Особенности фрезеровки нержавеющей стали

Фрезерная обработка нержавеющей стали

Кроме химического состава на качество фрезеровки нержавейки могут оказывать влияние самые незначительные, на первый взгляд, факторы:

• способ производства заготовки (ковка, штамповка, литье и пр.);
• наличие на поверхности образований, затрудняющих процесс: окалин, корок;
• режим резания — например, сплошной или прерывистый;
• наличие или отсутствие термообработки.

Ценность станков с чпу при фрезеровке нержавеющей стали заключается не только в высокой точности операций, но и в выборе максимально эффективного способа и режима обработки, а следовательно, в повышенной производительности операций.

Металл

Для обработки металлов используют промышленные стационарные станки, в том числе с ЧПУ и ЧПУ 3D. Последние отличаются тем, что могут сделать деталь полностью за один раз. Если на простых станках приходится часто менять положение заготовки, или использовать разные станки, то современный станок  ЧПУ 3D  может вырезать деталь сразу, согласно заложенной программе. Выпускаются десятки разновидностей таких станков и сотни видов различных фрез.

Сталь

Прочный металл, когда требуется снять значительную толщину, это делается понемногу за несколько проходов. Изготовление одной сложной детали на станках ЧПУ 3D  может занимать много времени.

Пример деталей, которые изготавливают на таких станках из стали и сплавов:

Мягкие металлы: алюминий, латунь

Алюминий, латунь, медь, бронза относятся к мягким металлам и сплавам. Обрабатываются таким же способом на тех же станках, что и сталь. Единственное отличие – выше скорость обработки, за один проход возможно снять более толстый слой, чем у стали. Меньше изнашиваются фрезы.

Титан

Обработка титана несколько отличается. Этот металл плохо поддается обработке. Из-за высокой химической активности титан налипает на резец, что тормозит работу и изнашивает фрезу. Титан плохо проводит и отводит  тепло, потому место реза быстро перегревается. Этот металл режут с обязательно подачей СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость), иногда под давлением.

Керамогранит и мрамор

Эти материалы, кроме прочности, обладают высокими абразивными свойствами – способностью быстро стирать фрезу

Поэтому для их обработки важно использовать специальные фрезы:

• поликристаллические алмазные;
• прессованные (цельноспеченные) алмазные;
• с алмазным напылением;
• твердосплавные (никель, карбид вольфрама, кобальт).

Оргстекло

Относится к мягким материалам. Возможна обработка универсальными фрезами (дерево, пластик, оргстекло) или специальными. Главная проблема при резке – плавление материала и склонность к растрескиванию. Поэтому:

1. Фреза должна быть острой, тупая из-за сильного трения склонна к перегреву.
2. Требуется выбрать оптимальные обороты фрезы.
3. Чтобы избежать трещин, материал снимают тонкими слоями.

Фрезерование титановых деталей

Изделия из титана сейчас все чаще применяются в аэрокосмической промышленности. Титан является одним из самых сложных материалов для обработки фрезой вследствие его низкой теплопроводности.

Говоря простым языком, при фрезеровании титана только небольшая часть тепла отводится со снимаемой стружкой, что вызывает существенный нагрев, как самой заготовки, так и деталей станка.

Несмотря на трудности с фрезерованием титана, для его качественного фрезерования специалисты дают несколько советов:

Цена на фрезеровочные работы зависит от вида станка, геометрии детали и материала заготовки (цена для нержавейки, алюминия, титана будет разной).

Фрезеровка металла (титана, нержавейки, алюминия и пр.) должна выполняться на исправном оборудовании, специально обученным персоналом.

Видео:

Обращаясь за услугами фрезеровки любого листового металла (титана, нержавейки и др.), уточните, какие станки использует фирма, поинтересуйтесь у знакомых репутацией исполнителя, тогда качество выполненной работы вас не разочарует, не покажется завышенной цена.

Технологические этапы процесса

Что касается технологического процесса фрезеровки, то она состоит из несколько последовательностей, которым необходимо следовать:

Изделие осторожно подводят со стороны поверхности, необходимой для обработки, к фрезеру, который в это время вращается. Отведя стол, отключают шпиндель, чтобы он не вращался. После этого нужно задать требуемую глубину прорезания. Запускают шпиндель. Изделие, расположенное на столе, вместе с ним подводят к стыковке с фрезой.

