В последнее время недорогие фрезерные станки с ЧПУ получили широкое распространение для производства изделий из самых разных материалов. Благодаря своей компактности, высокой универсальности и удобству использования, фрезерные станки способны заменить целые станочные линии. Правда иногда эти достоинства оборачиваются «против» самих станков — ведь даже высокая универсальность не предполагает способность станка сделать «всё на свете». Прежде всего, ограничения накладывает твёрдость обрабатываемых материалов.
Классификация станков по материалу на обработку
Каталог любого производителя фрезерных станков с ЧПУ содержит множество моделей. Отличить их по размеру рабочей площади очень легко. Но как оценить способность той или иной модели обрабатывать твёрдые заготовки? Ведь максимальная мощность шпинделя порой не является достаточной для «силового» фрезерования. В то же время некоторые «маленькие» модели станков могут оснащаться шпинделями весьма большой мощности (или допускать опциональный «апгрейд» — установку мощного шпинделя).
Для получения ориентира, можно (несколько упрощая) разбить фрезерные станки известных производителей на группы — по возможности «переварить» тот или иной материал:
- настольные граверы — способны лишь на неглубокую гравировку мягких материалов (некоторые модели — цветных металлов); работать по сталям не могут;
- фрезерно-гравировальные станки для древесины, пластика, оргстекла — могут обрабатывать цветные металлы с низкой производительностью (или в «экстремальных» режимах — с гарантированной порчей инструмента);
- фрезерно-гравировальные станки для цветных металлов (латуни, алюминия, меди) — могут осуществлять неглубокую гравировку по сталям и нержавейки;
- фрезерно-гравировальные станки для полноценной работы со сталями (исключая закалённые).
Порядок вышеописанной классификации ранжирует оборудование и по цене — чем выше способности фрезерных станков работать с твёрдыми заготовками, тем больше их стоимость. Таким образом, далеко не каждое предприятие может позволить себе «полноценное» оборудование для высокопроизводительной обработки сталей.
Однако задачи единичного изготовления стальных изделий могут возникнуть у любого предприятия — особенно специализирующегося на индивидуальных заказах. Можно ли успешно провести обработку стальных изделий на «непрофильном» оборудовании?
Особенности обработки сталей
Сталь — это сплав железа с углеродом (доля которого не превышает 2,14%). Благодаря своей прочности, пластичности и твёрдости, сталь широко применяется в промышленности. Сталь хорошо поддаётся обработке, в т. ч. механической обработке резанием (точением, фрезерованием). Однако обилие марок, неодинаковое поведение при обработке (разная твёрдость, пластичность, склонность к наклёпу и пр.) делает сталь очень «привередливой» — как в плане режимов обработки, так и в применении различных инструментов.
При фрезеровании сталей типичным видом отказа инструмента является износ/выкрашивание режущих поверхностей фрезы, появление трещин на режущих зубьях, нарост/налипание материала (стружки) на кромки фрезы и т. п. Это приводит к образованию «рытвин», заусенцев и прочим дефектам обрабатываемой поверхности. Для обеспечения требуемого качества обработки стальных заготовок необходимо выбирать соответствующий инструмент. Фрезерные станки с ЧПУ рекомендуется оснащать специальными фрезами по сталям — из быстрорежущего или твёрдого сплава.
Параметры обработки стали под имеющееся оборудование
Как отмечалось выше, задача обработки стальных заготовок может возникнуть при отсутствии специального оборудования. В этом случае остаётся использовать специальные фрезы и экспериментальным путём выбирать подходящие режимы резания. Отправной точкой могут служить рекомендации производителя инструмента. Однако для поиска режимов необходимо помнить о характерных особенностях работы по сталям.
Так для исключения спекания стружки и засорения спиральных канавок фрезы обрабатывать стальные заготовки необходимо на высокой скорости (порядка 150-250 м/мин). При таких режимах происходит значительный нагрев инструмента. Однако использовать СОЖ следует крайне осторожно! Ведь твёрдосплавные фрезы рассчитаны на работу при высокой температуре. А периодическое опрыскивание СОЖ (даже при постоянной подаче жидкости) могут приводить к скачкообразному изменению общего поля температур. Как следствие — термические трещины на режущих кромках твёрдого сплава. Выходом может быть замена жидкостного охлаждения фрезы на обдув воздухом. Или работа вовсе без охлаждения — если такой режим выдержит твёрдосплавная фреза.
Другой причиной поломок твёрдосплавных фрез является ударная нагрузка. При недостаточной общей жёсткости фрезерного станка (недостаточно для обработки сталей, а не в принципе «плохой») возникают вибрации, инструмент начинает «отскакивать» от поверхности заготовки. В результате на детали образуются рытвины, а режущие кромки твёрдосплавной фрезы скалываются. Решение этой проблемы уже не так очевидно. «Подручными средствами» повысить жёсткость станка не удастся. Остаётся лишь снизить подачу, но таким образом обработка стали может оказаться затруднённой.
Следует отметить, что фрезы из быстрорежущей стали не так чувствительны к вибрациям. А их применение допускает использование СОЖ и некоторого «форсирования» режимов обработки. Поэтому в случае проблем с твёрдосплавными фрезами (из-за низкой жёсткости станка) для обработки стальных заготовок можно воспользоваться фрезами из быстрорежущей стали.