Инструментальные материалы для фрез.

Одно из основных условий высокопроизводительной работы режущего инструмента —

правильный выбор инструментального ма­териала. Для изготовления режущих

элементов фрезерного инст­румента в деревообработке применяют

инструментальные стали (легированные, быстрорежущие), твердые сплавы,

металлокерамические материалы. Для изготовления корпусов инструментов

ис­пользуют конструкционную качественную сталь, конструкционную легированную

сталь, а также специальные легкие сплавы.

Легированные инструментальные стали. Эти стали в своем со­ставе содержат

легирующие элементы (хром X, вольфрам В, ва­надий Ф и др.), повышающие их

режущие и другие свойства (на­пример, износостойкость возрастает в 2—2,5 раза

по сравнению с износостойкостью углеродистых инструментальных сталей). Для

изготовления цельных насадных фрез, а также сменных резцов и ножей в сборных

фрезах широко используют хромовольфрамованадиевые стали марок Х6ВФ и 9Х5ВФ.

Быстрорежущие инструментальные стали. Эти стали обладают более высокими

режущими свойствами по сравнению с обычными легированными сталями вследствие

большего содержания вольф­рама В, а также присутствия молибдена М. Для

дереворежущих инструментов используют следующие марки быстрорежущих ста­лей:

Р4, Р9, Р12, Р18, Р6МЗ, Р6М5. Вольфрамомолибденовые стали марок 6РМЗ и Р6М5

значительно повышают прочность и изно­состойкость инструмента. Вследствие

значительного содержания молибдена режущие свойства этих сталей близки к

режущим свой­ствам быстрорежущих сталей Р12 и Р18, несмотря на то, что

со­держание вольфрама в них в 2—3 раза меньше.

Твердые металлокерамические сплавы. Основные компоненты твердых сплавов —

карбиды вольфрама, титана и тантала. Ко­бальт в составе твердых сплавов играет

роль цементирующей связки. В деревообработке наибольшее распространение

получили однокарбидные металлокерамические твердые сплавы, содержа­щие карбиды

вольфрама (марки ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8В, ВК15).

При изготовлении инструмента с пластинками твердого спла­ва, как правило,

используют стандартные пластинки, которые крепят к державке или корпусу

методом пайки или механичес­кими устройствами.

Насадные фрезы

Для фрезерования древесины и древесных материалов ши­роко используют насадные

фрезы, отличительная особенность ко­торых— отверстия для насадки на шпиндель

станка или непосред­ственно на вал электродвигателя.

Насадные фрезы в зависимости от конструктивного исполнения разделяют на

цельные и сборные. В свою очередь цельные насад­ные фрезы могут быть

одинарными и в виде наборов фрез (составные). Набор цельных фрез чаще всего

представляет собой группу фрез, подобранных для обработки профилей деталей,

получение которых одинарными фрезами трудно, непроизводительно или

не­возможно. Набор цельных фрез закрепляют на одном общем валу. В набор могут

входить фрезы одинаковые по параметрам или раз­ные. Цельные, фрезы

изготавливают из одной заготовки легиро­ванной стали или из конструкционной

стали с припаянными пла­стинками твердого сплава или легированной стали. По

оформлению задней поверхности зуба дельные фрезы разделяют на затылованные и

с прямой задней гранью (с остроконечными зубьями). Затылованные цельные фрезы

чаще всего предназначены для фасонного фрезерования различных профилей,

режущая кромка у них фа­сонная.

В зависимости от формы режущих кромок получается тот или иной профиль

обрабатываемых деталей. Зубья фасонных затылованных фрез имеют плоскую

переднюю грань; заднюю их грань чаще всего оформляют по кривым архимедовой

спирали или по дугам окружности, проведенным из смещенного центра.

Особен­ность затылованных фрез в том, что при переточках по передней грани

они сохраняют постоянство профиля режущей кромки в осе­вом сечении зуба

фрезы.

Диаметры посадочного отверстия d у фрез цельных фасонных составляют 22;

27 и 32 мм, что в большинстве случаев совпадает с соответствующими размерами

оправок фрезерных станков. Внеш­ний диаметр D фасонных фрез 80; 100 и

125 мм.

Фасонные цельные затылованные фрезы имеют ряд достоинств: сохраняют угловые

параметры за весь срок службы инструмента, что обеспечивает постоянство

профиля обрабатываемых деталей, удобны в эксплуатации, хорошо сбалансированы.

Однако имеют и недостатки, основной из которых — нерациональное использование

легированной инструментальной стали: эффективно используется не более 10—20 %

массы фрезы.

