Концевые фрезы: типы, материалы, покрытия и как правильно выбрать

Неправильно подобранная концевая фреза не просто неэффективна — она выходит из строя. Выберите четырехзубую концевую фрезу для алюминия, и вы забьете канавки, выделите тепло и испортите качество поверхности еще до того, как будет выполнен первый проход. Решение сводится к геометрии, материалу подложки, количеству канавок и покрытию — и каждый из этих факторов меняется в зависимости от того, что вы режете. Это руководство разбивает его на части, чтобы вы могли с самого начала подобрать правильный инструмент для работы.

Что такое концевые фрезы и как они работают

Концевые фрезы представляют собой многозубые вращающиеся фрезы, используемые на станках с ЧПУ и ручных фрезерных станках для удаления материала как посредством периферийной, так и торцевой резки. В отличие от сверл, которые режут только в осевом направлении, концевые фрезы режут одновременно сбоку и снизу — именно это делает их такими универсальными для обработки пазов, профилирования, обработки карманов и контурной обработки.

Когда шпиндель вращается, каждая канавка входит в зацепление с заготовкой и срезает стружку. Эта стружка поднимается по канавкам канавки и удаляется от зоны резания. Количество канавок, угол спирали и геометрия режущей кромки определяют, насколько агрессивно инструмент удаляет материал и какой результат он оставляет после себя.

Большинство современных концевых фрез центрорежущий Это означает, что они имеют режущую геометрию как на торцевой поверхности, так и на периферии. Это позволяет им погружаться непосредственно в материал — критически важная возможность для операций обработки карманов, когда вам нужно начать рез в середине заготовки.

Типы концевых фрез

Выбор правильной геометрии концевой фрезы — это первое решение, и оно полностью зависит от формы детали, которую нужно обрезать.

Квадратные концевые фрезы являются выбором по умолчанию для большинства фрезерных работ. Они производят прорези с плоским дном, карманы с квадратными плечами и аккуратные ступеньки. Если вы не уверены, какой профиль вам нужен, начните здесь. Острые углы делают их эффективными при удалении материала, хотя та же самая острота может привести к сколам при резких или прерывистых резах.

Для 3D-контурирования и скульптурных поверхностей, сферические концевые фрезы незаменимы. Их полусферический кончик очерчивает изгибы и сложные контуры без плоских пятен. Они идеально подходят для работы с пресс-формами и штампами, а также для любых деталей с галтелями или скульптурными профилями. Компромисс заключается в том, что скорость резки на самом кончике приближается к нулю, то есть центр мяча режется медленно и может оставлять следы при неглубоких передачах.

Концевые фрезы с угловым радиусом разделить разницу. У них плоское дно, как у квадратной концевой фрезы, но с небольшим радиусом шлифовки на каждом углу — обычно от 0,1 до 3 мм. Этот радиус устраняет точку концентрации напряжения на острых углах, заметно продлевает срок службы инструмента, и его стоит указывать всякий раз, когда это позволяет конструкция. Многие мастерские по умолчанию используют фрезы с угловыми радиусами даже для обработки стандартных карманов, поскольку увеличение срока службы значительно.

Если вам необходимо быстро удалить большое количество материала, 4-зубые концевые фрезы для черновой обработки для агрессивного снятия припуска специально созданы для этой работы. Зубчатые или волнообразные режущие кромки разбивают стружку на более короткие сегменты, уменьшая силы резания и обеспечивая более глубокое радиальное зацепление, чем у стандартной концевой фрезы при тех же условиях шпинделя. Используйте их для быстрой черновой обработки блока, а затем переключитесь на чистовую концевую фрезу для окончательного прохода.

Конические концевые фрезы используются, когда элемент требует уклона — полости формы, стенки матрицы и конические отверстия. Угол конуса затачивается в инструменте, поэтому при каждом проходе создается равномерная поверхность уклона. фасочные фрезы отрежьте скошенный край под фиксированным углом и сверлильные станки сочетайте врезное сверление с периферийным фрезерованием в одном инструменте, экономя смену инструмента, когда вам нужно начать карман с просверленного входа.

