В современном формообразующем производстве пресс-форм по мере повышения требований к эстетике и функциональности новых изделий в таких отраслях, как машиностроение, электроника, автомобилестроение и бытовая техника, всё более сложные детали приводят к постоянному усложнению формообразующих поверхностей пресс-форм; доля свободных поверхностей неуклонно растёт, что предъявляет к технологиям обработки пресс-форм всё более высокие требования. Ввиду сложной конструкции пресс-форм и жёстких требований к точности их изготовления характеристики формообразующих поверхностей и материалы различных участков существенно различаются, а соответственно применяются и различные фрезы для обработки пресс-форм; в настоящей статье приводится краткое описание типичных случаев обработки с использованием фрез для пресс-форм.

(1) Фрезы с большим подачей серии XMR01 компании «Чжучжоу Дайамонд»

(1) Области применения. Фрезы с большим подачей широко используются в индустрии формообразования; их производительность выше, чем у фрез с копировальным профилем. При этом фрезы с четырёхгранными пластинами преимущественно применяются для плоского фрезерования, а фрезы с W-образными пластинами — в основном для фрезерования полостей.

(2) Особенности режущего инструмента

1) Высокая эффективность резания: малый угол установки режущей пластины уменьшает радиальные силы, возникающие при резании, что максимально снижает вибрацию инструмента и значительно повышает скорость подачи.

2) В большинстве случаев может заменить традиционное круглое резцовое пластину; по сравнению с круглой пластиной обладает меньшим углом главного отклонения и более широким финишным режущим кромкой, что позволяет с высокой эффективностью удалять припуск заготовки.

3) При обработке наклонных поверхностей и винтовой нарезке необходимо уменьшить подачу; при сверлении осевая подача должна быть установлена не более 0,2 мм/об; при образовании длинных стружек следует соблюдать меры безопасности; при винтовом расширении отверстий глубина прохода по оси не должна превышать максимального значения ap; S-образные пластинки также могут использоваться для фрезерования с подачей вдоль (см. рис. 4‑93).

Рис. 4-93 Обработка наклонной плоскости и винтовой нарезки

4) Лезвия выпускаются в двух типах: Z-образном и S-образном; крепёжные соединения — с прямым хвостовиком и с цилиндрическим соединением с торцевым штифтом.

(3) Описание особенностей фрез серии XMR01. Особенностью инструментов с большим подачей является распределение основной силы резания по оси, что значительно уменьшает радиальную составляющую силы и повышает ударопрочность инструмента; кроме того, такая конструкция эффективно снижает вибрацию при фрезеровании с большим вылетом (см. рис. 4–94).

Рис. 4-94 Фрезы серии XMR01

а) Сборочный чертёж фрезы б) Режущая пластина в) Схема обработки

(4) Типичные примеры применения инструментов серии XMR01 (обработка пресс-форм)

1) Наименование клиента: один из отечественных заводов по производству пресс-форм.

2) Наименование детали: матрица.

3) Материал обработки: сталь 45.

4) Способ охлаждения: сухой.

5) Способ обработки: грубая обработка по равным высотам.

6) Режущий инструмент: XMR01-063-A22-WP08-04, режущая пластина: WPGT080615ZSR, марка режущей пластины: YBM351.

7) Исходный инструмент: TXP08-63-22 (импортный бренд), исходная режущая пластина: RB7025/XPKT08T516TR.

8) Режим резания: vc = 800 об/мин, ap = 1,2 мм, vf = 4000 мм/мин.

9) Результаты испытаний: инструмент работал в режиме обработки в течение 180 минут, RB7025 — 157 минут; режущие характеристики превосходят аналогичные показатели импортного инструмента данной марки.

(5) Типичные примеры применения инструментов серии XMR01 (обработка кованой стали)

1) Наименование клиента: одна из отечественных компаний по производству тяжёлой машиностроения.

2) Наименование детали: пресс-форма для защиты топливного бака автомобиля.