У фрез с остроконечными зубьями передняя и задняя грани имеют плоскую форму в

плоскостях перпендикулярных оси вра­щения фрезы. Конструкции фрез данного

типа довольно разнооб­разны. К группе фрез с остроконечными зубьями относятся

фрезы для фасонного фрезерования, пазовые, для фрезерования шипов и др. В

зависимости от назначения и конструкции фрезы с ост­роконечными зубьями

затачивают по передней или задней грани. Эти фрезы могут быть изготовлены

целиком из легированной или конструкционной стали (корпус) с припаянными

пластинками бы­строрежущей стали или твердого сплава на зубьях фрезы. В

за­висимости от вида выполняемых работ и сложности профиля дета­ли фрезы с

остроконечными зубьями могут быть одинарными, со­ставными (составлены из

разных фрез) или в виде комплектов из нескольких однотипных фрез.

Боковые режущие кромки фрез, обеспечивающие размер по ши­рине В паза,

имеют задний угол 3°. Для сохранения ширины В постоянной зубья

затачивают по задним граням. Пазовые фрезы для поперечных пазов кроме основных

зубьев, форми­рующих размер В, имеют с двух сторон подрезающие зубья с

пе­редним углом 45°. Подрезающие зубья (подрезатели) выступают над основной

окружностью резания на 0,5 мм и служат для обес­печения качественной обработки.

Существуют аналогичные по кон­струкции пазовые фрезы, оснащенные пластинками

твердого сплава.

Для плоского цилиндрического фрезерования применяют фрезы с остроконечными

зубьями, оснащенными пластинками твердого сплава. Эти фрезы чаще всего

используют в мебельном производ­стве при обработке щитов, облицованных

шпоном, пластиками и другими материалами. Для повышения качества обработки со

сто­роны облицовочного слоя (устранения сколов) зубья имеют на­клон к оси

вращения. Наклон режущей кромки выбирают таким образом, чтобы сила Р была

направлена в глубь массива. При фрезеровании плит, облицованных с двух

сторон, применяют фре­зы с двусторонним наклоном режущих кромок, что

обеспечивают составные фрезы, состоящие из двух одинаковых фрез, но с раз­ным

наклоном зубьев, или одинарные фрезы с двумя рядами зубьев. Угол наклона

зубьев к оси фрезы обычно 15—20°.

При фрезеровании древесных материалов (ДСтП, ДВП, пла­стиков и др.)

рационально использовать твердый сплав в качестве инструментального

материала. В зависимости от профиля обраба­тываемой детали могут быть

применены стандартные пластинки или пластинки из пластифицированного твердого

сплава. Доволь­но часто приходится перешлифовывать стандартные пластинки

твердого сплава, чтобы придать им требуемую форму и размеры. Перешлифовку

.делают алмазными кругами повышенной произво­дительности. В целях

рационального использования твердого спла­ва, а также в зависимости от

профиля режущей кромки пластин­ки припаивают по передней или задней грани

зуба. Так, для фрез, предназначенных для плоского или углового фрезерования,

более экономичное использование пластинки будет при располо­жении ее по

задней грани, однако при этом должна быть обеспе­чена надлежащая прочность

припайки. У фрез для фасонной об­работки пластинки твердого сплава, как

правило, припаивают к передней грани.

Окончательное профилирование режущих кромок фрезы дела­ют после припайки

пластинок. Очертание профильных режущих кромок у фасонных фрез, оснащенных

твердым сплавом, может быть самым разнообразным.

Для фрезерных станков наибольшее распространение получили конструкции сборных

насадных фрез, представленные на рис. 9. Дисковая пазовая фреза предназначена

для фрезеро­вания пазов и проушин на станках с шипорезной кареткой. Такая фреза

содержит вставные ножи 1, укрепляемые в клиновых пазах корпуса 4

клиньями 2 и распорными винтами 3. Внешний диаметр D

фрез 200; 250; 320 и 360 мм. Ножи изготавливают из стали или оснащают

пластинками твердого сплава длиной 50 мм и шири­ной 8; 12; 16; 20 мм. Диаметр

посадочного отверстия 32 и 40 мм.

Цилиндрическая сборная фреза с прямыми ножами (рис. 9,6) имеет

центробежно-клиновой способ крепления ножей. Фреза со­стоит из корпуса 4,

ножей 1, клиньев 2 и распорных болтов 3: При

вывинчивании болтов 3 клинья 2 прочно закрепляют ножи в

корпусе. Для надежного крепления ножей усилие затяжки со­ставляет 30—40 Н при

длине ключа 120—140 мм. Во время вра­щения фрезы под действием центробежных сил

усилие зажима ножа в корпусе возрастает.

