Postup při frézování různých typů materiálů

Frézování ocelí

Obrobitelnost ocelí se liší v závislosti na obsahu legujících prvků, jejich tepelném zpracování a použitých výrobních postupech (kované, odlévané atd.).

U měkkých nízkouhlíkových ocelí představují hlavní problémy vznik nárůstku na břitu a tvorba otřepů na obrobku. U tvrdších ocelí roste význam nastavení správné polohy frézy v souvislosti s ochranou před vylamováním břitů.

Doporučení

Při frézování ocelí, zejména pak při hrubování, je vždy třeba zvážit veškerá doporučení týkající se například polohy frézy vůči obrobku s ohledem na to, aby nemohlo docházet k tvorbě třísek s velkou tloušťkou na výstupu ze záběru, a vždy uvážit, zda je možné obrábět za sucha, bez přívodu řezné kapaliny.

Více informací o ocelových materiálech

Frézování korozivzdorných ocelí

Korozivzdorné oceli lze rozdělit na feriticko-martenzitické, austenitické a duplexní (austeniticko-feritické), přičemž pro každou z těchto skupin existují samostatná doporučení pro jejich frézování.

Frézování feritických/martenzitických korozivzdorných ocelí

Klasifikace materiálu: P5.x

Feritické a žíhané martenzitické korozivzdorné oceli mají obrobitelnost srovnatelnou s nízkolegovanými ocelemi, proto je možné použít všechna doporučení pro frézování ocelí.

Martenzitické korozivzdorné oceli mají větší schopnost deformačního zpevnění a při vstupu do záběru proto působí velmi vysoké řezné síly. Abyste dosáhli co nejlepších výsledků, použijte vhodnou dráhu nástroje a techniku narolování do záběru a pro překonání problémů s vlivem deformačního zpevňování využijte zvýšení řezné rychlosti, v_c. K vyšší bezpečnosti přispívá použití vyšší řezné rychlosti a houževnatější nástrojové třídy v kombinaci s geometrií se zesíleným břitem.

Frézování austenitických a duplexních korozivzdorných ocelí

Klasifikace materiálu: M1.x, M2.x a M3.x

Hlavními znaky opotřebení při frézování austenitických a duplexních korozivzdorných ocelí jsou vylamování břitů v důsledku tepelných trhlin, opotřebení ve tvaru vrubu a tvorba nárůstku/ulpívání materiálu na břitu. Mezi hlavní problémy patří tvorba otřepů na obrobku a kvalita obrobené plochy.

Tepelné trhliny

Vylamování ostří břitové destičky

Tvorba otřepů a špatná kvalita obrobené plochy

Doporučení pro hrubování

• Pro eliminaci rizika tvorby nárůstku na břitu je třeba použít vysoké řezné rychlosti (v_c = 150–250 m/min (492–820 ft/min))
• Aby se co nejvíce eliminovaly problémy s tvorbou tepelných trhlin, je při hrubování vždy třeba obrábět za sucha, bez přívodu řezné kapaliny

Doporučení pro dokončování

• Pro zlepšení kvality obrobené plochy někdy nezbytné použití řezné kapaliny, nebo raději olejové mlhy/mikrolubrikace. Při dokončování nedochází tak často k problémům s tepelnými trhlinami, protože teplo vznikající v místě řezu je menší
• Uspokojivé kvality obrobené plochy bez použití řezné kapaliny lze dosáhnout při použití cermetových tříd
• Jestliže je posuv, f_z, příliš malý, může to být příčinou rychlejšího opotřebení břitové destičky, protože řez probíhá v deformačně zpevněné oblasti

Více informací o korozivzdorných ocelových materiálech

Frézování litin

Existuje pět hlavních typů litiny:

• šedá litina (GCI)
• nodulární litina (NCI)
• temperovaná litina (MCI)
• vermikulární litina (CGI)
• izotermicky kalená nodulární litina (ADI)

Šedá litina

Klasifikace materiálu: K2.x

Hlavní znaky opotřebení při frézování šedé litiny jsou abrazivní opotřebení hřbetu a tepelné trhliny. Mezi hlavní problémy patří vydrolování povrchu součásti na straně, kde fréza vystupuje ze záběru, a kvalita obrobené plochy.

