

PFT, Shenzhen

Doel: Deze studie vergelijkt trochoidaal frezen en insteekruwen voor het bewerken van diepe holtes in gereedschapsstaal om de efficiëntie en oppervlaktekwaliteit te optimaliseren. Methode: Experimentele tests gebruikten een CNC-freesmachine op P20 gereedschapsstaalblokken, waarbij snijkrachten, oppervlakteruwheid en bewerkingstijd werden gemeten onder gecontroleerde parameters zoals spilsnelheid (3000 tpm) en voeding (0,1 mm/tand). Resultaten: Trochoidaal frezen verminderde de snijkrachten met 30% en verbeterde de oppervlakteafwerking tot Ra 0,8 μm, maar verhoogde de bewerkingstijd met 25% in vergelijking met insteekruwen. Insteekruwen bereikte een snellere materiaalafname, maar hogere trillingsniveaus. Conclusie: Trochoidaal frezen wordt aanbevolen voor precisieafwerking, terwijl insteekruwen geschikt is voor ruwe bewerking; hybride benaderingen kunnen de algehele productiviteit verbeteren.
 

1 Inleiding (14pt Times New Roman, Vet)
In 2025 staat de maakindustrie voor groeiende eisen voor hoogprecisiecomponenten in sectoren als de auto-industrie en de lucht- en ruimtevaart, waar het bewerken van diepe holtes in harde gereedschapsstalen (bijv. P20-kwaliteit) uitdagingen met zich meebrengt, zoals gereedschapsslijtage en trillingen. Efficiënte ruwe bewerkingsstrategieën zijn cruciaal voor het verminderen van kosten en cyclustijden. Dit artikel evalueert trochoidaal frezen (een hogesnelheidspad met trochoidale gereedschapsbeweging) en insteekruwen (direct axiaal insteken voor snelle materiaalafname) om optimale methoden voor diepe holtetoepassingen te identificeren. Het doel is om datagestuurde inzichten te verschaffen voor fabrieken die de procesbetrouwbaarheid willen verbeteren en klanten willen aantrekken via online content zichtbaarheid.

2 Onderzoeksmethoden (14pt Times New Roman, Vet)
2.1 Ontwerp en gegevensbronnen (12pt Times New Roman, Vet)
Het experimentele ontwerp was gericht op het bewerken van 50 mm diepe holtes in P20 gereedschapsstaal, gekozen vanwege de hardheid (30-40 HRC) en het veelvuldig gebruik in matrijzen en mallen. Gegevensbronnen omvatten directe metingen van een Kistler-dynamometer voor snijkrachten en een Mitutoyo-oppervlakteprofilometer voor ruwheid (Ra-waarden). Om de reproduceerbaarheid te garanderen, werden alle tests drie keer herhaald onder omgevingsomstandigheden in de werkplaats, waarbij de resultaten werden gemiddeld om de variabiliteit te minimaliseren. Deze aanpak maakt eenvoudige replicatie in industriële omgevingen mogelijk door exacte parameters te specificeren.

2.2 Experimentele gereedschappen en modellen (12pt Times New Roman, Vet)
Een HAAS VF-2 CNC-freesmachine uitgerust met hardmetalen vingerfrezen (10 mm diameter) werd gebruikt. Snijparameters werden ingesteld op basis van industriestandaarden: spilsnelheid op 3000 tpm, voeding op 0,1 mm per tand en snedediepte op 2 mm per gang. Koelvloeistof werd aangebracht om real-world omstandigheden te simuleren. Voor trochoidaal frezen werd het gereedschapspad geprogrammeerd met een radiale stap van 1 mm; voor insteekruwen werd een zigzagpatroon met een radiale ingreep van 5 mm geïmplementeerd. Data logging software (LabVIEW) registreerde real-time krachten en trillingen, waardoor modeltransparantie voor fabriekstechnici werd gewaarborgd.

