Особенности фрез по металлу, режущий инструмент, обработка чугуна

Фреза является разновидностью режущих инструментов. Она изготавливается в форме блина, а на её торцевой части располагаются зубцы. Применяется она для создания канавок определённой толщины и глубины, а также для отпиливания заготовок из стальных сплавов и чёрных металлов.

Устройство и принцип работы инструмента

Металл обрабатывается благодаря множеству лезвий, которые располагаются на зубчатом теле фрезы. При вращении инструмента происходит фрезерование, во время которого одновременно несколько зубцов контактируют с материалом, срезая слои различной толщины.

Изготавливаются рабочие зубцы из твёрдых металлов, быстрорежущей стали, кардной проволоки или минеральной керамики. В некоторых случаях фрезу делают с алмазным напылением.

В зависимости от вида зубцов и устройства оборудования различают такие типы фрез:

  1. Сварные.
  2. Цельные.
  3. Сборные.

Цельное приспособление состоит из единого металла. Основными их частями являются рабочий участок (у концевых) или тело дисковой формы (у насадочных) и корпус-хвостовик.

К типу насадочному относят отрезные и дисковые инструменты. Они, в свою очередь, могут быть сварными или цельными. У сварных инструментов хвостовик и рабочая часть изготавливаются из различных металлов и друг к другу крепятся при помощи сварки.

Сборное оборудование тоже изготавливается из нескольких металлов (чаще всего двух), но они не намертво прикреплены друг к другу. Их части фиксируются при помощи болтов, винтов или клиньев. Основной частью сборных фрез является корпус, а вот резцы можно точить или заменять. Резцы чаще всего выполнены с твердосплавными напайками или из быстрорежущей стали.

Разновидности

Определённый вид фрезы предусмотрен для отдельной работы. Они подразделяются на следующие виды:

  1. Отрезные.
  2. Дисковые.
  3. Угловые и концевые. Предназначаются для обработки выемок, уступов, наклонных поверхностей и пазов.
  4. Шпоночные. Они похожи на сверло и выполняют те же функции, что и концевые.
  5. Торцовые. Применяются на металлообрабатывающих станках вертикального типа для обработки различных плоскостей.
  6. Цилиндрические. Могут иметь винтовые или прямые зубцы, устанавливаются на станки горизонтального типа. Ими режут плоские поверхности.

К самой применяемой и широко распространённой группе относят отрезные и дисковые фрезы, на рассмотрении которых мы и остановимся.

Дисковая фреза

Этот тип оборудования является одним из самых производительных, он используется для выполнения уступов, отрезания заготовки, выделки разных выемок, канавок и пазов. У их зубцов на концах имеются дополнительные рабочие кромки, диаметр которых сильно превышает длину самого инструмента.

Этот тип фрезы был создан для работы с металлом в более сложных условиях, с зажатием и вибрацией. Вибрация может быть связана с маленькой жёсткостью тела оборудования или плохого отхода стружки из рабочей зоны.

Фреза по металлу дисковая делится на следующие разновидности:

  1. Прорезные.
  2. Трёхсторонние.
  3. Пазовые.
  4. Двухсторонние.

В пазовых дисковых фрезах имеются режущие зубцы только по внешней цилиндрической поверхности. Для фрезерования мелких канавок они очень удобны. У двухсторонних имеются и поверхностные, и торцовые зубья. У трёхстороннего оборудования зубцы покрывают поверхности и два торца, с их помощью можно одновременно обрабатывать несколько перпендикулярных плоскостей в уступах или пазах.

Чтобы на заготовках выполнять шпицы и узкие канавки, используют топкие дисковые инструменты, их ещё называют «пила». Фаски у них на торцах затачивают поочерёдно. В основном фаской снимается 50% рабочей кромки. Именно по этой причине слой металла, который срезается зубцами, меньше ширины будущей канавки. Подобная конструкция оборудования предусматривает промежутки между зубцами для стружки, которая за счёт этого легче выводится. Если ширина реза будет такой же, как у канавки, то стружка зацепится за стенки и застрянет, что может вызвать поломку режущей поверхности.

