Фрезы по металлу: виды и как выбрать концевую фрезу
На фрезерном станке и обрабатывающем центре большую часть работы делает концевая фреза: ею снимают уступы, пазы, карманы и контуры. Подбор сводится к пяти параметрам: форма торца, число зубьев, покрытие, длина режущей части и материал фрезы. Ниже разобран каждый из них, а ближе к концу есть таблица подбора под обрабатываемый материал.
Какие бывают фрезы по металлу
По способу крепления фрезы делят на концевые, которые зажимают в патроне за хвостовик, и насадные, которые надевают на оправку. По назначению в цехе встречаются такие типы:
- концевые режут торцом и боковой поверхностью: уступы, пазы, карманы, контуры, объёмные поверхности, это основной инструмент станков с ЧПУ;
- торцевые большого диаметра, обычно со сменными твердосплавными пластинами, обрабатывают плоскости; на шпиндель с конусом BT их ставят через оправку BT-FMB для торцевых фрез под посадочное отверстие фрезы 22, 27, 32 или 40 мм;
- дисковые прорезают пазы и канавки и отрезают заготовки на горизонтально-фрезерных станках, их насаживают на оправку;
- цилиндрические имеют зубья только на цилиндрической поверхности и фрезеруют плоскости на горизонтальных станках;
- резьбофрезы нарезают резьбу винтовой интерполяцией на станках с ЧПУ, в каталоге есть твердосплавные резьбофрезы для метрической резьбы от M1 до M24;
- фасонные и угловые повторяют профиль детали: канавки, «ласточкин хвост», скосы.
Дальше речь только о концевых фрезах.
Форма торца: прямоугольные, радиусные, сферические, фасочные
Форма торца определяет, какой угол или какую поверхность фреза оставит на детали.
| Тип | Для чего | Что учесть |
|---|---|---|
| Прямоугольная: плоский торец, угол 90° | Уступы, пазы, карманы с плоским дном и острым внутренним углом | Острый угол изнашивается и выкрашивается быстрее скруглённого |
| Радиусная: скругление на вершине, например R0,5 или R1 | Карманы и уступы с радиусом между стенкой и дном, черновой съём, закалённые стали | Радиус фрезы переходит в угол детали, его сверяют с чертежом |
| Сферическая: полусфера на торце | Объёмные поверхности штампов и пресс-форм, обработка строчками | Между строчками остаются гребешки, их высота зависит от шага и радиуса фрезы |
| Фасочная: конус на торце | Фаски, притупление кромок, снятие заусенцев | Фреза с углом 90° при вершине даёт фаску 45° |
В каталоге есть прямоугольные концевые фрезы OCT500, OCT560 и OCT-ALU диаметром от 2 до 16 мм и радиусные фрезы OCT560 диаметром 4 мм с радиусом R0,5 и диаметром 6, 8 и 10 мм с радиусом R1.
Сколько зубьев нужно
Число зубьев решает две задачи, которые мешают друг другу. С ростом числа зубьев растут подача на оборот и прочность сердцевины, но канавки становятся мельче и стружке меньше места. Когда стружка не успевает выходить, она забивает канавки, портит поверхность и может сломать фрезу. Сила резания с числом зубьев тоже растёт, поэтому на тонких стенках, нежёстком станке и в пазах на всю ширину фрезы берут меньше зубьев.
- Алюминий: 2-3 зуба. Трёхзубая фреза подходит для большинства работ. Двузубая лучше там, где стружки много: паз на всю ширину, глубокий карман, маломощный станок, слабая подача СОЖ. Фрезы с 4-6 зубьями по алюминию работают только при высоких оборотах (часто от 20 000 об/мин), малой ширине резания и сильном обдуве.
- Стали и чугун: обычно 4 зуба. В линейках по стали встречаются фрезы от 3 до 7 зубьев: меньше зубьев для пазов и черновой обработки, больше для чистовых проходов и высокоскоростных стратегий с малой шириной резания.
- Никелевые сплавы, керамические фрезы: 4 или 6 зубьев. Подробнее в разделе про керамику ниже.
В каталоге фрезы OCT-ALU трёхзубые, OCT500 и OCT560 четырёхзубые, а керамические OCT900 выпускаются с 4 и 6 зубьями.
