Фрезерование это есть ни что иное как механическая обработка разного рода материалов методом резания. Фрезерование выполняется для того, чтобы получить деталь, которая будет иметь необходимую шероховатость, форму или размер в обработанном виде.
Многолезвийный инструмент, который устанавливается на станке, в процессе фрезерования обычно совершает движение вращения, а заготовка, обрабатываемая с помощью этого режущего инструмента, движется в поступательном режиме.
Сам процесс резания при фрезеровке будет характеризоваться сменяющими друг друга холостыми и рабочими циклами зубьев фрез. Кроме того, могут меняться температурные колебания нагревания зубьев, сменой нагрузки, подаваемой на каждый зуб фрезы или сменой толщины снимаемой стружки.
Во время фрезеровки резание детали происходит исключительно на части дуги окружности и только до тех пор, пока зубья находятся в контакте с материалом, который обрабатывается. После этого следует холостой ход.
В процессе фрезерования каждый зуб фрезы должен преодолеть сопротивление своему действию со стороны обрабатываемого материала и силы трения, которые будут действовать на поверхности зубьев фрезы. Как правило, во время резки с заготовкой контактирует не один зуб, а сразу несколько, поэтому станку приходится преодолевать суммарное противодействие. В это время действует суммарная сила резания, она складывается из всех сил, которые действуют на зубья. Схема, по которой будут действовать силы резания во время фрезерования, будет зависеть от способа фрезеровки и типа рабочей фрезы.
Фрезерование, как радиальное, выполняемое торцевой фрезой , так и тангенциальное, с помощью цилиндрической фрезы, может быть выполнено двумя способами. Один из них – встречное фрезерование или против подачи. В этом случае направление движения материала будет противоположно направлению движения фрезы. Второй тип называется попутным фрезерованием или по подаче. В этом случае вращение самой фрезы и подачи будут совпадать.
Если фрезерование встречное , то толщина этого среза будет меняться от нуля, который можно заметить на входе зуба и до максимального значения. Его можно будет зарегистрировать при выходе зуба из контакта с заготовкой, которую он обрабатывает.
Если фрезерование попутное , то процесс резки будет наоборот происходить от максимума до нулевого значения.
Попутное фрезерование начинается с удара, происходящего в момент, когда зуб входит в контакт с обрабатываемой заготовкой, так как толщина среза в данном случае имеет максимальное значение. По этой причине попутную фрезеровку допускается производить только на станках, которые обладают достаточным уровнем жесткости. Кроме того, обязательно контролировать, чтобы не было зазора в сопряжении ходовой винт гайка между поперечной и продольной подачей фрезерного стола.
Если смотреть в целом, то попутная фрезеровка будет более выгодной при чистовых работах, когда корку, образующуюся на поверхности материала, уже сняли, а глубина срезаемого слоя не большая.
Процесс обработки при встречном фрезеровании характеризуется более спокойным резанием, так как толщина удаляемого материала нарастает плавно, а нагрузка на станок увеличивается постепенно. Встречная фрезеровка значительно полезнее при черновой обработке материала, при наличии корки или окалины (поковки).
К станкам с числовым программным управлением предъявляются особые повышенные требования по люфтам механизмов измеряемых в сотых долях миллиметра, по этому попутному фрезерованию здесь отдаётся предпочтение, что не всегда реализуемо на обычных станках.
Каждый раз, когда режущая кромка входит в резание, она подвергается ударной нагрузке. Для успешного выполнения фрезерования необходимо обеспечить надлежащий контакт между режущей кромкой и обрабатываемым материалом на входе и выходе из резания. Во время фрезерования заготовка подаётся по направлению вращения фрезы или против него, что влияет на начало и конец резания и выбор варианта фрезерования – попутное или встречное.
Золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой
В процессе фрезерования необходимо постоянно следить за характером формируемой стружки. При этом необходимо учитывать положение фрезы, которое влияет на процесс формирования стружки, и стремиться к увеличению толщины стружки на входе и уменьшению на выходе из резания, что является гарантией стабильного процесса фрезерования.
Помните золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой стружке – и стремитесь к минимальной толщине стружки при выходе из резания.