Отрезные фрезы

Фреза отрезная является разновидностью дисковой. Созданы они для деления целой заготовки на части и отрезания фрагментов болванок. Рабочих острых кромок на торцах нет, так как они размещены по периферии. По размерам зубьев различают такие типы отрезных фрез:

  1. С большими зубьями.
  2. С малыми.
  3. Со средними (нормальными).

Многие отрезные фрезы относятся к классу «В» по точности и имеют толщину больше 1 мм. Инструменты со средними и малыми зубцами применяются для фрезерования чугуна и стали, а с большими — для лёгких и мягких металлов.

Нюансы подбора оборудования

Выбрать для себя подходящий инструмент несложно, необходимо лишь знать характеристики и параметры оборудования. К таким параметрам относят число зубьев и материал, из которого выполнено изделие. Ключевым моментом для выбора материал изделия является прочность металла, который вы собираетесь резать.

Требуемое число зубьев

От того, какое количество зубьев у инструмента, зависит скорость обработки и чистота среза. Чем больше их количество, тем место спила будет чище. Но при этом сильно возрастает нагрузка на электромотор, процесс отвода из места распила стружки ухудшается. А из-за этих причин падает скорость вхождения в толщину металла и вращения инструмента. Если количество зубцов небольшое, то между ними увеличивается размер пазух. Эти факторы ускоряют распилку и облегчают вывод стружки. Но на торцах останутся бороздки, которые дополнительно следует зачищать.

Больше зубцов делают отрезным фрезам с отрицательным значением угла и габаритным поперечником. Меньшее число зубьев будет у устройства с положительным значением угла и небольшим поперечником.

Малое число зубов колеблется в пределах 10−40 штук, среднее — 40−80, а большое — 80−90. Именно образцы со средним числом зубьев подходят для различных видов распила. Именно такие образцы наиболее эффективны для работы по материалам разной твёрдости.

Для чистового фрезерования применяют режущие дисковые инструменты с мелкими зубцами, а для первичного — с крупными. Диски, предназначенные для черновой работы, отличаются беспрепятственным и быстрым отводом излишков стружки из глубоких зон распила.

Как подобрать материал

Для резки металлов с прочностью от 500 до 800 МПа применяются фрезы из быстрорежущей стали с добавлением молибдена, количество которого составляет примерно 5%. Для работы с металлами, прочность которых превышает 800 МПа, выбирают инструмент с содержанием кобальта до 5%. Для работы с драгоценными металлами изготавливают высокоточные фрезы из быстрорежущей стали наилучшего качества.

Для обработки нержавеющей стали применяются дисковые инструменты с напайками из карбида вольфрама. Такие зубцы не перетачивают, они покрыты слоем PVD.

Правила хранения и испытания

Проверка дисковых отрезных фрез на работоспособность и стойкость происходит на образцах, которые изготовлены из стали 45, со скоростью резания 20−100 метров за минуту. Проводятся испытания на фрезерных станках с применением спецоправки и правочных колец. Общая длина фрезерования каждого инструмента, который подвергается проверке по металлу, составляет 25−50 см.

Проверочную обработку производят с обязательной подачей охлаждающей жидкости, водного раствора эмульсола. После того как испытание будет завершено, явления окрашивания на режущих частях отрезных дисковых фрез должны отсутствовать. Если после тестирования фреза готова к дальнейшей эксплуатации, считается, что испытание на работоспособность она прошла.

Внешний вид оборудования анализируется, согласно ГОСТу, визуально. Осуществляется осмотр с помощью лупы с четырёхкратным увеличением. Твёрдость проверяется по стандарту 9013, а шероховатость — 9378.