Твердый сплав или быстрорежущая сталь: выбор правильного материала

Материал подложки определяет, насколько твердым, жестким и термостойким будет ваш инструмент. Сегодня для большинства работ с ЧПУ этот выбор твердый сплав — и не зря.

Цельные твердосплавные концевые фрезы значительно жестче, чем из быстрорежущей стали, что означает меньшее отклонение кончика при резающих нагрузках. Эта жесткость напрямую влияет на точность размеров и чистоту поверхности. Твердый сплав также сохраняет свою твердость при гораздо более высоких температурах, чем HSS, а это означает, что он может работать при более высоких скоростях резания без размягчения режущей кромки. В производственных условиях, режущих сталь или нержавеющую сталь, твердосплавные инструменты обычно превосходят HSS в 5–10 раз.

HSS по-прежнему находит применение — в первую очередь на ручных фрезерных станках с ограниченной скоростью шпинделя, для мягких материалов, таких как дерево или пластик, где стоимость твердого сплава не оправдана, а также в ситуациях, когда вибрация или прерывистое резание могут привести к скалыванию твердосплавной кромки. Кобальт HSS (M42) несколько расширяет температурный диапазон, что делает его полезным для обработки нержавеющей стали на старом оборудовании.

Для требовательных приложений с ЧПУ просмотрите наш полный ассортимент твердый сплав end mills for a full range of milling applications — от универсальных фрез общего назначения до конструкций для конкретных материалов, оптимизированных для алюминия, нержавеющей стали, титана и закаленных сталей.

Счет флейты и его значение для вашего стиля

Количество канавок влияет на три вещи: зазор стружки, качество поверхности и скорость подачи, которую вы можете использовать. Если вы сделаете это неправильно, вы либо затолкнете щепки обратно в разрез, либо будете работать медленнее, чем нужно.

Практическое правило: меньше канавок для мягких материалов где щепки большие и им нужно место, чтобы убежать, больше канавок для твердых материалов там, где стружка маленькая и вам нужно, чтобы за один оборот включалось больше режущих кромок. Использование 4-зубой концевой фрезы из алюминия на высоких скоростях подачи является одной из наиболее частых причин повторного нарезания стружки и выхода из строя инструмента: канавки затвердевают до того, как стружка успевает очиститься.

Большее количество канавок также позволяет использовать более высокую скорость подачи в IPM при той же нагрузке стружки на зуб, поскольку при каждом обороте задействуется большее количество кромок. Вот почему 5- и 6-зубые концевые фрезы могут увеличить производительность чистовой обработки стали без изменения скорости шпинделя — вы просто умножаете зацепление на зуб.

Покрытия, продлевающие срок службы инструмента

Покрытие не меняет геометрию инструмента — оно меняет поведение поверхности при нагревании и трении. Правильное покрытие может удвоить или утроить срок службы инструмента при обработке определенных материалов; неправильный может ускорить неудачу.

AlTiN (нитрид алюминия и титана) является идеальным покрытием для черных металлов. При высоких температурах он образует на поверхности твердый слой оксида алюминия, который при нагревании становится тверже. Это делает его идеальным для сухой обработки закаленных сталей, нержавеющей стали и чугуна при повышенных скоростях шпинделя. Он плохо работает с алюминием — содержание алюминия в покрытии может связываться с материалом заготовки и вызывать наросты на кромке.

TiN (нитрид титана) — знакомое универсальное покрытие золотого цвета. Он увеличивает твердость поверхности и уменьшает трение в широком диапазоне материалов. Он не так агрессивен, как AlTiN, при высоких температурах, но представляет собой надежную модернизацию твердого сплава без покрытия для большинства распространенных сталей и чугуна.