Фрезы выпускают в двух исполнениях: исполнение А — с плос­кими стальными

ножами длиной 40; 60; 90; ПО; 130; 170 и 200 мм; исполнение Б — с ножами,

оснащенными пластинками твердого сплава ВК15. Внешний диаметр фрез 80; 100;

125; 140; 160 и 180 мм. Существуют аналогичные конструкции фрез для

про­фильного фрезерования, а также нарезки шипов.

Составные фрезы собирают (составляют) из двух и более цель­ных фрез для

обработки сложных (двухсторонних) профилей, имеющих участки, расположенные в

плоскости вращения фрезы. Сборные насадные фрезы имеют сменные режущие

элементы — резцы или ножи. В этом их основная особенность. Сборные насад­ные

фрезы состоят из корпуса, режущих элементов в виде ножей или резцов, деталей

крепления, регулирования, центрирования и зажатия на шпинделе станка. Сборные

насадные фрезы обеспе­чивают постоянство диаметра резания независимо от

переточек.

Концевые фрезы

В отличие от насадных фрез у концевых нет посадочного от­верстия, а есть

хвостовик, которым они закрепляются на шпин­деле станка. Хвостовики бывают

цилиндрические, конусные или резьбовые. Фрезы закрепляют в конусном или

резьбовом гнезде шпинделя, патроне или цанге. В зависимости от формы

поверхно­сти, описываемой режущими кромками при вращении инструмента, фрезы

подразделяют на цилиндрические и фасонные.

Концевые фрезы применяют для выборки гнезд и пазов, обра­ботки деталей по

контуру, фасонной обработки боковых поверхно­стей деталей, снятия свесов у

щитов, облицованных различными материалами, объемного копирования и т. п. В

отличие от насад­ных концевые фрезы имеют небольшой диаметр (практически от 3

до 60 мм). В связи с этим для обеспечения необходимых скоростей резания

концевые фрезы работают при частоте вращения 9000— 24000 мин-¹. При

таких частотах вращения и сравнительно не­больших скоростях подачи (5—10 м/мин)

подача на один зуб (при 2=1... 2) незначительна, что обеспечивает высокое

качество об­работки.

Концевые фрезы изготавливают в основном цельными, но суще­ствуют конструкции

и сборных концевых фрез. При выборке про­дольных пазов, фрезеровании

четверти, обработке внутренних кон­туров деталей (для заглубления) концевые

фрезы кроме боковых режущих кромок должны иметь и торцовые режущие кромки.

В зависимости от оформления задних поверхностей зубьев конце­вые фрезы

разделяются на затылованные, незатылованные и с остроконечными зубьями.

Сведения о затылованных фрезах и фрезах с остроконечными зубьями приведены

выше. Под незатылованными здесь понимаются фрезы, у которых задняя

поверхность для любой точки боковой режущей кромки оформлена по дуге

окруж­ностей из центра фрезы. Для создания необходимых углов резания

незатылованные фрезы устанавливают в эксцентриковый зажим­ной патрон. По мере

переточек уменьшается масса инструмента, поэтому незатылованные концевые

фрезы необходимо периодиче­ски балансировать вместе с патроном. Балансируют

их также и при изменении установочных углов в патроне.

Цельные концевые фрезы могут быть изготовлены целиком из легированной или

быстрорежущей стали с припаянными пластин­ками из твердого сплава, монолитными

(целиком из твердого спла­ва), в виде монолитной рабочей части из твердого

сплава и напаян­ным хвостовиком из конструкционной стали. Фрезы концевые

ци­линдрические из легированной стали марок Х6ВФ и 8Х4В4Ф1 (Р4) изготавливают

трех типов (рис. 10): незатылованные для фрезерования по контуру (а);

затылованные для фрезерования по контуру (б); для выборки гнезд (в).

Фрезы типов -а и б- однорезцовые, типа в — двухрезцовые. Диаметр

фрез типа а 3— 20 мм с градацией через 1 мм до диаметра 8 мм и через 2

им­евшие 8 мм. Диаметр фрез типов б и в. 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20 и 25 мм. Для

уменьшения' трения торцовых кромок о древесину при выборке пазов и гнезд дается

поднутрение к центру фрезы под углом 2...3⁰. Задний угол торцевых

кромок 20—25°. Угловые параметры для боковых режущих кромок следующие: а=10

15°; у = 30;..35°.

Для фрезерования различных древесных материалов (ДСтП,

ДВП, пластики и др.) следует применять концевые фрезы, осна- щенные

пластинками твердого сплава. На рис. 10, г показана одно-резцовая

незатылованная фреза, корпус которой изготовлен из стали 40Х или стали 45, а

пластинка — из твердого сплава ВК15. Диаметр таких фрез 8—18 мм с градацией

через 2 мм, диаметр посадочной шейки 8 и 10 мм, длина 55—70 мм. Эти фрезы

изго­тавливают Сестрорецкий и Томский инструментальные заводы.