Особенности торцевых фрез и описание их видов

Обработка деталей и комплектующих методом фрезерования превзошла по удельной производительности строгание и шлифовку. Фрезерование выполняется разными фрезами, количество типов которых достигает десятка. Один из типов фрез – торцевая.

Торцевая фреза для ручного фрезера – инструмент (расходник), в котором торец оснащён режущими кромками. В отличие от цилиндрической фрезы, используемой преимущественно на горизонтально-фрезерном станке, торцевая фреза используется на устройстве с вертикальной фрезеровкой. У торцевой фрезы ось вращения ставится под углом в 90 градусов относительно растачиваемой в данный момент плоскости заготовки.

По сравнению с теми же цилиндровыми фрезами, у которых все рабочие точки разрезающих граней участвуют непосредственно в шлифовке и пропиливании обрабатываемой поверхности, торцевая фреза работает в основном лишь верхушками разрезающих кромок. Торцевые разрезающие грани выполняют завершающую стадию обработки. Основная стадия торцовочного фрезерования – задача боковых разрезающих кромок, имеющихся с наружных сторон.

На каждом из зубьев торцевой фрезы верхушки разрезающих кромок – профилеобразующие. Форма этих кромок принимает разные очертания, заданные производителем. Реально в деле используются торцевые фрезы, имеющие режущие кромки в виде ломаной или ровной окружности. Угол на торцевой фрезе равен 45-90 градусам. Наиболее распространены режущие кромки с Ф-углом в 45-60 градусов. Чем меньше этот угол, тем более устойчивой и долговечной является фреза.

Торцевая фреза даёт возможность работать чётко и аккуратно даже при незначительной ширине отбортовки. Дело в том, что ширина этого припуска не влияет на угол соприкосновения, а больше зависит от ширины зоны обточки и диаметра рабочей части инструмента. Торцовочная фреза обладает повышенными весом и жёсткостью, чего не скажешь о цилиндровых инструментах. Высокая массивность и прочность даёт дополнительные возможности для нанесения на фрезу более твёрдых покрытий (или припаиванию более твёрдых зубцов) – например, алмазного напыления, победитовых кромок и т. д.

Закрепляется такая фреза в патроне привода заметно надёжнее, чем расходники, не обладающие увеличенным весом. По сравнению с цилиндрическими фрезами, торцевые позволяют обработать больше деталей. На плоскости такие фрезы работают дольше. Они увеличивают число обработанных деталей, в т. ч. и в единицу времени, что позитивно влияет на производственные процессы и эффективность отдела предприятия, чьи функции – фрезерование. Для торцевых фрез различного форм-фактора действуют требования ГОСТ №26595-85.

Торцевая фреза – инструмент, классифицирующийся по исполнению конструкции и типу крепления, по материалу разрезающей части и методу закрепления в патроне фрезеровального станка. На практике применяют торцевые резаки диаметром от 40 до 100 мм. На производстве размер (диаметр рабочей части) доходит до нескольких сотен миллиметров, в зависимости от решаемой задачи.

Конструкция разных торцевых фрез отличается:

• направлением разрезающих зубьев – по часовой или против часовой стрелки;

• их взаимным расположением – на основном шипе располагается другой, меньший по толщине и/или по направлению зуб;

• количеством зубьев – их количество зависит от диаметра (например, от 6 до 10);

• периметр зуба в продольном (перпендикулярном оси хвостовика фрезы) представляет собой равнобедренный, близкий к правильному многоугольнику.

Плоскоторцевые фрезы применяются в выборке, раскраивании и черновой обточки деталей. Конец фрезы в продольном разрезе представляет собой П-образную конструкцию. Хвостовик обладает диаметром порядка нескольких миллиметров – толщина «хвоста» достаточна, чтобы расходник в целом выдержал продольно-поперечные, динамические нагрузки, возникающие в начале и по окончании обточки.

Рабочая часть выступает на 0,2 и более миллиметров. Угловое скругление обладает радиусом до полумиллиметра. Зубьев – от 1 до 6. Витки направлены вправо (стружка выводится вверх) и влево (она же попадает вниз). У прямого направления витков стружка движется в направлении, совпадающем с основным вектором движения. Гибридная фреза обладает направлением всех витков, кроме последнего, вправо. Последний виток у гибридной фрезы направлен влево.

Материал для режущих кромок фрезы выбирается исходя из материала обрабатываемых деталей и скорости вращения расходника. Работа на небольшой скорости и замедленной подаче заготовок требует легированной и быстрорежущей стали марок Р18, ХГ, ХВ9, 9ХС, ХВГ, ХВ5. Фрезерование жаростойких и жаропрочных сталей, нержавейки (последняя очень вязкая и усложнена в обточке) требует другие быстрорежущие (инструментальные) марки сталей Р9К5, Р9К10, Р18Ф2, Р18К5Ф2.

Повышение ударности при фрезеровании потребует стали марки Р10К5Ф5. Фреза, обрабатывающая стекло, керамику, закалённую сталь и другие особо твёрдые материалы, возможно, потребует победитовые кромки или алмазное напыление. Заводам промышленные алмазы как раз по карману – их приобретение быстро окупается значительными партиями производимых изделий. Но алмазные фрезы доступны далеко не всем пользователям – даже фреза малого диаметра может стоить не одну тысячу рублей.