Typický způsob opotřebení břitové destičky

Vydrolování povrchu součásti

Doporučení pro hrubování

• Aby se co nejvíce eliminovaly problémy s tvorbou tepelných trhlin, je při hrubování vždy třeba upřednostnit obrábění za sucha, bez přívodu řezné kapaliny. Použijte karbidové břitové destičky s tlustým povlakem
• V případě problémů s vydrolováním povrchu obrobku: Zkontrolujte opotřebení hřbetuSnižte posuv, fz, aby se zmenšila tloušťka třísky.Použijte pozitivnější geometriiPřednostně použijte frézu s úhlem nastavení 65/60/45 stupňů
• Pokud je, z důvodu omezení prašnosti atd., nutné použití řezné kapaliny, je třeba zvolit třídy pro obrábění za mokra
• První volbou jsou vždy povlakované karbidové třídy, ale lze rovněž použít třídy keramické. Mějte na paměti, že řezná rychlost, v_c, měla být velmi vysoká, 800–1000 m/min (2624–3281 ft/min). Řeznou rychlost omezuje vytváření otřepů na obrobku. Nepoužívejte řeznou kapalinu

Doporučení pro dokončování

• Použijte karbidové břitové destičky s tenkým povlakem, nebo, jako další alternativu, nepovlakovanou karbidovou třídu
• Pro dokončovací obrábění šedé litiny při vysokých řezných rychlostech lze použít třídy kubického nitridu bóru (CBN). Nepoužívejte řeznou kapalinu

Nodulární litina

Klasifikace materiálu: K3.x

Obrobitelnost feritické a feriticko-perlitické nodulární litiny je velmi podobná jako u nízkolegovaných ocelí. Proto je vhodné dodržovat veškerá doporučení pro volbu nástrojů, geometrií a tříd břitových destiček platná pro frézování ocelových materiálů.

Perlitická nodulární litina je abrazivnější, proto je doporučeno použití tříd pro obrábění litinových materiálů.

Abyste při obrábění dosáhli maximální možné výkonnosti, použijte nástrojovou třídu s PVD povlakem a obrábění za mokra.

Vermikulární litina (CGI)

Klasifikace materiálu: K4.x

Podíl perlitu menší než 90 %

Tento typ CGI, který obvykle obsahuje přibližně 80 % perlitické struktury, bývá frézován nejčastěji. Typickými součástmi jsou bloky motorů, hlavy válců a výfuková potrubí.

Doporučení pro volbu frézy jsou stejná jako v případě šedé litiny, ale z důvodu omezení tvorby otřepů na součásti je třeba volit poněkud pozitivnější a ostřejší geometrie.

Frézování pomocí kruhové interpolace představuje velmi dobrou alternativní metodu ke konvenčnímu vyvrtávání válců z CGI.

Izotermicky kalená nodulární litina (ADI)

Klasifikace materiálu: K5.x

Hrubování se obvykle provádí v nezušlechtěném stavu a lze jej přirovnat k frézování vysokolegovaných ocelí.

Naproti tomu dokončovací operace se provádějí ve zušlechtěném materiálu, který je velice abrazivní. Tento případ lze srovnat s frézováním tvrzených ocelí ISO H. Je třeba preferovat nástrojové třídy s vysokou odolností proti abrazivnímu otěru.

Ve srovnání s NCI se životnost nástroje při obrábění ADI zkracuje přibližně na 40 % a řezné síly jsou přibližně o 40 % vyšší.

Více informací o litinových materiálech

Frézování neželezných materiálů

Skupina neželezných materiálů zahrnuje nejenom slitiny hliníku, ale také slitiny hořčíku, mědí a zinku. Obrobitelnost hliníku se liší především v závislosti na obsahu Si. Nejběžnějším typem hliníkových slitin jsou slitiny podeutektické s obsahem Si do 13 %.

Hliníkové slitiny s obsahem Si do 13 %

Klasifikace materiálu: N1.1-3

Hlavními znaky opotřebení jsou tvorba nárůstku/ulpívání materiálu na břitu, což vede k tvorbě otřepů nebo problémům s kvalitou obrobené plochy. Z hlediska ochrany obrobené plochy před jejím poškrábáním má zcela zásadní význam dobré utváření a odvod třísky.