Обработку металлических деталей цилиндрической фрезой производят при длине фрезы на 10-15 мм более, чем есть изделие, а диаметр её подбирается, исходя из толщины разрезания и ширины. При выборе торцевых фрез работа будет делаться не так шумно, поскольку детали надежнее прикрепляются. Производительность предприятия будет высокой при использовании набора фрез, так как во многом упрощается задача. Все зависит от применяемых фрез, а это: совместные фрезы, зубила, двумя дисками одновременно, набора фрез, расположенных с разных боков заготовки и пр. Фрезерование плоскостей несколькими торцевыми фрезами делает сразу несколько обрезаний, а также исключает удары при работе.

Современные технологии позволяют проводить безопасную и с меньшим процентом брака обработку на токарно-фрезерных станках, оборудованных системами ЧПУ. В некоторых случаях, как при обработке деталей повышенной твердости, можно на них делать шлифовку. Они гарантируют получение изделий по максимуму точной геометрической формы, а также производительность. Бывают как специального назначения, так и общего использования, но небольшие детали дома можно обрабатывать ручным электрическим фрезером. Управление на компьютере позволяет задать все параметры и выполнять максимально точно, к тому же есть возможность рассчитывать и создавать 3D модели непосредственно на станке.

Благодаря современным технологиям, фрезерная обработка приобретает большую популярность в разных отраслях производств. Что касается металла, то можно на станках делать как алюминиевые, так и стальные, титановые изделия. Вне зависимости от материала, фрезерованием можно делать детали специального назначения, эксклюзивные, ювелирные и др. И только на станках, оборудованных системами ЧПУ, можно выполнять лазерную фрезеровку деталей сложной формы. Это дорогостоящая, но качественная обработка возможна без предварительной шлифовки.

Классификация фрезерных работ

Как уже упоминалось, в зависимости от используемой фрезы, различают несколько видов фрезерования, а именно:

• Торцевое фрезерование, суть которого состоит в получении определенной формы деталей при помощи торцевой фрезы. Это необходимо в большинстве случаев для вырезания в изделиях подсечек, канавок, окошка, а также “колодец”, канавку и т. д. С её помощью также производят обратное фрезерование торца из внутренней части разного плана изделий. Фрезеровка торца нужна для получения деталей более точных габаритов, простоты монтажа и, по сути, срезанные торцы служат для передачи сжимающих усилий.
• Концевые, которые нужны для образований уступов в плоскостях вертикальной или горизонтальной формы.
• Цилиндрические, отличающиеся получением изделий в плоскостях соответствующей фрезой в обратном положении.
• Зубчатое.
• Фасонное, заключающееся в создании фасонных (сферы, эллипсы и пр.) деталей неправильной формы. Это фрезерование при помощи специальных фрез, в результате чего получаются фасонные изделия.

Также распространены в разных направлениях деятельности много других видов фрез, которые отличаются многофункциональностью, большими возможностями и точностью в выполнении работ. Используются винтовые канавки для создания зенкер, сверл и другого, отрезной фрезой нарезают различного габарита бруски, к тому же можно получить сложную форму детали криволинейным типом фрезы. Стоит отметить отличие фрезерования двойными дисками, шлицевую лезвию для создания пазов в деталях, а также более сложные формы их. Также можно создать определенную форму при недолгом применении видов фрезерования.

Станки для таких работ, в свою очередь, разделяют на механические и лазерные. Существует направление режущего, движущего элемента совместно с изделием, что принять называть попутным типом обработки. Если же навстречу резцу движется изделие, тогда это считается встречная фрезеровка.

Стоит также отметить профильное фрезерование деталей как деревянных, так и металлических и пр. Это отличается в изделиях, которые идут выпуклой либо вогнутой формы. В этом случае необходимо более тщательно подходить к выбору технологического типа, что зависит в основном от габарита детали и сложности профилирования. Данный вид процесса проходит в три этапа: предварительная грубая и частично чистая фрезеровка, получистая и напоследок окончательная чистая. Часто для получения деталей высокого качества финишную обработку производят с большими подачами, а предыдущие операции выполняют отдельно на разных станках.

Так как для фрезеровки деталей цилиндрическим способом производится при не столь хорошем креплении, то чаще всего профильное фрезерование изделий делается торцевым способом. В основном это универсальный способ для многосерийного промышленного изготовления. В этом случае есть возможность воспользоваться несколькими способами фрезерования разных плоских поверхностей. Это использование двух зубил, фрез большого диаметра и нескольких зубил одновременно.

Работа в таком режиме может происходит значительно быстрее и спокойно, в особенности при использовании нескольких фрез сразу, расположенных с разных сторон от изделия. По этой причине фрезерование плоскостей при помощи торцевых фрез, более применяемое в производстве.

Осуществляется фрезерование, помимо этого, также при помощи ионного луча. Это относительно новый и высокотехнологический процесс, позволяющий удалить максимально точный слой металла. Ионное фрезерование производится под воздействием атома гелия на поверхность, главным условием является контроль напряжения и энергии. Другими словами, сегодня не обязательно полировать или шлифовать детали, это можно сделать на атомном уровне, а на раскаленный металл можно вставлять дополнительные детали.

