На сегодняшний момент фрезерные станки с ЧПУ составляют значительную долю оборудования для обработки заготовок резанием. И хотя на рынке появляется всё больше «альтернативных» машин (лазерные станки, режущие плоттеры), которые уверенно конкурируют с «фрезерами» в некоторых нишах, область обработки металлов для них пока остаётся недосягаемой.
В отличие от «конкурентов», фрезерное оборудование изначально спроектировано под высокопроизводительную форсированную обработку заготовок. Для этого фрезерные станки с ЧПУ имеют сварную металлическую станину повышенной прочности. Облегчённый (для снижения динамических нагрузок при быстром перемещении) алюминиевый инструментальный портал. Мощный шпиндель с широким рабочим диапазоном по частоте вращения и крутящему моменту. А также, высокопроизводительную систему ЧПУ, обеспечивающую значительную точность обработки по заданной программе.
Всё это приводит к тому, что фрезерование даже твёрдых стальных заготовок осуществляется с высокой производительностью и качеством. Что же касается цветных металлов (в их числе и алюминия), то такие заготовки, даже для «бюджетных» фрезерных станков с ЧПУ, оказываются лёгкой задачей.
Особенности фрезерования алюминия
Как известно, алюминия является лёгким пластичным металлом серебристо-белого цвета. Распространённость алюминия в земной коре чрезвычайно высокая (третий элемент после кислорода и кремния). А его широкое применение вплоть до 20 века сдерживалось лишь сложностью получения. Однако с широким внедрением электролиза алюминий стал производиться в значительном количестве — и «проник» практически во все сферы хозяйственной деятельности человека.
В соответствии с этим, потребность в обработки алюминия оказалась столь же высокой. За счёт своей пластичности алюминий отлично обрабатывается резанием. Однако в процессе фрезерования алюминий даёт вязкую стружку, склонную к налипанию на режущие кромки фрезы, а главное — забиванию её спиральных канавок.
Это значительно снижает ресурс режущего инструмента и приводит к падению качества обработки. В то же время, для поддержания высокой производительности фрезерования и возможности вести обработку на высоких скоростях (которую благодаря своим характеристикам вполне обеспечивает современное фрезерное оборудование — см. выше) каждый элемент станочной системы, будь то фреза, приспособление, заготовка или сам фрезерный станок, должны работать «в унисон», не допуская наличия «слабого звена».
Резкий и непредсказуемый износ инструмента при обработке алюминия в этом случае является крайне нежелательным явлением, нарушающим отлаженную технологическую систему. Поэтому забота о своевременной очистке фрез — непременное условие в борьбе за высокое качество фрезерования алюминия!
Способы очистки фрез от алюминиевой стружки
Главной причиной чрезмерного загрязнения фрез алюминиевой стружкой является неправильные режимы обработки. Поскольку оптимальные режимы фрезерования зависят от слишком многих факторов и могут быть определены лишь экспериментально, любые рекомендации по установке базовой частоты вращения шпинделя и подаче инструмента являются ориентировочными. Чаще всего, повышенное стружкообразование при фрезеровке алюминия вызывается малой подачей инструмента при высокой частоте вращения фрезы.
Тем не менее, даже многократно проверенные «правильные» режимы обработки могут дать сбой, если очередная заготовка окажется чуть меньшей плотности (к примеру, бракованная или поддельная) и алюминий «пластилином» налипнет на фрезу, так что оператор даже не успеет вовремя скорректировать режимы обработки. В этом случае единственным средством вернуть инструмент в рабочее состояние является его очистка.
Самый простой и распространённый способ очистки фрезы от алюминия — вымачивание в керосине. Фреза помещается в керосин, выдерживается около суток, а затем размягчённый шлак можно очистить, слегка потерев фрезу тем же кусочком алюминия.
Более «едким» (но и более эффективным) растворителем является раствор хлорного железа в воде (пропорция — 1:1). Окунать в него инструмент можно лишь на несколько минут, иначе вместе с алюминиевой стружкой раствор разъест и режущие кромки фрезы. После окунания фрезы в раствор хлорного железа её следует промыть обычной водой, просушить и смело использовать дальше. Такой способ очистки хорошо подходит для твёрдосплавных фрез.
Специальные фрезы «по алюминию»
Подобрать удобный и действенный способ для своевременной очистки фрез от алюминиевой стружки, конечно же, важно. Однако задачей любого предприятия является производство (т. е. процесс обработки), а не занятия очисткой фрез, отнимающей и время и материалы. Поэтому для уменьшения риска износа/загрязнения режущего инструмента стружкой при обработке алюминия рекомендуется использовать специальные фрезы.
Как отмечалось выше, процесс поиска оптимальных режимов обработки является сложной и затратной задачей. Однако производители фрез занимаются этой работой «по долгу службы» — и оптимизируют режущий инструмент под конкретные условия обработки. Поэтому при использовании фрез рекомендуется ориентироваться не только на рекомендации производителя по режимам обработки, но и выбирать специализированный инструмент под те или иные задачи (к примеру, обработку древесины, пластика и т. п.).
Специальные фрезы существуют и для работы по алюминию. Для фрезерных станков с ЧПУ это концевые пальчиковые фрезы из быстрорежущей стали или твёрдого сплава. Чаще всего фрезы бывают одно- или двухзаходные. Большее количество режущих кромок не применяется, так как при равном диаметре фрезы увеличение числа спиральных канавок ведёт к уменьшению их размера. А для уверенного отведения стружки и предотвращения забивания нужны канавки с большим относительным размером.
Выбор между быстрорежущей сталью и твёрдым сплавом должен быть сделан с учётом конструкции системы СОЖ (или её фактического наличия/отсуствия). Быстрорежущая сталь обязательно требует охлаждения. Однако она менее требовательна к стабильности работы системы СОЖ. В то же время, твёрдосплавная фреза рассчитана на работу при повышенной температуре и в ряде случаев может использовать без СОЖ.
Напротив, периодическое «опрыскивание» режущих кромок твёрдосплавной фрезы (в силу принципиальной конструкции системы СОЖ или при нестабильности пульсаций струи жидкости) приводит к созданию неравномерного поля температур и растрескиванию режущих кромок. Поэтому обработка алюминия с использованием твёрдосплавной фрезы обязательно требует исправной и высокопроизводительной системы СОЖ. В ином случае следует либо фрезеровать без СОЖ, либо выбирать быстрорежущую фрезу по алюминию.