Износ и стойкость торцовых фрез

При торцовом фрезеровании полный угол контакта обычно больше,
чем при цилиндрическом, стружка большее время соприкасается
с передней поверхностью, что и вызывает, наряду с износом по задней
поверхности фрезы, некоторый износ и по передней поверхности. Наи-
более сильно износ по передней поверхности проявляется при обра-
ботке сталей на высоких скоростях резания при толщинах среза
«max > 0,08 мм и при наличии отрицательного значения переднего
угла; при обработке, чугунов и при обработке сталей с невысокими
скоростями резания и максимальными толщинами среза < 0,08 мм
этот износ незначителен. Как и для других видов фрез, основным и
лимитирующим износом для торцовых фрез является износ по задней
поверхности.

Для торцовых фрез из быстрорежущей стали средними
величинами максимально допустимого износа по задней поверхности
при обработке конструкционной стали и чугуна являются: 1,5—2 мм
при грубой обработке, 0,3—0,5 мм при получистовой. Для торцовых
фрез, оснащенных пластинками твердых сплавов, при об-
работке сталей h ₃ — 1 ~ 1,2 мм, а при обработке чугунов h ₃ = 1,5 ~
~- 2 мм.

Зависимость между скоростью резания и стой-
костью выражается общей формулой

Для торцовых фрез с твердым сплавом Т15К6 при обработке
сталей т —0,2; при обработке серых чугунов (сплав ВК6) т ==0,32.
Для торцовых фрез из б ы с т р о р е ж у щ и х сталей стойкость
Т = 120 ¸240 мин. Для торцовых фрез с пластинками т в с р д ы х
сплавовТ= 120 ¸ 420 мин [102].

292

§ П. СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ, ДОПУСКАЕМАЯ ТОРЦОВЫМИ
ФРЕЗАМИ

При обработке углеродистой конструкционной стали с  _в =
= 75 кГ/мм² торцовой фрезой с пластинками твердого сплава¹ марки
Т15К6, имеющей угол  = 60°, при нормальном износе

При фрезеровании стали фрезами из быстрорежущей стали при-
меняются смазывающе-охлаждающие жидкости (в основном 5%-ная
эмульсия). При обработке же фрезами с пластинками твердого сплава
смазывающе-охлаждающие жидкости не применяются. Это вызы-
вается тем, что при фрезеровании во время срезания стружки поверх-
ностные слои зуба сильно разогреваются, а при выходе зуба из металла
резко охлаждаются жидкостью. Такое частое и резкое изменение тем-
пературы нагрева приводит к быстрому изменению объема, к местным
напряжениям и, как результат этого, к появлению мелких трещин на
поверхности зуба. Такие трещины ослабляют режущую кромку зуба
фрезы, и вместо нормального износа, которым сопровождается про-
цесс фрезерования при отсутствии охлаждения, начинается резкий
износ с обламыванием по возникшим трещинам более крупных частиц

[108].

При работе твердосплавными фрезами значительное повышение
стойкости (до 3—4 раз) дает применение распыленного масла («Ин-
дустриальное 20», 2—3 г/ч). В этом случае уменьшается трение и от-
сутствуют условия резкого изменения температуры нагрева твердо-
сплавных пластинок; жидкость в виде «масляного тумана» подается
в зону резания, мало охлаждая зуб фрезы при его выходе из заготовки

[129, 134].

При работе фрезами, оснащенными твердым сплавом, с большой
скоростью резания, т. е. при скоростном фрезерова-
нии, возникает ряд дополнительных условий, вытекающих из спе-
цифики процесса фрезерования.

Фреза — многозубый инструмент, а потому к ее конструкции,
заточке и эксплуатации предъявляются повышенные требования.
Фреза должна иметь надежное и жесткое крепление на шпинделе
станка (максимальное биение фрез с твердосплавными пластинками
по окружности 0,04—0,06 мм, по торцу 0,02—0,03 мм).

Станок, на котором предполагается производить скоростное
фрезерование, должен не только обеспечить возможность работы
на высоких режимах резания (исходя из его кинематических и дина-
мических данных), но и быть достаточно жестким.

У консольно-фрезерных станков с целью повышения жесткости
применяют специальные поддерживающие стойки. Для уменьшения

¹ При других условиях обработки см, литературу [51, 102],

293

вибраций стола горизонтально-фрезерного станка на него ставят до-
полнительные грузы, а иногда уменьшают отрицательный передний
угол у зубьев фрезы.

