Фасонное фрезерование — это технология прецизионной обработки. Она использует специальные профильные инструменты для непосредственного копирования формы на заготовку. Этот метод отлично подходит для обработки сложных поверхностей и производства деталей большими партиями. В этом руководстве объясняется его определение, принцип работы, типы инструментов, преимущества и недостатки. Также рассматриваются проблемы, области применения и сравнения, что даёт практические рекомендации.
Что такое фасонное фрезерование?
Фасонное фрезерование – это точный процесс фрезерования. Для создания сложных профилей и форм используются специальные инструменты. Этот процесс критически важен в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская. Он позволяет эффективно создавать точные детали. Для фасонного фрезерования используются фрезы определённой формы. Эти фрезы непосредственно копируют свои профили на заготовку.
Это процесс механической обработки, при котором используется фреза с определённым профилем. Этот инструмент непосредственно копирует форму заготовки на заготовку, подобно обратной гравировке. Этот метод основан на геометрической форме инструмента для создания конечного профиля. Он не требует сложных траекторий движения. Процесс основан на использовании специальных профильных режущих инструментов для формирования сложных поверхностей. В отличие от других методов фрезерования, фасонное фрезерование позволяет создавать детализированные формы за один проход. Это обеспечивает высокую точность и стабильность.
Фасонное фрезерование – это “метод формовки”, при котором конечная форма зависит от геометрии инструмента, а не от траектории движения инструмента и заготовки. Это отличает его от других методов обработки. Например, “метод генерации”, такой как зубофрезерование, формирует формы посредством непрерывного относительного движения, например, при создании эвольвентных зубчатых колес. “Метод траектории”, включающий профильное фрезерование с ЧПУ, использует запрограммированные траектории инструмента и стандартные фрезы для сканирования поверхности слой за слоем. Фасонное фрезерование более эффективно и точно, что делает его идеальным для создания множества идентичных профилей. В отличие от этого, методы генерации и траектории обеспечивают большую гибкость для форм с изменчивыми деталями, например, профилей зубчатых колес с различными параметрами.
Каков принцип работы фасонного фрезерования?
Принцип работы фасонного фрезерования основан на точном взаимодействии инструмента и заготовки, при этом специальные фрезы создают сложные формы. Процесс начинается с выбора фрезы, соответствующей необходимой форме. Выбор оптимизируется в зависимости от материала заготовки и потребностей. Затем фреза выравнивается относительно заготовки. Фрезерный станок вращает фрезу, в то время как заготовка подается в неё. Это создаёт относительное движение. В проектах с твёрдыми материалами, такими как титановые сплавы, этот принцип обеспечивает точное формообразование поверхности.
Анализ потока процесса
Профиль инструмента и профиль заготовки находятся в зеркальном соответствии. Это означает, что выпуклая форма инструмента создаёт вогнутую форму заготовки, и обратное тоже верно. Вращение фрезы является основным движением резания. Подача заготовки в осевом или радиальном направлении является вторичным движением. При фасонном фрезеровании форма инструмента непосредственно копируется на заготовку. В нашей практике, в Yonglihao, мы обеспечиваем точное совмещение. Это помогает избежать ошибок, вызванных смещением.
- Зеркальное отображение профиля инструмента: Выпуклая фреза создаёт вогнутую заготовку. Это обеспечивает точное совпадение.
- Основное движение: Фреза вращается с высокой скоростью, что обеспечивает силу резания.
- Движение подачи: Заготовка движется по прямой линии. Это передаёт форму.
Основные параметры резки
Скорость, подача и глубина резания напрямую влияют на точность формы. Они также влияют на шероховатость поверхности. Высокая скорость может повысить эффективность, но создаёт больше тепла, что может привести к увеличению шероховатости. Умеренная скорость подачи обеспечивает баланс между производительностью и качеством. Небольшая глубина резания снижает вибрацию и повышает точность. Жёсткость процесса очень важна. Большая площадь контакта предъявляет высокие требования к станкам и оснастке. В нашем серийном производстве повышение жёсткости снизило риск вибрации.
