В этой статье мы остановимся на некоторых теоретических и эмпирических сторонах вопроса фрезеровочных работ. В частности, статья затрагивает проблемы высокого качества, производительности и низкой себестоимости металлообработки при фрезеровании торцевыми фрезам.

В первую очередь определим тип обработки. От типа обработки зависит выбор инструментов и режимов резки, поэтому необходимо выбрать соответствующий. Например, при черновом фрезеровании точность размера и качество поверхности не являются основополагающими признаками, в отличии от чистого фрезерования. Следует иметь ввиду, что ни один фрезеровочный процесс не обходится без цанги.

Ниже рассматривается несколько факторов, влияющих на эффективность процесса торцевого фрезерования.

Выбор корпуса торцевой фрезы

Корпусы торцевого фреза импортного производства довольно дороги, например, корпус импортной торцевой фрезы диаметром 100 мм может стоить более 15000 рублей. Следовательно, к выбору корпуса следует подходить серьезно.

Шаг пластин — один из самых важных параметров торцевой фрезы.

Для примера, у торцевой фрезы диаметром 100 мм с крупным шагом может быть 5 пластин, средним — 7 пластин, а мелким — 10 пластин. Различные производители предоставляют различное количество пластин для того или иного шаг. Кроме того, многое зависит также от конструкции фрезы.

Оборудование с небольшой жесткостью силы резания может излишне сильно вибрировать в процессе чернового фрезерования. Такие вибрации могут снизить стойкость инструмента и повредить шпиндель.

Если стойкость инструмента снижается, появляются характерные черты — выкрашивания. Такие выкрашивания могут сломать пластину, а затем и корпус фрезы.

Если вы используете фрезы с крупным шагом пластин, значит мощность станка и силу резки можно снизить.

Рекомендуют применять такие фрезы для черновой обработки на станках, оснащенных шпинделями с конусами 30 и 40. Фрезы с крупным шагом пластин также необходимы для обработки материалов со сливной стружкой. В этом случае места для стружки остается гораздо больше, а вероятность ее повторного перерезания практически нулевая.

Чистовое фрезерование это совсем другой процесс. Глубина резания (около 0,25-0,5 мм) и подача на зуб (около 0,05-0,15 мм/зуб) гораздо меньше по сравнению с черновой фрезеровкой.

Высокая мощность станка, как для чернового фрезерования, не нужна, а значит можно применить торцевые фрезы с мелким шагом пластин. Чем больше пластин — тем большая минутной подачей стола при обработке, однако скорость подачи на зуб фрезы невысокая. Небольшая глубина резки также, как правило, исключает проблемы с размещением стружки.

Мощность станка тесно связана со скоростью и качеством шпинделя.

Выбор пластин

Выбор пластин зависит от типа обработки.

В некоторых случаях следует выбирать шлифованные (с большей точностью и остротой режущей кромки), а в некоторых — нешлифованные пластины.

Для чернового фрезерования рекомендуют использовать нешлифованные пластины. Благодаря тому, что их режущая кромка оснащена защитной фаской. Такая фаска делает кромку более прочной при обработке с большей глубиной резания и подачей.

Одновременно с этим они дешевле по сравнению с шлифованными пластинами.

Как правило, нешлифованные пластины не обеспечивают такой точности и качества поверхности как шлифованные.

Это можно объяснить невысокой точностью самих пластин. Они обладают разным вылетом относительно корпуса фрезы. Для чистового фрезерования советуется выбирать шлифованные пластины с высокой размерной точностью и хорошим качеством поверхности.

Геометрия передней поверхности шлифованных пластин отличается высокой остротой, что необходимо для обеспечения процесса резки при небольшой глубине фрезерования. Если кромка недостаточно острая, метал пластически деформируется металла. Качество обрабатываемой поверхности ухудшается, а также снижается износостойкость инструмента.

Для обеспечения высокого качества поверхности в процессе фрезеровочных работ лучше всего использовать зачистные пластины (технология Wiper). В корпус фрезы вместе с обычными пластинами устанавливается одна зачистная, выступающая из корпуса в осевом направлении. Это повышает качество обработанной поверхности. При производстве инструмента для точения, отрезки и обработки канавок технология Wiper также используется.

Износостойкие покрытия и СОЖ

Когда речь заходит об использовании СОЖ при фрезеровании, эксперты расходятся во мнениях.

Учитывая величину зоны резания, обеспечить обильный подвод СОЖ с фрезой большого диаметра трудоемко.

