Понятие о фрезерной обработке металла

Для фрезерной обработки металла наиболее важное значение имеет фреза. Она как режущий инструмент похожа на обычное сверло, правда, заточенное под другим углом, или на дисковую пилу тоже необычной формы. Иногда одновременно могут работать две такие «дисковые пилы» или даже три. На выставке представлены различные варианты.

Размеры и форма фрез стандартизованы, однако для нестандартных отверстий и выемок приходится изготавливать специальные (фасонные) фрезы.

В зависимости от расположения в пространстве оси режущего инструмента – фрезы – станки бывают горизонтально-фрезерные и вертикально-фрезерные. Это значит, что шпиндель (устройство для зажима фрезы) расположен на станке горизонтально или вертикально. Есть и универсальные станки с возможностью горизонтального и вертикального фрезерования. В них шпиндель можно повернуть из вертикального положения в горизонтальное и любое промежуточное.

А если необходимо выполнить длинную фаску под углом, например, 45° к горизонтали, можно повернуть вертикальный шпиндель на этот угол и выполнить фрезерование поверхности. Рабочий процесс фрезерования состоит во вращении фрезы и движении заготовки в тисках или в другом зажимном приспособлении.

Фреза имеет несколько режущих граней, поэтому снимаемая стружка всегда имеет конечную небольшую длину. Отлетающая от фрезы стружка имеет довольно приличную скорость, поэтому всегда нужно от неё защищаться.


Попутное и встречное фрезерование

Когда происходит собственно фрезерование, вращательное движение режущей грани может совпадать с направлением движения заготовки (попутное фрезерование), а может и не совпадать (встречное фрезерование).

Если на наждаке затачивать кухонный нож, то при движении ножа вверх относительно камня, навстречу его вращения, точение будет встречным, а при движении ножа вниз – попутным. Так же и при фрезеровании.

Преимущества и недостатки есть и у попутного и у встречного способов фрезерования, их учитывает технолог при составлении карты процесса.

Попутное фрезерование позволяет получить высокий класс шероховатости поверхности, так как заготовка прижимается к станине. Зажимное усилие заготовки требуется меньшее. Стружке есть возможность свободного выхода после режущей грани.
Однако при фрезеровании грубых неоднородных поверхностей, например, после отливки или штамповки, очень быстро затупляется фреза. Да и станок должен быть новый, неизношенный, не допускающий вибрации при работе. При встречном фрезеровании нагрузка на станок становится плавной даже при обработке литья. Обработанная поверхность будет прочнее, так как фреза, деформируя металл, ещё и уплотнит его.

Но инструмент при встречном фрезеровании стремится оторвать заготовку от зажимного устройства, следовательно, нужно заготовку более надёжно закрепить. Кроме того, вылетевшая стружка может попасть обратно в зону резания и царапать, то есть повреждать, обработанную поверхность.

Выбор способа фрезерования зависит от формы детали, так как при сложной форме часть поверхностей лучше фрезеровать попутным методом, а часть встречным.

При литье, ковке, штамповке не всегда удаётся получить деталь нужного размера и заданной шероховатости. Поэтому фрезерование как один из способов обработки металлов резанием всегда будет существовать, чтобы из цеха вышла деталь, полностью соответствующая чертежу.


Сложные и простые станки

Количество выпускаемых изделий определяет порядок фрезерования деталей. Если деталей немного, то большую часть фрезерной обработки металла выполняют на одном сложном станке. И он должен быть универсальным.

Если же нужно серийное или массовое производство, то для обработки используют более простые станки, но в большем количестве. Это и вертикальные, и горизонтальные фрезерные станки.

Между станками устраивают конвейер для перемещения деталей и, соответственно, ускорения производственного процесса.


Основные виды фрез

На фрезерных станках используют несколько видов фрез: цилиндрические, торцовые, дисковые, угловые, т-образные, фасонные. Выбор фрез зависит от поставленной задачи.

Когда нужно отфрезеровать какую-то длинную грань детали, например, уменьшить высоту одного из ребер швеллера, используют цилиндрическую фрезу. Она похожа на вращающийся горизонтальный валик с вырезанными в нём канавками. Эти-то канавки, заточенные под нужным углом, и срезают припуск металла на заготовке.