- Влияние скорости: Слишком высокая скорость может легко привести к деформации, вызванной перегревом. Мы рекомендуем корректировать скорость в зависимости от материала (например, 200–300 м/мин для стали).
- Скорость подачи: Скорость обработки 0,1–0,3 мм на зуб обеспечивает чистоту обработки Ra < 1,6 мкм.
- Глубина резания: Используйте поверхностные слои за несколько проходов. Это позволяет избежать перегрузки машины.
Что такое фасонная фреза?
Фасонные фрезы являются основным инструментом в этом процессе. Они имеют специальную форму профиля, позволяющую создавать сложные формы. Мы предлагаем широкий ассортимент типов фрез и можем изготовить их по индивидуальному заказу. В пресс-формах специальные инструменты помогают создавать точные полости.
Фасонная фреза — это специальный профильный инструмент. Её форма точно соответствует необходимому профилю заготовки. Её отличительной особенностью является затыловка или затыловка. Шлифовка передней поверхности зуба создаёт задний угол. Это гарантирует неизменность формы поперечного сечения после заточки передней поверхности. Это гарантирует стабильность обработанных профилей. При изготовлении обычно используется быстрорежущая сталь (HSS) или твёрдый сплав. Этот процесс ведётся с высокой точностью, чтобы избежать любых погрешностей.
Распространенные типы фасонных фрез
Существует множество типов фасонных фрез. Каждый тип предназначен для решения определённых задач.
- Вогнутые фрезы: Они используются для обработки выпуклых полукруглых профилей. Форма зубьев обеспечивает равномерное резание и помогает избежать точек напряжения.
- Выпуклые фрезы: Они используются для обработки вогнутых полукруглых профилей. Они хорошо подходят для обработки глубоких вогнутых поверхностей и обеспечивают высокое качество обработки поверхности.
- Фрезы для закругления углов: Они используются для скругления краёв заготовки до четверти окружности. Они доступны с различными радиусами, подходящими для различных конструкций.
- Зуборезные станки: Это дисковые модульные фрезы. Они используются для обработки профилей зубьев шестерён, например, эвольвентных. Диапазон модулей — от M0,5 до M20.
- Фрезы комбинированные/нестандартной формы: Это специальные инструменты для чертежей конкретных деталей. Они сочетают в себе такие элементы, как V-образные формы и скругления.
Инструментальные материалы
Выбор материала инструмента влияет на его производительность и срок службы. Крайне важно выбрать правильный материал инструмента.
- Быстрорежущая сталь (HSS): Быстрорежущая сталь (HSS) обладает высокой прочностью и подходит для изготовления деталей сложной формы. Она является основным материалом для фасонных фрез и легко затачивается.
- Карбид: Твёрдый сплав используется для обработки очень твёрдых материалов или высокоскоростной обработки. Обычно он используется в качестве режущих пластин или небольших твёрдосплавных фрез. Он обеспечивает высокую прочность.
Каковы плюсы и минусы фасонного фрезерования?
Фасонное фрезерование обеспечивает точность и универсальность. Для сложных деталей оно требует минимальной дополнительной обработки, что снижает затраты.
Основные преимущества
Фасонное фрезерование отличается высокой эффективностью. Оно позволяет обрабатывать сложные поверхности за один проход. Это позволяет избежать нескольких этапов, таких как черновая, получистовая и чистовая обработка. Этот метод идеально подходит для массового производства и сокращает время наладки. Процесс отличается высокой стабильностью, поскольку зависит от формы инструмента. Это снижает количество ошибок оператора и станка. Обеспечивает высокую взаимозаменяемость деталей, особенно стандартных. Требования к оборудованию невелики. Обычные трёхкоординатные фрезерные станки позволяют обрабатывать сложные профили. Это исключает необходимость в пятикоординатном соединении, что снижает инвестиционные затраты.