Особенности стали для изготовления фрез

Оборудование выполняют из быстрорежущих сплавов, к которым относятся высоколегированные марки стали с повышенной теплостойкостью. Подобная отличительная черта достигается введением в сплав молибдена, хрома и ванадия в сочетании с вольфрамом. Для производства отрезных фрез в основном берут сталь таких марок: Р6М5, Р12, Р18.

На заводы для изготовления режущего инструмента сплавы поступают в виде стальных заготовок (в поковках).

Когда фрезы подвергают нагреву под закалку, в сплаве начинает формироваться аустенит. Он содержит относительно небольшое количество углерода и активно легируется. Режущий инструмент получает особую структуру после закалки и состоит из мартенсита с меленькими иглами, различных карбидов и остаточного аустенита.

Основными легирующими добавками для быстрорежущих сталей служат ванадий, вольфрам, молибден и кобальт. Именно эти элементы способны обеспечить нужную красностойкость материала. В подобные сплавы обязательно добавляют хром. Особое внимание уделяется количеству в стали углерода: его число должно быть таким, чтобы в сплаве могли сформироваться карбиды вводимых добавок. Если количество углерода будет меньше 0,7%, то готовая фреза не будет иметь нужную твёрдость.

Как на свойства сплавов влияют легирующие элементы:

  1. Фосфор и сера оказывают негативное воздействие на характеристики стальных быстрорежущих композиций. В сплаве их количество не должно превышать 0,03 и 0,015% соответственно.
  2. Вольфрам и молибден являются основными легирующими добавками. Именно благодаря им обеспечивается высокая степень эксплуатационной и красностойкости стали.
  3. Хрома в сплаве должно содержаться не более 4%. Он придаёт повышенную прокаливаемость металлу.
  4. Кобальт повышает красностойкость, но удаляет углерод из стали и понижает её прочность и вязкость.

Чаще всего инструмент изготавливают из стали марки Р6М5. Её стоимость ниже, но и фреза получается менее износостойкой, чем из материалов марок Р18 и р12.

Максимальная износостойкость у сплава Р18: в нём наибольшее количество вольфрама, отсюда и высокая стоимость. А по показателям теплостойкости лучшим считается инструмент, изготовленный из стали Р12.

Методы повышения износостойкости

Высокие эксплуатационные характеристики гарантирует качественная термическая обработка оборудования. Фрезу могут подвергать различным вариантам закалки, которые увеличивают их износостойкость. Выполняется закалка следующими методиками:

  1. Светлая. Это разновидность термической ступенчатой обработки. Чтобы её осуществить, необходимо охладить сталь специальными соединениями. В основном для этих целей применяется смесь расплавленной щёлочи и воды.
  2. Прерывистая. Такая технология популярна, так как она исключает риск появления в готовых изделиях трещин.
  3. Непрерывная. Применяется этот вид закалки редко, так как выполняется он с ускоренным охлаждением. А такие манипуляции часто вызывают появление трещин на приспособлении.
  4. Ступенчатая. Этот вид закалки включает в себя охлаждение заготовок в горячей атмосфере (до 600 градусов), а после — на открытом воздухе.
  5. Очень редко могут применять изотермические неполные или полные закалки, а также индукционный нагрев.

При термообработке нагрев производят:

  1. В соляных специальных ваннах.
  2. В газовых и электрических агрегатах в защитной среде.
  3. Высокочастотными токами.

Фрезы необходимы для обработки металлических изделий и прорезывания в них канавок и прочих отверстий, именно поэтому правильно подойдите к её выбору. Учтите все нюансы последующего процесса обработки и тип металла, с которым вы собираетесь работать.

Чтобы работать со стальными заготовками, для получения требуемой формы машиностроительное производство широко применяет фрезерное оборудование. Используя специальные фрезы для обработки металла, удаётся получить деталь, полностью соответствующую инженерным разработкам. Разнообразные типы фрез позволяют проводить обработку деталей самой сложной формы.