Для обеспечения плавности вращения фрезы и уменьшения резких
изменений нагрузок на всю систему при скоростном фрезеровании
фрезами с отрицательным передним углом применяют специальные
маховики, крепление которых рекомендуется на нижнем конце шпин-
деля или на корпусе торцовой фрезы. Такие маховики способствуют
повышению стойкости фрезы и улучшению качества обработанной по-
верхности. У фрез большого диаметра роль маховика выполняет кор-
пус фрезы.

Особого внимания при скоростном фрезеровании заслуживают
вопросы техники безопасности, так как большое коли-
чество сильно разогретой
и с большой скоростью
отлетающей стружки пред-
ставляет опасность для ра-
бочего (особенно при тор-
цовом фрезеровании). Во
избежание травмирования
стружкой применяют за-
щитные экраны (кожухи),
которые, однако, не долж-
ны мешать наблюдению за
Рис. 249. Геометрические параметры зуба фрезы   процессом фрезерования И
для обработки с увеличенными подачами   ДОЛЖНЫ обеспечить свобод-

ный доступ к фрезе и заго-
товке. Этим условиям отвечают экраны из металлической сетки, уста-
навливаемые на шарнирах.

Производительность при чисто в о м фрезеровании может быть по-
вышена (по машинному времени в 2 раза и более) за счет увеличе-
ния подачи и применения в этом случае фрезы с дополнитель-
ной кромкой под углом  ₁ = 0 (рис. 249).

Применение торцовых фрез с пластинками твердых сплавов, у ко-
торых резцы (ножи) имеют угол  ₁ = О, позволяет получать поверх-
ности настолько прямолинейными и чистыми (Ñá — Ñ8), что возможно
заменить тяжелое ручное шабрение механической обработкой не только
на чугунных заготовках¹ но и на заготовках из стали и бронзы;
производительность труда при этом повышается в 8 раз и более [109].

При фрезеровании жаропрочных и нержавеющих сталей на стойкость фрезы
большое влияние оказывают условия выхода режущей кромки из заготовки [107, 110].

Стойкость фрезы повышается по мере выхода режущей кромки из заготовки при
возможно меньшей (вплоть до нулевой) толщине среза, что достигается смещением
фрезы относительно средней линии заготовки (рис. 250).

¹ Ручное шабрение чугунных заготовок успешно заменяется и чистовым строга-
нием (см. стр. 198).

Объясняется это следующим. Вследствие высокой способности жаропрочных
й нержавеющих сталей к адгезии (свариванию) с твердым сплавом стружка прочно
приваривается к передней поверхности зуба фрезы. При врезании такого зуба вновь
в заготовку увеличивается общая разрушающая (ударная) нагрузка на зуб ¹, а
вновь образующаяся стружка сталкивает приварившуюся стружку вместе с кусоч-
ками твердого сплава. Все это вызывает более интенсивное разрушение режущей
кромки и снижает стойкость.

Одним из факторов, влияющих на прочность приваривания стружки к перед-
ней поверхности зуба фрезы, является величина давления стружки на инструмент;
чем меньше давление, тем меньше и прочность                   ^

приваривания. Величина же давления зависит             -** ■' '

от толщины среза, для уменьшения которой
на выходе зуба из заготовки и устанавливают
фрезы со смещением (а ₂ < а_1} см. рис. 250).
Чем меньше расстояние от траектории дви-

жения режущей кромки до заготовки на выходе зуба (расстояние К), тем
меньше толщина среза на выходе a ₂, тем меньше давление в этот момент, тем мень-
ше прочность приваривания стружки, тем менее интенсивно разрушение и износ
зуба, тем выше стойкость, а следовательно, допускаемая скорость резания и произ-
водительность. Так, уменьшение отношения • с 0,4 до 0,1 способствует повышению

скорости резания на 40% [51].

Увеличенное же значение толщины среза а₁ при входе зуба, вследствие высокой
пластичности жаропрочных и нержавеющих сталей, оказывает на стойкость мень-
шее влияние; превалирующим является условие выхода зуба (толщина а ₂). Поэтому
при фрезеровании жаропрочных и нержавеющих сталей цилиндрическими, дисковыми
и фасонными фрезами необходимо работать по методу попутного фрезерования.

Для повышения стойкости и чистоты обработанной поверхности при торцовом
фрезеровании жаропрочных и нержавеющих сталей желательно делать небольшой
поворот шпиндельной головки (рис. 251; » 0,01 мм).

