Фрезерование торцов является одной из наиболее фундаментальных и важных операций обработки в производстве с ЧПУ. Она широко используется для создания базовых поверхностей, сборочных поверхностей и больших плоских участков на механических деталях. Стабильность и качество торцевого фрезерования не только определяют обработка поверхности текущем процессе, но и непосредственно влияют на точность размеров и надежность процесса всех последующих операций. Систематическое понимание принципов торцевого фрезерования, систем оснастки, стратегий работы с конкретными материалами и методов управления процессом необходимо для любой современной операции обработки, нацеленной на высокую эффективность и стабильное качество.
Что такое торцевое фрезерование?
Определение и основная концепция торцевого фрезерования
Торцевое фрезерование - это процесс фрезерования, при котором ось фрезы перпендикулярна поверхности заготовки. Режущие кромки, расположенные как на торце, так и на периферии фрезы, участвуют в удалении материала, создавая плоскую поверхность. По сравнению с использованием торцевых фрез для зачистки поверхности, торцевое фрезерование обеспечивает более высокую скорость съема материала, лучшую консистенцию поверхности и более стабильный контроль плоскостности, что делает его предпочтительным методом для плоской обработки больших площадей и создания базовых поверхностей.
Основной принцип резания при торцевом фрезеровании
При торцевом фрезеровании несколько пластин одновременно воздействуют на заготовку. Силы резания распределяются между осевым и радиальным направлениями, что повышает стабильность резания и производительность. Поскольку за каждый оборот срезается несколько кромок, торцевое фрезерование является высокоэффективным, но оно также чувствительно к биению фрезы, изменению высоты пластины и жесткости станка. Хорошо сбалансированная система фрез и стабильные условия процесса необходимы для получения стабильных результатов.
Основные виды операций торцевого фрезерования
Обычное торцевое фрезерование: Используется для обработки плоских поверхностей общего назначения, обеспечивая стабильные условия резания, широкую применимость и надежное формирование поверхности большинства механических деталей.
Фрезерные станки с высокой подачей: Использует очень малую глубину резания и чрезвычайно высокую скорость подачи для достижения высокой производительности, особенно подходит для черновых операций в пресс-формах и больших полостях.
Сверхмощные торцевые фрезерные станки: Разработан для снятия больших заготовок с отливок и поковок, с упором на прочность инструмента, жесткость системы и стабильную грузоподъемность.
Финишная обработка Торцевая фрезеровка: Оптимизированы по чистоте и плоскостности поверхности с использованием более острой геометрии и более точных систем фрез, часто применяются в качестве завершающего этапа плоскостной обработки.
Высокоскоростное торцевое фрезерование: Широко распространены в алюминиевой промышленности и производстве пресс-форм. Сочетание высокой скорости вращения шпинделя и легких параметров резания позволяет достичь как производительности, так и хорошего качества поверхности.
Типы фрез для торцевого фрезерования
Индексируемые торцевые фрезы: Наиболее широко используемый тип, обеспечивающий гибкую замену вставки, хорошую экономичность и широкую адаптацию к материалам.
Твердосплавные торцевые фрезы: Используется в основном для обработки малых диаметров, высокоскоростной обработки или высокоточной финишной обработки, обеспечивая превосходную жесткость и низкое биение.
Торцовые фрезы PCD: В основном используется для обработки алюминиевых сплавов, цветных металлов и некоторых пластмасс, обеспечивая чрезвычайно долгий срок службы инструмента и превосходное качество обработки поверхности.
Торцовые фрезы CBN: Используется в основном для закаленных сталей и материалов высокой твердости при отделочных операциях, требующих высокой стабильности станка.
Торцовые фрезы 45°, 75° и 90°: Различные углы входа влияют на направление силы резания, устойчивость и возможность плеча, поэтому их следует выбирать в зависимости от области применения и возможностей станка.
Преимущества и ограничения торцевого фрезерования
Преимущества
Торцевое фрезерование обеспечивает высокую скорость съема материала, отличную консистенцию поверхности, хороший контроль плоскостности и выгодную стоимость одной детали при массовом производстве. Это наиболее эффективный метод для создания больших плоских поверхностей и функциональных опорных поверхностей.
Ограничения
Торцевое фрезерование требует хорошей жесткости станка, стабильного крепления и точных систем фрез. Оно не всегда подходит для очень маленьких, тонких или гибких деталей, где деформация и вибрация могут стать критическими проблемами.