- Высокая эффективность: Обработка поверхностей может быть завершена за один проход. Например, время обработки одной детали может составлять менее 5 минут, что быстрее, чем многопроходные методы.
- Хорошая консистенция: Форма фиксирована, а допуск контролируется в пределах ±0,01 мм. Это гарантирует качество даже при изготовлении крупных партий.
- Низкий порог оборудования: Он совместим с трёхкоординатными станками. Это делает его пригодным для малых и средних предприятий и обеспечивает высокую масштабируемость.
Ограничения и недостатки
Стоимость инструментов высока. Индивидуальное изготовление требует больших затрат, а циклы проектирования длительны. Подготовка обычно занимает от 2 до 4 недель. Процесс не отличается гибкостью. Он очень специфичен: для одной формы используется один инструмент. Это делает его непригодным для производства небольших партий различных изделий. Усилие резания велико. Большая площадь контакта может привести к вибрации, вызывающей биение поверхности. В мелкосерийных проектах эти недостатки более выражены. Может потребоваться резервный инструмент, что увеличивает затраты на складские запасы.
- Высокие затраты на инструмент: Изготовление на заказ обходится дорого, а циклы проектирования длительны.
- Плохая гибкость: Это очень специфично: один инструмент создаёт одну форму. Это не подходит для небольшие партии.
- Большая сила резания: Большая площадь контакта подвержена вибрации.
Распространенные проблемы и стратегии их решения при фрезеровании форм
Фасонное фрезерование эффективно, но имеет свои недостатки. К ним относятся вибрация, удаление стружки и качество поверхности.
Вибрация и дребезжание
Основной причиной вибрации является длительный контакт режущей кромки. Это приводит к значительным изменениям силы резания. Это влияет на качество поверхности и точность, особенно при больших контактных зонах при обработке форм. Недостаточная жесткость системы усугубляет проблему. Это может быть вызвано старением станка или ослаблением креплений. Стратегии решения проблемы включают снижение скорости на 10-20% и увеличение подачи. Также помогает использование фрез с неравным шагом зубьев и более жесткое закрепление заготовки. При обработке деталей аэрокосмической промышленности использование инструментов с неравным шагом зубьев снижает вибрацию. Это улучшает значение шероховатости поверхности Ra. Дальнейший анализ включает регулировку скорости на основе резонанса материала. Конструкция с неравным шагом зубьев разбивает периодические волны силы. Гидравлические крепления могут повысить жесткость зажима и уменьшить небольшие перемещения.
- Причина: Большая площадь контакта и изменение силы вызывают самовозбуждающуюся вибрацию. Это включает в себя совпадение с резонансной частотой.
- Решение: Оптимизируйте скорость, укрепляйте приспособления, используйте демпфирующие материалы и отслеживайте вибрацию с помощью датчиков.
Проблемы с эвакуацией стружки (Эвакуация стружки)
Проблемы с отводом стружки возникают, когда глубокая канавка или замкнутые профили захватывают стружку. Это приводит к перегреву и повреждению инструмента. Накопление стружки увеличивает трение, что может привести к ожогу поверхности или выкрашиванию кромки. В сложных профилях зубьев узкие пути отвода стружки усугубляют проблему. Решения включают в себя использование СОЖ высокого давления (более 50 бар) и улучшение конструкции стружечной канавки инструмента. Это может означать расширение отверстий канавки или увеличение углов наклона винтовой линии. В проектах по изготовлению зубчатых передач системы охлаждения высокого давления улучшают отвод стружки. Это увеличивает срок службы инструмента благодаря 30%. Подробные решения включают в себя градуировку давления СОЖ, от промывки под низким давлением до проникновения под высоким давлением. Конструкция стружечной канавки должна учитывать типы стружки (сплошная или прерывистая). Вакуумный отсос стружки также может помочь.
- Причина: Сложные профили препятствуют сходу стружки. Глубина и угол наклона канавки также оказывают влияние.