3) Материал обработки: кованая сталь 55.

4) Способ охлаждения: сухая обработка.

5) Способы обработки: плоское фрезерование; спиральная интерполяция.

6) Диаметр предварительного сверления: φ45 мм, диаметр резания: 115 мм, общая глубина обработки: 60 мм.

7) Режущий инструмент: XMR01-063-A22-WP08-04, пластинка: WPGT080615ZSR, марка пластинки: YBG212.

8) Исходный инструмент: FCP05 X65.080AN-1 (импортный бренд), марка режущей пластины: LC280TT (импортный бренд).

9) Режимы резания: n = 610 об/мин, vc = 120 м/мин, ap = 2 мм, vf = 1500–2000 мм/мин.

10) Результат обработки: фрезерование плоскостей — инструмент демонстрирует высокие эксплуатационные характеристики в ходе пробной обработки: износ режущих пластин минимальный, разрушение зубьев отсутствует, хорошая жёсткость и вязкость; спиральное интерполяционное фрезерование — также показывает хорошие результаты в ходе пробной обработки, особенно выделяется при спиральном интерполяционном фрезеровании: износ режущих пластин равномерный, жёсткость и вязкость остаются на высоком уровне.

11) В процессах плоского фрезерования и спирального интерполяционного фрезерования комплексные эксплуатационные характеристики инструмента XMR превосходят аналогичные показатели импортных инструментов данной марки.

(2) Фреза для чистовой обработки форм с шарообразным наконечником производства компании OSG

Компания OSG разработала реверсивный шарообразный фрезерный инструмент для чистовой обработки PFB (см. рис. 4‑95) в ответ на постоянно растущие требования к обработке в индустрии изготовления пресс-форм. PFB выпускается с тремя различными типами корпуса: стальным, короткоствольным из твёрдого сплава и длинноствольным из твёрдого сплава; диаметр хвостовика — от φ8 до φ32 мм.

Рис. 4-95 Шарообразное фрезерное сверло PFB

При этом материал режущей пластины также предлагается в четырёх вариантах; клиент может, исходя из конкретных условий обработки и материала заготовки, выбрать наиболее подходящий корпус инструмента и режущую пластину, как это показано в таблицах 4‑22 и 4‑23.

Таблица 4-22 Характеристики резца

Таблица 4-23 Конкретные результаты обработки ПФБ

(3) Фреза с высокой скоростью подачи для обработки на высоких горах

При использовании метода фрезерования с высокой подачей угол главного наклона резца невелик, что приводит к меньшим радиальным и большим осевым нагрузкам на фрезу; следовательно, риск возникновения вибраций в процессе обработки снижается, а сама обработка проходит более стабильно. В особенности при значительном вылете инструмента малая вибрация позволяет применять относительно высокие параметры резания. Фрезы для высокоскоростной подачи имеют малый угол главного наклона и небольшую глубину резания, однако рабочая длина режущей кромки при этом увеличивается, что повышает её прочность. При данном методе обработки величина подачи на зуб большая, а скорость подачи — высокая; это способствует уменьшению образования закалённого слоя и снижению длительного накопления тепла резания в теле инструмента, поэтому такой метод особенно подходит для обработки труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочные сплавы.

1. Фреза с цельным твёрдосплавным корпусом и высокой скоростью подачи — идеальная серия инструментов для обработки мелких деталей и небольших полостей (см. рис. 4–96). JHF980 подходит для обработки стали, нержавеющей стали, чугуна и суперсплавов. JHF180 — для обработки закалённой стали.

Рис. 4-96 Фреза с цельным твёрдосплавным корпусом и высокой подачей

2. Минимастер «Маленький дьявол» — фрезы с ускоренным подачей: в диапазоне от φ8 до φ12 мм фрезы из цельной твёрдой стали марки Jabro обладают более высокой жёсткостью и поэтому рекомендуется использовать их в условиях малого радиуса подачи по глубине резания.

