Классификация фрез по металлу: фасонная обработка круглого чугуна на фрезерном станке

Фрезерованием называется процесс механической обработки различных поверхностей, с целью получения изделия необходимого размера, типа и класса шероховатости. Данный процесс возможен с помощью специальных высокопрочных многолезвийных режущих устройств – фрезеров или фрезеровальных машин.

Фреза представляет собой динамическое тело, на поверхности которого находятся острые зубья. Внешний вид фрезы зависит от формы обрабатываемой поверхности. Металлические зубья могут быть расположены как на цилиндрической части, так и на боковине. Рабочую поверхность фрез изготавливают из следующих материалов: углеродистых сталей, быстрорежущих сталей, твердых и минералокерамических сплавов.

При выборе типа фрезы следует учитывать материал, из которого изготовлены его резцы. Прочность композита должна быть прямо пропорциональна площади обрабатываемого материала. Чтобы избежать приобретения низкокачественных фрез, необходимо выбирать проверенные марки с подлинным сертификатом качества.

Краткие сведения (виды фрез и их применение):

Отрасли применения: производство оборудования для нефтегазовой отрасли, производство трубопроводной арматуры, аэрокосмическая промышленность, производство инструментов и форм (POS-материалов, наружной рекламы, плоских и объёмных букв, табличек, логотипов, указателей, мебели и предметов интерьера, рельефных изображений, барельефов, скульптур, 3D объектов и т.д.), автомобильная промышленность, общее машиностроение, строительство, энергетика, производство железнодорожного транспорта, судостроение, медицинская промышленность и т.д.

Цилиндрические фрезы

Область применения – для обработки открытых поверхностей на горизонтально-фрезерных машинах. Бывают с прямыми и винтовыми лезвиями. В основном изготовляются из углеродистой, быстрорежущей и легированной стали.

Цилиндрические фрезы в основном употребляются для обработки сложной многослойчатой поверхности, а также при работе с нержавеющей жаропрочной сталью, конструкционной сталью, серого чугуна, легкообрабатываемых материалов (медь, алюминий), органического стекла, слоистых пластмасс и стеклопластиков. Наиболее часто применяются с винтовыми зубьями, т.к. они более функциональны, и обработка выполняется более качественно. При разработке фрез с винтовыми зубьями мастеру необходимо учитывать нагрузку на конструкцию – это обеспечивает более точную и качественную работу инструмента.

Широко применяются в строительстве для изготовления погонажных изделий. Профили ножей используются различной формы, в зависимости от конечного результата.

Виды погонажных изделий:

  • Наличник – это специальное профилированное приспособление, с помощью которого обрабатывают дверные и оконные рамки.
  • Плинтус — это планка для перекрытия проема между напольным покрытием и стеной.
  • Галтель – в основном используется для стыковки потолка и стены. Широко применяется в мебельном производстве.
  • Рейка — представляет собой узкий деревянный брусок. В строительстве или ремонте незаменимая деталь.
  • Вагонка – это узкая прочная доска для отделки потолка и стен в домах, банях и других сооружений.
  • Уголок – это деревянное изделие с угловым торцом. Используется как элемент декора в отделочных работах.

Торцевые фрезы

При помощи торцевых фрез обрабатывают плоские поверхности на вертикальных и горизонтальных фрезерных станках. Подходят для обработки стали и прерывистых плоскостей. Корпус изготавливается из углеродистой, быстрорежущей и легированной стали.

Режущие элементы находятся на цилиндрической и боковой поверхностях фрезы, что позволяет работать с двумя перпендикулярными плоскостями одновременно.

Лезвие фрезы имеет три элемента: главное, переходное и вспомогательное.
В контактной поверхности работает большое число зубьев, что позволяет сдерживать излишние вибрации – соответственно, повышается качество обработки детали
. Основное назначение – это 3D обработка различных поверхностей типа штампов и пресс-форм.

Данный вид фрез массово применяется в автомобилестроении для изготовления картера коробки передач. Картеры для высокоэффективных КПП изготавливаются, как правило, из доэвтектических алюминиевых или магниевых сплавов. Основными требованиями при изготовлении этих деталей являются строгое соблюдение заданных размеров и минимальное машинное время. Для высокоточной и экономически эффективной обработки этих сложных деталей применяют торцевые фрезы с большим количеством зубьев. За счет регулировки резцовых вставок с точностью до микрон и оптимальной геометрии режущих кромок достигается высокое качество обработки и исключительная стойкость.