§ 12. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА
РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Глубина резания. Назначается в зависимости от припуска па
обработку h. Припуск h целесообразно снимать за один проход, т. е.
глубина резания (t = h. При повышенных требованиях к точности и

¹ Так как вместо доведенной передней поверхности зуба на срезаемый слой
начинает давить поверхность приварившейся стружки,

 

294

295

чистоте обработанной поверхности припуск снимается в два прохода:
черновой и чистовой (t ₂ = 0,75 ¸ 2 мм).

Подача. Основными факторами, ограничивающими выбор макси-
мально возможной величины подачи при черновом фрезеровании,
являются обрабатываемый металл, прочность материала режущей
кромки фрезы, жесткость системы, размеры обработки, прочность ме-
ханизма подачи станка.

При получистовом и чистовом фрезеровании основным ограничи-
вающим фактором величины подачи является шероховатость обрабо-
танной поверхности.

При грубой (черновой) обработке с целью повышения производи-
тельности необходимо назначать наиболее прочный твердый сплав,
т. е. сплав, допускающий наибольшую подачу s _z. Если же по условиям
работы достаточно прочными окажутся несколько марок твердых

сплавов (например, при чистовой обра-
ботке, когда s _z должно быть относи-
тельно мало), то необходимо выбрать
из них твердый сплав, допускающий
наибольшую скорость резания.

Подача s„, исходя из достаточной
прочности твердосплавной пластинки
может быть увеличена ^] в 1,8—2 раза,
если обеспечить наивыгоднейшие ус-
ловия врезания зубьев торцовой фре-
зы в заготовку. К ним относятся:
1) удаление от главной и торцовой
режущих кромок в более прочное
место пластинки первоначального удара зуба о заготовку 2) умень-
шение толщины среза (площади поперечного сечения среза), приводя-
щее к уменьшению силы удара fill].

На соблюдение этих условий влияют как геометрические элементы
режущей части зуба, так и соответствующая установка фрезы по от-
ношению к заготовке. Установка фрезы по отношению к заютовке
зависит от диаметра D фрезы и ширины В заготовки. При обработке
конструкционных углеродистых, легированных сталей и чугуна, когда

 = 1,1 ¸ 1,7, рекомендуется устанавливать фрезу так, чтобы траек-
тория движения режущих кромок ее зубьев по отношению к заготовке
(со стороны входа зуба фрезы в заготовку) выступала на величину
С = (0,03 ¸ 0,05)D (рис. 252), что, наряду с повышением стойкости
фрезы, способствует уменьшению вибраций и получению более чистой
обработанной поверхности.

Рекомендуемые подачи s _z мм/зуб приводятся в справочниках по
режимам резания 151, 102].

¹ При жестких условиях обработки конструкционной углеродистой стали
средней твердости подача s_z может быть увеличена до 1,2—1,6 мм/зуб.

296

Скорость резания. После назначения глубины резания и подачи
при соответствующей стойкости, подсчитывается скорость резания,
допускаемая режущими свойствами фрезы (по формулам, приведен-
ным в разделах «Скорость резания, допускаемая режущими свой-
ствами фрезы»).

Число оборотов. По найденной скорости подсчитывается необхо-
димое число оборотов. Найденное число оборотов корректируется по
кинематическим данным станка, и затем подсчитывается действитель-
ная скорость резания.

Минутная подача. Минутная подача определяется по формуле:

s _м = s_zzn_d м м/мин.

Найденное s_M корректируется по данным станка, и далее подсчиты-
вается действительная подача на зуб:

Мощность электродвигателя. Подсчитывается N_{pe 3} и определяется
достаточность мощности электродвигателя станка.

Прочность механизма подачи. При тяжелых условиях резания
определяется сила подачи Р_н и проверяется прочность меха-
низма подачи станка (сила Р_н должна быть меньше или, в крайнем
случае, равна максимальному усилию, допускаемому механизмом
подачи станка).

Машинное время. Машинное время подсчитывается по соответ-
ствующим формулам.

Более коротким путем назначения элементов режима резания яв-
ляется непосредственное использование таблиц и карт справочников
[102, 51] с введением соответствующих поправочных коэффициентов.

Глава                     РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФРЕЗ

XIX

Фрезы делятся на две основные группы — с остроконечными и
с затылованными зубьями.

§ 1. ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ

Фрезы с остроконечными зубьями позволяют производить заточку
в основном по задней поверхности. Преимущество остроконечных
зубьев: высокая стойкость (по данным сравнительных исследований,
стойкость фрез с остроконечным зубом в 1,5—3 раза выше стойкости
фрез с затылованным зубом); простота изготовления (кроме фасонных
фрез); повышенная чистота обработанной поверхности детали.

