Фрезерование отверстий: особенности и этапы

О чем речь? Фрезерование отверстий – технология создания вращающимся режущим инструментов полости заданной формы. Считается лучшим решением, нежели сверление, так как в ходе работ не возникает проблем с отведением стружки и нагревом заготовки.

Что учесть? В ходе фрезерования отверстий весь процесс проходит в несколько этапов: от вскрытия кармана до расширения выборки. Их количество варьируется от вида заготовки, многофункциональности станка с ЧПУ и сложности чертежа.

Особенности создания отверстий

На производстве самым распространенным методом формирования в деталях отверстий является сверление. Однако в некоторых случаях этот способ недостаточно эффективен. Тип структуры и характеристики материала значительно влияют на выбор технологии резки.

Например, стружка плохо отходит, происходит нагрев зоны контакта инструмента и заготовки. Сверление обеспечит максимальную производительность, но иногда оправдано применение альтернативной технологической операции. Винтовое интерполяционное врезание используют при:

• фрезеровании отверстий некруглого поперечного сечения;
• обработке несквозных отверстий;
• резании тонких заготовок, материал которых имеет низкий коэффициент прочности;
• отсутствии возможности применения системы подачи охлаждающей жидкости;
• мелкосерийном производстве или изготовление штучных изделий и т. д.

Если требуется расширить отверстие, используются способы круговой и винтовой интерполяции.

Преимущества фрезерования отверстий на станках с ЧПУ

Фрезерование – это способ обработки материала на специальном станке при помощи вращающегося инструмента, имеющего несколько режущих кромок. Формирование отверстия происходит при помощи фрезы путем удаления слоя с поверхности заготовки таким образом, чтобы образовалась полость заданного размера и формы.

Фрезерование отверстий на станках с ЧПУ удобно производить группами. При этом может быть задействовано несколько режимов:

• Каждое отверстие формируется от начала и до достижения нужного результата, после чего производится обработка следующей заготовки.
• В соответствии с технологической картой происходит сортировка болванок для проведения одинакового воздействия при помощи одного инструмента. Затем происходит замена фрезы и переналадка станка (при необходимости) и опять все детали последовательно подвергаются обработке до достижения необходимого результата.

Для повышения производительности и снижения количества отходов технологами могут быть предложены иные схемы фрезерования отверстий в металлических болванках.

Использование станков с ЧПУ дает ряд существенных преимуществ:

• Программирование технологических операций позволяет оптимизировать процесс обработки резанием. При этом учитывается целый комплекс влияющих факторов.
• Участие оператора сводится к минимуму. Значит, уменьшается риск ошибок антропогенного характера.
• Автоматизация процесса приводит к увеличению производительности и снижению себестоимости выпуска единицы продукции.

В зависимости от заданного квалитета точности и шероховатости поверхности, разработаны и применяются следующие методы фрезерования отверстий и карманов в заготовках:

• Плунжерное.
• Линейное. Врезание кромки происходит в двух осях под углом.
• Расточка отверстия меньшего диаметра при помощи фрезы.
• Обработка с ограниченным пятном контакта.
• Фрезерование с осевым врезанием.
• Винтовая интерполяция.
• Резание острых углов и закрытых карманов.
• Наружная круговая интерполяция.

Этапы фрезерования отверстий

Последовательность и количество стадий при фрезеровании отверстий концевой фрезой на разных режимах резания может отличаться. Тем не менее можно выделить следующие этапы:

Формирование полости в цельной заготовке

Обработка производится методом линейного фрезерования с осевой подачей (или под углом).

• Вскрытие кармана.

В этом случае линейное фрезерование с подачей под углом (в двух осях) является оптимальным выбором по сравнению с обработкой при осевой подаче, приводящей к образованию длинной стружки и возникновению чрезмерной нагрузки на кромки инструмента.

• Вскрытие отверстия или выборка материала.

Для решения этой задачи применяется классическое сверление, фрезерование с подачей под углом или винтовая интерполяция.

Использование сверла при обработке некоторых материалов может быть затруднено, так как возникают проблемы с правильным отводом стружки. К тому же требуется частая переналадка при формировании отверстий разного диаметра или полостей с некруглым сечением.

Винтовое врезание (в трех осях) может быть эффективно при:

• формировании проходов большого диаметра на маломощных станках;
• фрезеровании отверстий с разными размерами;
• обработке тонких заготовок из материалов пониженной прочности;
• создании несквозных отверстий;
• дискретном (прерывистом) резании;
• затрудненном отводе стружки из пятна контакта;
• невозможности применения (или отсутствии) системы подачи охлаждающей жидкости;
• фрезеровании выборок или карманов, имеющих сечение, отличающееся от круглого.

Этот метод обработки материалов резанием весьма эффективен при мелкосерийном производстве. Часто винтовое врезание применяется для формирования просвета диаметром более 25 мм при количестве однотипных операций менее 500.

