Фрезерование металла: основные методы, типы фрез

Фрезерование металла – один из наиболее распространенных способов обработки металлических изделий. Позволяет изготавливать детали высокой точности из тонколистового металла, из объемных заготовок. При этом используются как ручные способы, так и механизированные с разной степенью автоматизации.

Фрезерование классифицируется по типу применяемых фрез, направлению работы резца, виду станков и т. д. Наиболее современными методами считается фрезерование на станках с ЧПУ и обработка металла с помощью лазера. Подробнее о разных видах фрезерования металла вы узнаете из нашего материала.

История обработки металла фрезерованием

Под фрезерованием металла понимается обработка материала с помощью фрезы с целью создания фасонных и плоских изделий. Впервые данная методика появилась в Китае во второй половине XVII века. Конечно же, в то время еще не было никаких механизированных приводов.

Вместо металлической станины использовалась плита из камня, а оборудование приводилось в движение при помощи мулов, точнее, их мускульной силы.

На рубеже XVIII-XIX веков в промышленности стран Европы появился более совершенный вариант. Известный изобретатель Эли Уитни предложил проект подходящего фрезерного станка. Однако аппарат, приближенный к современному станку, был представлен только в середине 1830-х годов в США.

Тогда для передачи основного вращательного движения использовали плоский ремень. Зубчатое колесо, расположенное около шкива, было посажено на оправку, на которой крепился резец. Данный аппарат позволял обрабатывать только плоские детали, фреза в нем двигалась по вертикали.

После того как обработка металлов фрезерованием показала свою эффективность во время изготовления оружия, ее начали использовать и в гражданской промышленности. Первое, что стали производить – это гайки. С помощью станка, который был создан в Америке, делались внутренние отверстия и грани.

Через 20 лет на смену деревянному агрегату пришел стальной, созданный компанией Линкольн. Мало того, что некоторые запчасти удалось сделать более миниатюрными, так еще и долговечность механизма увеличилась. Кроме того, появилась возможность обрабатывать более массивные изделия и прочные сплавы, а в конструкцию встроили ходовой винт с маховиком.

С автоматизацией процесса начали появляться пульты цифрового и числового управления, что является уже более совершенным. Фрезерование металла с ЧПУ позволяет осуществлять резку с очень высокой точностью, поскольку все параметры, включая скорость, режим, перемещение фрезы во всех возможных плоскостях задаются самим программным обеспечением.

Сферы применения технологии фрезерования

Для того чтобы фрезеровка деталей была выполнена более точно, в каждом случае используются различные виды фрез. Несмотря на то, что обрабатываться могут практически любые материалы, чаще всего это все же металл.

Благодаря современным станкам, которые оснащены системами с ЧПУ, количество брака значительно сокращается. А числовые программы позволяют значительно упростить управление. Сегодня заготовки делаются с максимальной точностью и минимальным количеством брака, а все потому, что фреза заменена на лезвие.

С помощью фрезерования металла на станках с ЧПУ можно делать следующее: отрезку, шлифование, гравировку, наносить специальные узоры, осуществлять токарные и другие работы, относящиеся к различным видам деятельности. В процессе используется несколько режущих многозубчатых фрез, причем в зависимости от их крепления в станке определяется тип работы (горизонтальный, вертикальный).

Способов обработки существует несколько, выбор зависит от вида продукции, которая ей подвергается. В работе используются различные фрезы, например, торцевые, цилиндрические, зубчатые, концевые, фасонные и более сложные.

Фрезерование может быть применено в различных сферах: в машиностроении, металлообработке, деревообработке, ювелирном производстве, а также архитектуре и дизайне.

Наиболее популярным сегодня является фрезерование алюминия, а все потому, что данный металл используется во многих областях, например, в интерьере, эксклюзивном дизайне, изготовлении рекламных элементов, операторской техники и т. д.

Его широкое использование обусловлено тем, что он обладает легкостью, прочностью, а также низкой температурой плавления. Кроме того, из него легко можно вырезать любую деталь.

С помощью данного вида фрезерования, которое осуществляется на современных высокотехнологических станках, можно наносить надписи, узоры, рельефность и т. д. на сувенирные изделия, кухонную и маркетинговую продукцию. При этом они отличаются правильной формой, габаритами, идеальными краями и отсутствием заусенцев.

