Фрезерование торцевыми фрезами

Для обеспечения высокого качества, производительности и низкой себестоимости металлообработки при фрезеровании торцевыми фрезами, необходимо обратить внимание на некоторые практические и теоретические аспекты, рассматриваемые в этой статье.

     Для начала необходимо определиться с типом обработки: будет это черновое фрезерование, при котором точность размера и качество поверхности не так важны, или чистовое фрезерование.  Ведь, в первую очередь, от этого будет зависеть выбор инструмента и режимов резания.

     В этой статье рассматривается ряд факторов, которые необходимо принимать во внимание для обеспечения эффективности процесса торцевого фрезерования.

     Выбор корпуса торцевой фрезы

     Стоимость корпуса импортной торцевой фрезы диаметром 100 мм может превышать 15000 рублей, поэтому к его выбору необходимо отнестись весьма серьезно.

     Одним из основных параметров торцевой фрезы является шаг пластин. Например, у торцевой фрезы диаметром 100 мм с крупным шагом может быть 5 пластин, средним – 7 пластин, а мелким – 10 пластин. Количество пластин для того или иного шага различно у разных производителей инструмента и зависит также от конструкции фрезы.

     При черновом фрезеровании на оборудовании с невысокой жесткостью силы резания могут вызвать чрезмерные вибрации, уменьшающие стойкость инструмента. Уменьшение стойкости инструмента выражается в появлении выкрашиваний, которые могут привести к поломке пластины, и, в свою очередь, к повреждению корпуса фрезы.

     Применение фрез с крупным шагом пластин позволяет снизить необходимую мощность станка и силы резания. Рекомендуют применять такие фрезы для черновой обработки на станках, оснащенных шпинделями с конусами 30 и 40.

     Применение фрез с крупным шагом также обосновано при обработке материалов, дающих сливную стружку. Так как места для размещения стружки больше, практически полностью исключается возможность её повторного перерезания.

     При чистовом фрезеровании меньше как глубина резания (около 0,25-0,5 мм), так и подача на зуб (около 0,05-0,15 мм/зуб). Так как не требуется такая высокая мощность станка, как для чернового фрезерования, становится возможным применение торцевых фрез с мелким шагом пластин. Большее количество пластин позволяет вести обработку с большей минутной подачей стола, хотя подача на зуб фрезы невелика. Проблем с размещением стружки также, как правило, не возникает из-за небольшой глубины резания.

     Выбор пластин

     Выбор пластин зависит от типа обработки. Иногда следует выбирать шлифованные (с большей точностью и остротой режущей кромки), а иногда нешлифованные пластины. Для чернового фрезерования рекомендуют использовать нешлифованные пластины: их режущая кромка снабжена защитной фаской, что придает ей дополнительную прочность при обработке с большой глубиной резания и подачей. Кроме того стоимость их меньше, чем шлифованных пластин. В общем случае, нешлифованные пластины не обеспечивают такой точности и качества поверхности как шлифованные. Обусловлено это и невысокой точностью самих пластин, которые имеют разный вылет относительно корпуса фрезы. Для чистового фрезерования рекомендуют выбирать шлифованные пластины, обеспечивающие высокую размерную точность, а также качество поверхности. Геометрия передней поверхности шлифованных пластин отличается высокой остротой, необходимой для обеспечения процесса резания при небольшой глубине фрезерования. Если остроты режущей кромки недостаточно, то происходит пластическое деформирование металла, что приводит к ухудшению качества обрабатываемой поверхности и интенсивному износу инструмента.

     Для обеспечения высокого качества поверхности при фрезеровании рекомендуют использовать зачистные пластины (технология Wiper). В корпус фрезы вместе с обычными пластинами устанавливается одна зачистная, выступающая из корпуса в осевом направлении. Благодаря этому существенно улучшается качество обработанной поверхности. Технология Wiper также используется при производстве инструмента для точения, отрезки и обработки канавок.

     Износостойкие покрытия и СОЖ

     По поводу использования СОЖ при фрезеровании существуют различные мнения.

     При использовании фрезы большого диаметра тяжело обеспечить обильный подвод СОЖ в зону резания, ведь сама зона резания достаточно велика. Периодический нагрев и охлаждение пластины могут привести к появлению термических трещин и поломке пластины, и вероятному повреждению корпуса фрезы. Современные инструментальные покрытия  позволяют вести фрезерование без СОЖ с минимальным риском образования термических трещин. Некоторые покрытия, например TiAlN становятся тверже при повышении температуры.

     Важным аргументом за фрезерование без СОЖ является то, что оператор наблюдает за стружкообразованием, видит форму и цвет стружки, а это позволяет ему сделать вывод о правильности выбора режимов резания. Так как материалы имеют различный состав и структуру, они по-разному реагируют на тепловое воздействие. Например, при обработке углеродистой стали с правильно выбранной скоростью на самом деле образуется коричневая стружка. При повышенной температуре углерод вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха, и стружка приобретает синий цвет – именное его мы и видим в результате обработки. Если стружка имеет черный цвет, необходимо 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.

     Для предотвращения образования наростов при обработке нержавеющей стали, все же необходимо определенное количества теплоты, выделение которой достигается путем подбора оптимальной скорости резания. При слишком быстром охлаждении стружки (это случается при применении СОЖ) материал детали налипает на режущую кромку, а потом отрывается, в результате возможно повреждение режущей кромки. При слишком большой подаче также возможны проблемы с наростообразованием. При слишком низкой подаче возможно пластическое деформирование заготовки.

     Основной задачей при фрезеровании без СОЖ является подбор таких режимов резания, чтобы основная часть тепла переходила в стружку. Но при обработке легковоспламеняющихся материалов, таких как магний, лучше применять СОЖ и держать огнетушитель под рукой.

     И наконец, при обработке без СОЖ важно наносить небольшое количество смазки на посадочные поверхности пластин и винты, но слишком усердствовать не стоит, так как это может привести к увеличению 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). Но рекомендуют использовать метод попутного фрезерования (скорость резания и подача стола направлены в одну сторону).
     
     В пользу попутного фрезерования приводят следующий довод: при встречном фрезеровании процесс резания начинается без нагрузки на режущую кромку, поэтому фактически происходит пластическое деформирование материала заготовки и его упрочнение, что приводит к чрезмерному износу пластин.

     Используйте попутное фрезерование, при этом устанавливайте ширину фрезерования около двух третей от ширины фрезы, тогда при врезании пластин не будет происходить пластическое деформирование материала заготовки. Далее попробуйте изменить ширину фрезерования и определить экспериментальным путем, какое соотношение между диаметром фрезы и шириной фрезерования является оптимальным для конкретного станка и фрезы. При этом также можно наблюдать изменение шероховатости обработанной поверхности.

     При уменьшении ширины фрезерования до половины диаметра фрезы также начинается пластическое деформирование материала заготовки из-за уменьшения толщины стружки. В таком случае рекомендуют увеличить подачу на зуб фрезы, при этом возрастет стойкость инструмента, а также производительность.  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.

     Генеральный директор компании Мир Станочника, Дмитрий Тренев.