TiSiN (титан-кремний-нитрид) разработан для очень твердых материалов — обработка с твердостью выше 50 HRC при экстремальных температурах. Он сочетает в себе очень высокую твердость с превосходной стойкостью к окислению, что делает его правильным выбором для штамповых сталей и аэрокосмических сплавов.

Для алюминий и цветные металлы , избегайте AlTiN. Вместо этого обратите внимание на покрытия ZrN (нитрид циркония) или алмазоподобный углерод (DLC) — оба они не реагируют с алюминием и обеспечивают поверхность с низким коэффициентом трения, необходимую для предотвращения наростов на кромке. Полированный твердый сплав без покрытия также хорошо работает при обработке алюминия, когда варианты с покрытием недоступны.

Как правило: сухая резка твердых черных металлов → AlTiN; обычная сталь → TiN; очень твердые штамповые стали → TiSiN; алюминий и медь → ZrN или без покрытия.

Выбор концевых фрез по материалу заготовки

Каждый материал заготовки представляет собой набор проблем — твердость, теплопроводность, поведение стружки и реактивность с инструментальными материалами — все это меняет оптимальную конструкцию концевой фрезы. Вот как подобрать инструмент к материалу.

Алюминиевые сплавы мягкие, но известны наростами на кромке — алюминий прилипает к инструменту и постепенно разрушает геометрию режущей кромки. Используйте 2- или 3-зубые концевые фрезы с полированным, очень положительным передним углом и большими канавками для стружки. Большие углы спирали (45°) улучшают эвакуацию стружки. Для производственной работы изучите наш твердосплавные концевые фрезы, созданные специально для резки алюминиевых сплавов — имеют оптимизированную геометрию и покрытия, предотвращающие прилипание при высоких скоростях обработки поверхности.

Нержавеющая сталь быстро затвердевает, а это означает, что любой инструмент, который останавливается или трется - вместо того, чтобы аккуратно резать - немедленно увеличивает твердость материала перед ним. Используйте острые, жесткие концевые фрезы с положительной передней геометрией и избегайте трения любой ценой. Работайте с достаточным количеством СОЖ и никогда не допускайте падения подачи до нуля в середине резания. Наш концевые фрезы, оптимизированные для обработки нержавеющей стали имеют геометрию, которая срезает, а не трет, что продлевает срок службы марок 304, 316 и дуплексных марок.

Титановые сплавы сочетают низкую теплопроводность с высокой реакционной способностью — тепло остается в зоне резания и титан приваривается к инструменту при повышенных температурах. Используйте острые, жесткие инструменты с покрытием TiAlN или AlTiN, подачу СОЖ под высоким давлением, направленную на зону резания, и консервативное радиальное зацепление. Специально построенный концевые фрезы, разработанные для титанового сплава используйте геометрию, специально разработанную для минимизации перегрева и противодействия склонности материала к схватыванию на боковой поверхности.

Закаленные стали (свыше 45 HRC) требуются концевые фрезы с очень высокой твердостью основы, жесткими допусками и современными покрытиями, такими как TiSiN. Наш высокоскоростные концевые твердосплавные фрезы высокой твердости для закаленных сталей предназначены именно для этой области — ремонт штампов, закалка пресс-форм и финишная обработка после термообработки, когда обычные инструменты быстро выходят из строя.

Медные электроды — обычное дело в электроэрозионной работе — необходимы инструменты со сверхострыми кромками и полированными канавками, которые аккуратно удаляют стружку, не затрагивая мягкий материал. Заусенец на электроде — это геометрическая ошибка, которая распространяется непосредственно на каждую деталь, в которой возникает искра. Специальность универсальные твердосплавные фрезы, предназначенные для работ общего назначения доступны, но для чистовой обработки электродов стоит использовать специальные инструменты из меди с подготовкой правой кромки.

Ключевые параметры: скорости, подачи и глубина резания.

Геометрия и материал помогут вам выбрать правильный инструмент. Параметры работы определяют, будет ли этот инструмент работать или изнашиваться за десять минут.