Скорость резания

Наиболее важным режимом при фрезеровании можно назвать скорость резания. Он определяет то, за какой период времени будет снят определенный слой материала с поверхности. На большинстве станков устанавливается постоянная скорость резания. При выборе подходящего показателя учитывается тип материала заготовки:

1. При работе с нержавейкой скорость резания 45-95 м/мин. За счет добавления в состав различных химических элементов твердость и другие показатели меняются, снижается степень обрабатываемости.
2. Бронза считается более мягким составом, поэтому подобный режим при фрезеровании может выбираться в диапазоне от 90-150 м/мин. Она применяется при изготовлении самых различных изделий.
3. Довольно большое распространение получила латунь. Она применяется при изготовлении запорных элементов и различных клапанов. Мягкость сплава позволяет повысить скорость резания до 130-320 м/мин. Латуни склонны к повышению пластичности при сильном нагреве.
4. Алюминиевые сплавы сегодня весьма распространены. При этом встречается несколько вариантов исполнения, которые обладают различными эксплуатационными характеристиками. Именно поэтому режим фрезерования варьирует в пределе от 200 до 420 м/мин. Стоит учитывать, что алюминий относится к сплавам с низкой температурой плавления. Именно поэтому при высокой скорости обработки есть вероятность существенного повышения показателя пластичности.

Встречается довольно большое количество таблиц, которые применяются для определения основных режимов работы. Формула для определения оборотов скорости резания выглядит следующим образом: n=1000 V/D, где учитывается рекомендуемая скорость резания и диаметр применяемой фрезы.  Подобная формула позволяет определить количество оборотов для всех видов обрабатываемых материалов.

Рассматриваемый режим фрезерования измеряется в метрах в минуту режущие части. Стоит учитывать, что специалисты не рекомендуют гонять шпиндель на максимальных оборотах, так как существенно повышается износ и есть вероятность повреждения инструмента. Поэтому полученный результат уменьшается примерно на 10-15%. С учетом этого параметра проводится выбор наиболее подходящего инструмента.

Скорость вращения инструмента определяет следующее:

Качество получаемой поверхности. Для финишной технологической операции выбирается наибольший параметр. За счет осевого вращения с большим количеством оборотов стружка получается слишком мелкой. Для черновой технологической операции, наоборот, выбираются низкие значения, фреза вращается с меньшей скоростью, и размер стружки увеличивается. За счет быстрого вращения достигается низкий показатель шероховатости поверхности. Современные установки и оснастка позволяют получить поверхность зеркального типа. Производительность труда

При наладке производства уделяется внимание и тому, какова производительность применяемого оборудования. Примером можно назвать цех машиностроительного завода, где налаживается массовое производство

Существенное снижение показателя режимов обработки становится причиной уменьшения производительности. Наиболее оптимальный показатель существенно повышает эффективность труда. Степень износа устанавливаемого инструмента. Не стоит забывать о том, что при трении режущей кромки об обрабатываемую поверхность происходит ее сильный износ. При сильном изнашивании происходит изменение показателей точности изделия, снижается эффективность труда. Как правило, износ связан с сильным нагревом поверхности. Именно поэтому на производственной линии с высокой производительностью применяется оборудование, способное подавать СОЖ в зону снятия материала.

При этом данный параметр выбирается с учетом других показателей, к примеру, глубины подачи. Поэтому технологическая карта составляется с одновременным выбором всех параметров.

Выбор режима в зависимости от материала

Все материалы характеризуются определенными эксплуатационными характеристиками, которые также должны учитываться. Примером можно назвать фрезерование бронзы, которое проводится при скорости резания от 90 до 150 м/мин. В зависимости от этого значения выбирается величина подачи. Сталь ПШ15 и изделия из нержавейки обрабатываются при применении других показателей.

Слишком большая твердость делает деталь прочной и износостойкой, но при этом усложняется процесс обработки. Степени обрабатываемости. Все материалы характеризуются определенной степенью обрабатываемостью, зависящая также от пластичности и других показателей. Применение технологии улучшения свойств.

Довольно распространенным примером можно назвать проведение закалки. Подобная технология предусматривает нагрев материала с последующим охлаждением, после чего показатель твердости существенно повышается. Также часто проводится ковка, отпуск и другие процедуры изменения химического состава поверхностного слоя.

