Фрезерование: виды и особенности процесса.

О чем речь? Фрезерование – обработка металла резанием, в ходе которой заготовке придаются заданная форма и размеры. Благодаря ей можно нарезать детали, сверлить отверстия, наносить узоры на поверхность.

На что обратить внимание? Фрезерование выполняется двумя методами: встречным и попутным. Также процесс классифицируется в зависимости от использованных фрез и может быть фасонным, концевым, торцевым, цилиндрическим. Однако ни один из них не застрахован от проблем в ходе работ. 

Понятие фрезерования

Фрезерование — это механическое удаление верхнего слоя изделия определенной толщины с помощью фрезы. Возможности данного способа:

• распил заготовки на несколько фрагментов;
• шлифовка поверхности специальными насадками, покрытыми абразивными элементами;
• нанесение узоров, орнаментов, выполнение гравировки;
• высверливание отверстий с дальнейшей нарезкой внешней либо внутренней резьбы.

Это — только малая часть того, что можно сделать на фрезеровальном станке. Выбор вида режущего инструмента определяется поставленной задачей, поэтому оператор оборудования с ЧПУ всегда имеет в наличии фрезы разного типа. Угол нарезки определяется углом атаки фрезы. Наиболее распространены торцевые, цилиндрические, фасонные, концевые и зубчатые фрезы. Есть также и другие виды, применяемые для специфической обработки.

За счет своих преимуществ фрезерование приобрело большую популярность. Станки используются для изготовления маленьких и больших деталей для станкостроения, обработки металла, ювелирной отрасли, автомобилестроения.

Фрезерование используется и для фигурной резки алюминия. Этот высокотехнологичный металл широко применяется в электронике, архитектуре, дизайне, благодаря его физическим свойствам (легкости, прочности и другим). На станке с ЧПУ можно проводить не только фигурную обрезку заготовок, но и без заусенцев наносить узоры и гравировку.

Все чаще такой вид обработки используется в работе и с другими материалами. Так, в настоящее время развивается трехмерная фрезеровка пластика. Данная технология применяется для изготовления деталей и корпуса автомобилей.

Преимущества фрезеровки:

• низкая себестоимость;
• универсальность;
• большая скорость обработки.

Методы фрезерования

В работе с материалами используют не только ручное фрезерование и ЧПУ, но и такие виды, как попутная и встречная отделка. Каждый из этих методов обладает своими плюсами и минусами.

Попутная отделка

При таком методе фреза крутится в одном направлении с ходом заготовки.

Плюсы:

• нет необходимости в слишком сильном прикреплении заготовки к столу, так как сталь к станине прикрепляется естественным образом;
• малый износ зубцов режущей кромки, поскольку по ходу движения они практически не затупляются;
• простое отведение стружки, благодаря чему она не попадает под нож;
• плавное срезание припуска и оптимальный уровень шероховатости.

Минусы:

• минимальное количество зазоров;
• необходимость в высокой жесткости заготовки, чтобы предотвратить сильную вибрацию;
• невозможность применения для обдирочных работ — для неподготовленных и грубых поверхностей фрезерование этого типа не подходит;
• затупление лезвия твердыми фрагментами.

Встречная отделка

При таком способе движение фрезы происходит навстречу ходу заготовки. Производительность оборудования при этом увеличивается, однако и степень его износа тоже растет.

Плюсы:

• мягкость резания и невысокая нагрузка на оборудование;
• незначительная деформация сырья и придание прочности материалу.

Минусы:

• невозможность применения скоростных режимов, так как это ведет к быстрому износу;
• необходимость в надежной фиксации детали, так как приложение силы резки идет на отрыв заготовки;
• вероятность попадания стружки в место резки.

Выбор способа зависит от материала и степени подготовки. Первичные работы можно выполнять встречным методом с последующим переходом на попутную обработку. При обработке мягких металлов лучше применять попутный вариант, а для твердых материалов необходим встречный способ.

Виды фрезерования металла

Вид обработки определяется применяемой фрезой. Фрезерование бывает следующих видов:

• Торцевое — позволяет получить нужную форму детали. Таким путем также осуществляется обратное фрезерование торца.
• Концевое — дает возможность сформировать уступы определенного размера в горизонтальной или вертикальной плоскости.
• Цилиндрическое — помогает создать изделие в плоскости в обратном направлении.
• Фасонное — позволяет получать детали неправильной формы.

Кроме этого, в различных направлениях применяются и другие виды фрез для проведения разнообразной обработки. Они многофункциональны и располагают большими возможностями.

Существует классификация фрезерования не только по видам фрез, но и по их положению в станке. Они могут находиться под углом, вертикально или горизонтально.

Оборудование для фрезерования

Используемые для фрезерования станки бывают следующих разновидностей:

• универсальные;
• вертикально-фрезерные;
• горизонтально-фрезерные;
• станки с ЧПУ (числовым программным управлением).

Вертикально-фрезерные станки используются для получения углов, зубчатых колес и пазов в вертикальных и горизонтальных плоскостях. Также на таком оборудовании можно создавать рамочные элементы. На данные станки можно установить концевые, цилиндрические или фасонные фрезы.

На горизонтально-фрезерных станках проводят обработку небольших по размеру деталей. На таком оборудовании можно применять торцевые, угловые, фасонные, концевые и цилиндрические фрезы.

Универсальные станки имеют отличительную особенность — они позволяют сдвигать рабочий стол и консоль по направляющим и изменять угол фрезерования. За счет этого функциональность оборудования значительно расширяется. Для универсальных станков подходят режущие элементы любого типа.

