Фрезерная обработка конструкционных сталей: выбор инструмента и режимов

Конструкционные стали – основа современного машиностроения. Из них изготавливают корпуса редукторов, кронштейны, плиты, зубчатые колеса, валы и множество других деталей. Фрезерная обработка этих материалов требует не только мощного и жесткого оборудования, но и правильного подбора режущего инструмента, а также оптимальных режимов резания. Ошибки на этапе выбора фрезы или назначения скорости и подачи приводят к быстрому износу инструмента, вибрациям, ухудшению качества поверхности и, как следствие, к браку и росту себестоимости продукции [1]. Компания «БОРИС-88» с 1998 года специализируется на серийном производстве деталей из конструкционных сталей, используя современный парк фрезерных станков с ЧПУ, включая 4- и 5-осевые обрабатывающие центры. В этой статье мы подробно рассмотрим, как правильно выбирать фрезы и назначать режимы резания для эффективной обработки конструкционных сталей. Подробнее о наших возможностях вы можете узнать на странице фрезерных работ на станках с ЧПУ.

Содержание

• Конструкционные стали: классификация и обрабатываемость
• Выбор фрез для обработки конструкционных сталей
  • Типы фрез по назначению
  • Материалы режущей части и покрытия
  • Геометрия фрезы
• Режимы резания при фрезеровании
  • Торцевое фрезерование
  • Фрезерование пазов
  • Черновое и чистовое фрезерование
• Влияние твердости материала на режимы
• Стратегии фрезерования и стружкообразование
• Контроль качества при фрезеровании
• Оборудование для фрезерной обработки в «БОРИС-88»
• Как заказать фрезерную обработку деталей из конструкционных сталей

Конструкционные стали: классификация и обрабатываемость

К конструкционным сталям относят углеродистые и легированные стали, предназначенные для изготовления деталей машин, механизмов и элементов конструкций, несущих нагрузку [2]. В нашей практике наиболее часто встречаются:

• Углеродистые качественные стали – Ст3, Сталь 20, Сталь 35, Сталь 45. Они обладают хорошей обрабатываемостью, средней прочностью и пластичностью [3].
• Легированные стали – 40Х, 09Г2С, 30ХГСА, 38Х2МЮА. Легирование хромом, никелем, молибденом повышает прочность, прокаливаемость и износостойкость, но ухудшает обрабатываемость резанием [4].

Обрабатываемость стали зависит от её химического состава, структуры и твердости. Для низкоуглеродистых сталей (Сталь 20) характерна высокая вязкость и склонность к налипанию на режущую кромку. Среднеуглеродистые стали (Сталь 45) обрабатываются хорошо, дают удовлетворительную стружку. Легированные стали (40Х, 09Г2С) требуют более прочного инструмента и пониженных скоростей резания [5].

Выбор фрез для обработки конструкционных сталей

Правильный выбор фрезы – основа эффективной обработки. Он включает выбор типа фрезы, материала режущей части, покрытия и геометрии [6].

Типы фрез по назначению

• Торцевые фрезы – для обработки плоских поверхностей. Наиболее производительны при черновом и чистовом фрезеровании больших площадей [7].
• Концевые фрезы – для обработки пазов, уступов, карманов, контурного фрезерования. Могут быть с цилиндрическим или коническим хвостовиком [8].
• Дисковые фрезы – для прорезки пазов, отрезки, обработки шлицев.
• Фасонные фрезы – для обработки сложных профилей.

Материалы режущей части и покрытия

Для фрезерования конструкционных сталей применяют твёрдые сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой. Наиболее распространены сплавы групп ВК и ТК [9].

• ВК (вольфрамокобальтовые) сплавы – ВК6, ВК8 – применяются для обработки чугуна, цветных металлов и сталей с низкой твердостью. Обладают высокой прочностью.
• ТК (титановольфрамокобальтовые) сплавы – Т5К10, Т15К6, Т30К4 – предназначены для обработки сталей. Чем выше содержание карбидов титана, тем выше износостойкость, но ниже прочность [10].

Современные фрезы оснащаются сменными многогранными пластинами (СМП) с износостойкими покрытиями (TiN, TiCN, TiAlN). Покрытия снижают трение, уменьшают тепловую нагрузку и повышают стойкость в 2-3 раза [11].

Геометрия фрезы

Геометрические параметры фрезы (передний и задний углы, главный угол в плане, радиус при вершине) выбирают в зависимости от обрабатываемого материала и типа операции [12].

• Для мягких сталей (Сталь 20) рекомендуется положительный передний угол (10-15°) для уменьшения сил резания и предотвращения налипания.
• Для твердых и легированных сталей (40Х) передний угол уменьшают до 5-10° для повышения прочности режущей кромки.
• Задний угол обычно составляет 6-12°.
• Главный угол в плане для торцевых фрез чаще всего 45° или 90° (для обработки уступов).

Режимы резания при фрезеровании

Режимы резания (скорость резания, подача, глубина) назначают в зависимости от материала, типа фрезы, жесткости системы и требований к качеству [13].

Торцевое фрезерование

Рекомендуемые режимы для торцевого фрезерования конструкционных сталей твердосплавными фрезами приведены в таблице [14].

Фрезерование пазов

При фрезеровании пазов концевыми фрезами глубина резания обычно равна глубине паза, а ширина – диаметру фрезы [15].