Остроконечная форма зуба получила широкое применение главным
образом для фрез общего назначения. В области фасонных фрез такая

297

печивает получение формы зуба, близкой к равнопрочной параболиче- ской. Определение угла v производится так же, как и для зуба первой формы; затем строится второй угол v1; обычно равный 60—65°, а ра- диус закругления r.

форма зуба получает также применение, несмотря на некоторую слож-
ность заточки. Известны три типа остроконечных зубьев. При трапе-
цеидальной форме (рис. 253, а) зуб определяется углом , канавка —
углом v. Из рисунка ясно, что

рис. 253, б, является параболическая форма его задней поверхности.
Эта форма определяется из условия равнопрочное™ всех сечений зуба
на изгиб. Если передний угол у не равен нулю, то профиль зуба
несколько отходит от параболы и заменяется дугой окружности.

Наибольшее распространение получил зуб третьего типа (рис. 253, в),
спинка которого образуется путем двойного фрезерования, что обёс-

298

§ 2. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ФРЕЗЫ С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ
ЗУБЬЯМИ

Цилиндрические фрезы с прямыми зубьями в настоящее время
почти не применяются (из-за неравномерности работы). Фрезы с пря-
мыми зубьями применяются лишь небольшой длины — как дисковые
пазовые.

Фрезы диаметром 60—90 мм применяются
в основном при глубине резания до 5 мм,
диаметром 90—ПО мм — при глубине реза-
ния до 8 мм, диаметром 110—150 мм — при
глубине резания до 12 мм. Ширина фрезы
должна быть несколько больше (на 2—5 мм)
ширины заготовки.

Диаметр фрезы D — важный конструктив-
ный элемент. От диаметра зависят отвод
тепла, толщина стружки, число зубьев, форма
зубьев и диаметр отверстия. Увеличенный
диаметр фрезы выгоднее; он позволяет при-
менить более жесткую оправку, лучше раз-
местить зубья и канавки фрезы и увеличить

число зубьев, улучшить отвод тепла и повысить минутную подачу,
хотя и ведет к повышению расхода металла и увеличению расхода
энергии на фрезерование.

Если обозначить диаметр отверстия под оправку d, толщину
тела фрезы т и высоту зуба Н (рис. 254)₍ то диаметр фрезы

можно определить по фор-
муле

D = d + 2т + 2Н.

Диаметр оправки d можно
рассчитать исходя из усилий,
действующих на фрезу. Одна-
ко расчет диаметра оправки
на прочность производится
редко; обычно при конструи-
ровании фрез для определе-
ния диаметра оправки исполь-
зуют указанные ниже реко-
мендации, учитывающие также необходимую жесткость оправок и
стандартный размерный ряд диаметров фрез (табл. 24).

299

Диаметр цилиндрической фрезы приблизительно в 2,5—3 раза
больше диаметра оправки.

Когда несколько фрез устанавливается на одну длинную оправку
(комплектом), рекомендуется максимально увеличивать диаметр
оправки, с тем чтобы сохранить ее жесткость.

В зависимости от назначения фрезы разделяются на крупнозубые,
т. е. фрезы с большим шагом и небольшим числом зубьев, и мелкозу-
бые, т. е. фрезы с малым шагом и большим числом зубьев. У фрез
с крупным шагом зуб получается более прочным. Крупный зуб лучше
отводит тепло от режущей кромки, допускает большее число переточек,
и впадины между зубьями имеют больший объем для помещения
стружки. Но, с другой стороны, к недостаткам фрез с крупным пря-
мым зубом следует отнести менее плавную работу. Эти соображения
заставляют применять крупный зуб при черновом фрезеровании, а
мелкий зуб — только при чистовом.

Для определения числа зубьев фрез используется ряд эмпириче-
ских формул, например,

где т — коэффициент, зависящий от условий работы и конструкции
фрезы.
Значения коэффициента т приведены ниже.

Фрезы цилиндрические

Цельные:

т

крупнозубые с а до 30°.............................................................................. 1,05

мелкозубые с  = 15 ¸ 20°................................................................ 2

Сборные:

с  = 20°............................................................................ 0,9

крупнозубые с  =45°................................................................................ 0,8

Цилиндрические фрезы с мелкими зубьями
(рис. 255) применяются для чистовых и получистовых работ. Они
непригодны для обдирочных работ, так как имеют небольшой шаг
зубьев и, следовательно, небольшой объем канавки для помещения
стружки.

Угол со =30 ¸35°. Число зубьев 10—18.

Цилиндрические фрезы с крупным зубом
(ГОСТ 3752—59) имеют меньшее число зубьев (6—12) и угол  =40°.

