Фрезеровка алюминия на станке с ЧПУ: Секреты и техники

Минусы и плюсы обработки алюминия на фрезерном станке

Данный материал отличается высокой пластичностью. Это хорошее качество. Но, при выполнении фрезеровки, именно оно является серьёзной предпосылкой к повреждению заготовки. Появлению на ней вмятин, рисок, иных дефектов, которые весьма заметны на продукции.

Испортить металлическую заготовку возможно даже на этапе её фиксации к рабочему столу последнего.

Именно поэтому рекомендовано все алюминиевые заготовки фиксировать не механическими прижимами, а с использованием специальных вакуумных столов.

Подобное решение является безальтернативным при выполнении гравировальных работ, нанесении различных изображений на тонкую и сверхтонкую фольгу. Механически закрепить её невозможно чисто физически.

Из-за высокой вероятности возникновения дефектов на заготовке, в процессе её обработки, алюминий весьма чувствителен к воздействиям малейших вибраций станка и обрабатывающего инструмента. Это обязательно требуется учитывать. Так как, при ошибочном подборе режима фрезерования, либо применении неправильно закрепленных (разбалансированных) цанги, фрезы, готовая поверхность выполненного реза может получиться замятой. Деталь пойдет в брак.

Таблица: скорость резания материалов

В таблицу внесены общие значения для большинства станочных приборов, но они могут выходить за указанные рамки в зависимости от модификации фрезерных станков и особенностей материала. Например, для фанеры характерен более низкий показатель жесткости, чем имеет древесина, поэтому стандартные значения скорости не подойдут.

Тонкости режимов фрезерования

Податливость Al, вопреки бытующему мнению, вовсе не означает, что обрабатывать его просто и легко на любых выбранных режимах реза, включая предельные.

Высока вероятность возникновения, даже при умеренных скоростях фрезерования, ситуаций, когда металлическая стружка наглухо забивает имеющиеся у фрезы канавки. Инструмент выходит из строя.

С целью исключения вероятности возникновения подобных ситуаций требуется:

• выполнять работы «правильными» фрезами, с необходимым числом зубьев и канавок;
• использовать СОЖ;
• грамотно выбирать требуемые режимы фрезерования.

Все это достигается, в первую очередь, строгим выполнением рекомендаций изготовителей станков и фрез.
Ещё одна особенность. По умолчанию определение «алюминий» является собирательным. Оно распространяется на все сплавы, производимые на основе данного металла. Специфика их обработки может различаться весьма существенно.

Пример. «Мягкий» АМГ и дюралюминий требуют собственных режимов обработки. Последние подбираются с учётом существ3ующих требований к финишному качеству выпускаемой детали и параметров станка.

Нагрев и смазывание

При повышении температуры и налипании стружки фреза утрачивает свои эксплуатационные характеристики, и работает хуже. Чтобы избежать поломки, нанесения вреда древесине или другим материалами, рекомендуется смазывать рабочие механизмы.

Необходимы к использованию:

• спирт и специальные эмульсии – при резке или сверлении алюминия и цветных металлов;
• мыльная вода – при обработке деталей, в составе которых имеется плексиглас.

При этом необходимо контролировать подачу и ее скорость. Определение оптимальных значений осуществляется в зависимости от материала и его толщины. Для настройки нужного показателя следует пользоваться значениями из таблицы.

Высокоскоростная обработка алюминия (ВСО)

Фрезерование алюминия, востребованная и одна из наиболее простых технологий его обработки. Установленная фреза, снимая слой металла заданной толщины, придаёт обрабатываемой заготовке необходимую форму, размеры.

Применение современных моделей с ЧПУ обеспечивает гарантированное выполнение обработки с max точной реализацией самых мелких элементов, получить 2D или 3D рельеф любой степени сложности. Все изображения прорабатываются детально и чётко.

Экономическая эффективность различных технологий может различаться достаточно существенно. ВСО является, на данный момент, наиболее действенным способом обработки алюминиевых заготовок. Объясняется это тем, что высокое число оборотов шпинделя органично сочетается с возможностью увеличения (на таких режимах) глубины реза. Пример. Для стали этот показатель не меняется.

В целом ряде ситуаций экономически более целесообразным является вариант изготовления одной детали (со значительным процентом отходов обработки), чем выкраивание нескольких деталей из того же объёма материала. именно этим объясняется востребованность при обработке режимов ВСО.

Выбор оборудования для обработки алюминия

Детали из алюминия, которые получены с использованием станков с ЧПУ, отличаются высокой точностью и могут поставляться на производства, работающие в авиационной, военной или космической сфере. Компактные модели, позволяющие оптимизировать технологический процесс, нередко приобретаются и автомобильными мастерскими.

Фрезерный станок ЧПУ SolidCraft CNC-3040 Light (300Вт)

• Электропитание 110В/220В
• Размеры, мм 610 х 490 х 390
• Программное обеспечение Mach3, Emc2

• Количество оборотов шпинделя 11000 об./мин
• Мощность шпинделя 300 Вт
• Осей 3
• Повторяемость 0.05 мм
• Рабочая подача 4000 мм/мин
• Рабочая скорость, мм/мин 300-3000
• Рабочее поле 390 х 280 х 55 мм
• Формат файла gcode, nc, ncc, tab, txt
• Тип двигателя шаговый 57/1. 8A

• Цена 78 348 руб.

