Zu niedrige oder zu hohe SFM-Einstellungen wirken sich negativ auf die Qualität der bearbeiteten Teile und Schneidwerkzeuge aus. Wie stellt man die beste SFM bei der Bearbeitung ein? In diesem Artikel gehen wir auf die Bedeutung und Definition von SFM sowie auf seine Einheiten, Formeln, Berechnungen, Diagramme und Umrechnungen zwischen U/min ein.
Was ist SFM in der Bearbeitung – Bedeutung und Definition von SFM
Bei der CNC-Bearbeitung steht SFM für Surface Feet Per Minute und definiert die relative lineare Geschwindigkeit zwischen der Schneide eines Werkzeugs und dem Werkstück. SFM ist eine gängige Maßeinheit für die Schnittgeschwindigkeit bei der Bearbeitung und wird hauptsächlich in den USA verwendet, während in anderen Ländern üblicherweise Meter pro Minute verwendet werden. Bei Fräsvorgängen bleibt das Werkstück stationär, während die Spindel den Fräser dreht. Die in RPM (Umdrehungen pro Minute) gemessene Rotationsgeschwindigkeit der Spindel wird basierend auf dem Durchmesser, mit dem der Fräser das Werkstück berührt, in eine Schnittgeschwindigkeit umgerechnet. Bei Drehvorgängen hingegen wird SFM anders berechnet, da es sich auf die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks selbst bezieht.
SFM ist eine Kombination aus Oberflächengeschwindigkeit und der Einheit Fuß pro Minute. Ein geeignetes SFM ist entscheidend, um Produktionseffizienz und Werkzeuglebensdauer sicherzustellen.
Warum ist die SFM wichtig? Eine zu hohe SFM kann zu übermäßiger Wärmeentwicklung, schnellem Werkzeugverschleiß, verschlechterter Oberflächengüte und potenzieller Materialverformung aufgrund von Wärmeausdehnung führen. Umgekehrt kann eine zu niedrige SFM zu geringen Materialabtragsraten, erhöhtem Werkzeugdruck, der möglicherweise zu Brüchen führt, Hitzestau durch Reibung statt effizientem Schneiden und Oberflächengüteproblemen aufgrund unzureichender Schneidwirkung oder Werkzeugklappern führen. Daher ist die Aufrechterhaltung einer optimalen SFM entscheidend für einen effizienten Materialabtrag, eine längere Werkzeuglebensdauer, die gewünschte Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit bei bearbeiteten Komponenten.
Was ist Oberflächengeschwindigkeit? Die Oberflächengeschwindigkeit, manchmal auch als Schnittgeschwindigkeit bezeichnet, ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Kante eines Schneidwerkzeugs während Bearbeitungsvorgängen über das Werkstück bewegt. Sie ist ein entscheidender Parameter, der dabei hilft, die optimale Spindeldrehzahl (U/min) für verschiedene Fräsertypen, Materialien und Durchmesser zu bestimmen, egal ob auf einer Dreh- oder Fräsmaschine. Die Schneidkanten sind nicht an dem Maschinentyp oder der Anzahl der Nuten interessiert; sie wissen nur, dass sie wie ein Rasiermesser in das Werkstück schneiden. Die Oberflächengeschwindigkeit misst einfach die lineare Geschwindigkeit der Bewegung des Fräsers relativ zum Werkstück und wird normalerweise in Einheiten wie Fuß pro Minute (SFM) oder Meter/Millimeter pro Minute ausgedrückt. Jedes spezifische Schneidwerkzeug hat einen idealen Oberflächengeschwindigkeitsbereich für jedes zu bearbeitende Material, um die Lebensdauer des Werkzeugs zu maximieren und optimale Schnittbedingungen zu erreichen.
SFM-Einheiten
Fuß pro Minute (FPM) und Millimeter pro Minute (MM/min) sind die beiden Haupteinheiten zur Messung von Oberflächenfuß pro Minute (SFM) bei der spanenden Bearbeitung.
- – Fuß pro Minute (FPM): eine in den USA häufig verwendete Einheit, die eine nahtlose Integration mit anderen imperialen Maßeinheiten ermöglicht und unter den Maschinisten, die im Land mit CNC-Maschinen arbeiten, vertraut ist. Für internationale Anwendungen muss die Einheit jedoch umgerechnet werden und für Personen, die an das metrische System gewöhnt sind, ist sie möglicherweise weniger intuitiv.
