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Die Betreiber kennen die Szene: Chips mit einer 50 mm tiefen Tasche, die neu geschnittenen Chips, das Schweißen, das Schnappen der Werkzeuge, die Spindel-Alarme.Enge Ecken und lange Ausziehfäden fangen sie ein.Die bestehenden Regeln für die Fluten mit offenem Daumen, die Flutkühlmittel, versagen, wenn die Taschen 3 × Werkzeugdurchmesser übersteigen.Kühlmitteldruck und Werkzeugwegkinematik bei der Splitter-Evakuierung unter Produktionsbedingungen von 2025.
2 Forschungsmethoden
2.1 Entwurf von Versuchen
Voll 23 Faktoriale mit Zentrumspunkten (n = 11).
Faktoren:
• A: Helixwinkel 38° (niedrig), 45° (hoch).
• B: Kühlmitteldruck 40 bar (niedrig), 80 bar (hoch).
• C: Pfadstrategie adaptiver Trochoid gegenüber konventionellem Raster.
2.2 Werkstück und Maschine
7075-T6 Blöcke, 120 × 80 × 60 mm, Taschen 10 mm breit × 50 mm tief.
2.3 Datenerfassung
• Aufenthaltszeit des Chips: Hochgeschwindigkeitskamera mit 5 000 fps, über gefärbte Chips verfolgt.
• Werkzeugverschleiß: optisches Mikroskop, VB ≤0,2 mm Ende der Lebensdauer
• Oberflächenrauheit: Mahr Perthometer M400, Abstand 0,8 mm.
2.4 Reproduzierbarkeitspaket
G-Code, Werkzeugliste und Entwürfe der Kühlmitteldüse archiviert unter github.com/pft/chip-evac-2025.
3 Ergebnisse und Analyse
Abbildung 1 zeigt das Pareto-Diagramm der standardisierten Effekte; Helixwinkel und Kühlmitteldruck dominieren (p < 0,01).
Tabelle 1 Versuchsergebnisse (Durchschnitt, n = 3)
Parameter-Einstellung. Chip-Residenz. Werkzeuglebensdauer (min) Ra (μm)
38°, 40 Bar, Raster 4,8 22 13
45°, 80 Bar, Trochoid 2,8 45 055
Verbesserungen 42 Prozent + 105 Prozent 58 Prozent
Abbildung 2 zeigt die Geschwindigkeitsvektoren des Chips; die 45°-Helix erzeugt eine aufwärts gerichtete axiale Geschwindigkeitskomponente von 1,8 m/s vs. 0,9 m/s für 38°, was eine schnellere Evakuierung erklärt.
4 Diskussion
4.1 Mechanismus
Eine höhere Helix erhöht die Wirksamkeit von Rake, dünnt die Splitter und reduziert die Haftung. 80 bar Kühlmittel sorgt für einen 3x höheren Massenfluss;Die CFD-Simulation (siehe Anlage A) zeigt, dass die turbulente kinetische Energie an der Taschenbasis von 12 J/kg auf 38 J/kg ansteigt.Die Trochoid-Pfade halten die Verbindung konstant und verhindern die Verpackung von Chips in Raster-Ecken.
4.2 Einschränkungen
Tests beschränkten sich auf 7075-Aluminium; Titanlegierungen erfordern möglicherweise eine kryogene Unterstützung.
4.3 Praktische Auswirkungen
Die Werkstätten können vorhandene Maschinen für einen Preis von weniger als 2 000 USD pro Spindel mit Karbid-Endmühlen mit variablem Schrägstand und programmierbaren Kühlmitteldüsen nachrüsten, wobei die Rückzahlung innerhalb von 3 Monaten auf der Grundlage der Einsparungen in der Werkzeuglebensdauer erfolgt.
5 Schlussfolgerung
Hochhelix-Schneidmaschinen, 80 bar durchwerkendes Kühlmittel und trochoidale Wege bilden ein wirksames, übertragbares Paket, das die Chip-Aufenthaltszeit verkürzt und die Werkzeuglebensdauer beim Tieftaschen-Aluminiumfräsen verdoppelt.Die künftigen Arbeiten sollen die Matrix auf Titan erweitern und die Vakuumabnahme im Prozeß für Seitenverhältnisse über 8 untersuchen.:1.
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