Фрезерование торцов и плеч. Фрезерование заплечиков vs. Профильное фрезерование Фрезерование с быстрой подачей: Всестороннее сравнение и руководство по инструментам

Введение

Фрезерование является краеугольным камнем металлообработки, позволяющим создавать точные детали в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и производство пресс-форм. В этой статье сравниваются четыре распространенные технологии фрезерования -торцевое фрезерование, фрезерование уступов, профильное фрезерование, и фрезерование с быстрой подачей-сфокусирован на их характеристиках, областях применения, параметрах обработки и подходящем инструменте. Рассматривая конкретные параметры и доступные на рынке инструменты, это руководство призвано помочь специалистам выбрать оптимальную стратегию фрезерования для своих нужд.

Фрезерование торцов

Определение и принципы

Фрезерование торцов предполагает использование многозубой торцевой фрезы для создания плоских поверхностей, при этом ось вращения фрезы перпендикулярна заготовке. Она позволяет получать большие гладкие поверхности с высокой эффективностью.

Технические характеристики

• Направление резки: Перпендикулярно поверхности заготовки, силы резания направлены преимущественно вдоль оси Z.
• Эффективность обработки: Высокая скорость съема материала (MRR) благодаря многозубым фрезам большого диаметра.
• Качество поверхности: Достигает низкой шероховатости поверхности (Ra 0,8-3,2 мкм), идеально подходит для полуфинишной и финишной обработки.
• Типы инструментов: Торцевые фрезы большого диаметра с фрезерные вставки.

Типичные параметры обработки

Примечание: Параметры предполагают использование фрезы диаметром 50 мм с 4-6 зубьями, условия влажного резания.

Общие инструменты

• Индексируемые вставки:
  • Sandvik Coromant: R245-12T3 (угол поворота 45°, универсален для стали и чугуна).
  • Kennametal: SEKN1203AFTN (квадратная вставка, прочная для нержавеющей стали).
  • MAPAL: СПКН1204EDR (со скребковой кромкой, превосходная обработка поверхности алюминия).
• Твердый сплав/твердый инструмент:
  • Kennametal: Торцевая фреза KSSM 45° (поддерживает пластины APKT1604, идеально подходит для черновой обработки).
  • Tormach: 38 мм Фрезерный станок (экономичный, подходит для стали и алюминия).
• Особенности инструмента: Многозубая конструкция для равномерного усилия резания, поддерживает высокие скорости подачи (fz 0,08-0,3 мм/z).

Приложения

• Сплющивание поверхности отливок и поковок (например, станин станков).
• Большие плоские поверхности в основаниях ветряных турбин или компонентах кораблей.
• Детали, требующие высокой плоскостности и чистоты поверхности.

Преимущества и недостатки

• Преимущества: Высокая эффективность, отличное качество поверхности, подходит для крупносерийного производства.
• Недостатки: Ограниченная приспособленность к сложным геометрическим формам.

Фрезерование плеча

Определение и принципы

Фрезерование плеча С помощью концевых или боковых и торцевых фрез обрабатываются вертикальные стенки и горизонтальные основания, с высокой точностью формируя прямые или почти прямые углы.

Технические характеристики

• Направление резки: Многоосевой (X, Y, Z), подходит для прямоугольных геометрий.
• Точность обработки: Жесткие допуски (±0,01 мм) для прямоугольных элементов.
• Требования к жесткости инструмента: Высокая из-за значительных сил резания.
• Типы инструментов: Концевые фрезы с квадратными плечами или сменные фрезы.

Типичные параметры обработки

Примечание: Параметры предполагают использование фрезы диаметром 20 мм с 4 зубьями, сухой или с минимальным количеством смазки (MQL).

Общие инструменты

• Индексируемые вставки:
  • Sandvik Coromant: R390-11T308 (угол поворота 90°, идеально подходит для стали и нержавеющей стали).
  • Kennametal: APKT11T308 (универсальный для алюминия и стали).
  • Ingersoll: LNMT110408 (высокопрочная инструментальная сталь).
• Концевые фрезы из твердого сплава:
  • Kennametal: HARVI I TE (4-6 флейт, высокопроизводительные для нержавеющей стали и титана).
  • MAPAL: OptiMill-Shoulder (3-5 фрез, подходит для стали и чугуна).
• Особенности инструмента: угол резания 90°, малая ширина реза (ae 0,2-2 мм), прочность для высокоточных деталей.

Приложения

• Формование полостей с прямыми углами.
• Пазы, ступеньки или боковые стенки в механических компонентах.
• Корпуса редукторов, требующие точных прямоугольных конструкций.

Преимущества и недостатки

• Преимущества: Высокая точность, подходит для сложных прямоугольных геометрий.
• Недостатки: Высокие силы резания, быстрый износ инструмента, умеренная эффективность.