Классификация фрез

В заводских цехах можно встретить фрезерные станки самого разного назначения. Они отличаются своей конструкцией, направлением подачи инструмента, оригинальными деталями, которые подразделяются на несколько видов:

  • Прямолинейные.
  • Вращательные.
  • Винтовые.

В принципе, оснастка состоит из нескольких резцов, которые изготовлены из очень твёрдого металла. Её большое разнообразие позволяет подобрать нужную форму и материал, чтобы провести фрезерование наиболее труднодоступных мест детали.

При классификации учитываются определённые технические характеристики:

  • Расположение резцов.
  • Конструкция зубьев и их направление.
  • Вид фрезы — цельная, сборная.
  • Крепление резцов.
  • Материал режущей части.

Конструктивные отличия

Оснастка фрезерного станка в зависимости от своего назначения подразделяется на несколько видов. В большинстве случаев используют дисковые системы. Они предназначены для выполнения нескольких технологических операций:

  • Обрезка.
  • Обработка пазов и канавок.
  • Снятие фасок.
  • Торцевание.

Такой оснасткой фрезеровщик легко выполняет обработку чугуна на фрезерном станке. Обычно режущие кромки находятся на одной стороне. В случае необходимости инструмент может иметь двухсторонние резцы. Для каждого вида обработки подбирается размер зуба, подгоняется его форма.

Дисковые фрезы из твердосплавного материала можно эксплуатировать в особо экстремальных условиях. Фрезеровка чугуна выполняется быстро с точной выдержкой всех конструкционных допусков.

Эта фрезерная оснастка подразделяется на несколько видов. Каждый имеет конкретное назначение:

  • Пазовые.
  • Отрезные.
  • Прорезные.

Такое разнообразие станковой оснастки позволяет обрабатывать металлические детали с любой стороны.

Торцевая конструкция

Предназначена для работы с плоскими или многоступенчатыми поверхностями. Главной рабочей частью является торцевая часть. Поэтому ось вращения всегда направлена под углом 90 градусов относительно обрабатываемой поверхности. Этот вид инструмента отличается своим большим весом. Поэтому в нём используются в качестве резцов сменные пластины. Благодаря большому числу зубьев обработка поверхности может проводиться на большой скорости, причём инструмент будет двигаться плавно, без вибрации.

Цилиндрическая система

Инструмент оснащается зубьями различного вида. Они делаются прямыми или имеют винтовую поверхность. Фрезы круглые по металлу, имеющие прямые зубья, созданы для обработки довольно узких плоскостей. Все винтовые инструменты всегда работают очень плавно, поэтому их считают универсальными. Они используются для всевозможных технологических операций. Чтобы погасить большие осевые усилия при обработке винтовым инструментом, пользуются сдвоенными механизмами. У них зубья имеют разный угол наклона. Такая конструкция помогает уравновесить осевые нагрузки.

Для обработки уступов, прорезки канавок устанавливают цилиндрические рашпильные фрезы, так называемые кукурузники.

Угловые конструкции

Торцевая часть у такого инструмента позволяет обрабатывать наклонные поверхности. Оснастка свободно справляется с угловыми пазами, может обрабатывать конические поверхности.

Чтобы прорезать стружечные канавки, применяют несколько видов угловой оснастки:

  • Одноугловые.
  • Двухугловые.

Они отличаются только местом нахождения режущей кромки. На первой она расположена только на одном конусе. У второй режущая часть располагается на совмещённом конусе.

Если пазы имеют боковые поверхности с небольшим уклоном, обработка проводится одноугловым инструментом, так называемым ласточкиным хвостом.

Концевая система

Этот инструмент имеет ещё одно название — пальчиковый. Он позволяет создавать выемки и пазы.

Классификация концевых фрез, проводится по нескольким параметрам:

  • Монолитные.
  • Имеют припаянные резцы.
  • Вид хвостовика.
  • Размер зуба — мелкий, крупный.

Твердосплавный концевой инструмент, применяется для обработки чугуна, а также различных твёрдых металлов.

