Торцевое фрезерование: торцевая фреза под 45 или 90 градусов?

Что такое торцевое фрезерование? Представьте себе фрезерование стороной концевой фрезы. Общий термин для этого — «периферийное фрезерование». А что, если мы будем резать строго по низу? Технически это торцевое фрезерование, хотя мы обычно называем его так только тогда, когда используется торцевая фреза.

Если вы используете фрезерный станок с ЧПУ, очень распространенной операцией является «Spoilboard Surfacing», и хотя в большинстве CAM фрезы, используемые для Spoilboard Surfacing называются «Spoilboard Cutters», это просто еще одна форма торцевого фрезерования.

Начнем с выбора лучшего типа торцевой фрезы для ваших нужд. Основные параметры Face Mills:

• Их диаметр. Вы получите наилучшее качество поверхности, если диаметр вашей торцевой фрезы будет больше, чем площадь обработки. Но для более крупных торцевых фрез требуются более мощные шпиндели, и они не всегда проходят в более узкие места.
• Количество пластин: чем больше пластин, тем быстрее вы сможете подавать торцевую фрезу. Торцевая фреза только с одной пластиной называется Fly Cutter . Но быстрее не всегда лучше. Если вы не сможете отрегулировать индивидуальную высоту каждой пластины, ваша торцевая фреза с множеством пластин не будет иметь такой гладкой поверхности, как одинарная фреза Fly Cutter.
• Геометрия: это определяется формой пластины, а также тем, как она удерживается в торцевой фрезере.

Давайте посмотрим на вопрос геометрии более внимательно.

Торцевая фреза, 45 или 90 градусов?

Торцевая фреза под 45 или 90 градусов

Во-первых, о чем мы говорим, когда говорим о 45 или 90 градусах? Ответ довольно очевиден из фотографии выше, на которой сравниваются две фрезы Glacern Face Mills . Обратите внимание на угол режущей кромки пластин.

Да! Угол — это угол этой режущей кромки: 45 градусов для торцевой фрезы слева и 90 градусов для правой. Этот угол также называется углом подъема фрезы.

А вот оптимальные рабочие диапазоны для разной геометрии:

Оптимальные рабочие диапазоны для разной геометрии фрез

Так какой из них даст лучшие результаты?

Конечно, если вы можете себе это позволить, хорошо иметь торцевые фрезы под углом 45 и 90 градусов, но каковы плюсы и минусы каждой из них?

За и против

Многие считают, что торцевая фреза под 45 градусов лучше подходит для торцевого фрезерования общего назначения. В пользу этого говорят следующие аргументы:

• Силы резания лучше сбалансированы, поэтому осевые и радиальные силы примерно равны. Снижение радиальных сил, чтобы они были более сбалансированы с осевыми, может не только улучшить качество поверхности, но и более благоприятно сказаться на подшипниках шпинделя.
• Срезание входа и выхода ведет себя лучше — меньше ударов, меньше тенденции к прорыву.
• Режущая кромка под углом 45 градусов лучше всего подходит для сложных резов.
• Лучшая обработка поверхности — 45 градусные оставляют заметно более красивую отделку. Меньшая вибрация, сбалансированные силы и лучшая геометрия входа — это три причины.
• Эффект утонения стружки действует и приводит к более высокой подаче.
• 45 градусные фрезы, как правило, также менее склонны к вибрации.

У торцевых фрез 45 градусов есть и недостатки:

• Уменьшена максимальная глубина резания за счет угла подъема.
• Большой диаметр корпуса может вызвать проблемы с зазором.
• Отсутствие фрезерования углов или уступов под углом 90 градусов
• Может вызвать сколы или заусенцы на выходной стороне вращения фрезы.
• Версия под углом 90 градусов оказывает меньшее поперечное (осевое) усилие, примерно вдвое меньше. Это может дать преимущество, когда речь идет о тонких стенках, потому что передача слишком большого усилия на стену может привести к вибрации материала и другим проблемам. Это также может быть преимуществом, когда сложно или невозможно надежно удерживать деталь в приспособлении.

При этом есть еще вариант фрез с круглыми пластинами (пуговичные фрезы), он сочетает в себе некоторые преимущества каждого двух приведенных выше, а также являются самыми сильными. Так что, если вам приходится иметь дело с грязными материалами, с большим количеством примесей, таких как кремний, лучше всего подойдет именно такая фреза.

Износостойкие покрытия и СОЖ

По поводу использования СОЖ при фрезеровании существуют различные мнения.

При использовании фрезы большого диаметра тяжело обеспечить обильный подвод СОЖ в зону резания, ведь сама зона резания достаточно велика. Периодический нагрев и охлаждение пластины могут привести к появлению термических трещин и поломке пластины, и вероятному повреждению корпуса фрезы. Современные инструментальные покрытия позволяют вести фрезерование без СОЖ с минимальным риском образования термических трещин. Некоторые покрытия, например TiAlN становятся тверже при повышении температуры.