Колебание температур может привести к появлению термических трещин и поломке пластины, и вероятному повреждению корпуса фрезы.

В настояшее время разработаны инструментальные покрытия позволяют для фрезерование без СОЖ с минимальным риском образования термических трещин. Некоторые покрытия, например TiAIN твердеют по мере увеличения температуры.

Поскольку при фрезеровании без СОЖ оператор может наблюдать за процессом образования стружки, в частности, видит ее форму и цвет, и по этим характеристикам делает вывод о правильности выбора режима резки. Поэтому фрезерование без СОЖ предпочтительно.

У различных материалов разный состав, плотность и структура, поэтому они по разному реагируют на тепловое воздействие.

Так, например, при обработке углеродистой стали с правильно выбранной скоростью на самом деле образуется коричневая стружка. Температура повышается, а затем углерод вступает в химическую реакцию с кислородом из воздуха, и стружка приобретает синий цвет — именно его мы наблюдаем результате обработки. Черный цвет стружки сигнализирует о необходимости снизить скорость резания, так как температура в зоне резания слишком высока. Нержавеющие стали имеют низкий коэффициент теплопроводности, и теплота слабо переходит в стружку. При обработке нержавеющей стали на оптимальных режимах стружка имеет легкий коричневатый оттенок. Если стружка становится темно-коричневой, необходимо уменьшить скорость резания.

Скорость можно регулировать при помощи шпинделя.

Для предотвращения образования наростов при обработке нержавеющей стали, все же необходимо определенное количества теплоты, выделение которой достигается путем подбора оптимальной скорости резания.

Режущую кромку легко повредить. Например, в процессе СОЖ наблюдается слишком быстром охлаждении стружки. Материал детали налипает на режущую кромку, а потом отрывается от нее, нанося повреждения. Скорость подачи должна быть точно выверена, так как большая подача ведет к наростообразованию, а при низкой может появиться пластическое деформирование заготовки.

При фрезерование без СОЖ крайне важно подобрать оптимальный режим резки. Тогда основная часть тепла переходит в стружку.

Но при обработке легковоспламеняющихся материалов, таких как магний, лучше применять СОЖ, при этом необходимо иметь рядом средства противопожарной безопасности, такие как огнетушитель.

Если вы обрабатываете материал без СОЖ, нанесите небольшое количество смазки посадочные поверхности пластин и винты. Наносить следует осторожно, так как слишком большое количество смазки может вызвать погрешности установки пластин.

Попутное и встречное фрезерование

Большинство операций торцевого фрезерования, выполняемых на нежестких фрезерных станках выполняется методом встречного фрезерования (скорость резания и подача стола направлены в разные стороны). Поэтому рекомендуется использовать метод попутного фрезерования (скорость резания и подача стола имеют общее направление).

При встречном фрезеровании процесс резания начинается без нагрузки на режущую кромку, поэтому происходит пластическое деформирование материала заготовки и его упрочнение, а в результате — сильному износу пластин. Попутное фрезерование лишено этого недостатка.

При использовании попутного фрезерования устанавливайте ширину фрезерования около двух третей от ширины фрезы. В этом случае при врезании пластин не будет происходить пластическое деформирование материала заготовки.

Измените ширину фрезерования и попытайтесь определить экспериментальным путем, какое соотношение между диаметром фрезы и шириной фрезерования является оптимальным для конкретного станка и фрезы. В процессе измерения этого соотношения шероховатость обработанной поверхности изменится.

Уменьшая ширину фрезерования до половины диаметра фрезы, вы также провоцируете пластическое деформирование материала заготовки из-за уменьшения толщины стружки. В таком случае рекомендуют увеличить подачу на зуб фрезы, в этом случае стойкость инструмента и производительность возрастут. При чистовом фрезеровании значение подачи приводится в соответствие с требуемым качеством поверхности.

Оценка результата

Для оценки производительности торцевого фрезерования при сравнении вариантов вычисляют объем материала, удаляемого в единицу времени при достижении приемлемых результатов с точки зрения качества. Для этого необходимо перемножить ширину фрезерования, глубину фрезерования и минутную подачу стола. В результате получается величина с размерностью мм3/мин.

Существует множество типов торцевых фрез, поэтому внимательно подходите к их выбору. Лучше всего обратиться к специалистам в области инструмента и технологии металлообработки, тогда вы не потратите время и деньги зря.