2 вида фрезерования металла

Методы фрезерования металла отличаются направлением подачи материала во время обработки. К примеру, при первичной обдирочной отделке металла либо заготовок, изготовленных из твердых сплавов, используется, как правило, встречная фрезеровка.

Что касается попутной методики, то она применяется в отношении мягких металлов или для чистовой, получистовой обработки. Нужно сказать, что эти способы имеют свои плюсы и минусы, которые и определяют их популярность.

Попутное фрезерование

Данная технология предполагает вращение режущей оснастки в том же направлении, в котором поступает заготовка. Именно поэтому данный способ обладает следующими плюсами:

• деформация детали практически исключается, а все потому, что нет необходимости в ее сильной фиксации к столу, поскольку заготовка прочно удерживается на станине под действием инерционных сил;
• шероховатость на поверхности после обработки минимальная, поскольку снятие припуска происходит очень плавно;
• режущая кромка фрезы затупляется медленнее, а значит, и износ ее незначительный;
• отведение стружки происходит быстрее и не требует использования дополнительных приспособлений и инструментов.

Кроме того, во время попутной фрезеровки присутствует довольно сильная вибрация, избавиться от которой можно только путем использования станка с высокой жесткостью.

Встречная технология

Данный тип фрезерования отличается от предыдущего тем, что здесь режущий инструмент движется навстречу заготовке. Это позволяет не только повысить производительность, но обеспечить:

• минимальную нагрузку на механизм, благодаря чему рабочий ресурс значительно увеличивается;
• равномерное и мягкое воздействие на металл во время обработки, что позволяет увеличивать глубину реза постепенно, не отклоняясь от допустимых параметров;
• обработку без вибраций, причем даже металла, обладающего грубой шероховатой поверхностью.

Что касается недостатков, то к ним можно отнести необходимость надежной фиксации заготовки, поскольку сила резки частично направлена на отрыв от станины шаблона. Еще к минусам относится плохое отхождение стружки, в результате чего она может попадать в зону резки, а также быстрый износ фрезы.

Основные типы фрез

По типу режущей оснастки, используемой во время обработки, способы и виды фрезерования классифицируются следующим образом:

• Торцевое – обработка, которая осуществляется с помощью соответствующей фрезы (торцевой), схожей со сверлом небольшой длины и увеличенного диаметра, с расположенными по торцевой окружности резцами (5 и более), закрепленными с разным шагом и одинаковой глубиной посадки.

  С помощью данной оснастки производится формирование подсечек, канавок, колодцев, окошек, более точных габаритов заготовки, а также обратная фрезеровка и срезание торцов.

• Цилиндрическое – используется для корректировки высоты граней (длинных и коротких), например, ребер швеллера. Работа осуществляется с помощью винтовой фрезы в виде горизонтального валика, которая имеет универсальное назначение, либо оснасткой с прямыми зубьями, предназначенной для обработки прямых поверхностей.
• Дисковое – используется для формирования продольных канавок при помощи фрезы, которая напоминает режущую часть дисковой пилы.
• Угловое – для фрезерования металла используется инструмент, который состоит из двух соединенных вместе усеченных конусов. В данном случае угол его и наклона канавки на изделии совпадают.

  Что касается оснастки, то она либо полностью сделана из быстрорежущей стали, либо дополняется вставными резцами, изготовленными из победитового сплава (применяется для резки очень прочных металлов).

• Концевое – с его помощью делаются уступы необходимого размера в вертикальной или горизонтальной плоскости.
• Фасонное – без данного вида фрезеровки металла невозможно изготовить изделия, имеющие нестандартную форму. Для работы используется оснастка с затылованными зубьями либо остроконечные фрезы со сложным профилем, имеющие по внутренней стороне острый край.

Нужно сказать, что это далеко не все типы фрез, которые используются во время обработки металла. Есть также и корончатые, которые применяются для того, чтобы получать крупные отверстия, червячные – для обработки материала несколькими режущими кромками одновременно и т. д.

Кроме того, на оборудовании, оснащенном ЧПУ, есть возможность осуществлять и лазерное фрезерование металла, где вместо режущего инструмента используется лазер.