Важным аргументом за фрезерование без СОЖ является то, что оператор наблюдает за стружкообразованием, видит форму и цвет стружки, а это позволяет ему сделать вывод о правильности выбора режимов резания. Так как материалы имеют различный состав и структуру, они по-разному реагируют на тепловое воздействие. Например, при обработке углеродистой стали с правильно выбранной скоростью на самом деле образуется коричневая стружка. При повышенной температуре углерод вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха, и стружка приобретает синий цвет — именное его мы и видим в результате обработки. Если стружка имеет черный цвет, необходимо снизить скорость резания, так как температура в зоне резания слишком высока. Нержавеющие стали имеют низкий коэффициент теплопроводности, и теплота слабо переходит в стружку. При обработке нержавеющей стали на оптимальных режимах стружка имеет легкий коричневатый оттенок. Если стружка становится темно-коричневой, необходимо уменьшить скорость резания.

Для предотвращения образования наростов при обработке нержавеющей стали, все же необходимо определенное количества теплоты, выделение которой достигается путем подбора оптимальной скорости резания. При слишком быстром охлаждении стружки (это случается при применении СОЖ) материал детали налипает на режущую кромку, а потом отрывается, в результате возможно повреждение режущей кромки. При слишком большой подаче также возможны проблемы с наростообразованием. При слишком низкой подаче возможно пластическое деформирование заготовки.

Основной задачей при фрезеровании без СОЖ является подбор таких режимов резания, чтобы основная часть тепла переходила в стружку. Но при обработке легковоспламеняющихся материалов, таких как магний, лучше применять СОЖ и держать огнетушитель под рукой.

И наконец, при обработке без СОЖ важно наносить небольшое количество смазки на посадочные поверхности пластин и винты, но слишком усердствовать не стоит, так как это может привести к увеличению погрешности установки пластин.

Торцевая фреза. Подачи и скорости торцевого фрезерования

Легко рассчитать подачу и скорость для сравнения этих двух решений для торцевого фрезерования с помощью одного из калькуляторов подач и скоростей.

Вот типичная установка для торцевого фрезерования под углом 90 градусов:

Подачи и скорости для торцевой фрезы под 90 градусов

Я выбрал свою машину, материал и тип индексируемого инструмента. Я моделирую небольшую торцевую фрезу диаметром 2 дюйма с 4 пластинами и установил угол подъема на 90 градусов. Моя глубина реза составляет 1/8 дюйма.

Сначала я делаю проход шириной 60%. Это даст лучшее качество и облегчит обработку пластин в твердых материалах, чем проход на всю ширину. Во-вторых, я указал это на сокращение HSM. Это HSM для «высокоскоростной обработки».

Я могу это сделать, так как я буду использовать траекторию, которая плавно входит в разрез, и я буду изгибать конец каждого прохода, чтобы избежать острого угла, а также чтобы не выходить из разреза полностью. Это трюки с траекторией CAM, которые действительно могут помочь вам в уменьшении повреждений инструмента, увеличение качества поверхности, и в этом случае они также позволяют вам выбрать большее увеличение подачи и скорости.

Теперь мы можем проверить торцевую фрезу 45 градусов, просто изменив угол подъема на 45. Давайте предположим, что все остальное останется прежним, вот результаты:

Подачи и скорости для торцевой фрезы под 45 градусов

Ух ты! Посмотрите, скорость удаления материала:

• 34,2 кубических дюйма в минуту для 90 градусов
• 48,4 кубических дюйма в минуту для 45 градусов

Теперь мы видим, почему модели под углом 45 градусов так популярны — это более чем на 40% больше материала, чем удаляется Фрезой с углом 90 градусов. Это определенно довольно быстро окупит новую торцевую фрезу, если вы используете ее для очень многих деталей.

Альтернативы торцевым фрезам под 45 градусов: восьмиугольные, 75-градусные и «пуговичные» фрезы

В свое время восьмиугольные торцевые фрезы воевали с торцевыми фрезами под 45 градусов за превосходство. У восьмиугольных пластин больше краев, поэтому вы можете повернуть пластину, если на одной из них есть сколы. Но затраты на инструменты обычно составляют всего около 3 процентов от стоимости производства, поэтому в конечном итоге победила более высокая эффективность 45 градусов.

В последнее время вы можете приобрести несколько торцевых фрез, которые используют пластину под углом 45 градусов, которая является двусторонней, так что у нас есть лучшее из обоих миров, поскольку теперь у этих пластин 8 кромок, как у восьмиугольных пластин.

Другие альтернативы включают 75-градусные торцевые фрезы и фрезы для пуговиц (индексируемые фрезы с круглой пластиной). Основная цель 75-градусной торцевой фрезы, кажется, состоит в том, чтобы обеспечить чуть больший зазор, чем 45-градусная. Это может быть ваш третий или четвертый выбор, если у вас уже есть 45 и 90 и вы хотите больше вариантов для сложных случаев.

Пуговичная фрез (также называемый копировальной фрезой или тороидальным ножом ) использует круглую пластину и имеет множество собственных преимуществ. Трудно назвать победителя по сравнению с другими торцевыми фрезами.