Концевые фрезы

Концевыми фрезами высекают канавки, сквозные пазы, окна, карманы, шпоночные канавки и многое другое. Материал изготовления преимущественно быстрорежущая и легированная сталь. Остроконечные лезвия в таких фрезах располагаются на цилиндрической поверхности – ими осуществляется основная фрезеровка. На боковине в основном зачищается дно канавки. Лезвия в данных фрезах бывают винтовыми или наклонными.

При изготовлении электроэнергетического оборудования, а также в процессе сооружения и эксплуатации электростанций, применяется большое количество изделий со стандартными и специальными резьбами. Для производства турбин большой мощности, помимо прочего инструмента, масштабно используются концевые фрезы с пластинами типа U. Это позволяет обеспечить безопасность и надежность работы готового изделия, при этом увеличивая КПД на более чем 50%, при уменьшении времени на обработку готового продукта.

Дисковые фрезы

Дисковые фрезы применяются для обработки пазов, канавок и разрезки металлических и других элементов. Основное их назначение – это распил деревянных заготовок. В основном изготовляются из быстрорежущей и легированной стали. Этот вид фрез имеет высокую эффективность, несмотря на то, что у них часто иссечены зубья.

Основное применение дисковых фрез – фасонное фрезерование, отрезка деталей, прорезка шпоночных пазов и т.д. Преимущества конструкции очень ярко выражаются при обработке крупногабаритных изделий и пакетной обработке. Поэтому для изготовления зубчатых колес в машиностроении стали применять специальные твердосплавные дисковые призматические фрезы с углами 60 и 90 градусов, радиус на вершине зуба 0,03 мм, охватываемые диаметры фрез – от 15 до 80 мм. Данные фрезы дают возможность обрабатывать зубчатые колеса внешнего зацепления, зубчатые рейки, наружные шлицы, звездочки цепных передач и другие детали с зубчатыми элементами. Применяя дисковые фрезы можно добиться высочайшей производительности, позволяя сократить продолжительность цикла обработки не менее чем на 50% по сравнению с любыми другими методами нарезания зубчатых колес.

Угловые фрезы

Угловые фрезы используют для обработки канавок с угловым профилем. Основное назначение – это инструментальная промышленность, где фрезы применяют для прорезки стружечных углублений, разверток, зенкеров и прочее. Изготавливаются угловые фрезы цельными конструкциями из быстрорежущей стали.

Исходя из конструкции угловых фрез, их массово применяют для фрезерования стружечных пазов самых различных металлорежущих инструментов, в том числе и самих фрез (пазы типа «ласточкин хвост») и конструкций двух сопряженных плоскостей. Использование данного вида фрез позволяет увеличить скорость фрезерования и сэкономить время на обработку изделия.

Шпоночные фрезы

Главная и отличительная особенность – это фрезерование, как в одну, так и в другую сторону. Материал изготовления – легированная сталь. Применяются на вертикально фрезерных станках или на станках с маятниковой подачей.

Используются в основном для выполнения проемов в металлических изделиях. В работе участвуют только боковые кромки.

Соединения шпоночного типа можно встретить в самых разных приспособлениях. Чаще всего они применяются в машиностроительной отрасли. Шпонки для таких устройств бывают клиновыми, сегментными и призматическими. Основным инструментом для обработки шпоночных пазов на фрезере являются шпоночные фрезы, выпускаемые по Госстандарту 9140. Они располагают двумя резцами с режущими торцовыми основаниями, имеют хвостовик конической либо цилиндрической формы. Для обработки шпоночного паза они идеальны, так как боковые кромки данных фрез направлены непосредственно в корпус инструмента, а не в наружную часть. Шпоночные фрезы работают и с продольной, и с осевой подачей. Они гарантируют необходимый квалитет шероховатости уступов и пазов после обработки.