Фрезерование профиля

Определение и принципы

Профильное фрезерование обрабатывает по внешнему или внутреннему контуру заготовки, идеально подходит для сложных 3D-поверхностей или профилей. Точные траектории движения инструмента определяются программированием ЧПУ.

Технические характеристики

• Траектория резки: Сложные, требующие программного обеспечения CAM для создания точных программ ЧПУ.
• Точность обработки: Высокая геометрическая точность (±0,005 мм), подходит для сложных поверхностей.
• Эффективность обработки: Более низкий показатель благодаря сложным траекториям, идеально подходит для малосерийного производства.
• Типы инструментов: Шариковые или радиусные концевые фрезы, сменные круглые вставки.

Типичные параметры обработки

Примечание: Параметры предполагают использование 10-миллиметровой фрезы с шаровидным носом с 2-4 флейтами, влажную резку, высокоточное ЧПУ.

Общие инструменты

• Индексируемые вставки:
  • Sandvik Coromant: RCMT10T3MO (круглая вставка, подходит для черновой обработки криволинейных поверхностей).
  • Kennametal: RDMT1204MO (универсальный для стали и титана).
  • MAPAL: RDMX1003 (высокая точность для аэрокосмических материалов).
• Концевые фрезы из твердого сплава:
  • Kennametal: HARVI III Ball Nose (2-4 флейты, идеально подходит для титана и композитов).
  • Sandvik Coromant: CoroMill Plura Ball Nose (высокая точность для обработки поверхностей пресс-форм).
• Особенности инструмента: Круглые или шарообразные режущие кромки снижают силу резания, подходят для многоосевой обработки.

Приложения

• Аэрокосмические компоненты (например, лопатки турбин).
• Сложные полости пресс-форм и криволинейные поверхности.
• Медицинские имплантаты (например, ортопедические компоненты).

Преимущества и недостатки

• Преимущества: Высокая гибкость для сложных 3D-форм, отличная точность.
• Недостатки: Сложное программирование, низкая эффективность, высокие требования к инструментам и станкам.

Фрезерование с быстрой подачей

Определение и принципы

Фрезерование с быстрой подачей (также известное как фрезерование с высокой подачей) использует высокую скорость подачи и малую глубину резания для максимального съема материала, идеально подходит для черновой обработки твердых материалов.

Технические характеристики

• Параметры резки: Высокие скорости подачи (Vf 4000-12000 мм/мин), малая глубина (ap <1 мм).
• Эффективность обработки: Чрезвычайно высокая производительность (>100 см³/мин), подходит для черновой обработки в больших объемах.
• Срок службы инструмента: Увеличение срока службы благодаря низким усилиям резания и оптимизированному распределению тепла.
• Типы инструментов: Специализированные фрезы с высокой подачей и специальной геометрией пластин.

Типичные параметры обработки

Примечание: Параметры предполагают использование фрезы диаметром 25 мм с 4 зубьями, сухого или MQL, мощного шпинделя.

Общие инструменты

• Индексируемые вставки:
  • Sandvik Coromant: HNGX06 (малый угол опережения, оптимизирован для высокой подачи).
  • Kennametal: SDMT1204 (прочная для инструментальной стали).
  • Ingersoll: HNGJ0905 (низкие силы резания для титана).
• Концевые фрезы из твердого сплава:
  • Kennametal: Фреза 4-11 High Feed (4 флейты, подходит для стали и нержавеющей стали).
  • MAPAL: OptiMill-HighFeed (3-5 флейт, идеально подходит для твердых материалов).
• Особенности инструмента: Малые углы опережения (10-15°), эффект утончения стружки, поддержка высоких подач (fz 0,4-1,5 мм/z).

Приложения

• Черновая обработка инструментальной стали или титановых сплавов.
• Быстрое удаление материала в автомобильных пресс-формах или аэрокосмических конструкциях.
• Высокопроизводительная черновая обработка перед чистовой.

Преимущества и недостатки

• Преимущества: Исключительная эффективность, длительный срок службы инструмента, идеально подходит для твердых материалов.
• Недостатки: Плохое качество поверхности (Ra 6,3-12,5 мкм), требует последующей доводки.

Сравнительный анализ

Технические параметры

Эффективность обработки

• Скорость удаления материала: Лидирует фрезерование с быстрой подачей (>100 см³/мин), затем следует торцевое фрезерование, а плечевое и профильное - ниже.
• Время обработки: Фрезерование с быстрой подачей - самое быстрое, профильное фрезерование - самое медленное.

Качество и точность поверхности

• Шероховатость поверхности: Наилучшее торцевое фрезерование (Ra 0,8-3,2 мкм), следующее плечевое фрезерование, профильное фрезерование варьируется, наихудшее фрезерование с быстрой подачей.
• Точность: Профильное и плечевое фрезерование - самое высокое, торцевое фрезерование - умеренное, фрезерование с быстрой подачей для черновой обработки.