- Решение: Используйте охлаждение под высоким давлением, конструкцию с широкими карманами для стружки и регулярно чистите станок.
Качество поверхности не соответствует стандарту
Бедный отделка поверхности Обычно это вызвано наростообразованием на режущей кромке или износом инструмента. Это влияет на функциональность и срок службы детали. Износ приводит к затуплению режущей кромки, что увеличивает тепловыделение от трения. Наростообразование на режущей кромке прилипает к заготовке, создавая неровную поверхность. Стратегии решения этой проблемы включают корректировку концентрации СОЖ до 5-10% и своевременную переточку инструментов. В производстве пресс-форм контроль износа помог добиться стабильной шероховатости поверхности Ra < 0,8 мкм. Подробные решения включают выбор подходящего типа СОЖ (масляная или водная). Оптимизация концентрации предотвращает наростообразование на режущей кромке. Цикл переточки может зависеть от длины реза с проверкой каждые 1000 м. Также может помочь добавление противонаростообразующих присадок.
- Причина: Износ или неправильные параметры, включая изменение радиуса кромки.
- Решение: Используйте концентрированную охлаждающую жидкость, регулярно проверяйте и затачивайте инструмент, а также используйте инструменты с покрытием, чтобы предотвратить наростообразование на кромках.
Области применения фасонного фрезерования
Фасонное фрезерование широко применяется в отраслях, где требуются сложные профили. Благодаря точности и гибкости этот метод является ключевым. В случае турбинных лопаток он способствует повышению аэродинамической эффективности.
Подходящие характеристики деталей для обработки
Фасонное фрезерование хорошо подходит для обработки канавок на обычных поверхностях. Примерами служат полукруглые канавки для герметизации, V-образные канавки для направления, канавки типа «ласточкин хвост» для более прочных соединений и Т-образные канавки для облегчения сборки. Этот метод также подходит для обработки кромок, например, галтелей для снижения напряжения и фасок для улучшения внешнего вида. Он обрабатывает детали трансмиссии, такие как профили зубьев шестерен для плавного зацепления, шлицевые валы для передачи крутящего момента и звездочки для приводных цепей. Он также обрабатывает сложные профили, такие как хвостовики турбинных лопаток для улучшения потока жидкости и карманы для стружки сверления для более качественной резки. На практике он эффективно обрабатывает канавки типа «ласточкин хвост», что повышает точность сборки. Детальные характеристики включают точный контроль радиуса для полукруглых канавок для предотвращения образования пузырьков. Стандартные значения R для галтелей предотвращают появление усталостных трещин. Соответствие модулей профиля зуба снижает уровень шума.
- Поверхностные канавки: Полукруглые или V-образные канавки обеспечивают герметичность и прочность. Ключевым фактором является равномерная глубина.
- Края: Галтели снижают концентрацию напряжений. Фаски удаляют заусенцы.
- Передача инфекции: Профили зубьев гарантируют надежное зацепление. Угол зацепления составляет 20°.
- Сложный: Корни лопаток оптимизируют гидродинамику. Карманы для стружки предотвращают засорение.
Основные отрасли применения
В инструментальном производстве фасонное фрезерование обрабатывает стандартные режущие инструменты. Это включает в себя стружечные карманы фрез для лучшего резания и канавки кромок развертки для точности. Оно также делает спиральные канавки спиральных сверл для лучшего отвода стружки. В энергетической промышленности оно обрабатывает ножки лопаток паровых турбин (елочные профили) для высокой термостойкости. Оно также создает пазы ротора генератора для передачи тока. В автомобильной и общей технике оно изготавливает трансмиссионные шестерни для эффективной передачи мощности. Оно также создает рулевые рейки для точного управления, шлицевые валы для высокого крутящего момента и другие детали массового производства. В производстве автомобильных шестерен оно достигает высокой производительности. Для определенных отраслей промышленности при изготовлении инструментов ценится острота кромок. Энергетика требует термостойких материалов. Автомобильная промышленность фокусируется на однородности партий.