Чистовая обработка потребует кобальтосодержащую сталь с повышенным процентом карбидов и пониженным количеством самого кобальта (как для свёрл). Марки этих сталей – ВК2, ВК3 Т15К6 и несколько похожих. Черновая и получистовая же обработка влечёт использование фрезы, чья сталь лучше обогащена кобальтом. Дело в том, что кобальт повышает пластичность (и уменьшает ломкость) стали, позволяя рабочему применить режим повышенной ударности на станке, не теряя в качестве обточки. Эти марки – ВК8, ВК10, Т5К10 и т. д.

Насадочная фреза с механическим удержанием пластин на торце крутящей оси предусматривает расположение технологических шипов и пазов – равномерное, по ходу кольцевой канавки, идущей между внешним и внутренним периметрами самого расходника. Конструкция здесь сменная: хвостовик может проработать с несколькими насадками, либо одна и та же насадка – с несколькими хвостовиками. Обычно и то и другое меняют, когда технологические зубцы-зацепы хвостовика (или фрезерной коронки) начинают стираться.

Торцово-концевые фрезы, в отличие от насадных, являясь своеобразным гибридом концевого и торцевого типов, обладают собственным несъёмным хвостовиком. Они вставляются в патрон или в удлинитель-переходник и предназначены для более тяжёлых фрезеровочных работ. Технологический угол достигает 75 градусов. Они пригодны для закрепления непосредственно в патроне дрели или в переделанных под фрезер самодельных (либо универсальных) дрелях и перфораторах.

Торцевая фреза – главный инструмент (после привода) в станках вертикального фрезерования, где выполняют преимущественно чистовую обработку плоскостей, пазов и шипов, фасонных плоскостей усложнённого рельефа. Главной областью использования выступают технологические операции на машиностроительных заводах. Так, на этих заводах выполняют растачивание валов и осей, шестерней и т. д.

Обрабатываемые поверхности в данном случае расположены под углом 90 градусов – разрезающие кромки располагаются на торце и на поверхности цилиндра инструмента. Чтобы повысить качество и скорость обточки, мастер оптимальным образом подбирает кожух, обороты двигателя, выставляет нужные для работы сменные комплектующие подходящего назначения, использует смазку и жидкости-теплоносители, снимающие избыток выделяющегося тепла. Резаки по дереву не содержат никаких усиливающих, кромок вроде победитовых наконечников.

Для работ по дереву применяется простая быстрорежущая сталь распространённых марок. Дело в том, что дерево даже таких твёрдых пород, как самшит, легко просверливается и выбирается простыми свёрлами и фрезами.

Рекомендации по правильному применению торцевой фрезы заключаются в следующем.

1. Используйте в каждом конкретном случае изделие с рекомендуемыми параметрами. К примеру, нельзя обрабатывать стекло, гранит, закалённую сталь фрезами из обычной инструментальной стали. Как бы ни была тверда и износостойка быстрорежущая сталь, она легко затупится о заготовки материалов, твёрдость которых (по шкале Роквелла) превосходит или равна используемым инструментам. Это напоминает ситуацию, в которой калёный саморез из легированной стали крепче, чем фигурная отвёртка из чёрной стали: отвертка повредится после затягивания нескольких десятков саморезов без предварительного рассверливания скрепляемых заготовок.
2. Не перегревайте фрезу за счёт избыточного усилия и самых высоких оборотов, выдаваемыми конкретным фрезером. Быстрорежущая сталь, как калёная и другие похожие марки стали, при нагреве до нескольких сотен градусов отпускается. Чтобы вернуть её в исходное состояние, такую сталь необходимо перезакалить, погружая нагретую фрезу (или деталь, заготовку) в машинное масло, остужая её по специальному алгоритму. Алмазные фрезы также критичны к перегреванию: углеродные частицы не могут содержаться на перегретом припое и отлетают от стального полотна, на котором они закреплены. Кроме того, при сильном раскаливании алмаза последний превращается в графит, и диск становится бесполезным – он годится лишь для работы по дереву.
3. Не используйте торцевые фрезы для несвойственных им работ, например, для врезки петель. Торцевые изделия не рассчитаны на мебельные и другие работы, где требуется простое вырезание материала.
4. Включите при начале обточки скорость, достаточную для обработки заготовки. Недостаток оборотов (мощности) может привести к застреванию фрезы, застопориванию привода, что негативно отразится на качестве обточки.
5. Не пытайтесь с помощью фрезы неподходящего (например, меньшего) диаметра обточить заготовку в одном и том же месте несколько раз. Это не только негативно скажется на конечном результате (неровности обточки, несоответствие её формам, указанным в проекте подготавливаемого изделия), но и приведёт к ускоренному, а также неравномерному износу зубьев режущего инструмента. Неравномерный износ, в свою очередь, обладает смещённым центром тяжести – резак попросту будет болтать в разные стороны. Возникшая при этом паразитная вибрация довершит своё дело: резак сломается, патрон фрезера расшатается.
6. Не используйте ударный режим резания с неусиленными фрезами, рассчитанными на безударный режим. Нарушение данной рекомендации – залог быстрой поломки резака: отлом режущих зубьев, износ общей коронки, отрыв алмазных (или победитовых) частиц. Само изделие при этом перегревается, технологические канавки оси, на которую надет резак, изнашиваются быстрее. Инструмент начинает болтаться, что тут же отзовётся неровным торцеванием – края прорезанного зазора будут сплошь в насечках и выбоинах.

Правильный выбор торцевой фрезы и её надлежащее использование – залог долговечности резака и самого фрезера, высокого качества и скорости работы. Становится возможным заточить сотни изделий за одну рабочую смену, если мастер трудится на заводе.