Минимастер «Маленький дьявол» (см. рис. 4–97) обеспечивает высокую гибкость: каждый диаметр оснащён различными типами хвостовика, что позволяет подобрать оптимальную длину инструмента для конкретного применения.

Рис. 4-97 Фреза с быстрым подачей Minimaster «Маленький дьявол»

3. Фрезы с быстрым подачей серии R217/220.21 с выпуклым треугольным резцом — серия с фиксированным державкой резца, включающая хвостовики и корпуса вертикальных фрез дискового типа. Предназначены для таких операций, как плоское фрезерование, фрезерование полостей, спиральное интерполяционное фрезерование и врезное фрезерование.

R220.21: Корпус фрезы с дисковым резцом.

R217.21: Различные формы хвостовиков резцов.

218.19 Твердосплавные пластинки: включают четыре различных типоразмера, охватывающих диапазон диаметров от φ16 до φ208 мм. Широкий выбор форм режущих канавок и марок твердого сплава позволяет применять их для обработки всех видов материалов (см. рис. 4–98).

Рис. 4-98 Фреза с быстрым подачей серии выпуклых треугольников R217/220.21

4. Серия быстрых подач SC12 с квадратными пластинами SCET120630T: толщина пластины — 6,35 мм. Тип пластины — с радиусом закругления режущей кромки 3,0 мм. Предназначена главным образом для тяжёлой черновой обработки в условиях стабильного режима работы. Подходит для фрезерных операций, при которых инструмент располагается горизонтально по отношению к заготовке (см. рис. 4–99).

Рис. 4-99 Серия быстрых подач SC12 с квадратным профилем

5. Фрезы быстрого подачи серии HF2 и HF4 с L-образными пластинами — это новая серия малодиаметральных инструментов высокой подачи, разработанная для обеспечения сверхвысокой производительности на современных станках с ЧПУ. Большая площадь поперечного сечения и большая толщина пластин повышают их прочность; внешняя дуга радиуса позволяет предотвратить микроразрушение режущей кромки. «Высококачественная конструкция динамического баланса» корпуса и пластин обеспечивает беспрепятственный отвод стружки при фрезеровании по контуру полостей, особенно при использовании длинных вылетов шпинделя. Двусторонние пластины типа LO обеспечивают ещё более высокую эффективность обработки и экономическую выгоду. При этом в ассортименте представлены соответствующие размеры в дюймовой системе, а также полный набор классов материалов и форм канавок, что позволяет обрабатывать широкий спектр материалов, включая закалённую сталь, нержавеющую сталь и жаропрочные сплавы (см. рис. 4–100).

Рис. 4-100 Фрезы с быстрым подачей серии HF2, HF4

6. Серия двусторонних выпуклых треугольных резцов HF6 — это конструкция с шестью эффективными режущими кромками и тремя типами геометрии канавки: ME13, M15 и MD17; в сочетании с различными материалами пластин они применяются для обработки различных материалов заготовок (см. рис. 4–101).

Рис. 4-101 Серия двусторонних выпуклых треугольников HF6

7. Двусторонний резец с быстрым подачей серии ON09, оснащённый 16 активными режущими кромками. Благодаря уникальной конструкции державки вставки обеспечивается высокая осевая и радиальная точность; достигается более длительный и предсказуемый срок службы инструмента; используется та же вставка R220.48-ON09, что и для двусторонних фрез серии «Двусторонний король» — 16 активных кромок, что обеспечивает превосходную экономическую эффективность; сокращается объём складских запасов вставок (поскольку применяется тот же тип вставок, что и для двусторонних фрез); корпус инструмента с никелевым покрытием повышает его долговечность (см. рис. 4‑102).