- Изготовление инструментов: Карманы для стружки повышают производительность резания, в том числе за счёт оптимизации ширины канавки.
- Энергия: Основания лезвий термостойкие. Ёлочная форма предотвращает отслоение.
- Автомобильная промышленность: Шестерни обеспечивают эффективность трансмиссии. Рулевые рейки снижают вибрацию.
Применимые материалы заготовок
Процесс подходит для многих материалов.. Они варьируются от легкообрабатываемых алюминиевых сплавов и латуни до углеродистых и легированных сталей средней твердости. Алюминиевые сплавы обеспечивают высокие скорости обработки и низкие силы резания. Латунь устойчива к коррозии и легко обрабатывается. Углеродистая сталь сочетает в себе прочность и обрабатываемость. Легированные стали износостойки, но требуют низких скоростей. Для очень твердых материалов (более HRC 50) эффективность ниже. Вместо этого может потребоваться профильное шлифование. В проектах скорость обработки алюминиевых сплавов может достигать 500 м/мин. Скорость стали необходимо снизить до 200 м/мин. Что касается материалов, легкообрабатываемые типы могут выдерживать большую глубину резания и выделять меньше тепла. Материалы средней твердости требуют подачи охлаждающей жидкости для предотвращения окисления. Твердые материалы можно предварительно нагреть или переключить на шлифование.
- Легко режется: Алюминий и латунь обеспечивают высокую скорость и низкое усилие. Ключевыми моментами является отсутствие заусенцев.
- Средней твердости: Углеродистая сталь требует сбалансированных параметров, чтобы избежать коробления.
- Примечание: Обработка твёрдых материалов переключается на шлифование. Это можно комбинировать с электроэрозионной обработкой.
Сравнение фасонного фрезерования с другими методами фрезерования
Фасонное фрезерование существенно отличается от других технологий. Для создания профилей используются специальные фрезы. В Yonglihao мы выбираем методы обработки в зависимости от проекта. Для некоторых поверхностей фасонное фрезерование предпочтительнее торцевого. Подробное сравнение включает анализ обрабатываемых объектов, эффективности и гибкости.
Фасонное фрезерование против торцевого/концевого фрезерования
Разница в том, что они обрабатывают. Концевое и торцевое фрезерование предназначены для плоских поверхностей или ступенек. Например, концевое фрезерование создает слоты и торцевое фрезерование снимает большие объёмы материала. Фасонное фрезерование обрабатывает сложные поверхности или неровные профили, такие как зубья или дуги. При серийном производстве поверхностей фасонное фрезерование более эффективно. Однако оно не подходит для снятия больших плоских участков материала. Концевое фрезерование использует многозубую обработку для равномерного распределения усилия. Фасонное фрезерование имеет длинную контактную поверхность с концентрированным усилием, что требует жёсткости. Торцевое фрезерование предназначено для быстрой черновой обработки, в то время как фасонное фрезерование обеспечивает высокую точность финишной обработки.
Фасонное фрезерование против профильного фрезерования с ЧПУ
Фасонное фрезерование зависит от геометрии инструмента, что делает его специализированным и эффективным. Профильное фрезерование с ЧПУ зависит от траекторий программы ЧПУ, например, построчного сканирования шаровой фрезой. Этот метод гибок, но требует сложного программирования. В массовом производстве фасонное фрезерование гораздо эффективнее профильного фрезерования с ЧПУ. Оно снижает потребность в расчёте траектории. В производстве пресс-форм метод формовки сокращает объём постобработки. В частности, фасонное фрезерование занимает мало времени на один проход, в то время как ЧПУ — многослойное сканирование. Погрешности фасонного фрезерования определяются инструментом. Погрешности ЧПУ могут быть больше из-за неточности траектории. Однако ЧПУ может адаптироваться к нестандартным формам, в то время как фасонное фрезерование требует настройки.
Как выбирать, обслуживать и проверять качество?