Специальная оснастка

Фасонные фрезы по металлу были специально разработаны для обработки различных поверхностей сложной формы. Обычно их используют для деталей, у которых длина гораздо больше ширины или наоборот. Недостатком фасонной фрезы, имеющей затылованный угол, считается сложная заточка.

Червячная фреза

Во время работы инструмент обкатывается по поверхности заготовки, причём касается плоскости только одной точкой. Такая оснастка подразделяется на несколько видов:

  • Сборная.
  • Цельная.
  • Левая.
  • Правая.
  • Многозаходная.

Кольцевые фрезы

Этим инструментом выполняется сверление отверстий. Скорость резания намного превышает обработку обычными спиральными свёрлами.

Для бытовых условий существует сверло-фреза. Этот инструмент предназначен для обработки только стальных заготовок небольшой толщины. Хвостовик фрезы крепится в электродрель. Инструмент не предназначен для работы в ручном фрезере.

Фрезы концевые – это металлорежущий инструмент цилиндрической формы с острыми режущими гранями, расположенными с торца и на цилиндрической поверхности. Основную работу выполняют цилиндрические режущие кромки, торцовые зубья в основном используются для зачистки обработанной поверхности.

Сфера применения

Концевые фрезы применяются для обработки плоскостей, пазов и уступов, могут быть установлены на фрезерный станок или в ручной электроинструмент. Данный инструмент широко применяется для создания контурных уступов и выемок, обработки поверхностей расположенных под прямым углом по отношению друг к другу.

Фреза может быть использована для получистовой и чистовой обработки, что зависит от размера зубьев. Инструмент с крупными режущими кромками применяется для получистовой обработки, с нормальным – для чистовой. Диаметр фрез составляет от 2 до 28 мм, длина от 7 до 45 мм. 

Виды фрез

В зависимости от направления зуба концевые фрезы подразделяются на право- и леворежущие. Инструмент выпускается с цилиндрическим и коническим хвостовиком, последние предназначены для машинных работ. 

Всё фрезы выпускаются с неравномерным шагом зубьев, величина которого от числа режущих кромок. Такой шаг называется окружным и его размер четко определяется требованиями государственного стандарта. Фреза может иметь от трех до шести зубьев. Так, при трех зубьях шаг составляет 110, 123 и 127 град., при шести его величина равняется 57, 63, 57, 63, 57, 63 град. 

В зависимости от назначения фрезы концевые бывают следующих типов:

  • Для нарезания сегментных шпоночных пазов.
  • Шпоночные с твердосплавной режущей частью.
  • Сферические для обработки выемок соответствующей формы.
  • Радиусные. Применяются для выборки пазов различной конфигурации.
  • Для обработки Т-образных пазов, т. н. грибковые фрезы.

По конструкции фрезы могут быть цельными или иметь припаянные твердосплавные платины или специальные коронки. Последние используются для обработки твердых материалов, например чугуна. По расположению зуба они могут быть прямо- и косозубыми, а также иметь винтовую форму режущих кромок.

Особенности эксплуатации

Точность нарезания паза концевой фрезой по ширине во многом зависит от износа инструмента. Также влияние оказывает жесткость станка и размер биения после крепления в патроне. При потере номинального размера при износе или переточке по цилиндрической поверхности искажается размер по диаметру и невозможна точная нарезка паза по ширине.

Решением проблемы является обработка в два прохода – черновой и чистовой. Основной съём металла производится при черной обработке, при чистовой производится калибровка паза по ширине. Также используются патроны с регулируемым биением (эксцентриситетом) что позволяет получать точную ширину паза при потере размера фрезы. 

ГОСТы

Концевые фрезы с цилиндрическим хвостовиком регулирует ГОСТ 17025, с коническим – ГОСТ 17026. На инструмент с твердосплавными пластинами действует ГОСТ 18372. Также действуют и другие стандарты, регулирующие все виды данного инструмента.