Рассмотрим некоторые теоретические и эмпирические стороны вопроса фрезеровочных работ, а также затронем проблемы высокого качества и производительности, а также снижения себестоимости при металлообработке фрезерованием посредством торцевых фрез.
Во-первых, следует определить тип обработки, от которого зависит подбор инструмена, а также режимов резки, потому необходимо осуществить выбор соответствующего. К примеру, в случае чернового фрезерования точность размера, а также качество обрабатываемой поверхности, в отличие от чистого фрезерования, не представляют собой важные признаки. Следует знать, что фрезеровочные процессы не обходятся без цанги.
Далее рассмотрим ряд факторов, которые влияют на эффективность процедуры торцевого фрезерования.
Выбираем корпус торцевой фрезы
Корпусы торцевой фрезы от зарубежных производителей имеют довольно высокую стоимость, к примеру, такой корпус с диаметром 100мм стоит порядка 15 тыс. рублей. Следовательно, выбор корпуса должен осуществляться довольно серьезно.
Шаг пластин является одним из наиболее важных параметров, учитываемых при выборе торцевой фрезы. К примеру, у торцевой фрезы с диаметром 100мм, имеющей крупный шаг, может быть пять пластин, при среднем шаге — семь пластин, а при мелком — десять пластин. Разные производители дают возможность выбрать разное число пластин для одного или другого шага. При этом важную роль играют также и конструктивные особенности фрезы.
Оборудование, имеющее небольшую жесткость силы резания, может чрезмерно вибрировать в ходе чернового фрезерования. Подобные вибрации могут понизить стойкость инструмента, а также нанести вред шпинделю.
В случае, когда снижается стойкость инструмента, возникают характерные признаки — выкравшивания. Подобные выкрашивания зачастую ломают пластину, а также непосредственно корпус фрезы. В случае применения фрезы, имеющей крупный шаг пластин, снижают мощность станка, а также силу резания.
Рекомендуется применять подобные фрезы для черновой отделки на станках со шпинделями с конусами 30,40. Зачастую при обработке материалов со сливной стружкой используют фрезы, имеющие крупный шаг пластин. Тогда места для стружки имеется намного больше, и вероятность, что произойдет повторное ее перерезание, сводится к нулю.
Чистовое фрезерование представляет совершенно другой процесс. Гораздо меньше, нежели при черновой фрезеровке, глубина резания (порядка 0,25-0,5мм), а также подача на зуб (порядка 0,05-0,15мм/зуб).
При этом нет необходимости в высокой мощности станка, как в случае чернового фрезерования, а потому можно использовать торцевые фрезы, имеющие мелкий шаг пластин. Чем число пластин больше, тем больше минутная подача стола при обработке, но на зуб фрезы скорость подачи небольшая. Неглубокая резка также исключает возникновение проблем с размещением стружки.
Станочная мощность напрямую зависит от скорости и качества шпинделя.
Выбор пластин
В зависимости от типа обработки, выбирают соответствующие пластины.
В определенных случаях необходимо выбирать шлифованные, имеющие большую точность и остроту режущей кромки, в других — нешлифованные пластины.
В случае чернового фрезерования рекомендуется применять нешлифованные пластины, поскольку их режущая кромка имеет защитную фаску. Подобная фаска обеспечивает особую прочность кромке в случае обработки с большой глубиной резания и подачей. К тому же, они имеют меньшую стоимость, нежели шлифованные пластины.
Нешлифованные пластины, как правило, не могут обеспечить столь высокого качества и точности поверхности, как шлифованные, что объясняется невысокой точностью непосредственно самих пластин. Пластины имеют разный вылет по отношению к корпусу фрезы. При чистовом фрезеровании рекомендуется использовать шлифованные пластины, имеющие высокую размерную точность и хорошее качество поверхности.
Шлифованные пластины имеют геометрию передней поверхности высокой остроты, что требуется для обеспечения процедуры резки при малой глубине фрезерования. В случае недостаточно острой кромки, металл пластически деформируется, при этом снижается качество обрабатываемой поверхности и износостойкость самого инструмента.
В целях обеспечения отличного качества поверхности, в ходе работ по фрезерованию лучше применять зачистные пластины (по технологии Wiper). В корпусе фрезы, наряду с обычными пластинами, монтируется одна зачистная, которая выступает из корпуса в осевом направлении, что существенно повышает качество обрабатываемой поверхности. При изготовлении инструмента, применяемого при точении, отрезке и обработке канавок, технологию Wiper также применяют.