Фасонные фрезы

Фасонные фрезы применяются для обработки плоскостей и канавок усложненного фасонного профиля. Изготавливают из быстрорежущей и легированной стали. В отличие от стандартных, фасонные фрезы являются специальными, и проектируются с учетом габаритных размеров и профиля рабочей поверхности.

Фасонные фрезы широко применяются в металлообработке, т.к. обеспечивают высокую рабочую эффективность и позволяют низкоквалифицированному персоналу предприятий обрабатывать поверхности сложного профиля. С помощью фасонных фрез делается фасонное фрезерование профильных плоскостей — червяков, шестерен, оконных рам, багетов.

Так как фасонные фрезы являются специальными и предварительно проектируются под требования заказчика, они массово используются при производстве оборудования для нефтегазовой отрасли. Тем самым они идеально подходят для решения специфичных технологических задач. Например, для серийного выпуска муфт необходим большой ресурс работы инструмента. Данный вид фрез выполняет эту задачу на 100%, при этом сокращая время на обработку изделия.

Фрезы в мировых масштабах являются самым популярным приспособлением, которые используют для обработки различных поверхностей материалов. В составной части могут одновременно использоваться несколько вариантов лезвий, зубьев и режущих кромок. Отличительной чертой этого инструмента считается широкое разнообразие размеров, профилей, типов, форм и сфер применения для практически любой технологической задачи. Тем самым на сегодняшний день, фрезы являются незаменимыми, и широко используются в различных отраслях промышленности. Но наиболее важно знать для правильной эксплуатации – это как точно подобрать нужный вид инструмента и правильно его использовать, чтобы получить заготовку нужной формы и размера, и не повредить при этом фрезы.

Многообразие
выпускаемых промышленностью конструктивных
разновидностей фрез можно разделить
на следующие типы:

В
зависимости от формы образующей рабочей
поверхности, на которой нанесены зубья:

  • дисковые –
    односторонние (отрезные), двухсторонние
    и трехсторонние;

  • цилиндрические;

  • торцовые;

  • концевые;

  • фасонные;

  • угловые.

по конструкции
инструмента:

  • цельные, когда
    зубья выполнены за одно целое с корпусом;

  • сборные (со
    вставными ножами);

  • фрезы наборные
    или комплектные, состоящие из набора
    нескольких универсальных и специальных
    фрез, предназначенных для одновременной
    обработки нескольких поверхностей.

по способу
установки на станке:

  • хвостовые (с
    коническим или цилиндрическим
    хвостовиком);

  • насадные, имеющие
    отверстие под оправку.

по роду материала
рабочей части:

  • быстрорежущие
    (зубья изготовлены из сталей Р6М3, Р6М5К5
    и др.);

  • твёрдосплавные
    (зубья изготовлены из сплавов ВК8, ВК10,
    Т14К8);

  • алмазные;

  • эльборовые.

по направлению
вращения:

  • праворежущие;

  • леворежущие.

по форме режущей
кромки:

  • прямозубые;

  • косозубые;

  • с винтовым зубом.

по форме задней
поверхности зуба:

  • затылованные;

  • острозаточенные
    (остроконечные).

по назначению:

  • концевые
    (рис.3.2);

  • угловые;

  • прорезные
    (рис.3.3);

  • шпоночные;

  • фасонные;

  • резьбовые;

  • модульные и др.

Рис. 3.2. Концевая
фреза с цилиндрическим хвостовиком

Рис.3.3 Отрезные и
прорезные фрезы

Элементы режима резания и срезаемого слоя

Главное
движение

DГ
при
фрезеровании – вращательное движение
фрезы, движение
подачи

DS
– поступательное или вращательное
перемещение заготовки, закрепленной
на столе станка.

Скорость
резания
v
– (м/мин) – окружная скорость наиболее
удаленной от оси вращения точки режущей
кромки фрезы:

, (3.1)

где
D
– диаметр фрезы, мм;

n
– частота вращения фрезы, об/мин.

Подача
S
– отношение расстояния, пройденного
рассматриваемой точкой режущей кромки
или заготовки вдоль траектории этой
точки в движении подачи, к соответствующему
числу циклов или определённых долей
цикла другого движения во время резания.