Изготовление стальных конструкций. Фрезеровка торцов

Для вырезки заготовок конических разверток с повышенной точностью на заводе разработан специальный механизированный циркуль. Циркуль имеет консоль, на которой укреплены четыре резака: два для резки листа и два для снятия фасок.

Резаки перемещаются по консоли и могут быть установлены на любом расстоянии от центра ее вращения, для чего на ней прикреплена линейка с миллиметровыми делениями. Вращение консоли производится мотором через специальный редуктор, который позволяет устанавливать необходимый режим резания.

Механизированный циркуль дает возможность получить детали с отключением от номинала в пределах ±1 мм, причем в каждой серии вырезаемые детали совершенно одинаковы. Местные отклонения от кривой полностью исключаются. На заводе при наличии значительного парка строгального оборудования строжка является важным фактором обработки деталей с жесткими допусками.

При помощи строжки ширина листов выдерживается с точностью + 1 мм, длина +1,5 мм и диагонали +2 мм. В деталях с отверстиями, сверленными по кондукторам, обрез от центра отверстий до кромки листа выдерживается строжкой с точностью +0,5 мм.

Строжка применяется и для снятия фасок на кривых кромках при больших радиусах. Примером могут служить фаски на выпуклых кромках листов кожухов доменных печей. В последнее время в практике завода широко применяются башмаки колонн промышленных зданий, выполненные в виде ростверков из нескольких балок, сваренных друг с другом кромками полок. Такие ростверки до установки их на фрезерованные торцы колонн подвергаются строжке на портальном строгальном станке как по плоскости, прилегающей к торцу колонны, так и по плоскости, опирающейся на фундамент. Эта технология изготовления башмаков дает возможность устанавливать колонны на фундамент, забетонированный под проектную отметку.

В большом объеме на заводе находит применение фрезеровка как на односторонних торцефрезерных станках с большими планшайбами (диаметром примерно 1 500 мм), так и на двустороннем станке с малыми фрезерными головками (диаметром около 250 мм).

Один из фрезерных станков находится в цехе обработки. Здесь, как правило, проходят фрезеровку торцы балок и швеллеров, являющиеся стержнями или отдельными ветвями стоек и колонн. Фрезеровка торцов, кажущаяся на первый взгляд здесь необязательной, полностью себя оправдывает при сборке, так как обеспечивает точную длину стойки или ветви колонны (с допуском +2 мм), а также перпендикулярность к оси колонны как плиты башмака, так и плиты под подкрановую балку или балку перекрытия. Это мероприятие экономит много времени и при сборке, так как без применения фрезеровки торцы балок обычно в процессе сборки приходится дополнительно подрезать.

Кроме самых редких исключений, для возможности установки колонн на фундаменты, забетонированные на проектную отметку (без подливки), подошвы башмаков колонн подвергаются после окончательной сварки фрезерованию. Фрезеровка обеспечивает правильную плоскость опорной части башмака, перпендикулярность этой плоскости к оси колонны с отклонением не более !/i5oo, длину стоек с допуском +2 мм и расстояние от подошвы башмака до ее подкранового плеча с допуском +5 мм.

Сверление всех монтажных отверстий в колоннах с фрезерованными башмаками производится после фрезеровки с отмериванием расстояния этих отверстий от фрезерованной поверхности. Особое значение приобретает фрезеровка при строительстве высотных сооружений, где нормальная сила с одного отрезка колонны передается на другой отрезок через непосредственное касание торцов колонны. В этих случаях весь торец колонны должен лежать в одной плоскости, перпендикулярной к оси колонны. Очень большой объем фрезеровки указанного вида был выполнен заводом при изготовлении колонн для центральной части главного корпуса высотного здания МГУ.

Дополнительные советы и методы торцевого фрезерования

Торцевая фреза под углом 45 градусов, проходящая сквозь сварной шов

Прерванные порезы

Если на поверхности, на которой вы производите торцевое фрезерование, есть паз или другая утопленная деталь, вам придется выполнять несколько прерывистых резов. Если вы имеете дело с твердым материалом, вы можете уменьшить скорость подачи до 50%.

Идеи траектории инструмента

Попробуйте поработать с траекторией в вашей CAM. Это может улучшить качество, а также продлить срок службы вставки.

Вкладыши с алмазным напылением

Использование пластин Wiper может значительно улучшить качество поверхности при торцевом фрезеровании. Этому способствуют высокая скорость подачи и малая глубина резания (0,8 мм или меньше). Пластины с PVD-покрытием (алмазные) с очень острыми краями также могут улучшить качество обработки поверхности.

Торцевое фрезерование

Оценка результата

Для оценки производительности торцевого фрезерования при сравнении вариантов вычисляют объем материала, удаляемого в единицу времени при достижении приемлемых результатов с точки зрения качества. Для этого необходимо перемножить ширину, глубину фрезерования и минутную подачу стола. В результате получается величина с размерностью мм3/мин.

Существует множество типов торцевых фрез, поэтому внимательно подходите к их выбору. Лучше всего обратиться к специалистам в области инструмента и технологии металлообработки, тогда вы не потратите время и деньги зря.