Попутное фрезерование
При попутном фрезеровании (фрезерование по подаче) направление подачи заготовки совпадает с вектором скорости резания. Попутное фрезерование всегда является предпочтительным методом, при условии, что станок, заготовка и крепление позволяют его применить.
При попутном фрезеровании периферией толщина стружки максимальна на входе в резание и постепенно уменьшается, достигая нуля на выходе из резания. Это позволяет избежать затирания режущей кромки и выглаживания обрабатываемой поверхности в начальный момент резания.
Большая толщина стружки даёт определённые преимущества. Под действием сил резания фреза прижимается к заготовке, благодаря чему режущая кромка находится в постоянном контакте с материалом.
Однако, так как фреза имеет тенденцию прижимать заготовку, станок должен обеспечивать беззазорный привод в механизме подачи стола. Когда фреза вжимается в заготовку, подача непреднамеренно увеличивается, что может вызвать чрезмерное увеличение толщины стружки и повреждение режущей кромки. В таких случаях следует рассмотреть возможность использования встречного фрезерования.
Встречное фрезерование
При встречном фрезеровании (традиционное фрезерование) направление подачи заготовки противоположно скорости резания.
Толщина стружки равна нулю при входе в резание и постепенно увеличивается к выходу из резания. Режущая кромка должна вжиматься в заготовку, создавая эффект выкатывания за счёт трения, высокой температуры и – нередко – контакта с поверхностно-упрочнённой поверхностью, полученной предыдущей режущей кромкой. Всё это негативно влияет на стойкость инструмента.
Большая толщина стружки и высокая температура на выходе из резания могут вызывать высокие растягивающие напряжения, которые негативно влияют на стойкость инструмента и часто ведут к быстрой поломке режущих кромок. Кроме этого, они могут вызывать налипание или наваривание стружки на режущую кромку, в результате чего она останется на режущей кромке до начала следующего резания и вызовет повреждение кромки.
Под действием сил резания фреза и заготовка отжимаются друг от друга, при этом радиальные силы стремятся оторвать заготовку от стола.
Встречное фрезерование может дать определённые преимущества при значительных колебаниях припуска на обработку. Также рекомендуется использовать встречное фрезерование при обработке жаропрочных сплавов с помощью керамических пластин, так как керамика чувствительна к нагрузкам, возникающим при врезании.
Закрепление заготовки
Направление подачи инструмента предъявляет различные требования к закреплению заготовки. При встречном фрезеровании зажимное приспособление должен противостоять силам, отрывающим заготовку от стола. А при попутном фрезеровании – силам, прижимающим заготовку к столу.
Рисунок 101
При встречном фрезеровании направление подачи заготовки не совпадает с главным движением. При попутном – совпадает. Преимущества встречного фрезерования:
При наличии твердой корки на заготовке зуб фрезы подрезает ее снизу, а не ударяется и не выкрашивается;
Не наблюдается подхватывания заготовки силами резания, при котором резко увеличивается S z на величину зазора в паре винт-гайка цепи подач, поэтому можно работать даже на изношенном станке.
Недостатки:
Зуб фрезы не сразу врезается, а проскальзывает (а=0) поэтому наклепывает поверхность резания и сам изнашивается;
Стружка остается на передней поверхности и при врезании выкрашивает зуб фрезы.
При попутном фрезеровании все наоборот, поэтому на новом станке лучше применять метод попутного фрезерования, так как качество обработки выше.
5.8 Протягивание
Протягиваются поверхности различной конфигурации, как внутренние, так и наружные.
Скорость резания при протягивании – 2-15 м/мин.
Точность обработки 6-9 квалитеты, шероховатость Ra 0,63…2,5 мкм.
5.8.1 Конструкция протяжки
Если длина протяжки не превышает 15 диаметров и протяжка работает на сжатие, то она называется прошивкой.
Р
исунок
102
Р
исунок
103
1 – хвостовик;
2 – шейка;
4 – режущая часть;
5 – калибрующая часть;
6 – задний конец протяжки.
Рабочая часть протяжки изготавливается из сталей Р9, Р18, Р9Ф5, ХВГ (наименьшая способность деформироваться).
