От фрезы зависит качество обрабатываемого изделия и эффективность всего процесса металлообработки. Использование неподходящего инструмента приводит к его преждевременному износу, дефектам заготовок и даже к поломке фрезерного оборудования. В этой статье разберем виды и типы фрез по металлу.
Классификация и характеристики
Инструмент для фрезеровки состоит из рабочей части, включающей зубья, выемки между ними, по которым отводится стружка из зоны реза. Хвостовик служит для крепления в шпинделе станка, а посадочное отверстие – для посадки на рабочий вал. Для фиксации могут использоваться резьбовое соединение и шпонка. Разные виды фрез по металлу отличаются конструкцией, что влияет на возможности использования.
Классификация по конструкции
По конструкционным особенностям выделяются следующие виды: концевые фрезы, торцевые, дисковые, угловые, червячные, фасонные. Разберем подробнее каждый тип фрез ниже.
Концевые
Технические требования к концевым фрезам содержатся в стандарте ГОСТ 17024-2015.
С помощью них оптимально создавать уступы, карманы, выполнять профилирование. Оснащены режущими гранями по торцу и цилиндрической части. Это позволяет одновременно резать в осевом и радиальном направлениях.
Оптимальны для фрезерования канав, контуров, создания углублений, черновой и чистовой обработки плоскостей. Черновая – предусматривает быстрое удаление излишков материала для придания изделию формы. Чистовая – заключительный этап, целью которого является достижение геометрической формы, размеров, заданных чертежом, требуемой шероховатости.
Торцевые
Режущие грани расположены на торцевой поверхности. Они подходят для операций с большими плоскостями, способствуют повышению производительности, точности (применяются нормы ГОСТ 24360-2016).
Основная работа происходит за счет торцов. Их конструкция часто предусматривает сменные многогранные пластины.
Оптимальное назначение – выравнивание, снятие припусков, получение чистой обработки на плоскостях.
Дисковые
Представляют собой диск с лезвиями по окружности (изготавливаются по ГОСТ 2679-2014). Они применяются для формирования пазов, обрезки краев, разрезания материалов. Подразделяются на несколько подвидов:
- Пазовые – используются для создания прямоугольных пазов и канавок. Секущие грани расположены по боковым и периферийной сторонам.
- Отрезные – тонкие диски, предназначенные для отрезания заготовок или прореза узких щелей.
- Трехсторонние – имеют лезвия по окружности и с двух боковых сторон, что позволяет им обрабатывать паз за один проход, формируя его ширину и чистоту.
Угловые, фасонные, червячные
Основное предназначение – создание угловых пазов, скосов и фасок. Режущие элементы расположены под определенным углом к оси. Основные размеры указаны в ГОСТ Р 70112-2022; 50181-92.
Фасонные – используются для получения сложных профилей и форм. Их острая кромка соответствует профилю обрабатываемой заготовки (например, для производства зубьев шестерен или декоративных элементов). Технические требования содержатся в ГОСТ 9305-2014.
Главное предназначение червячных – нарезка зубцов, звездочек, колес и других деталей с винтовым профилем. Технические условия к изделиям устанавливают стандарты ГОСТ 9324-2015; 10331-81 (для изготовления зубчатых колес), ГОСТ 8027-86; 6637-80 (для нарезки зубьев шлицевых валов), ГОСТ 15127-83 (для нарезки звездочек к приводным цепям).
По материалу режущей части
Металл, из которого изготовлены острые элементы, определяет допустимые режимы резания.
Быстрорежущая сталь (HSS)
Это сплавы, способные сохранять твердость при высоких температурах, которые образуются во время резки. HSS отличается хорошей вязкостью и устойчивостью к вибрациям. Это делает его подходящим для прерывистого нарезания, работы с мягкими металлами или средней степени твердости.
Твердосплавные (ВК8, Т5К10)
Изготавливаются из спеченных порошков карбидов тугоплавких металлов (например, карбида вольфрама) со связующим элементом (кобальтом). Они более твердые и износоустойчивые по сравнению с HSS. Это позволяет работать с высокой скоростью и более твердыми сплавами.