Станки для фрезерования с ЧПУ имеют более высокую производительность и повышенную точность обработки. Работа с заготовками ведется при помощи программы, которая создается отдельно для каждой партии деталей. К недостаткам таких станков можно отнести их высокую стоимость, а также то, что работать с ними могут только квалифицированные специалисты (рабочие и инженеры). Но на крупных производствах, имеющих большой оборот, станки с программным управлением окупаются достаточно быстро.

Некоторые предприятия кроме станков, на которых металл обрабатывается механическим путем, применяют лазерное оборудование. Использование лазерных лучей позволяет получить максимально высокую точность обработки. Такое оборудование стоит дорого и используется для изготовления изделий, которые требуют четкого соответствия необходимым параметрам.

Фрезерование различных металлов

При фрезеровании необходимо учитывать физические и химические свойства металлов, так как они у разных материалов отличаются. От вида металла зависит выбор рабочего режима, фрез, подачи СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости). Особенности фрезерования металла в зависимости от его вида:

• Алюминий. Его сплавы легко подвергаются резанию, поскольку имеют невысокую степень прочности. Эта особенности имеет и свои недостатки. Во-первых, в процессе обработки образуется длинная сливная стружка, которая быстро заполняет канавки концевых фрез. В связи с этим, обработку алюминия проводят с помощью специальных фрез, имеющих широкие стружкоотводящие канавки. Они позволяют быстро и легко отводить стружку. Для уменьшения трения между режущей кромкой и материалом рекомендуется дополнительно применять СОЖ.
• Сталь. Твердость и прочность этого материала зависит от его марки, которая также определяет и особенности фрезерования. Выбор инструмента и настройка режима работы основаны на данном показателе.
• Нержавеющая сталь. Такой металл требует повышенного внимания к выбору, поскольку он имеет низкую теплопроводность и подвержен упрочнению и образованию наклепа.
• Чугун. В его составе находится графит, играющий роль смазки для режущей кромки, поэтому данный металл можно точно и легко обработать фрезерованием. В процессе работы образуется мелкая и ломкая стружка, которая легко отводится из рабочей зоны и не заполняет канавки. Недостатком работы с чугуном являются значительные припуски отливов.

Правильный выбор режущего инструмента и режима фрезерования позволяет обеспечить большую точность и высокую скорость работы с металлом любого вида.

Проблемы при фрезеровании

Проблемы, которые возникают с режущим инструментом:

• Режущее оборудование быстро приходит в негодность. Ускоренный износ режущей кромки может быть связан с тем, что инструмент выбран неверно либо неправильно установлена скорость вращения или есть ошибки в подаче материала для обработки.
• Значительное потемнение режущей кромки. Эта проблема может возникать из-за неправильного подбора инструмента, слишком большой скорости фрезерования, ошибок в установке угла наклона шпинделя, чрезмерного давления фрезы или плохой подготовки поверхности детали.
• Инструмент полностью сломан или работает неправильно. Такое может произойти из-за теплового удара или низкой мощности оборудования. Чтобы этого избежать, нужно использовать воздушное или жидкостное охлаждение для регуляции температуры, смазку рабочей области, а также правильно выбирать само оборудование. Также может произойти поломка фрезы, если не происходит отвода стружки или она удаляется неправильно, так как на инструмент создается повышенная нагрузка.
• Налипание стружки. Такое обычно бывает при работе с мягкими металлами (например, алюминием) при установке фрезы под неправильным углом. Для устранения этой проблемы требуется замена инструмента.

Наиболее распространенные виды повреждения обрабатываемого материала:

• Возникновение наклепа. Так как температура в зоне резания повышается, то металл теряет пластичность и приобретает повышенную прочность. Чтобы этого не было, нужно не забывать использовать современные способы охлаждения.
• Отклонение от вертикального положения. Это обычно случается из-за большого износа режущей кромки или неверной настройки режима фрезерования.
• Потеря цвета и неровности. Часто такие проблемы возникают при неравномерной подаче материала, или при неправильном расчете глубины резки и скорости съема металлического слоя. Для решения проблемы нужно настроить скорость подачи при фрезеровании, а также глубину резания.
• Несоответствие размеров. Обычно это происходит из-за плохого закрепления заготовки, повышенной вибрации, слишком гибкого инструмента или увеличенного периода замены. Чтобы это устранить, нужно как следует закрепить деталь, поставить на оборудование гаситель вибрации и поменять фрезу.

Зная, какие проблемы могут быть при обработке металла, их причину и способы устранения, вы сможете настроить оптимальный режим работы станка, что будет способствовать повышению производительности и улучшению качества готовых изделий.

Часто задаваемые вопросы о фрезеровании

Какое влияние режим оказывает на качество?

Если для фрезерования детали используется устаревший станок, то его нужно будет каждый раз настраивать вручную при изменении типа обработки. В таком случае многое будет зависеть от квалификации специалиста:

• толщина снимаемого за один проход слоя металла;
• частота оборотов шпинделя;
• плавность перемещения заготовки и направление подачи.

Параметры настройки обычно содержатся в таблицах. Но часто расчеты этих значений имеют погрешность, поэтому может получиться так, что готовое изделие не будет соответствовать эталону.

Как осуществляется фрезерование?

Весь процесс проходит в несколько этапов:

• подводят заготовку, которую нужно обработать, к крутящейся фрезе;
• отводят стол и отключают шпиндель, так как его вращение на данном этапе запрещено;
• устанавливают глубину резания;
• включают шпиндель;
• подводят деталь к фрезе.

По каким признакам классифицируют фрезы?

Фрезы разделяют по группам в соответствии со следующими параметрами:

• по конструкции — они бывают цельные и сборные;
• по направлению и строению зубьев;
• по способу закрепления режущих элементов;
• по расположению зубьев и режущих кромок;
• по материалу, из которого выполнены режущие элементы.