5
.8.2
Геометрические параметры
Рисунок 104
5.8.3 Элементы режима резания
V p – вдоль оси протяжки,
S z – подача на зуб, разность высоты соседних зубьев режущей части,
a – равняется подаче на зуб S z ,
b - зависит от формы и конструкции протяжки, которая определяется обрабатываемой поверхностью,
,
.
На калибрующей части подъёма нет для улучшения класса шероховатости.
α=2…4 0 на режущей части протяжки, α=1…2 0 на калибрующей части.
5.8.4 Схемы протягивания
Профильная.
Рисунок 105
Получается наилучшее качество и точность обработки. Применяется редко из-за сложности изготовления зубьев протяжки.
Генераторная.
Рисунок 106
Точность и класс шероховатости ниже. Метод применяется широко, когда нет высоких требований к детали.
Прогрессивная (групповая).
Осуществляется по генераторной или профильной схеме.
Припуск между одинаковыми по высоте зубьями в группе разделяется по ширине. Снижаются силы резания, увеличивается стойкость.
Рисунок 107
5.8.5 Износ и стойкость протяжек
Износ по передней поверхности незначителен. Преимущественно изнашивается задняя поверхность протяжек. Для протяжки назначают технологический критерий изнашивания, так как протяжка является размерным инструментом. Величина изнашивания – до 0,2-0,3 мм, затем протяжка перетачивается. Температура резания является основным фактором, влияющим на изнашивание, так как при холостом ходе протяжка полностью охлаждается и скорости резания низкие. Очень мала толщина срезаемого слоя. Это основной фактор изнашивания.
S
z =0,02-0,2
мкм.
Рисунок 108
Процесс резания возможен при a>ρ.
Стойкость от 120 до 600 мин.
ρ – радиус округления режущей кромки.
Протяжка применяется только в крупносерийном и массовом производстве и как исключение в ремонтных цехах.
Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.
Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.
В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.
Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.
Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.
Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием
Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.
При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.
При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.
Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.
Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.
При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.
При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.
Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:
Чистовой обработки;
В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;
Обработки поверхностно не уплотненных материалов.
Встречное фрезерование больше подходит для:
Черновой обработки материала;
Обработки поверхностно уплотненных материалов.
Заготовка подается в направлении вращения инструмента, который производит резку. Часто специалисты называют подобный вид обработки «по подаче». Преимуществом является то, что заготовка прижимается к зажимному устройству сама. Зубья режущего инструмента по задним поверхностям изнашиваются меньше и равномерно. Поэтому стойкость фрезы в разы выше, чем при встречной механической обработке. Снимаемый припуск на заготовке поддается деформации постепенно.
К минусам данного типа фрезерования можно отнести то, что заготовки с грубыми поверхностями, например, литьё, не получится обработать из-за твёрдых включений в корке. Если рискнуть обрабатывать эти заготовки попутным фрезерованием, то режущий инструмент очень быстро придет в негодность. Фреза на станке должна быть надежно зафиксирована, т. к. обработка осуществляется при ударной нагрузке.
Чтобы избежать вибраций, в механизмах стола не должно быть никаких зазоров. Однако часто этого не удается достичь, поэтому работать нужно внимательно.
Встречное фрезерование
В данном случае заготовка подается навстречу режущему инструменту. Из плюсов данной технологии можно выделить очень мягкое воздействие на поверхность заготовки и то, что обработанная поверхность упрочняется в ходе деформации металла. К отрицательным моментам относится необходимость применить дополнительные крепления для надежности фиксации заготовки. В противном случае силы резания будут ее отрывать от инструмента. Также при такой обработке инструмент быстрее изнашивается, поэтому не применяют высокоскоростные режимы резания.
Стружка выходит прямо перед фрезой и есть риск ее попадания в зону резания. Если это случится, то на обработанной поверхности будут царапины.
рис.1 Виды фрезеровки
.jpg)
Как видим, токарно фрезерные работы СПб с применением обоих методов имеют свои нюансы. Поэтому выбирать вид фрезеровки следует исходя из начального качества заготовки и требуемого конечного результата.