Doporučení

Břitové destičky s PCD hrotem

• Použití břitových destiček s PCD hrotem s ostrými, leštěnými břity nabízí dobrou schopnost dělit třísky a odolnost proti vytváření nárůstku na břitu
• Volte pozitivní geometrie břitových destiček s ostrými břity
• Aby se předešlo ulpívání částic obráběného materiálu na břitu a zvýšila se kvalita obrobené plochy, je při obrábění hliníku, na rozdíl od většiny ostatních frézovacích operací, vždy nutné použití řezné kapaliny Obsah Si < 8 %: Použijte řeznou kapalinu s koncentrací 5 % Obsah Si 8–12 %: Použijte řeznou kapalinu s koncentrací 10 %Obsah Si > 12 %: Použijte řeznou kapalinu s koncentrací 15 %
• Vyšší řezné rychlosti obvykle přispívají ke zvýšení výkonnosti a nemají negativní vliv na životnost nástroje
• Doporučuje se hodnota h_ex v rozmezí 0.10–0.20 mm (0.0039–0.0079 inch). Příliš nízké hodnoty mohou mít za následek tvorbu otřepů

Pozor: Zkontrolujte, zda není překročen maximální počet otáček, přípustný pro danou frézu

• Vzhledem k vysokým rychlostem posuvu je z důvodu vyloučení rozměrových nepřesností nanejvýš vhodné použití strojů s pokročilou diagnostickou funkcí pro řízení dráhy nástroje
• Pro životnost nástroje jsou vždy určující tvorba otřepů na obráběné součásti nebo kvalita obrobené plochy. Využití opotřebení břitu jako kritéria pro hodnocení životnosti nástroje je velmi obtížné

Více informací o neželezných materiálech

Frézování žárovzdorných slitin (HRSA)

Žárovzdorné slitiny (HRSA) se dělí na tři materiálové skupiny – niklové slitiny, slitiny na bázi železa a kobaltové slitiny. Titan je buď čistý, nebo se jedná o jeho slitiny. Obrobitelnost žárovzdorných slitin i titanu je špatná, zejména ve vystárnutém stavu, což na obráběcí nástroje klade specifické požadavky.

Žárovzdorné slitiny a titan

Frézování HRSA a titanu velmi často vyžaduje stroje s vysokou tuhostí a vysokým výkonem a kroutícím momentem při nízkých otáčkách. Nejběžnějšími typy opotřebení jsou opotřebení ve tvaru vrubu a vylamování ostří. Vznik velkého množství tepla má za následek omezení pro řeznou rychlost.

Doporučení

K omezení opotřebení ve tvaru vrubu použijte kruhové břitové destičky

• Kdykoli je možné, použijte frézy s kruhovými břitovými destičkami, které umožňují zvýšení efektu ztenčení třísky
• Pro hloubky řezu do 5 mm (0.197 inch) by měl být úhel nastavení menší než 45°. Obvykle se doporučuje použití kruhových břitových destiček s pozitivní geometrií čela
• Zásadní význam pro dosažení rovnoměrného zatížení zubů a hladký průběh záběru má přesnost frézy v radiálním i axiálním směru, která současně funguje jako přirozená ochrana jednotlivých zubů frézy před náhlým poškozením
• Geometrie břitu by vždy měla být pozitivní, s optimalizovaným zaoblením řezné hrany (ER úpravou), které brání ulpívání třísek v situaci, kdy břit vystupuje ze záběru
• Počet zubů, které jsou v průběhu frézovacího cyklu současně v záběru, by měl být co nejvyšší. Díky tomu je zajištěna dobrá produktivita, jestliže operace má také potřebnou stabilitu. Použijte frézy s velmi malou zubovou roztečí

= Životnost nástroje

= Snížení životnosti nástroje v důsledku zvýšení řezných parametrů

Změny parametrů mají různý vliv na životnost nástroje - největší vliv má řezná rychlost, v_c, následuje a_e, atd.

