Фрезерование внутренних глубоких и широких полостей

Хорошо известно, что процесс сверления - самый быстрый способ удаления материала с поверхности обрабатываемой заготовки. А время в современной металлообработке - это деньги. Итак, что следует учитывать перед использованием более медленного процесса механической обработки при получении отверстия или полости большого диаметра. Нужно начинать с возможностей оборудования. Ограничивающим фактором при изготовлении отверстия большого диаметра больше является металлорежущий станок, чем сама фреза по металлу или шпиндельная оснастка. Возможности снятия материала с обрабатываемой заготовки продвинулись настолько далеко, что многие новые фрезерные станки были разработаны с более высокой скоростью шпинделя и меньшей мощностью (и крутящим моментом). Это и может затруднить выполнение более нагруженного фрезерования больших полостей фрезой по металлу на менее мощных фрезерных станках. При размере отверстия или полости более 50мм легче будет его фрезеровать фрезой по металлу, чем использовать крупное корпусное сверло со сменными твердосплавными пластинами, которое будет достаточно дорогостоящим и потребует от фрезерного станка затратить мощность 20кВт-30кВт. Выходя за пределы рекомендуемой мощности фрезерного станка, любая механическая обработка будет прикладывать избыточные силы к главному двигателю и сервоприводам, что значительно ухудшит линейные размеры обрабатываемого отверстия, и пострадает качество его поверхности. Для компенсации сил резания, создаваемых при увеличении размеров сверла, необходимы жёсткое оборудование и точная шпиндельная оснастка. Сверло твердосплавное сконструировано таким образом, что сила резания направляются вдоль его осевой линии назад в сторону к шпинделю металлорежущего станка. Это делает само твердосплавное сверло более жёстким, но при его большом диаметре в процессе обработки физически его проталкивать в обрабатываемую заготовку намного сложнее. Для удержания режущих сил используется жёсткость станка и точная шпиндельная зажимная оснастка.

И наоборот, при использовании такого инструмента, как фреза твердосплавная, сила резания направлена перпендикулярно её оси, поэтому для удержания высокой боковой нагрузки требуется жёсткость зажимной оснастки и жёсткость шпинделя. Как правило, требуется уменьшать величину подачи при нагруженном фрезеровании, так как станок может не справиться с такими большими усилиями от резания в этом направлении. С точки зрения механической обработки большого диаметра лучше сначала выполнить сверление, поскольку можно просто создать более высокие режущие силы при аналогичном фрезеровании фрезой по металлу. А затем уже завершить финишным фрезерованием с оставшимися минимальными припусками. Но иногда бывают ситуации, когда на металлообрабатывающем производстве будет работать сверло по металлу большего диаметра, чем позволяет мощность станочного оборудования. И поэтому приходится уменьшать величину подачи, что в дальнейшем вызывает недостаточное дробление металлической стружки. В данном случае нужно убедиться, что используется достаточное значение подачи сверла по металлу, чтобы правильно сломать металлическую стружку, которая смогла бы потом эффективно эвакуироваться из зоны резания. Есть две ситуации при обработке, когда обычно применяют один и тот же совет. Во-первых, если на металлообрабатывающем производстве нет необходимого жёсткого оборудования для сверления отверстия большого диаметра или широкой внутренней полости, то нужно её фрезеровать фрезой по металлу. Во-вторых, если это широкая полость, то можно и сверлить много раз, если это возможно. А можно и фрезеровать с использованием инструмента фреза для ЧПУ по траектории винтовой интерполяции, но при этом, конечно, процесс механической обработки будет медленнее. Обычно корпусные фрезы для ЧПУ с минимальными углами наклона сменных твердосплавных пластин могут обработать полость ближе к идеалу, чем в процессе сверления.

Стоимость фрезы и стоимость сверла

Когда нужно большое корпусное сверло или большое сверло твердосплавное купить, то нужно оценить его стоимость. Это может быть существенным определяющим фактором для металлообрабатывающих производств, которые имеют его применение лишь эпизодически для одного конкретного размера отверстия. Например, большого диаметра сверло твердосплавное купить можно, но за достаточно высокую цену, поэтому просверливаемое им отверстие может быть чрезвычайно дорогим, а это в дальнейшем значительно повлияет на себестоимость изготовления всей детали. Также можно изготовить на заказ специальное сверло по металлу определённого нестандартного размера, но оно будет стоить значительно дороже, чем скажем, твердосплавное сверло стандартного типоразмерного ряда. Эти инвестиции на то, чтобы специальное большое сверло по металлу купить для сверления всего одного большого отверстия, увеличат стоимость работы гораздо больше, чем, если стандартная фреза по металлу купить со склада. При этом не нужно будет долго ждать изготовления и доставки специального сверла по металлу.

Обычно на режущем конце корпусного сверла располагается намного меньше сменных твердосплавных пластин, чем на корпусной фрезе по металлу. Это связано с размером самого инструмента. Например, на корпусном сверле устанавливается обычно 2-4-6 пластин в зависимости от диаметра самого сверла. А на корпусной фрезе уже устанавливается обычно 3-4-5-6-8-10 и больше пластин - тоже в зависимости от диаметра самой фрезы и шага зубьев. Количество этих сменных твердосплавных пластин и их износ, который получают в процессе фрезерования или сверления, определённо влияет на экономику расчёта стоимости изготовления детали. Применение фрезы по металлу может также обеспечивать возможность выполнения контурного фрезерования и получения детали ближе к форме сетки, чем процесс сверления. Если требуется именно финишная обработка поверхности детали, то все факторы нужно рассмотреть более подробно. Выбор процесса сверления или фрезерования может быть связан с чистовой обработкой и допуском отверстия. Выбор возвращается к их квалификации в конкретном применении. Иногда, если не нужно получить высокое качество поверхности, то лучше сверлить отверстие большим корпусным сверлом по металлу. Если это трудно осуществимо или дорого, то можно использовать инструмент фреза CNC, работающий по программируемой траектории.

Фрезы по металлу и так называемые высокоскоростные фрезы пересекаются по своему принципу, являясь компромиссными инструментами. Они разработаны так, чтобы иметь очень высокий осевой угол вывода на сменной пластине, и их можно было подавать в направлениях оси X, Y. Конфигурация того, как твердосплавная пластина расположена в корпусе фрезы, минимизирует боковую нагрузку на саму фрезу и весь процесс фрезерования. А также, подобно сверлу, режущие силы направляются вдоль оси вверх через шпиндель. Высокоскоростная фреза может быть хорошим вариантом, если требуется большой вылет или корпусная фреза не может справиться с большой боковой нагрузкой.

Какой способ выбрать

Оба процесса имеют свои преимущества. Сверление - это самый быстрый и эффективный способ удаления материала, если металлорежущий станок соответствует требованиям к мощности, необходимым для его применения. Интерполяция инструментом фреза по металлу меньше нагружает оборудование и может получить гораздо лучшее качество обрабатываемой поверхности. То, с чем может справиться металлорежущее оборудование, поможет определить наиболее эффективные процессы и инструменты. Нужно посмотреть на размеры отверстия детали и требования к их поверхности, и сделать правильный выбор, какой инструмент в данном конкретном случае имеет смысл.

Дополнительную техническую информацию можно прочитать в разделе "Статьи".