Диаметр, длина и диаметр отверстий такие же, как у фрез с мелким
зубом.

Поскольку принимают угол  = 30 ¸45°, при эксплуатации
фрез необходимо обеспечить восприятие осевого усилия, которое
достигает значительной величины. Влияние осевого усилия можно
исключить применением сдвоенных фрез. Рекомендуется также не-
равномерная разбивка окружного шага зубьев.

300

Сдвоенные (составные) фрезы (рис. 256) могут ра-
ботать только в комплекте; они снабжены правыми и левыми винто-
выми канавками. Несмотря на большой угол наклона (со до 55°), осе-

вые усилия правой и левой фрезы во время работы уравновешиваются,
так как они направлены в разные стороны.

В комплект входят две фрезы — правая и левая; в месте стыка
фрез предусматривается перекрытие режущих кромок одной фрезы

режущими кромками другой. Для этой цели на торце каждой фрезы
делаются выступы и впадины. Выступы одной фрезы входят во впадины
другой фрезы, и таким образом осуществляется перекрытие. Для того
чтобы выступы приходились против соответствующих впадин, необ-

301

ходимо строго выдерживать угол  ₁, под которым должна располагаться
шпоночная канавка по отношению к зубьям. Число зубьев выбирается
для таких фрез небольшим (4—6). Профиль криволинейного зу-
ба соответствует второй форме (см. рис. 253, б); высота зуба
Н= (0,15 ¸ 0,5)s _OKP. Угол зуба  = 50 ¸52° (в нормальном сечении).
Угол рабочей фрезы 9 принимается от 75 до 60° в зависимости от диа-
метра фрезы. Радиус закругления дна канавки r = 3,5 ¸ 4 мм устра-
няет образование трещин при закалке.

Цилиндрические фрезы начиная с диаметра 100 мм и выше обычно
изготовляются сборной конструкции. Это позволяет уменьшить расход

дорогостоящей быстрорежущей стали, повысить срок службы корпуса
фрезы и облегчить термическую обработку.

Общий недостаток сборных конструкций — повышенная трудоем-
кость изготовления по сравнению с цельными и, кроме того, меньшая
жесткость.

На рис. 257 показана сборная конструкция цилиндрической
фрезы, изготовляемая заводом «Фрезер». В корпусе фрезы имеется
паз клиновидной формы; одна стенка паза снабжена продольными
рифлениями. В паз вставляется плоский нож, имеющий рифленую
опорную поверхность. Нож закрепляется в пазу корпуса гладким кли-
ном с углом 3. При переточке нож может быть переставлен на одно
или несколько рифлений, в результате диаметр фрезы сохраняется.

Фрезы с углом  = 20° дают сравнительно небольшое осевое уси-
лие, поэтому можно при эксплуатации устанавливать одну фрезу.
Фрезы с углом наклона  = 45° (см. рис. 257) дают значительные осе-
вые усилия. Для уравновешивания осевых усилий фрезы исполь-
зуются комплектом.

Как для фрез ^г с углом  = 20°, так и для фрез с углом  = 45°,
предназначенных для обработки стали средней твердости, передний
угол y в сечении нормальном режущей кромке зуба принимается 14—16°;
задний угол а_п в том же сечении принимается равным 9—11°.
При заточке фрезы допускается ленточка по цилиндру до 0,1 мм.

Корпуса фрез изготовляют из стали 40Х, ножи — из быстрорежу-
щей стали. Размеры фрез приведены в ГОСТе 9926—61.

Цилиндрические фрезы, оснащенные твердыми сплавами, до послед-
него времени не получили широкого применения из-за трудностей
изготовления. Однако применение их показало хорошие результаты,
особенно на специальных горизонтально-фрезерных станках, а также
при обработке жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов.

В Советском Союзе разработана конструкция и технология произ-
водства винтовых твердосплавных пластинок [116]. По сравнению
с быстрорежущими фрезами применение цилиндрических фрез, осна-
щенных винтовыми пластинками из твердого сплава (рис. 258) марок
Т5КЮ, Т15К6, ВК8 и др., обеспечивает повышение производитель-
ности в 3—5 раз с одновременным повышением стойкости от 2 до 5 раз.

¹ Подробнее см. литературу [81].

 

302

303

Пластинки должны быть припаяны так, чтобы на стыке они были рас-
положены в шахматном порядке, т. е. перекрывали друг друга при
работе фрезы. Основные размеры фрез предусмотрены ГОСТом
8721—58. Фрезы изготовляются диаметром 62, 80, 100 и 125 мм с
углом со в пределах 24—30°.