В заключение отметим, что сегодня можно встретить просто огромное количество различных технологических карт, которые достаточно скачать и использовать для получения требуемых деталей

При их рассмотрении уделяется внимание типу материала заготовки, виду инструмента, рекомендуемому оборудованию. Самостоятельно разработать режимы резания достаточно сложно, при этом нужно делать предварительную проверку выбранных параметров

В противном случае может пострадать как инструмент, так и применяемое оборудование.

Фрезерование материалов

Материал фрезы должен быть прочнее обрабатываемого материала. Если для мягких материалов это не проблема, то в металлообработке для изготовления фрез используются специальные сверхпрочные сплавы. Некоторые станки оснащены системой смазки обрабатываемой поверхности и фрезы масло-водяной эмульсией. Она смазывает место реза, удаляет мелкую стружки и охлаждает фрезу.

Характеристики нержавеющих сплавов, усложняющие обработку фрезой

Процесс разрезания нержавеющих заготовок усложняют такие свойства материалов:

1. Наклеп (он же самоупрочнение при деформировании) – во время надавливания кромки реза на металл заготовка деформируется, а показатели ее твердости повышаются. Таким образом, при повторной обработке потребуется срезать весьма прочный слой. Причиной такого явления чаще всего становится неправильно выбранный или изношенный режущий инструмент.
2. Низкий уровень теплопроводности, которая затрудняет вывод тепла из места разрезания. Как следствие, стружка и заготовка впитывают минимальное количество тепла, а оставшееся перенаправляется на инструмент, тем самым, обуславливая его преждевременный износ.
3. Повышенная твердость и оптимизированные прочностные характеристики, которые обеспечиваются легирующими компонентами в сплаве (титановые, никелевые добавки и т. д.). Во время обработки такого сплава фрезеровочный станок подвергается особо интенсивным нагрузкам в сравнении с резкой углеродистых стальных изделий, что вызывает потерю эксплуатационных характеристик инструмента.
4. Налипание металлической стружки на кромку режущего инструмента. Такое явление обуславливает нарушение геометрии заготовки и, как следствие, увеличение усилий, необходимых при обработке.
5. Затруднительность дробления стружки и возникновение заусениц на заготовках. Такая проблема, как правило, возникает в случаях неправильного выбора инструмента.

Особенности фрезеровки нержавейки

Проблемы фрезеровки нержавейки, о которых мы говорили выше, не просто не являются критичными для оборудования с чпу, а решаются достаточно легко. Например, не допускать перегрева инструмента помогает использование резцов из твердых сталей, имеющих острую заточку. Им не страшны высокие температуры, а режут материал они превосходно, не допуская даже малейшей его деформации. Именно на станке с чпу можно задать оптимальный именно для данной заготовки режим: глубину реза, скорость вращения инструмента, подачу

Особое внимание при фрезеровке даже во время работы на электронном оборудовании следует уделять составу и интенсивности подачи СОЖ. При операциях с нержавейкой содержание масла в жидкости должно составлять не менее 8%: это минимизирует вредную нагрузку на металл

Стоимость фрезерных работ по стали

Расценки на фрезеровку нержавеющей стали каждое предприятие формирует по-разному — исходя из затрат. Некоторым целесообразнее рассчитывать стоимость услуг в нормо-часах. Другие расписывают в прайс-листах виды работ. Перечень услуг может включать или включает:

• разработку чертежей на фрезеровку,
• создание 3d-моделей будущих деталей,
• написание управляющей программы,
• собственно фрезеровку.

Для различных видов нержавейки стоимость обработки может незначительно, но отличаться: фрезеровочные работы над универсальными марками будут оцениваться дешевле, чем над материалами повышенной твердости.

Фрезеровка нержавеющей стали: основные проблемы

В чем же во время фрезеровки нержавейки материал проявляет свой сложный характер?

Во-первых, при его обработке образуется так называемый наклеп — следствие самостоятельного упрочения в процессе механического воздействия. Возникающий в месте резки упрочненный слой мешает дальнейшей работе инструмента. Образование наклепа чаще становится следствием неправильно подобранного или затупленного инструмента.

Во-вторых, нержавейка обладает пониженной теплопроводностью. В обработке это фактор со знаком “минус”, так как возникающее в процессе тепло не распределяется по материалу, а переходит на инструмент. Результатом становится быстрый износ фрез.

В-третьих, фрезы быстро выходят из строя не только под влиянием тепловых процессов, но и из-за контакта с материалом повышенной твердости.

В-четвертых, образующиеся при резании отходы налипают на инструмент. Этот фактор не только ухудшает кромку резца, но и “заставляет” инструмент работать с удвоенными усилиями.

И, наконец, в-пятых: стружка в процессе обработки плохо дробится на более мелкие элементы. Это вредно для заготовки, так как в месте ее обточки могут возникать заусеницы.