Пригодность материалов и геометрии

• Материалы:
  • Фрезерование торцов: Алюминий, сталь, чугун.
  • Фрезерование плеча: Сталь, нержавеющая сталь, инструментальная сталь.
  • Фрезерование профиля: Титан, композиты, нержавеющая сталь.
  • Фрезерование с быстрой подачей: Инструментальная сталь, титан, чугун.
• Геометрии:
  • Фрезерование торцов: Большие плоскости.
  • Фрезерование плеч: Прямоугольные элементы, пазы.
  • Профильное фрезерование: Сложные контуры, трехмерные поверхности.
  • Фрезерование с быстрой подачей: Любая форма для черновой обработки.

Стоимость и требования к оборудованию

• Затраты на инструменты: Пластины с быстрой подачей стоят дорого, но служат долго, профильные фрезы быстро изнашиваются, торцевые и плечевые фрезы - умеренно.
• Оборудование: Профильное фрезерование требует высокоточного ЧПУ, фрезерование с быстрой подачей - мощных шпинделей, торцевое и плечевое фрезерование менее требовательно.

Руководство по выбору инструмента

• Вставки: Экономичный, индексируемый, идеален для крупносерийного производства, универсален по материалам.
• Концевые фрезы из твердого сплава: Высокая точность, подходит для малых диаметров или сложных геометрических форм, распространенных в отделочных работах.
• Соображения:
  • Проверяйте пластины на износ каждые 500-1000 минут обработки.
  • Используйте жесткие держатели для массивных концевых фрез, чтобы минимизировать вибрацию.
  • Выбирайте покрытия в зависимости от материала (например, TiAlN для высокотемпературных сплавов, TiCN для стали).

Практические рекомендации по выбору

• Большие плоские поверхности: Для повышения эффективности и качества поверхности используйте торцевое фрезерование (Vc 150-600 м/мин, ap 2-6 мм) с помощью таких инструментов, как R245-12T3 или торцевые фрезы KSSM.
• Прямоугольные элементы: Для точного фрезерования уступов (fz 0,05-0,2 мм/z, ap 2-10 мм) используйте пластины R390-11T308 или концевые фрезы HARVI I TE.
• Сложные контуры: Выберите профильное фрезерование (Vc 40-300 м/мин, ae 0,05-0,5 мм) со вставками RCMT10T3MO или шаровыми носовыми фрезами CoroMill Plura для обеспечения гибкости.
• Высокоэффективная грубая обработка: Выберите фрезерование с быстрой подачей (Vf 4000-12000 мм/мин, ap 0,2-1 мм) с пластинами HNGX06 или фрезы с высокой подачей Mill 4-11 для обработки твердых материалов.

Тематические исследования

• Случай 1: Завод по производству автомобильных пресс-форм, обрабатывающий большие плоскости пресс-форм, использовал торцевое фрезерование (Vc 200 м/мин, fz 0,15 мм/z, ap 4 мм) со вставками R245-12T3, добившись высокой эффективности и плоскостности.
• Случай 2: На авиакосмическом предприятии при обработке контуров лопаток турбины применялось профильное фрезерование (Vc 60 м/мин, fz 0,05 мм/z, ae 0,1 мм) с использованием шаровых носовых фрез HARVI III, обеспечивающих высокую точность.
• Дело 3: При черновой обработке пресс-формы из инструментальной стали использовалось фрезерование с быстрой подачей (Vf 8000 мм/мин, ap 0,5 мм) со вставками HNGX06, а затем фрезерование уступов с R390-11T308 для чистовой обработки.

Заключение

Торцевое фрезерование отличается эффективностью и качеством поверхности при обработке плоских поверхностей, плечевое фрезерование обеспечивает точность при обработке прямых углов, профильное фрезерование обеспечивает гибкость при обработке сложных контуров, а фрезерование с быстрой подачей максимально повышает эффективность черновой обработки. Выбор инструмента - будь то сменные пластины (например, R245-12T3, HNGX06) или концевые фрезы из твердого сплава (например, HARVI III, Mill 4-11) - должен соответствовать материалу, геометрии и возможностям станка. Оптимизация параметров обработки повышает производительность и экономическую эффективность. По мере развития интеллектуальных и гибридных технологий обработки эти методы фрезерования будут развиваться, удовлетворяя потребности в более высокой точности и производительности.

Ссылки

• Sandvik Coromant. (2023). Справочник по технологии фрезерования.
• Kennametal. (2023). Каталог концевых фрез из твердого сплава.
• МАПАЛ. (2023). Программа фрезерования NeoMill.
• ISO 13399: Представление и обмен данными о режущем инструменте.
• Sandvik Coromant Знания о фрезеровании