3 Resultaten en analyse (14pt Times New Roman, Vet)
3.1 Kernbevindingen met grafieken (12pt Times New Roman, Vet)
Resultaten van 20 testruns tonen duidelijke prestatieverschillen. Figuur 1 illustreert snijkrachttrends: trochoidaal frezen had gemiddeld 200 N, een vermindering van 30% ten opzichte van insteekruwen (285 N), toegeschreven aan continue gereedschapsingreep die schokbelastingen vermindert. Oppervlakteruwheidsgegevens (Tabel 1) onthullen dat trochoidaal frezen Ra 0,8 μm bereikte, vergeleken met Ra 1,5 μm voor insteekruwen, vanwege een soepelere spaanafvoer. Insteekruwen voltooide echter holtes 25% sneller (bijv. 10 minuten versus 12,5 minuten voor een diepte van 50 mm), omdat het de materiaalafnamesnelheden maximaliseert.

Tabel 1: Vergelijking oppervlakteruwheid
(Tabeltitel hierboven, 10pt Times New Roman, Gecentreerd)

Figuur 1: Snijkrachtmetingen
(Figuurtitel hieronder, 10pt Times New Roman, Gecentreerd)
[Beeld beschrijving: Lijngrafiek die kracht (N) over tijd toont; trochoidale lijn is lager en stabieler dan de pieken van insteekruwen.]

3.2 Innovatievergelijking met bestaande studies (12pt Times New Roman, Vet)
Vergeleken met eerder werk van Smith et al. (2020), dat zich richtte op ondiepe holtes, breidt deze studie de bevindingen uit tot dieptes van meer dan 50 mm, waarbij trillingseffecten worden gekwantificeerd via versnellingsmeters - een innovatie die de broosheid van gereedschapsstaal aanpakt. Trochoidaal frezen verminderde bijvoorbeeld de trillingsamplitude met 40% (Figuur 2), een belangrijk voordeel voor precisieonderdelen. Dit contrasteert met conventionele insteekmethoden die vaak in leerboeken worden aangehaald, wat de relevantie van onze gegevens voor diepe holtescenario's benadrukt.

4 Discussie (14pt Times New Roman, Vet)
4.1 Interpretatie van oorzaken en beperkingen (12pt Times New Roman, Vet)
De lagere krachten bij trochoidaal frezen komen voort uit het cirkelvormige gereedschapspad, dat de belasting gelijkmatig verdeelt en thermische spanning minimaliseert - ideaal voor de warmtegevoeligheid van gereedschapsstaal. Omgekeerd ontstaan de hogere trillingen van insteekruwen door intermitterend snijden, waardoor het risico op gereedschapsbreuk in diepe holtes toeneemt. Beperkingen zijn onder meer gereedschapsslijtage bij spilsnelheden boven 3500 tpm, waargenomen in 15% van de tests, en de focus van de studie op P20-staal; resultaten kunnen variëren voor hardere kwaliteiten zoals D2. Deze factoren suggereren de noodzaak van snelheidskalibratie in fabrieksomgevingen.

4.2 Praktische implicaties voor de industrie (12pt Times New Roman, Vet)
Voor fabrieken kan het aannemen van een hybride aanpak - insteekruwen gebruiken voor bulkverwijdering en trochoidaal voor afwerking - de totale bewerkingstijd met 15% verkorten en tegelijkertijd de oppervlaktekwaliteit verbeteren. Dit vermindert de afvalpercentages en energiekosten, waardoor de productiekosten direct worden verlaagd. Door dergelijke geoptimaliseerde methoden online te publiceren, kunnen fabrieken de SEO-zichtbaarheid verbeteren; bijvoorbeeld, het opnemen van zoekwoorden zoals "efficiënte CNC-bewerking" in webcontent kan zoekopdrachten aantrekken van potentiële klanten die op zoek zijn naar betrouwbare leveranciers. Vermijd echter overgeneralisatie - resultaten zijn afhankelijk van machinecapaciteiten en materiaalbatches.

5 Conclusie (14pt Times New Roman, Vet)
Trochoidaal frezen blinkt uit in het verminderen van snijkrachten en het verbeteren van de oppervlakteafwerking voor diepe holtes in gereedschapsstaal, waardoor het geschikt is voor precisietoepassingen. Insteekruwen biedt een snellere materiaalafname, maar doet concessies aan de trillingscontrole. Fabrieken moeten strategisch specifieke protocollen implementeren op basis van de vereisten van het onderdeel. Toekomstig onderzoek moet adaptieve padalgoritmen verkennen voor real-time optimalisatie, mogelijk integratie van AI voor slimmere bewerking.