Расширение отверстия или выборки

Самые популярные способы – растачивание, винтовая или круговая интерполяция.

• Расширение.

Оптимальным методом будет использование сверла большего диаметра. Тем не менее, иногда целесообразнее применить фрезерование (винтовую или круговую интерполяцию). Если толщина заготовки больше максимального значения осевой глубины резания и при возникновении риска сильной вибрации, винтовая обработка становится практически безальтернативной. Ведь так вход кромки под углом дает хорошие результаты для сохранения качества поверхности. Оба вида интерполяции снижают риск возникновения эксцентриситета.

• Расширение выборки.

Перед тем как приступить к внутреннему или плунжерному фрезерованию уступов, необходимо просверлить отверстие заданного диаметра. Обработка с врезанием под углом может проводиться сразу на цельной (сплошной) заготовке:

• Подача фрезы под углом (в трех осях) – предпочтительный вариант при выборе режима, потому что оптимально подходит для резания отверстий заготовок, имеющих сложный профиль. Количество переналадок сводится к минимуму и обработку можно проводить одним инструментом. И возникающая вибрация находится в допустимых пределах.
• Плунжерное фрезерование полезно при работе с большими вылетами и/или глубокими полостями.
• Внутреннее фрезерование уступов производится быстрее предыдущего, но для достижения необходимого результата потребуется тщательное нестандартное программирование.



• Фрезерование остаточного припуска.

По завершении черновой выборки материала требуется дополнительная обработка поверхности. Чтобы убрать остаточный припуск, применяется плунжерное фрезерование инструментом, имеющим малый диаметр. Альтернативный простой метод – это фрезерование отверстий с небольшим пятном контакта. При обработке пазов, канавок иногда используется трохоидальное.

Вскрытие или расширение выборки и кармана

Для решения этой задачи разработаны два основных метода:

• Винтовая интерполяция (в трех осях).

В качестве режущего инструмента выступает фреза с режущими кромками, расположенными под небольшим углом к оси вращения.

Метод дает возможность достичь высокой производительности и превосходного качества поверхности. Этот способ предпочтителен для работы на станках с небольшим уровнем стабильности (по классификации ISO 40), а также при создании выборок профилированными поверхностями, таких как штампы и пресс-формы.

• Круговое фрезерование (в двух осях).

Предварительно в детали при помощи сверла формируется отверстие меньшего диаметра. А затем производится обработка уступов концевой фрезой (или с длинной кромкой). Эта технология широко применяется в авиастроении при резании заготовок из титановых сплавов.

В технологических картах учитывается много факторов, влияющих на качество готового изделия. Главные характеристиками при выборе режима: тип фрезы; скорость и глубина прохода; подача.

Часто задаваемые вопросы о фрезеровании отверстий

По какому принципу осуществляется фрезерование отверстий в заготовках из металла?

Обработка резанием – это главный метод послойного удаления объемов материала для придания детали заданных размеров и конфигурации. Фрезы – специальные резцы, имеющие несколько кромок и вращающиеся с определенной угловой скоростью. При контакте с поверхностью происходит постепенное извлечение из тела болванки определенного объема вещества (металла, пластика и т. д.) При увеличении подачи формируется отверстие нужного диаметра.

Существует много разновидностей фрез, отличающихся формой, размерами и материалом изготовления. Для работы по металлу обычно применяются цилиндрические, конические и шарообразные инструменты. Каждая из разновидностей используется при формировании отверстий, имеющих разные требования к точности, форме и качеству поверхности.

Какова область применения фрезерования отверстий в металлических деталях?

Такая обработка присутствует практически на любом производстве по выпуску изделий из стали. Детали, к качеству которых предъявляются повышенные требования, изготавливаются на судостроительных, автомобильных, ремонтных заводах и в других отраслях. Фрезерование позволяет получить отверстия с заданным квалитетом точности, что очень важно при дальнейшей сборке агрегатов и механизмов.



Какова специфика фрезерования отверстий по спирали?

По виду спиральные фрезы имеют много общего с обычным сверлом. Но у некоторых их типов имеется несколько режущих кромок и специальные канавки, по которым отводится стружка, образующаяся при обработке заготовки. Угол заточки – наклонный.

Преимущества:

• незначительный уровень вибрации;
• высокое качество среза;
• долговечность и надежность;
• хороший стружкоотвод.

Область применения:

• формирование глубоких пазов и канавок под дверные и мебельные замки;
• копирование;
• раскрой по готовым лекалам;
• чистовая обработка кромки.

Фрезерование отверстий в стальных и чугунных заготовках – это ответственный комплексный технологический процесс, который получил самое широкое распространение в промышленности. В отличие от классического засверливания, высокопроизводительной обработке могут быть подвергнуты сложные по форме заготовки. Этот способ резания позволяет получить высокое качество и точность.