Износостойкие покрытия, СОЖ
В вопросах использования СОЖ в процессе фрезерования мнения экспертов расходятся. С учетом величины зоны резания, обеспечение обильного подвода СОЖ с фрезой крупного диаметра весьма трудоемко. Температурные колебания могут привести к образованию термических трещин, а также излому пластины, что приведет к вероятной порче корпуса фрезы.
Сегодня разработаны инструментальные покрытия, позволяющие фрезеровать без СОЖ с наименьшим риском появления термических трещин. Ряд покрытий, к примеру, TiAIN, твердеют при увеличении температуры.
Так как при фрезеровании без применения СОЖ оператор имеет возможность наблюдать за процедурой образования стружки — видит форму, цвет, то, исходя из характеристик стружки, делается вывод о правильности определения режима резки, и фрезерование без СОЖ является предпочтительным.
У разных материалов разный состав, структура, плотность, потому они неодинаково реагируют на воздействие тепла. К примеру, обработка углеродистой стали с верно подобранной скоростью образует коричневую стружку. Температура растет, а далее углерод взаимодействует в ходе химической реакции с кислородом из воздуха. В результате стружка приобретает синий оттенок, который мы видим после обработки. Стружка черного цвета говорит о необходимости снижения скорости резания, поскольку температура в области резания чрезмерно высокая. У нержавеющих сталей низкий коэффициент теплопроводности, поэтому тепло слабо идет в стружку. В случае обработки нержавеющей стали при оптимальном режиме, получается стружка легкого коричневатого оттенка. Если стружка имеет темно-коричневый цвет, следует снизить скорость резания.
Скорость регулируется также с помощью шпинделя.
Для того, чтобы предотвратить возникновение наростов при обработке нержавеющих сталей, необходимо небольшое количество теплоты, которое выделяется при подборе оптимальной скорости резания.
Режущая кромка легко повреждается, к примеру, в процедуре СОЖ наблюдается довольно быстрое охлаждение стружки. Происходит налипание материала детали на режущую кромку, затем он отрывается от кромки и наносит повреждения. Необходимо точно выверять скорость подачи, поскольку большая подача может привести к наростообразованию, а в случае низкой подачи возникает пластическое деформирование заготовки.
Фрезерование без СОЖ требует подбора оптимального режима резки, и основная часть тепла идет в стружку. Однако при обработке материалов, обладающих свойствами легковоспламеняемости, к примеру, магния, лучше использовать СОЖ, при этом следует рядом держать средства противопожарной безопасности — огнетушитель.
В случае обработки материала без СОЖ следует нанести немного смазки на винты и посадочные поверхности пластин. Наносить необходимо с осторожностью, поскольку слишком много смазки может привести к погрешностям монтажа пластин.
Встречное и попутное фрезерование
Основная масса операций торцевого фрезерования, которые выполняются на нежестких станках для фрезерования, проводится методом встречного фрезерования, когда разное направление у скорости резания и подачи стола. Потому рекомендовано применять метод попутного фрезерования, при котором направление скорости резания и подачи стола совпадают.
В случае встречного фрезерования начало процедуры резания происходит без нагрузки на режущую кромку, потому совершается пластическое деформирование заготовочного материала, его упрочнение. Результатом является сильный износ пластин. Фрезерование попутное не имеет такого недостатка.
При применении попутного фрезерования необходимо установить ширину фрезерования порядка двух третьих ширины фрезы. Тогда при врезании пластин пластического деформирования материала заготовки не произойдет.
Изменив ширину фрезерования, следует попытаться определить экспериментально, в каком оптимальном соотношении должны находиться диаметр фрезы и ширина фрезерования для определенного станка и фрезы. В ходе измерения данного соотношения шероховатость поверхности обработки изменится.
Уменьшив ширину фрезерования до ½ диаметра фрезы, можно спровоцировать пластическое деформирование заготовочного материала ввиду уменьшения толщины стружки. Тогда рекомендуется увеличить на зуб фрезы подачу. В результате значительно возрастут производительность и стойкость инструмента. В случае чистового фрезерования, значение подачи должно соответствовать необходимому качеству поверхности.
Оценка результата
При оценке производительности торцевого фрезерования для проведения сравнительного анализа вариантов производят вычисление объема материала, который удаляется в единицу времени при приемлемом качестве. Для этого умножают ширину на глубину фрезерования и на минутную подачу стола. Результатом является величина, имеющая размерность мм3/мин.
Имеются различные типы торцевых фрез, потому следует внимательно подходить к их выбору. Лучше обращаться к специалистам в сфере технологий и инструмента металлообработки, чтобы избежать необоснованной траты времени и денежных средств.