Выбор инструментального материала для различных материалов заготовок (энциклопедическое издание)
Согласование материала и инструмента - основа стабильного торцевого фрезерования. Твердость, прочность, теплопроводность, склонность к адгезии и эластичность материала заготовки напрямую определяют марку пластины, покрытие и геометрию.
Алюминиевые сплавы: Алюминий склонен к образованию наплывов на кромках и сколов. Фреза должна использовать острые, хорошо отполированные режущие кромки с большим положительным углом наклона. Предпочтительны пластины из карбида без покрытия или с DLC-покрытием. При крупносерийном производстве или обработке зеркальных поверхностей торцевые фрезы PCD обеспечивают превосходную чистоту поверхности и чрезвычайно долгий срок службы инструмента.
Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь легко затвердевает и обладает плохой теплопроводностью. Вставки должны обладать повышенной прочностью и жаростойкостью. Обычно используются твердосплавные пластины с покрытием TiAlN или AlTiN со стабильной подготовкой кромок. Для уменьшения сколов следует избегать слишком острой геометрии.
Углеродистая сталь и легированной стали: Эти материалы охватывают широкий диапазон твердости. Твердосплавные пластины общего назначения с покрытием подходят для большинства областей применения. Более мягкие стали отличаются повышенной износостойкостью, в то время как для более твердых или прерывистых резов требуются более жесткие марки. При выборе инструмента необходимо соблюдать баланс между производительностью и сроком службы инструмента.
Титановые сплавы: Титан создает высокие температуры резания и сильное отскок материала. Для пластин следует использовать подложки высокой твердости и жаропрочные покрытия с усиленными режущими кромками. Параметры резания должны быть консервативными, чтобы контролировать накопление тепла и избегать пластической деформации режущей кромки.
Латунь: Латунь легко обрабатывается, но может образовывать заусенцы и выкрашивание поверхности. Рекомендуется использовать острые пластины с высокой положительной геометрией, обычно без тяжелых покрытий. Основное внимание следует уделять качеству кромок и контролю биения фрезы.
Бронза: Некоторые бронзовые сплавы являются абразивными. По сравнению с латунью требуются более износостойкие марки твердого сплава, но при этом сохраняются достаточно острые кромки, чтобы избежать разрыва поверхности.
Пластмассы (ABS, POM, PEEK, ПММА, PA, ПК, ПЭТ, PTFE): Пластмассы чувствительны к нагреву, размазыванию и деформации. Основными принципами являются чрезвычайно острые кромки, полированные граблины, низкое трение и эффективный отвод стружки.
ABS уделяет особое внимание снижению теплоты трения; POM требует хорошего контроля стружки; PEEK требует низкого тепловыделения и стабильного резания; PMMA требует зеркально отполированных ультраострых инструментов; PA требует низкой геометрии силы резания; PC требует полированных инструментов с низким трением; PET требует чистого отвода стружки; PTFE требует ультраострых инструментов и прочной поддержки заготовки.
Фрезерование торцов на 3-осевых, 4-осевых, 5-осевых станках с ЧПУ и вручную
3-осевое ЧПУ: Наиболее распространенное и экономичное решение для стандартных плоских поверхностей, отличающееся хорошей стабильностью и простотой программирования, но ограниченное для многоугольных деталей.
4-осевое ЧПУ: Позволяет обрабатывать несколько граней или наклонных плоскостей за один установ, сокращая повторное зажимание и улучшая геометрическую согласованность.
5-осевое ЧПУ: Оптимизирует ориентацию инструмента для достижения наилучших условий резания, улучшая качество поверхности и срок службы инструмента в сложных деталях, но с более высокими инвестициями и сложностью программирования.
Ручная фрезеровка: Подходит в основном для ремонтных работ, изготовления прототипов или очень мелких партий продукции с ограниченной эффективностью и повторяемостью.
Учет эффективности и затрат: Более высокоосевые станки обеспечивают большую гибкость и меньшее количество настроек, но при этом требуют больших затрат на оборудование и программирование. Выбор должен основываться на сложности детали и общей стоимости производства.
Типичные компоненты и конструкции с использованием торцевого фрезерования
Машинные структурные опорные поверхности: Эти поверхности служат первичными базовыми точками для последующих операций обработки, а их плоскостность и постоянство напрямую определяют стабильность размеров всей детали.
Поверхности раздела пресс-формы: При изготовлении пресс-форм поверхность раздела контролирует точность центровки и качество уплотнения, а торцевое фрезерование устанавливает основную базовую плоскость перед финишной обработкой и полировкой.