Различают
следующие подачи при фрезеровании:

  • подача
    на один зуб фрезы – SZ
    (мм/зуб);

  • подача
    на один оборот фрезы — S0
    (мм/оборот);

  • минутная
    подача — SM.
    (мм/мин).

Между
ними существует соотношение:

, (3.2)

где
z
– число зубьев фрезы.

Глубина
резания

t
– расстояние между обрабатываемой и
обработанной поверхностями, измеренная
перпендикулярно последней (рис. 3.1).

Ширина
фрезерования

В
– ширина обрабатываемой поверхности
в направлении, параллельном оси фрезы.
У цилиндрических фрез ширина фрезерования
совпадает с шириной обрабатываемой
заготовки, у дисковых фрез – с шириной
паза, у торцевых и концевых фрез – с
глубиной срезаемого слоя.

Геометрические параметры цилиндрической фрезы

Цилиндрические
фрезы применяют для обработки плоскостей
на горизонтально-фрезерных станках и
изготовляют диаметром D=10…250
мм, длиной L
до 160 мм цельной и сборной конструкции.

Цилиндрическая
фреза представляет собой цилиндрическое
тело, на поверхности которого в продольном
направлении прорезаны канавки для
размещения стружки. Пересечение канавки
с цилиндрической поверхностью образует
режущие кромки. Для плавной работы фрезы
и для увеличения числа одновременно
работающих зубьев стружечные канавки
делают винтовыми
. На каждом ее зубе
имеется одна режущая кромка
. Часть
стружечной канавки у режущей кромки
является передней поверхностью, а
поверхность цилиндра – задней
. Зуб
фрезы может быть остроконечным
(острозаточенным) или затылованным
(рис. 3.4).

Рис. 3.4. Формы зубьев
фрезы:

а, б, в – остроконечная;
г – затылованная

Острозаточенные
зубья фрез перетачиваются по задней
поверхности. Спинка зуба может быть
выполнена по прямой (рис
. 3.4,а), ломаной
(рис
. 3.4,б) или параболе (рис. 3.4,в).

Каждый режущий
зуб имеет такие же элементы и углы, как
и токарный резец.

Геометрические
параметры цилиндрической фрезы
рассматривают в следующих плоскостях
(рис. 3.5)

1.
Основная плоскость Рυ
– координатная плоскость, проведенная
через рассматриваемую точку режущей
кромки перпендикулярно направлению
скорости главного (υ)
или результирующего движения резания
в этой точке;

2.
Плоскость резания Рn
– координатная плоскость, касательная
к режущей кромке в рассматриваемой
точке и перпендикулярная основной
плоскости;

3.
Главная секущая плоскость Рτ
– координатная плоскость, перпендикулярная
линии пересечения основной плоскости
и плоскости резания;

4.
Нормальная секущая плоскость Рн
– плоскость, перпендикулярная режущей
кромке в рассматриваемой точке.

Рис. 3.5. Координатные
плоскости при фрезеровании

Главный передний угол – угол между касательной к передней
поверхности и основной плоскостью,
проходящей через ось фрезы и рассматриваемую
точку режущей кромки (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Геометрические
параметры режущей части цилиндрической
фрезы

Этот угол обеспечивает сход стружки по
передней поверхности и измеряется в
плоскости, перпендикулярной режущей
кромке (N-N).
В этой же плоскости измеряют нормальный
задний уголN.

Главный
задний угол

– угол между касательной к задней
поверхности фрезы и плоскостью резания.
Траектория движения рассматриваемой
точки режущей кромки, определяющая
положение плоскости резания, принимается
за дугу окружности, поэтому главный
угол измеряется в плоскости, перпендикулярной
к оси фрезы (M-M)
(рис. 3.6). В этой же плоскости измеряется
передний угол т.
Если фреза с винтовыми зубьями, то
режущие кромки являются винтовыми
линиями
. Угол их наклона к оси фрезы
называют углом наклона винтовой канавки
.
Между передними углами существует
следующее соотношение

(3.3)

У фрез также
рассматривают:

Окружной
шаг фрезы tТ
в торцовой плоскости (длина дуги по
торцу фрезы между двумя соседними
зубьями):

(3.4)

где
D
– диаметр фрезы; z
– число зубьев фрезы.