Перейти к товару

Фрезерный станок с ЧПУ – высокоточное устройство, которое может гарантировать максимально эффективную обработку деталей и обеспечивать идеальную гладкость поверхности. Технология позволяет подобрать оптимальную скорость обработки за счет синхронизации действий рабочего инструмента. Все это позволяет также сократить временные затраты на выполнение операций (в сравнении со стандартными методами).

Важной конструктивной деталью обрабатывающего устройства при работе с алюминием является вакуумный стол. Он позволяет обеспечить эффективное крепление деталей и исключить риск случайного сдвига заготовок под воздействием фрезы.

«Гладко было на бумаге…»

Безусловная привлекательность тандемной технологии, ВСО + увеличенная глубина реза, содержит свою «ложку дёгтя». Это проблема возрастания вибрации. Явление это неизбежное и весьма нежелательное. И бороться с ним методами традиционными не получится. Обеспечения высокой жёсткости четырёхзвенной системы, включающей станок, приспособление для фиксации, обрабатывающий инструмент, заготовку уже недостаточно.

Требуется обязательный учёт гармонического закона, согласно которому колеблется фреза, шпиндель. Проще говоря, требуется учитывать, кроме статической, также динамические характеристики возникающих вибраций.

Пример. Теоретические выкладки, подтвержденные практикой, показывают – ВСО обработку Al деталей лучше всего выполнять концевой фрезой, имеющей 3 спиральных канавки. Увеличение их количества снижает эффективность удаления стружки в силу сокращения сечения каждой канавки пропорционально росту их количества.

Обратный вариант, уменьшить их число до 2, тоже не проходит. Он приведёт к росту нежелательных гармоник. Это обусловлено следующим. Частота, с которой колеблется фреза, перестаёт совпадать с числом ударов, которые совершает по детали пара режущих кромок (при частоте вращения шпинделя, достигающих 20000 об/мин).

Оценить оптимальную скорость его вращения позволяют специальные программные продукты. Они позволяют оценить тональность собственных колебаний устройства. Для этого проводится «прослушивание» системы станок – инструмент. Задачу решает подключенный к ПК микрофон специальной конструкции.

Факторы, влияющие на работу станка

Выбор подходящих режимов зависит от целого ряда факторов. Для ЧПУ станка фрезерного типа самыми важными факторами являются:

• скорость подачи и вращения шпинделя – допустимая норма рассчитывается в зависимости от возможностей режущего станка, типа обрабатываемого материала, а также сложности детали;
• ширина фрезерования – этот показатель настраивается на основе размеров обрабатываемой детали (точные данные можно найти в чертеже);
• глубина фрезерования – зависит от количества проходов фрезы (при простой фрезеровке на станке обычно достаточно одного прохода);
• скорость резания – показатель высчитывается на основе расстояния, которое проходит фреза по дереву или другому материалу в течение одной минуты (скорость также выставляется в зависимости от технических параметров заготовки);
• подача – показатель перемещения шпинделя по трем осям;
• подача в одну минуту – рассчитывается для определения времени, которое потребуется шпинделю на выполнение поставленной задачи.

Для настройки режимов и получения нужной информации рекомендуется пользоваться инструкцией к станку, а также допустимыми значениями и характеристиками обрабатываемых материалов в таблицах.

Особенности фрезеровки алюминия

При большом количестве плюсов, у него есть и несколько минусов, из-за которых алюминий и его сплавы являются одними из самых сложных в обработке на фрезерном станке.

• Во-первых, несмотря на свою мягкость и податливость при резке, он склонен к излишнему стружкообразованию. Длинная стружка, которая образуется в процессе фрезерования, забивает собой канавки фрезы и обматывает режущий инструмент. Это может привести не только к нарушению оттока тепла из зоны реза, но и к затуплению и поломке фрезы/сверла.

Концевая фреза, обмотанная алюминиевой стружкой

• Во-вторых, во время фрезеровки алюминия происходит так называемое наростообразование – наплавление мелких частиц на кромку инструмента. Это забивает канавки и затрудняет отвод стружки. Кроме того, такая наплавка вызывает перегрев и дисбаланс режущего элемента, что может привести к заклиниванию оборудования и выводу его из строя.

Наплавление алюминия на режущей кромке фрезы

Для минимизации последствий фрезеровки алюминия рекомендуется использовать только максимально остро заточенные двух- и трехзаходные фрезы, выполненные из твердосплавных материалов.

Выбор фрезы

Настройка нужных режимов во многом зависит от характеристик используемой режущей фрезы. Наиболее подходящий вариант – цельно твёрдосплавная фреза большого диаметра. Она имеет высокую стоимость, но обладает целым рядом преимуществ:

• высокий показатель точности;
• качественный отвод тепла;
• высокая скорость резания и подачи.

Для конкретной модели станка необходимо использовать фрезы, изготовленные производителем. Менее дорогостоящие ручные варианты могут лишь нанести вред станочному прибору.

Таблицы: скорость подачи

Значения в таблице указывают минимальный и максимальный показатели, на которых фрезерные станки могут исправно резать без риска возникновения сбоев.