Этапы фрезерования металла

Для того чтобы получить качественное изделие после фрезерования, независимо от того, из какого материала оно изготавливается, нужно обратить внимание не только на заготовку, но и на соблюдение технологии обработки, которая состоит из определенных этапов:

1. Подготовительная стадия, когда происходит установка режущего инструмента на шпинделе и фиксация заготовки на столе станка.
2. Следующим шагом является настройка параметров, которая включает установку скорости вращения режущей оснастки, глубину срезания металла за один проход, плавность подачи заготовки и направления ее движения.
3. Далее происходит запуск вращения режущей части на небольшой скорости, чтобы соприкосновение фрезы с обрабатываемым материалом было незначительным. Благодаря этому обеспечивается безопасность процесса, а также проверка необходимой глубины реза. После этого шпиндель возвращается в исходное положение и при необходимости производится корректировка параметров.
4. Электродвигатель включается второй раз, и в это время происходит подача заготовки и фрезерование, во время которого осуществляется контроль над соблюдением критериев формируемого изделия.

Возможные проблемы при фрезеровании металла и пути их решения

Несмотря на то, что для фрезерования металла используется современное оборудование, во время обработки возникают разного рода проблемы, причины которых и методы решения могут быть различными. Одним из примеров является травмирование оператора станка металлической стружкой, которая отлетает во время обработки материала.

Для того чтобы решить этот вопрос, достаточно правильно организовать систему отвода. Однако в процессе фрезерования металла есть и более существенные сложности, например, повреждение поверхности заготовки во время обработки и сокращение рабочего ресурса оснастки.

Снижение срока эксплуатации инструмента

К данным технологическим и техническим проблемам, связанным с фрезерованием металла, относится следующее:

• Быстрый износ кромки режущей оснастки. Причины этого могут заключаться в следующем: использование неподходящей оснастки, несоответствие скорости ее вращения либо неправильная подача материала во время обработки.
  
• Сильное выкрашивание кромки фрезы. Такое может произойти, если неправильно подобрать оснастку, скорость вращения (она слишком высокая), а также неподходящий угол, под которым установлен шпиндель. Кроме того, сюда же стоит отнести неподготовленную поверхность обрабатываемой детали, то есть не была произведена необходимая подготовка, а также слишком сильное давление фрезы.
  

• Поломка инструмента полная. Причины: недостаточная прочность станка, термический удар. Для того чтобы избежать подобной проблемы, необходимо правильно подбирать оснастку, смазывать рабочую зону и использовать жидкостное или воздушное охлаждение, чтобы можно было регулировать температуру.

  Реже поломка фрезы возникает из-за плохого отвода стружки или его полного отсутствия, в результате чего из-за необходимости в повторном срезании нагрузка на инструмент значительно возрастает.

• Наросты на режущей кромке, налипание стружки. Чаще всего такое происходит при обработке мягких металлов, например, алюминия, а также использовании фрезы с неправильно подобранным углом. Для того чтобы решить данную проблему, необходимо произвести смену оснастки.

Повреждение поверхности обрабатываемого изделия

К самым распространенным повреждениям обрабатываемого материала относятся следующие:

• Появление наклепа. Происходит подобное из-за повышения температуры в области резания, в результате чего пластичность материала уменьшается, а прочность увеличивается. Для того чтобы этого не допустить, необходимо использовать современные способы охлаждения детали.
• Отклонение от вертикали. Чаще всего причиной этого становится сильный износ кромки режущей оснастки либо неправильно выбран режим резки.
• Несоблюдение размеров. Возникает, как правило, при плохой фиксации детали, использовании инструмента недостаточной жесткости, слишком большой вибрации либо увеличении интервала замены. Для решения данной проблемы следует заменить фрезу, более жестко закрепить заготовку и воспользоваться виброгасителем.
• Неровности и выкрашивание. Чаще всего подобное происходит из-за неравномерной подачи заготовки, а также неправильной установки глубины реза и скорости съема металла при фрезеровании.

Зная, какие проблемы могут сопровождать процесс фрезерования металла, а также причины, по которым они возникают, и способы их решения, вы сможете правильно подобрать режим работы станка и оснастку, улучшив тем самым производительность процесса и качество готового изделия.