Выбор, обслуживание и контроль качества — ключ к успеху в фасонном фрезеровании. Наша команда проводит полный анализ для достижения баланса производительности и затрат. Подробное руководство включает в себя анализ факторов, правил и этапов метода.
Вопросы выбора инструмента
Учитывайте требуемую точность профиля, размер партии (который определяет окупаемость инвестиций) и материал заготовки. Например, для обработки твёрдых материалов требуются твёрдосплавные инструменты. Большие объёмы партий делают изготовление инструмента на заказ приоритетным. Для точности менее 0,01 мм требуется высококачественная быстрорежущая сталь (HSS). Yonglihao выбирает твёрдый сплав для высокопроизводительных проектов, чтобы максимизировать окупаемость инвестиций. Подробные факторы включают оценку цепочки допусков для обеспечения точности. Для размера партии рассчитайте срок службы инструмента и стоимость. Для материала подберите твёрдость, чтобы избежать сколов.
Износ и обслуживание
Соблюдайте следующие правила заточки: затачивайте только переднюю поверхность. Никогда не затачивайте заднюю поверхность, так как это изменит профиль зуба. Контролируйте угол заточки, чтобы он оставался в пределах первоначальной формы. Повторное покрытие инструмента, например, TiAlN, может продлить его срок службы, предотвращая окисление. Мы регулярно обновляем покрытие наших инструментов, увеличивая их срок службы на 50%. Детальное обслуживание включает в себя контроль износа кромок под микроскопом. Проверка балансировки после заточки предотвращает вибрацию. Храните инструменты с антикоррозионным маслом для защиты.
Контроль качества
Используйте следующие методы проверки: используйте профильный калибр для быстрой проверки соответствия требованиям. Оптический компаратор может увеличить профиль для точного контроля. Он может измерять погрешности менее 0,005 мм. В Yonglihao мы гарантируем допуски менее 0,01 мм. Подробный контроль качества включает в себя использование специальных профильных калибров, соответствующих чертежам. Компаратор выдаёт цифровые выходные отчёты. Управление допусками включает в себя статистический контроль процесса (SPC) для отслеживания отклонений в партии.
Заключение
Фасонное фрезерование является лучшим выбором для массового производства и обработки специальных профилей, включая услуги фрезерной обработки с ЧПУ. Он развивается вместе с достижениями в области ЧПУ и материалов. В Yonglihao мы инвестируем в современное оборудование для производства точных компонентов. Будущая интеграция с аддитивным производством предоставит больше свободы. Это позволит создать гибридные методы, сочетающие точность с геометрической свободой. Мы стремимся предлагать клиентам более эффективные решения благодаря этим инновациям. Окупаемость инвестиций высокая. Несмотря на высокие первоначальные затраты на инструмент, долгосрочные затраты на единицу продукции низкие. Это особенно актуально для годовой производительности свыше 10 000 изделий.
Часто задаваемые вопросы
Какова основная цель фасонного фрезерования?
Эффективное создание сложных профилей. Копирование формы инструмента обеспечивает точность и единообразие.
В чем разница между фасонным фрезерованием и обработкой на станках с ЧПУ?
Фасонное фрезерование зависит от геометрии инструмента, поэтому оно специализированное и эффективное. Обработка на станках с ЧПУ зависит от траекторий, что делает её гибкой, но более медленной.
Почему фасонные фрезы можно затачивать только по передней поверхности?
Заточка задней поверхности изменит радиальную форму. Это повлияет на однородность и точность профиля.
Подходит ли фасонное фрезерование для мелкосерийного производства?
Нет, не подходит. Инструменты очень специфические и дорогие. Для небольших партий более выгодно использовать профильное фрезерование с ЧПУ.
Какие материалы обычно используются для фасонных фрез?
Основной материал — быстрорежущая сталь (HSS), обладающая высокой прочностью и лёгкостью заточки. Твёрдый сплав используется для обработки материалов высокой твёрдости или высокоскоростных инструментов благодаря своей высокой прочности.