Покрытия TiAlN, TiSiN, DLC: что для чего
Покрытие толщиной в единицы микрон защищает кромку от износа, нагрева и налипания. Выбирают его по обрабатываемому материалу: покрытие, которое хорошо работает по стали, может мешать по алюминию.
| Покрытие | По данным производителей | Материалы | В каталоге |
|---|---|---|---|
| TiAlN, нитрид титана-алюминия | Универсальное, признаки окисления появляются около 800-900 °C, чаще рассчитано на низкие и средние скорости с СОЖ | Конструкционные и легированные стали, нержавеющие стали, чугун, титановые сплавы | OCT500, D2-D10 |
| AlTiN, алюминия больше, чем в TiAlN | Окисление около 900-1000 °C, средние и высокие скорости, с СОЖ и всухую | Стали до 52 HRC, нержавеющие стали, титан, никелевые сплавы, чугун | нет |
| TiSiN, на основе нитридов титана и кремния | Стойкость к окислению до 1200 °C, рассчитано на высокие скорости и твёрдое фрезерование | Закалённые стали 50-65 HRC, труднообрабатываемые материалы | OCT560, D2-D16, прямоугольные и радиусные |
| DLC, алмазоподобное углеродное | Низкое трение, стойкость к налипанию и истиранию, низкий температурный порог | Алюминий, медь, латунь, пластики | OCT-ALU, D2-D8 |
Цифры ориентировочные: свойства зависят от конкретной марки покрытия и у разных производителей различаются.
С алюминием есть тонкость. Покрытия с высоким содержанием алюминия, такие как AlTiN, производители для алюминиевых сплавов не рекомендуют: у них высокое сродство к алюминию, стружка налипает на кромку. TiAlN часто называют универсальным, но для алюминия обычно берут фрезу без покрытия или с DLC. По стали DLC, наоборот, не применяют из-за низкого температурного порога.
Длина режущей части и вылет
Длину режущей части берут чуть больше глубины обработки. Лишняя длина вредна: вместе с ней растёт вылет, а жёсткость падает.
Отжим фрезы пропорционален кубу вылета. Если вылет увеличить вдвое при том же диаметре и нагрузке, фреза отклонится в 8 раз сильнее. Диаметр действует в обратную сторону: вдвое больший диаметр при том же вылете уменьшает отжим в 16 раз. Отсюда два правила: брать самый большой диаметр, который проходит по детали, и самый короткий вылет из патрона. Для глубоких карманов выпускают фрезы с короткой режущей частью и удлинённой шейкой меньшего диаметра.
У фрез OCT500 и OCT560 режущая часть в 2,5-3 диаметра: 15 мм у D6, 25 мм у D10, 45 мм у D16. У радиусной OCT560 D4xR0.5 режущая часть 20 мм, это 5 диаметров: фреза достаёт глубже, но при работе на всю длину отжим больше и режимы приходится снижать.
Вылет и биение зависят и от патрона: короткий патрон уменьшает отжим, точный уменьшает биение. Какой патрон для фрезы взять под черновую и чистовую обработку, разобрано в отдельной статье.
Твердосплавные и керамические фрезы
Твёрдый сплав
Монолитная твердосплавная фреза изнашивается медленнее быстрорежущей и работает на более высоких оборотах шпинделя. Обратная сторона: твёрдый сплав хрупкий, на нежёстком станке кромки выкрашиваются, а фреза может сломаться. Быстрорежущая фреза прочнее на излом и дешевле, но режет медленнее. Ориентир по твёрдости заготовки: быстрорежущие фрезы применяют до 40 HRC, а начиная с 30 HRC производители рекомендуют твёрдый сплав.
Фрезы со сменными пластинами выгодны на черновых и получистовых проходах при среднем и большом диаметре. Монолитные берут, когда нужен малый диаметр или чистая поверхность.
Керамика
Керамические концевые фрезы из сиалона (SiAlON) производители выпускают для черновой обработки жаропрочных никелевых сплавов, например Inconel 718. Керамика сохраняет твёрдость при высоких температурах в зоне резания, поэтому скорость резания у неё, по данным производителей, в 20-30 раз выше, чем у твёрдого сплава. По никелевым сплавам твердосплавной фрезой обычно работают на 20-60 м/мин, керамической на черновых проходах до 1000 м/мин.
Работают керамикой всухую, стружку выдувают сжатым воздухом. Зуб фрезы то входит в металл, то выходит из него, и охлаждение жидкостью добавляет к этим циклам нагрева термоудар: по данным производителей, с СОЖ керамика чаще скалывается и служит меньше. Нужны жёсткая наладка, отбалансированный патрон и высокие обороты. При скорости 650 м/мин фрезе диаметром 10 мм нужно около 20 700 об/мин, диаметром 20 мм около 10 300 об/мин, поэтому керамика имеет смысл на обрабатывающем центре с высокооборотным шпинделем.