ВК8 содержит 8% кобальта, обладает хорошей вязкостью и применяется для чугуна, нержавеющей стали и жаропрочных сплавов. Т5К10 содержит 5% кобальта и 10% карбида титана, что способствует повышению износостойкости. Используется для стали, жаропрочных сплавов.
С алмазным напылением
На лезвия с алмазным напылением нанесен тонкий слой на основе синтетических алмазов. Они отличаются твердостью, являются устойчивыми к износу, что делает их незаменимыми для фрезеровки закаленных сталей, керамики, композитов, графита.
По назначению
Знание функционального назначения позволяет выбрать из различных типов фрез по металлу наиболее подходящую для конкретной задачи.
Для черновой и чистовой обработки
Для черновой работы подходят приспособления с небольшим числом зубьев, прочной конструкцией. Предназначены для быстрого снятия излишков материала.
Для завершающего этапа металлообработки требуется более точная геометрия, меньший радиус при вершине зуба и большее количество зубцов. Эти характеристики гарантируют высокую точность размеров и чистоту поверхности.
Для алюминия, нержавейки, титана
Инструменты для алюминия часто оснащены острыми кромками, полированными канавками для лучшего отвода стружки и геометрической формой, предотвращающей ее налипание.
Для нержавейки – обычно имеют более прочную геометрию, специальные покрытия для уменьшения трения и предотвращения образования наростов.
Для титана – отличаются повышенной прочностью, износостойкостью и теплостойкостью.
Специальные
Могут быть спроектированы для создания точных пазов определенной ширины и глубины (например, шпоночные), для снятия фасок с кромок деталей.
Фасонные или червячные фрезеровочные инструменты со специальным профилем предназначены для нарезки зубчиков различных типов шестерен.
Для станков ЧПУ
Станки, управляемые с помощью программного обеспечения, предъявляют особые требования к технической оснастке, поскольку работают в высокоскоростных режимах и требуют максимальной точности.
Отличия от ручного оборудования
Фрезы для машин с программным управлением изготавливаются с более жесткими допусками, имеют более качество исполнения. Защитный слой адаптирован для работы на высоких оборотах и подачах.
Применяются различные покрытия, которые значительно снижают трение и позволяют работать на более скоростных режимах.
Как подобрать фрезу для ЧПУ
При подборе важно учитывать следующие параметры:
- хвостовик – должен соответствовать типу и размеру патрона, чтобы обеспечить надежную фиксацию;
- защитный слой – выбирается в зависимости от вида обрабатываемой заготовки, условий реза;
- качество исполнения – число зубцов, угол наклона спирали влияют на эффективность обрабатывающего процесса.
Также следует обратить внимание на размер и вылет – эти показатели должны отвечать требуемым размерам детали.
Сравнительная таблица разных видов фрез
В таблице представлены основные характеристики, позволяющие оценить применимость для конкретных задач:
| Типы |
Материал режущей части |
Основное применение |
Преимущества |
Недостатки |
| Концевая HSS |
Быстрорежущая сталь |
Для фрезерования углублений, контуров |
Универсальность, вязкость (устойчивость к ударам). |
Ограниченная скорость резания |
| Торцевая Т5К10 |
Твердый сплав |
Для больших плоских поверхностей, снятия припусков |
Износостойкость, работа в высокоскоростных режимах, стабильность при резании. |
Хрупкость (требует бережного обращения и стабильного закрепления) |
| Дисковая пазовая |
Различные (HSS, Т5К10) |
Создание канавок определенной ширины и глубины |
Точность геометрических параметров паза, возможность одновременной фрезеровки дна и боковых стенок. |
Ограниченное применение (только для пазов), требует точной настройки по ширине. |
| Червячная модульная |
Различные |
Нарезание зубьев червячных колес, звездочек |
Точность нарезания |
Узкое применение, требует специализированной зубофрезерной техники. |
Каждый тип подходит для конкретных операций и видов сплавов. Грамотный выбор обеспечит эффективность и точность металлообрабатывающих операций.
Как правильно выбрать инструмент
От выбора зависит эффективность, точность, экономичность производства, срок службы обрабатывающего оборудования. Существует три параметра, которые важно учесть.