- – Millimeter pro Minute (MM/min): Standardeinheit in internationalen und metrischen Systemen, die sich an globalen Fertigungspraktiken orientiert und eine einfachere Integration in metrische Spezifikationen ermöglicht. Während MM/min für die Verwendung in den USA möglicherweise umgerechnet werden muss, ist sie in der globalen Maschinenindustrie allgemein anerkannt und wird allgemein verwendet.
Beide Einheiten lassen sich auch ineinander umrechnen, die Formel lautet 1 ft/min = 304,8 mm/min.
So berechnen Sie SFM bei der Bearbeitung – SFM-Formel und Berechnung
1) Formel:
- SFM = (π × D × U/min) / 12
- Wo:
- SFM = Surface Feet per Minute (Schnittgeschwindigkeit)
- D = Durchmesser des Schneidwerkzeugs oder des Werkstücks (in Zoll)
- RPM = Drehzahl der Spindel (Umdrehungen pro Minute)
- π = Konstante Pi (ungefähr 3,14159)
- 12 = Umrechnungsfaktor (zur Umrechnung von Zoll in Fuß)
2) Schritte zur Berechnung von SFM:
- Schritt 1: Ermitteln Sie den Durchmesser (D) des Schneidwerkzeugs in Zoll.
- Schritt 2: Bestimmen Sie die Spindeldrehzahl oder U/min (Umdrehungen pro Minute), mit der sich das Werkzeug drehen wird.
- Schritt 3: Ersetzen Sie die Werte von D und RPM in der Formel: SFM = (π × D × RPM) / 12
- Schritt 4: Berechnen Sie den Wert von π × D × RPM
- Schritt 5: Teilen Sie das Ergebnis aus Schritt 4 durch 12, um von Zoll in Fuß umzurechnen.
- Schritt 6: Der resultierende Wert ist die Oberflächenfußzahl pro Minute (SFM), die die Schnittgeschwindigkeit oder die Rate darstellt, mit der sich die Oberfläche des Schneidwerkzeugs über das Werkstück bewegt.
3) Hinweis:
Um SFM beim Fräsen zu berechnen, bezieht sich D auf den Durchmesser des Schneidwerkzeugs, beim Drehen verwenden Sie den Werkstückdurchmesser und beim Bohren den Bohrerdurchmesser.
Umrechnungsformel von SFM in RPM bei verschiedenen Bearbeitungsprozessen
Die grundlegende Formel zur Umrechnung von SFM in RPM lautet RPM = SFM/Umfang. Unter Berücksichtigung des Durchmesser- und Einheitenunterschieds sieht die tatsächliche Berechnung in verschiedenen Verfahren wie folgt aus.
- – Fräsen: Drehzahl = 12 x SFM/Werkzeugdurchmesser x π
- – Drehen: Drehzahl = 12 x SFM/Werkstückdurchmesser x π
- – Bohren: Drehzahl = 12 x SFM/Bohrerdurchmesser x π
Umrechnungsformel von RPM in SFM bei verschiedenen Bearbeitungsprozessen
- SFM = RPM x Umfang
- – Fräsen: SFM = Drehzahl x Werkzeugdurchmesser x π / 12
- – Drehen: SFM = Drehzahl x Werkstückdurchmesser x π / 12
- – Bohren: SFM = Drehzahl x Bohrdurchmesser x π / 12
SFM-Diagramm für Bearbeitungsmaterialien
Wenn Sie sich über die Oberflächenfuß pro Minute für verschiedene Materialien nicht sicher sind, finden Sie hier eine Tabelle mit typischen SFM-Werten für häufig verwendete Materialien, die bei der Bearbeitung verwendet werden. Die Schnittgeschwindigkeit verschiedener Güten desselben Materials variiert. Die Härte des Bearbeitungsmaterials, die Bearbeitbarkeit, die thermischen Eigenschaften, die Werkzeuggeometrie, das Werkzeugmaterial und die Werkzeugbeschichtung wirken sich auf die endgültige SFM aus.
| Material | SFM |
|---|---|
| Aluminium | 600 bis 1000 |
| Weichstahl | 100 |
| Werkzeugstahl | 30 bis 50 |
| Edelstahl | 50 bis 100 |
| Titan | 50 bis 100 |
| Messing | 300 bis 600 |
| Kupfer | 200 bis 400 |
| Gusseisen | 50 bis 150 |
| Plastik | 300 bis 600 |
| Inconel und andere Superlegierungen | 20 bis 50 |