Рис. 4-102 Серия ON09

а) Схема частичной сборки фрезы б) Схема сборки фрезы

(4) Фреза Tungaloy

1. Фреза с большим подачей DoFeed

(1) Краткое описание продукта. Фреза с большим подачей DoFeed (см. рис. 4-103) с момента своего выпуска широко применяется в таких отраслях, как производство пресс-форм, авиакосмическая отрасль и энергетика; она предназначена для высокопроизводительной черновой обработки поверхностей, фрезерования пазов, фрезерования формовых полостей, фрезерования по наклонной плоскости, шпоночного фрезерования и спирального фрезерования материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь, чугун, титановые сплавы, сплавы на никелевой основе и закалённая сталь.

Рис. 4-103 Фреза DoFeed с большим подачей

(2) Особенности продукта. Уникальный дизайн режущей пластины с четырьмя резцами, обеспечивающий высокую экономичность; конструкция корпуса с охлаждающими отверстиями гарантирует беспрепятственный отвод стружки; геометрия низкого сопротивления обеспечивает вибрационно-бесшумное фрезерование. Фреза EXN03 предназначена для высокоэффективной обработки на станках малой и средней мощности, фреза EXN06 — для высокоэффективной обработки на станках средней и большой мощности; четыре варианта материала режущих пластин позволяют удовлетворить требования по обработке самых разнообразных материалов.

(3) Примеры применения

1) Наименование детали: авиационная конструкционная деталь (см. рис. 4-104).

Рис. 4-104 Авиационные конструкционные детали

2) Материал заготовки: титановый сплав.

3) Применение: фрезерование полостей.

4) Станки: обрабатывающий центр MC, мощный инструментальный патрон BT50.

5) Смазочно-охлаждающая жидкость: водорастворимая.

6) Стойка резца: EXN03R025M25.0-05, пластинка резца: LNMU06X5ZER-ML AH725.

7) Режимы резания: vc = 40 м/мин, fz = 0,7 мм/зуб, vf = 1790 мм/мин, ap = 0,5 мм.

8) Результат резания: эффективность обработки в 3,3 раза выше, чем у ранее использовавшегося инструмента.

 

2. Фреза с высокоточной формообразующей обработкой для пресс-форм, марка Taike Luo, BallFinishNose

(1) Краткое описание продукта. Фреза для обработки пресс-форм высокой точности с вставными режущими пластинами BallFinishNose (см. рис. 4–105) оснащена уникальным зажимным механизмом и совершенно новой системой подачи охлаждающей жидкости, что делает её рекомендованным инструментом для обработки в отрасли производства пресс-форм. Асимметричная форма позиционирования режущей пластины обеспечивает надёжное зажатие; этот механизм способствует достижению высокой точности обработанной поверхности и длительного, стабильного срока службы инструмента.

Рис. 4-105 Фреза для формообразования с высокой точностью и сменными пластинами BallFinishNose

(2) Особенности продукта

1) Асимметричные режущие пластины повышают точность повторного позиционирования сменных пластин, обеспечивая минимальный люфт и высокую точность.

2) Два типа режущих пластин — с шарообразным носиком и со скруглённым носиком — позволяют удовлетворить потребности обработки в формоизготовительной отрасли.

3) Высокоточные сферические режущие пластины могут использоваться для высокоточной 3D-обработки.

4) На режущей кромке имеются каналы в трёх направлениях, обеспечивающие достаточное охлаждение и смазку режущей кромки.

(3) Примеры применения

1) Наименование детали: пресс-форма для автомобильных деталей (см. рис. 4-106).

Рис. 4-106 Форма для изготовления автомобильных деталей

2) Материал заготовки: SKD11 (60 HRC).

3) Применение: обработка по контуру.

4) Станки: горизонтальный обрабатывающий центр, хвостовик BT50.

5) Смазочно-охлаждающая жидкость: внутреннее охлаждение.

6) Ствол резца: EBFM20S20C220, пластинка: ZFBM200R00-MJ AH710.

7) Режимы резания: vc = 283 м/мин, fz = 0,39 мм/зуб, ap = 0,15 мм.