Количество заходов
Этот параметр влияет на производительность и результат:
- Малое количество заходов (2-3 зуба) – обычно имеют большую канавку для отвода стружки. Это делает их подходящими для черновой обработки и работы с алюминием, медью, марками мягкой стали.
- Среднее (4-6) – универсальный вариант, подходящий для большинства задач. Подходят для стали, чугуна и некоторых нержавеющих сплавов.
- Большое (6 и более) – имеют меньшие канавки для обрезков и предназначены для твердых, хрупких, высокопрочных сплавов (в т.ч. закаленной стали, чугуна).
Большее количество зубьев обеспечивает более гладкую поверхность при стабильном, непрерывном резании.
Тип удаления стружки
Эффективный отвод стружки важен для успешной металлообработки:
- большие и широкие канавки – обеспечивают свободный отвод большого объема стружечных отходов, предотвращают их налипание;
- узкие и мелкие – способствуют более стабильному резанию, предназначены для твердых и хрупких металлов, стружка у которых образуется в виде мелкой крошки.
Неправильный выбор геометрии выемок может привести к налипанию металлических обрезков, повреждению заготовки, перегреву и преждевременному износу.
Покрытие
К распространенным видам защитного покрытия относятся:
- TiN (нитрид титана) – обеспечивает хорошую твердость и износостойкость, подходит для стали, в т.ч. нержавеющей, чугуна, некоторых цветных металлов;
- AlTiN, TiAlN (титан-алюминиевые нитриды) – уменьшает трение, обеспечивает устойчивость к изнашиваемости, повышенным температурам (подходит для работы с твердыми, жаропрочными металлами);
- ZrN (нитрид циркония) – обладает повышенной гладкостью и антифрикционными свойствами, часто используется для алюминия и других цветных металлов (предотвращает налипание металлических отходов и обеспечивает более чистое резание);
- DLC (алмазоподобный углерод) – обеспечивает низкий коэффициент трения, применяется для графита, композитов и др.
Правильный выбор покрытия снижает трение, повышает твердость поверхности, улучшает термостойкость.
Условия хранения и эксплуатации
Любое приспособление не прослужит долго, если не соблюдать правила использования и хранения. Для предотвращения коррозии, повреждений лезвий и сохранения их геометрической точности важны:
- индивидуальная упаковка – предотвращает соприкосновение, которое может привести к сколам и повреждениям;
- чистота и сухость места хранения – отсутствие влаги предотвращает коррозию, другие повреждения;
- температурный режим – экстремальные температуры или их резкие колебания негативно влияют на структуру материала и покрытий.
Для хранения лучше использовать места, в которых исключены случайные удары и вибрации. Падение даже с небольшой высоты может привести к микротрещинам, которые проявятся при первом же использовании.
При эксплуатации важен правильный выбор под определенную задачу. К основным критериям относятся:
- Материал заготовки. Например, для алюминия лучше брать фрезы с большим углом спирали (например, 45-55 градусов). Для нержавеющей стали требуется более прочная геометрия кромки и покрытия типа TiAlN или AlTiN для повышения термостойкости.
- Тип операции. Черновая, получистовая, завершающая обработка, фрезерование пазов, торцевание — каждая операция требует своей геометрии и количества зубьев.
- Вид оборудования.
Для станков ЧПУ важны точность и наличие специализированных покрытий, способных выдерживать высокие скорости и подачи. Например, предлагаемые брендами SANDVIK, ISCAR, SECO.
При настройке режимов важно обращать внимание на скорость резания, подачу. Недостаточная подача может вызвать трение и износ, избыточная — поломки, повреждение детали. Глубина и ширина реза должны соответствовать мощности станка.
Инструмент должен надежно закрепляться в патроне, чтобы избежать вибрации. Это приводит к снижению качества поверхности, быстрому износу и повышенным нагрузкам на шпиндель. Необходимо регулярно осматривать лезвия. Если они затупились, это ухудшит качество обрабатываемой детали, приведет к повышенным нагрузкам на оборудование, перегреву и поломкам.
Правильное хранение и соблюдение условий эксплуатации продлит срок службы оборудования, повысит эффективность металлообработки.