Торцовая фреза похожа на сверло большого диаметра и маленькой длины. На торце по всему диаметру фрезы закреплены небольшие резцы, от 5 штук и более. Резцы заточены и выставлены на одинаковую глубину. Такой фрезой можно, например, выфрезеровать место посадки транзистора на алюминиевой заготовке радиатора.

Для улучшения процесса резания шаг установки резцов на фрезе делают неодинаковым. Резание идёт лучше.
Дисковая фреза действительно похожа на дисковую пилу. Да и выполняемые задачи одинаковы – выполнить продольную канавку на детали. Фреза вращается вокруг горизонтальной оси и относительно неё движется заготовка. Обычно канавку получают за один проход.

Угловая фреза в режущей части похожа на 2 усечённых конуса, соединённых вместе. Угол при вершине этих конусов соответствует требуемому углу канавки на детали. На наружной поверхности этой фрезы сделаны режущие зубья, если фреза выполнена целиком из быстрорежущей стали. А если резать необходимо твёрдый материал, применяют вставные резцы из победитового сплава.

Т-образная фреза необходима для прорезания т-образного паза в заготовке, например, для установки болта так, чтобы он не мог проворачиваться и в то же время держался в пазу. Форма этой фрезы соответствует названию. Она похожа на короткое сверло большого диаметра с проточенной шейкой. Работа этой фрезы происходит в затруднённых условиях, поэтому при заточке зубьев фрезы фаску на наружном диаметре срезают через один зуб, а также делают небольшие поднутрения задней грани режущей поверхности.

Фасонная фреза имеет сложный профиль, чтобы за один проход можно было выполнить нужной формы поверхность детали. Например, нужно из бруска металла сделать длинную филёнку (накладку) для двери волнообразного профиля.
Следует отметить, что наименования типов фрез не всегда отвечают назначению. Можно, кстати, т-образной фрезой обработать наружную поверхность и получить заданный результат по точности и шероховатости.


Порядок фрезерования

Фрезеровку торца чугунной заготовки можно выполнить в следующей последовательности:

  • на горизонтально-фрезерном станке в шпиндель установить торцевую фрезу,
  • в тиски зажать заготовку,
  • настроить станок на скоростное фрезерование. Пусть подача будет 0,2 мм/зуб. Фреза диаметром 250 мм с твердосплавными резцами ВК8 имеет 14 зубьев. Глубина резания 4 мм, а скорость резания 90 м в минуту. По специальной диаграмме выбирать угловую частоту вращения шпинделя. Она должна быть от 100 об/мин до 125 об/мин. На коробке скоростей станка выбирать 100 об/мин,
  • касанием фрезы края заготовки установить глубину резания,
  • включить двигатель шпинделя и подачу.

Глубину резания выбрать заранее по таблицам. Этой настройки достаточно для скоростного фрезерования заготовки. Охлаждения здесь не понадобится. Но нужно обязательно поставить сетку, защищающую от отлетающих чугунных стружек самого фрезеровщика и проходящих людей.


Возможности фрезерования

Так как при фрезерной обработке металла происходит деформация металлозаготовки, меняются его физические свойства. На поверхности детали твёрдость повышается, возникают внутренние напряжения. Шероховатость поверхности зависит от подачи.

При черновой обработке подача большая – и шероховатость поверхности будет большой. Высота микронеровностей и повторение впадин и высот (микрогеометрия) будет большой. Качество поверхности низкое. Но на то и есть черновая обработка.

Чем меньше подача, меньше скорость резания, лучше отвод тепла охлаждающей жидкостью (сульфофрезол), выше жёсткость системы станок-приспособление-деталь-инструмент (СПДИ) и лучше заточена фреза, тем выше качество поверхности. Шероховатость поверхности колеблется от 3-го до 8-го класса. Высота микронеровностей составляет от 200 мкм при черновой обработке до 0.8 мкм при тонком фрезеровании.

Прогресс в области фрезерования идёт в направлении создания автоматизации управления станком – станки с ЧПУ (числовое программное управление). Также создают новые прочные материалы для резцов из минераллокерамики и синтетические сплавы. Формы режущих элементов становятся более сложными, теплостойкими, лучше отводящими стружку. В мае в Москве состоится международная выставка «Металлообработка», где будут показаны новые металлорежущие, в том числе и фрезерные, станки.


Читайте другие наши статьи:

Технического перевооружения и модернизации оборудования
Производство сварочного оборудования в России
Режущий инструмент по металлу