Монтажные основания для оборудования: Для обеспечения равномерного распределения нагрузки и долговременной стабильности работы эти поверхности должны иметь хорошую плоскостность и площадь контакта.
Базовые пластины для крепежа и оснастки: Базовые поверхности крепежа определяют повторяемость и точность позиционирования всей системы крепления.
Компоненты коробчатого типа: Корпуса и редукторы обычно содержат несколько взаимосвязанных плоскостей, и торцевое фрезерование позволяет создать единые базовые поверхности, контролирующие параллельность и перпендикулярность.
Компоненты большой тарелки: Большие пластины подвержены деформации из-за остаточных напряжений и сил зажима, поэтому торцевое фрезерование также играет роль в стабилизации геометрии.
Параметры процесса и стратегия обработки при торцевом фрезеровании
Скорость резки, скорость подачи и глубина реза: Эти три параметра должны быть правильно подобраны, чтобы обеспечить истинное резание, а не трение, иначе произойдет перегрев и нестабильная стойкость инструмента.
Фрезерование по методу Climb в сравнении с обычным фрезерованием: На станках с ЧПУ, как правило, предпочтительнее фрезерование с подъемом, поскольку оно снижает силы резания, улучшает качество поверхности и продлевает срок службы инструмента.
Стратегия входа и выхода: Плавные въезд и выезд по рампе или дуге снижают ударную нагрузку и предотвращают раскалывание вставки.
Согласованность биения фрезы и высоты вставки: Даже небольшие отклонения приведут к неравномерному распределению нагрузки, плохой обработке поверхности и ускоренному износу инструмента.
Стабильность заготовки и крепления: Плохой зажим может легко привести к деформации и ошибкам плоскостности, особенно на больших или тонких деталях.
Эвакуация обломков и защита поверхности: Плохой контроль стружки может привести к царапинам на поверхности и вторичному резанию, что делает управление охлаждающей жидкостью или воздухом очень важным.
Общие проблемы торцевого фрезерования и инженерные решения
Волнистость и вибрация поверхности: Обычно вызвано недостаточной жесткостью, чрезмерным выступом инструмента или нестабильной нагрузкой при резании.
Скол вставки или преждевременный выход из строя: Часто связано с неправильным выбором марки вставки, чрезмерной тепловой нагрузкой или неправильной стратегией ввода.
Ошибки плоскостности и параллельности: Обычно это вызвано деформацией детали, нестабильным креплением или плохим планированием привязки.
Царапины и разводы на поверхности: Обычно вызвано плохим отводом стружки или повреждением режущих кромок.
Другие процессы фрезерования, связанные с торцевым фрезерованием
Фрезерование торцов: В основном используется для обработки боковых стенок, карманов и профилей, а не больших плоских поверхностей, с упором на создание контуров и обработку трехмерных форм.
Боковое фрезерование: Используется для обработки вертикальных поверхностей и ступеней, подчеркивая возможность резания боковых кромок, и часто сочетается с торцевым фрезерованием для получения деталей с несколькими поверхностями.
Фрезерование пазов: Предназначены для обработки шпоночных пазов, канавок и пазов, требующих высокой жесткости инструмента и эффективного отвода стружки.
Профильное фрезерование: В основном используется для обработки сложных внешних контуров, когда точность траектории инструмента важнее скорости съема материала.
Карманная фрезеровка: Используется для обработки внутренних полостей и обычно сочетает черновую и чистовую обработку.
Высокоскоростное фрезерование: Особое внимание уделяется малой глубине реза, высокой скорости вращения шпинделя и высокой скорости подачи. Часто используется вместе с торцевым фрезерованием при обработке алюминия и пресс-форм.
Трохоидальное фрезерование: Использует специальные траектории инструмента для снижения нагрузки резания и концентрации тепла в сложных материалах, обычно применяется на этапах черновой обработки.
Заключение: Создание высокоэффективной и высокостабильной системы торцевого фрезерования
Надежная система торцевого фрезерования - это результат систематической интеграции систем инструментов, характеристик материала, возможностей станка, стратегии процесса и стандартизированных методов работы. Только рассматривая торцевое фрезерование как инженерную систему, а не как простую операцию, производители могут добиться предсказуемого качества, стабильной производительности и долгосрочного контроля над затратами.Если вы хотите узнать больше деталей, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами.