Скорость шпинделя (об/мин) рассчитывается на основе рекомендуемого размера поверхности (SFM) и диаметра инструмента: об/мин = (SFM × 3,82) / диаметр. Твердосплавная концевая фреза 1/2 дюйма из алюминия 6061 со скоростью 1000 SFM работает примерно со скоростью 7640 об/мин. Из нержавеющей стали 316 со скоростью 200 SFM тот же инструмент работает со скоростью около 1528 об/мин. Материал приводит в движение SFM; диаметр преобразует его в об/мин.

Скорость подачи (IPM) следует из нагрузки на зуб: IPM = число оборотов в минуту × нагрузка на стружку × количество канавок. Многие станочники в первую очередь обращают внимание на скорость шпинделя — распространенная ошибка. Сначала установите нагрузку стружки, затем рассчитайте скорость шпинделя. Слишком медленная работа при агрессивной подаче скорее трет, чем режет, и выделяет тепло, что быстро сокращает срок службы инструмента.

Глубина резания состоит из двух компонентов: осевая глубина (насколько далеко вниз по канавке) и радиальная глубина (насколько глубоко в материал вбок). Для прорезания пазов на всю ширину ограничьте осевую глубину примерно до 1 диаметра, а радиальную до 100 % диаметра. Для периферийного профилирования вы можете увеличить осевую глубину до 2–3 диаметров, если уменьшите радиальное зацепление до 10–20%. Этот высокоосевой и малорадиальный подход, иногда называемый трохоидальным или динамическим фрезерованием, значительно продлевает срок службы инструмента и обеспечивает более высокие скорости подачи, сохраняя предсказуемость сил резания и управление нагревом.

Для detailed starting values broken down by material family and coating type, the Справочные таблицы скоростей и подач твердосплавных концевых фрез предоставить табличные рекомендации по SFM и загрузке стружки для распространенных материалов — полезная отправная точка перед тем, как выбрать конкретную машину и настройку.

Распространенные ошибки, которых следует избегать

Большинство преждевременных отказов концевых фрез имеют один и тот же небольшой набор основных причин. Знание их заранее позволяет сэкономить много дорогостоящих инструментов.

Чрезмерный вылет является крупнейшим источником вибрации, вибрации и поломки инструмента. Каждый миллиметр дополнительного вылета увеличивает прогиб кончика. Используйте самый короткий инструмент, который подходит для вашей функции — если подходит длина канавки 38 мм, не используйте 60 мм, потому что она случайно лежит на полке.

Неверное количество канавок для материала. — работа с 4-х канавками из алюминия или с 2-х канавками из закаленной стали. Оба направления вызывают проблемы; см. раздел о количестве флейт выше.

Сухая резка материалов, требующих СОЖ . Титан, нержавеющая сталь и высокоскоростная обработка стали выделяют тепло быстрее, чем воздух может его рассеять. В этих случаях охлаждающая жидкость не является обязательной — это часть процесса.

Игнорирование биения в держателе инструмента . У инструмента с биением 0,02 мм половина канавок эффективно режет, а половина трется. Это приводит к неравномерному износу и ухудшению качества отделки. Гидравлические или термозажимные держатели значительно превосходят стандартные цанги ER для точных работ, особенно с концевыми фрезами малого диаметра, где биение составляет большую часть диаметра инструмента.

Повторное использование изношенных инструментов с истекшим сроком службы. . Изношенная концевая фреза требует большего усилия для резки, что увеличивает нагрев, прогиб и вероятность внезапной поломки. Тупые инструменты опаснее и дороже, чем своевременная замена. Следите за ухудшением качества поверхности и увеличением нагрузки на шпиндель как за ранними, а не последними сигналами тревоги.

Для application-specific guidance and the full range of end mill series — from универсальные твердосплавные фрезы, предназначенные для работ общего назначения до сверхтвердых прецизионных фрез с высокими допусками — просмотрите наш полный каталог продукции, чтобы найти подходящую спецификацию для вашей следующей работы.