8) Результат обработки: срок службы инструмента увеличен в 1,3 раза.

 

(5) Стрелковый фрезерный резец

Быстрые фрезы, также называемые фрезами с высокой подачей, работают за счёт особой формы торцевых зубьев, которая уменьшает радиальную силу резания и увеличивает осевую силу резания. Благодаря высокой прочности твёрдого сплава на сжатие удается быстро снимать припуск, поэтому такие фрезы, по сравнению с обычными, обладают большей вылетом и большей величиной съёма материала на зуб.

1. Быстрорежущий фрезер с заменяемыми режущими головками

(1) Краткое описание продукта. Сменные фрезы с вставными резцами (см. рис. 4‑107) являются одним из направлений развития твердосплавных фрез; многие ведущие мировые компании по производству режущего инструмента выпускают аналогичную продукцию. Благодаря особенностям быстрорежущих фрез их чувствительность к глубине обработки ниже, чем у обычных фрез, что позволяет обрабатывать пазы или поверхности с большим вылетом. Типоразмеры: φ8 мм, φ10 мм, φ12 мм, φ16 мм, φ20 мм и φ25 мм.

Рис. 4-107 Быстрорежущий фрезерный инструмент со сменными резцами

а) Фрезы и фрезерные головки б) Серийность фрез

(2) Особенности продукта

1) Высокая производительность: подача может достигать 1–1,6 мм/об.

2) Используется короткий конус с Т-образной резьбой для позиционирования; соединение надёжное, точность позиционирования высокая, коаксиальность ≤ 0,015 мм.

3) Стойка резца может быть использована с различными резцовыми головками.

4) Низкая стоимость: после износа достаточно заменить режущую головку.

5) Максимальная глубина обработки может достигать более чем шестикратного диаметра.

(3) Примеры применения

1) Деталь: цельный импеллер с несвободной поверхностью (см. рис. 4-108).

Рис. 4-108 Цельное рабочее колесо с несвободной поверхностью

а) Деталь рабочего колеса б) Фотография участка обработки

2) Материал детали: FV520B.

3) Размер детали: φ16 мм — фреза для чернового фрезерования каналов проточного канала рабочего колеса.

4) Параметры обработки: vc = 100 м/мин, ap = 1 мм, ae = 16 мм, f = 1,6 мм/об.

5) Срок службы при обработке: непрерывная обработка в течение 90 минут.

2. Быстрорежущие фрезы из цельного твёрдого сплава YESTOOLS

(1) Краткое описание продукта. В производстве используется импортный в Европе пруток из твёрдого сплава с ультрамелкозернистой структурой, совмещённый с соответствующим наноразмерным PVD-покрытием; строгий контроль технологического процесса и тщательная постобработка режущей кромки существенно снижают вероятность её скола и разрушения, что делает возможной обработку на высоких скоростях резания и больших подачах (см. рис. 4–109).

Рис. 4-109 Цельный твердосплавный быстрорежущий фрезерный инструмент

а) Фреза б) Вид фрезы снизу

(2) Особенности продукта

1) Высокая производительность.

2) Высокая жёсткость, конструкция с большим диаметром сердечника.

3) Дизайн с неравномерным шагом зубьев для виброгашения, обеспечивающий стабильную обработку при большом вылете и высокой подаче.

4) Высококлассное покрытие TiAlN — сочетание высокой износостойкости, низкого коэффициента трения и высокой адгезии.

(3) Примеры применения

1) Обрабатываемая деталь: некий военный продукт.

2) Материал детали: 42CrMo, термообработка — закалка с отпуском до твёрдости 280–300 HBW.

3) Спецификация инструмента: φ10 мм, глубина обработки 50 мм.

4) Параметры обработки: vc = 180 м/мин, ap = 0,8 мм, ae = 10 мм, f = 1 мм/об.

5) Срок обработки: 325 м.