Řezná kapalina a chlazení

Na rozdíl od frézování většiny ostatních materiálů je doporučeno použít řeznou kapalinu vždy. Její použití napomáhá odvádění třísek, kontrole teploty břitu a funguje také jako prevence proti přeřezávání třísek. Před vnějším přívodem nebo přívodem s nízkým tlakem řezné kapaliny je vždy třeba preferovat vysokotlaký přívod řezné kapaliny ((70 barů (1015 psi)) přes vřeteno/nástroj.

Výjimka: Řezná kapalina se nesmí používat při frézování keramickými břitovými destičkami, protože by docházelo k tepelným rázům.

Při použití karbidových břitových destiček je výhodné použití přívodu řezné kapaliny frézovacím nástrojem

Opotřebení břitové destičky/nástroje

K nejčastějším příčinám poškození nástroje a špatné kvality obrobené plochy patří opotřebení ve tvaru vrubu, nadměrné opotřebení hřbetu a vylamování břitu.

Nejlepším řešením pro zajištění spolehlivosti obráběcího procesu je otáčení břitových destiček v pravidelných intervalech. U fréz s úhlem nastavení 90 stupňů by velikost opotřebení hřbetu břitových destiček neměla přesáhnout 0.2 mm (0.0078 inch), v případě kruhových destiček je maximální velikost opotřebení 0.3 mm (0.0118 inch).

Typický způsob opotřebení břitové destičky

Frézy s keramickými břitovými destičkami pro hrubování HRSA

Frézování keramickými břitovými destičkami běžně probíhá při 20 až 30krát vyšších řezných rychlostech, než v případě karbidových destiček, a přestože rychlosti posuvu jsou nižší (~0.1 mm/z (0.0039 in/z)), výsledný nárůst produktivity je značný. Vzhledem k přerušovaným řezům se jedná o operace s mnohem nižší teplotou v řezu, než je tomu u soustružení. Z tohoto důvodu, pokud jsou pro frézování použity řezné rychlosti 700–1000 m/min (2297–3280 ft/min), odpovídá to zhruba rychlostem 200–300 m/min (656–984 ft/min) při soustružení.

Doporučení

• Abyste zajistili malý úhel nastavení a předešli opotřebení ve tvaru vrubu, přednostně využívejte kruhové břitové destičky
• Nepoužívejte řeznou kapalinu ani jiné chlazení
• Keramické břitové destičky nepoužívejte pro obrábění titanu
• Použití řezné keramiky má negativní vliv na integritu a morfologii povrchu a z tohoto důvodu se keramika nepoužívá pro obrábění v případech, kdy se tvar obrobku blíží konečnému tvaru součásti
• Maximální velikost opotřebení hřbetu při použití keramických břitových destiček pro obrábění HRSA je 0.6 mm (0.024 inch)

Přečtěte si více o HRSA a titanu

Frézování tvrzených ocelí

Do této skupiny patří kalené a popuštěné oceli s tvrdostí > 45–65 HRC.

Typické frézované součásti jsou:

• Funkční části lisovadel z nástrojových ocelí
• Formy pro vstřikování plastů
• Kovací zápustky
• Formy pro tlakové lití
• Podávací palivová čerpadla

Hlavními problémy jsou abrazivní opotřebení hřbetu břitové destičky a vydrolování povrchu obrobku.

Doporučení

• Používejte pozitivní geometrie břitových destiček s ostrými břity. Dosáhnete tak snížení velikosti řezných sil a plynulejšího záběru nástroje.
• Obrábění provádějte za sucha, bez přívodu řezné kapaliny
• Trochoidální frézování je účelná metoda, která umožňuje použití vysokých rychlostí posuvu stolu. Vznikající řezné síly jsou malé, tvoří se malé množství tepla a teploty břitu i obrobku zůstávají nízké, což znamená velký přínos z hlediska produktivity, životnosti nástroje i přesnosti obrobku
• Strategie obrábění s lehkým ale rychlým pracovním záběrem lze využít také při čelním frézování, což spočívá v použití malých hloubek řezu, jak a_e tak i a_p. Používejte frézy s velmi jemnou zubovou roztečí a relativně vysoké řezné rychlosti

Více informací o tvrzených ocelových materiálech