Шестизубые керамические фрезы производители рекомендуют для фрезерования плоскостей и профилирования, четырёхзубые для пазов и карманов. В разделе керамических радиусных фрез есть OCT900 диаметром 8, 10, 12, 16 и 20 мм с радиусом от R1 до R3, в исполнении Z=4 и Z=6. Режущая часть у них равна диаметру, такая короткая фреза жёстче.
Как подобрать фрезу под материал и станок
| Материал (группа ISO) | Зубьев обычно | Покрытие | В каталоге |
|---|---|---|---|
| Алюминий и его сплавы (N) | 2-3 | Без покрытия или DLC | OCT-ALU, Z=3, DLC |
| Конструкционные и легированные стали (P) | 4 | TiAlN, AlTiN | OCT500, TiAlN |
| Нержавеющие стали (M) | 4 | AlTiN, TiAlN | OCT500, TiAlN |
| Чугун (K) | 4 | AlTiN, TiAlN | OCT500, TiAlN |
| Закалённые стали 50-65 HRC (H) | 4 и больше, лучше с радиусом на вершине | TiSiN, AlTiSiN | OCT560, TiSiN, прямоугольные и радиусные |
| Жаропрочные никелевые сплавы (S) | У керамических 4 или 6 | Твёрдый сплав с AlTiN, на черновых проходах керамика | OCT900, керамика |
Порядок подбора такой:
- Материал и его твёрдость задают покрытие и число зубьев, это таблица выше.
- Операция задаёт форму: уступ и паз прямоугольной фрезой, карман с радиусом и тяжёлый черновой съём радиусной, объёмную поверхность сферической.
- Глубина задаёт длину режущей части: чуть больше глубины, вылет минимальный.
- Станок ограничивает обороты. Частоту вращения считают по формуле n = 1000 × v / (π × D), где v скорость резания в м/мин, D диаметр фрезы в мм. Если производитель фрезы рекомендует для вашей стали 100 м/мин, фрезе D6 нужно около 5300 об/мин, а фрезе D2 уже около 15 900 об/мин. Когда станок столько не даёт, работают на меньшей скорости, сохраняя подачу на зуб, и минутная подача падает вместе с оборотами. Как рассчитать режимы резания для конкретной фрезы, разобрано отдельно.
- СОЖ. В карточках твердосплавных фрез OCT указано, что максимальный ресурс инструмент даёт только с СОЖ, а керамику ведут всухую. Как выбрать жидкость, написано в статьях СОЖ для фрезерного станка и СОЖ для нержавейки, титана и алюминия в нашем блоге.
Частые вопросы
Сколько зубьев должно быть у фрезы по алюминию?
Обычно 2 или 3. Трёхзубая подходит для большинства работ, двузубая лучше для пазов на всю ширину и глубоких карманов, где стружке нужно больше места. Покрытие DLC или без покрытия.
Можно ли фрезеровать алюминий фрезой с покрытием TiAlN?
Можно, некоторые производители относят TiAlN к универсальным покрытиям. Но покрытия с высоким содержанием алюминия, такие как AlTiN, для алюминиевых сплавов не рекомендуют из-за налипания стружки. Для постоянной работы по алюминию лучше фреза без покрытия или с DLC.
Чем радиусная фреза лучше прямоугольной?
Скруглённая вершина прочнее острого угла и меньше изнашивается, поэтому радиусные фрезы ставят на черновой съём и на закалённые стали. Минус: радиус фрезы остаётся в углу между стенкой и дном, его нужно сверить с чертежом.
Нужна ли СОЖ керамической фрезе?
Нет. Производители керамических фрез рекомендуют работать всухую и удалять стружку сжатым воздухом: охлаждение жидкостью при каждом входе зуба в металл вызывает термоудар, и кромка скалывается. Твердосплавным фрезам OCT, наоборот, по карточкам товара нужна СОЖ.
Какую фрезу взять для закалённой стали?
Твердосплавную с покрытием TiSiN или AlTiSiN, лучше с радиусом на вершине, с короткой режущей частью и минимальным вылетом. Покрытия на основе TiSi производители рассчитывают на стали 50-65 HRC. В каталоге покрытие TiSiN у фрез OCT560, прямоугольных и радиусных.
Подберём фрезу под ваш материал, станок и операцию, подскажем патрон и СОЖ. Звоните по телефону +7 (495) 135-25-88 или выберите инструмент в разделе фрезы по металлу каталога. Доставляем по России.