Черновое и чистовое фрезерование

Стратегии чернового и чистового фрезерования различаются [16]:

• Черновое фрезерование – цель: снять максимальный объем материала за минимальное время. Назначают большие глубины резания (до 5-8 мм), умеренные скорости и повышенные подачи. Допускаются отклонения по точности и качеству поверхности.
• Чистовое фрезерование – цель: обеспечить заданные размеры, точность и качество поверхности. Глубина резания малая (0,2-0,5 мм), подача снижается, скорость может быть увеличена.

Влияние твердости материала на режимы

Твердость обрабатываемого материала существенно влияет на выбор режимов резания [17].

• При твердости ниже 170 HB скорость резания и подачу можно увеличивать на 15-20%.
• При твердости 170-229 HB используют базовые режимы.
• При твердости выше 229 HB скорость резания и подачу необходимо снижать на 15-25% [18].

Стратегии фрезерования и стружкообразование

Современные CAM-системы позволяют реализовывать различные стратегии обработки, оптимизируя процесс [19]:

• Попутное фрезерование – направление подачи совпадает с направлением вращения фрезы. Обеспечивает лучшее качество поверхности, но требует жесткой системы и отсутствия люфтов.
• Встречное фрезерование – направление подачи противоположно вращению. Применяется при черновой обработке, особенно на нежестких станках.
• Трохоидальное фрезерование – для обработки пазов и карманов, позволяет снизить тепловую нагрузку на инструмент.
• Высокоскоростная обработка (HSM) – сочетание высоких скоростей, малых глубин и специальных траекторий для обработки тонкостенных деталей.

Важно контролировать стружкообразование. При фрезеровании сталей образуется сливная стружка, которая может наматываться на инструмент. Необходимо применять стружколомы на пластинах и обеспечивать надежный отвод стружки сжатым воздухом или СОЖ [20].

Контроль качества при фрезеровании

Контроль качества при фрезерной обработке включает [21]:

• Контроль шероховатости поверхности – визуально по образцам или профилометром. Для чистового фрезерования достижима Ra 1,6-3,2 мкм.
• Контроль размеров – штангенциркули, микрометры, калибры, нутромеры.
• Контроль плоскостности и параллельности – поверочными плитами, индикаторами.
• Контроль расположения отверстий и пазов – координатно-измерительные машины или специальные приспособления.

Оборудование для фрезерной обработки в «БОРИС-88»

Для фрезерной обработки конструкционных сталей мы используем современный парк станков с ЧПУ, обеспечивающий высокую жесткость, точность и производительность [22].

Подробнее о парке оборудования – на странице «Наше оборудование».

Как заказать фрезерную обработку деталей из конструкционных сталей

Для заказа фрезерной обработки отправьте чертежи (PDF, DWG, CDR, KOMPAS) или 3D-модель, укажите материал и требуемый объём партии (минимальная партия – от 100 штук). Наши технологи проведут бесплатный анализ, подберут оптимальный инструмент и режимы, подготовят коммерческое предложение.

Производство: Московская область, г. Подольск, ул. Комсомольская, 1. Ежедневно с 7:00 до 19:00 (без выходных). Ориентир в навигаторах: «БОРИС-88 ПОДОЛЬСК».

Офис в Москве: ул. Вавилова, 9А, стр. 6, офис 12. Пн–Пт с 8:00 до 16:00. Ориентир в навигаторах: «БОРИС-88».

Ссылка на страницу контактов: https://boris88.ru/kontaktyi/

Условия оплаты и доставки: https://boris88.ru/oplata/

Галерея работ: https://boris88.ru/vse-fotografii-nashih-rabot/

Список литературы:

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой. – М.: Машиностроение, 2018.

2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. – М.: Металлургия, 2015.

3. Колачев Б.А., Габидуллин Р.М., Пигузов Ю.В. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 2018.

4. Обрабатываемость сталей резанием // Технология машиностроения. – 2021. – № 2.

5. Выбор режущего инструмента для фрезерования // Sandvik Coromant. – URL: https://www.sandvik.coromant.com

6. Барановский Ю.В. (ред.) Режимы резания металлов: Справочник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1972.

7. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К., Калинин М.А. Точность обработки и технические измерения в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1983.

8. Розенберг Ю.А. Технология машиностроения. – М.: Машиностроение, 2015.

9. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1982.

10. Справочник инструментальщика / Под ред. И.А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение, 1987.

11. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. – М.: Высшая школа, 1985.

12. Ящерицын П.И., Еременко М.Л., Жигалко Н.И. Основы резания материалов и режущий инструмент. – Минск: Вышэйшая школа, 1981.

13. Маталин А.А. Технология машиностроения. – М.: Машиностроение, 2015.

14. Таблицы режимов резания для фрезерных станков // EKL TOOLS. – URL: http://www.ekltools.isr.lv

15. Режимы резания при фрезеровании // Искар. – URL: https://www.iscar.ru

16. Технологическая документация для фрезерных работ // Металлообработка. – 2020. – № 4.

17. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. – М.: Машиностроение, 1975.

18. Рекомендации по выбору режимов резания // BIBT. – URL: https://bibt.ru/20/59.htm

19. CAM-системы и стратегии фрезерования // Современные технологии. – 2022. – № 4.

20. Стружкообразование при фрезеровании сталей // Обработка металлов. – 2021. – № 3.

21. Контроль качества при фрезерной обработке // ОТК. – URL: https://otk.ru/kontrol-kachestva

22. Оборудование для фрезерной обработки // БОРИС-88. – URL: https://boris88.ru/nashe-oborudovanie/