Какую фрезу выбрать, чтобы получить чистое ребро без ворса и сколов? Почему после обработки одна стенка паза получается гладкой, а другая может ворсить? И насколько сильно на результат влияют встречное и попутное фрезерование?
Чтобы ответить на эти вопросы не только теоретически, мы провели серию практических испытаний TCT-фрез TOPINCITY с алмазным покрытием. Проверялись разные геометрии инструмента, несколько диаметров, мягкие и твердые породы древесины, фанера, МДФ и капролон.
Короткий вывод испытаний
Если требуется максимально чистая вертикальная стенка паза, в проведенных испытаниях наиболее качественный результат получался на стороне встречного реза.
Компрессионная геометрия хорошо показала себя при обработке ребра: она позволяла уменьшать образование ворса и сколов. При этом на попутной стенке мягкой древесины небольшой ворс мог сохраняться даже при очень острой режущей кромке.
Поэтому для ответственной чистовой обработки стенки имеет смысл формировать ее встречным резанием либо после основной обработки выполнять дополнительный чистовой проход во встречном направлении.
Какие серии TCT-фрез рассматривались в испытаниях
Для операций, где особенно важно качество вертикальной стенки, использовались TCMST — TCT-фрезы с прямыми зубьями .
Для аналогичных задач с дополнительным дроблением стружки предусмотрены TCTST — TCT-фрезы с прямыми зубьями и стружколомом .
Для задач, где особенно важно качество ребра материала, используются TCCMP — компрессионные TCT-фрезы , а вариант компрессионной геометрии со стружколомом представлен серией TCTRC — компрессионные TCT-фрезы со стружколомом .
Почему нельзя выбрать одну универсальную фрезу для любой обработки
При оценке качества фрезерования важно разделять несколько зон детали:
- верхнюю плоскость материала;
- верхнее ребро паза или кармана;
- вертикальную стенку;
- дно паза;
- нижнее ребро при сквозной обработке.
Геометрия, хорошо работающая по стенке, не обязательно будет оптимальной для верхнего ребра. Поэтому при выборе инструмента сначала необходимо определить, какую именно поверхность требуется получить максимально чистой.
Кроме того, противоположные стенки одного паза могут формироваться при разных направлениях резания. На мягких и ворсистых материалах разница между встречной и попутной сторонами бывает хорошо заметна.
Испытание №1. Фрезы без ворса на липе и сосне
В первом испытании специально использовались материалы, на которых хорошо заметны дефекты поверхности: мягкая ворсистая липа и смолистая сосна, склонная к образованию ворса и сколов.
Для карманной встречной обработки сравнивались компрессионная TCT-фреза серии TCCMP и фреза TCMST с прямыми режущими кромками .
Что показало сравнение
Компрессионная геометрия особенно полезна там, где важно снизить образование ворса на ребре детали. При этом для качества вертикальной стенки большое значение имеет направление резания.
В испытаниях на стороне встречного реза стенка получалась наиболее чистой. При попутной обработке компрессионная геометрия продолжала обеспечивать хорошее качество ребра, однако на стенке мягкой древесины мог оставаться легкий ворс.
Практический вариант решения — после основной обработки выполнить небольшой чистовой проход проблемной стенки во встречном направлении.
Испытание №2. Краш-тест TCMST-фрез диаметром от 2 до 6 мм
Второе испытание было направлено не только на качество поверхности, но и на проверку жесткости и прочности инструмента при повышенной нагрузке.
Использовались прямые TCT-фрезы TOPINCITY серии TCMST диаметром 2, 3, 4, 5 и 6 мм.
Для испытания подготовили одинаковые образцы разных материалов: ясень, дуб, бук, фанеру и МДФ. Заготовки закрепили последовательно в один ряд. Для каждой фрезы выполнялся один проход глубиной, соответствующей диаметру испытываемого инструмента.
Режимы нагрузочного испытания
Ниже приведены фактические обороты, подачи и глубина одного прохода, использованные именно в данном нагрузочном испытании. Шаг в слой по оси Z во всех случаях соответствовал диаметру испытываемой фрезы.
| Диаметр | Модель | Зубья | Обороты | Подача | Шаг в слой по Z |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 мм | TCMST2.0-2-8.0h8S40 Ta-C | 2 | 24 000 об/мин | 829 мм/мин | 2 мм |
| 3 мм | TCMST3.0-3-8.0h12S40 Ta-C | 3 | 24 000 об/мин | 1933 мм/мин | 3 мм |
| 4 мм | TCMST4.0-3-8.0h17S40 Ta-C | 3 | 24 000 об/мин | 2793 мм/мин | 4 мм |
| 5 мм | TCMST5.0-3-8.0h22S40 Ta-C | 3 | 24 000 об/мин | 4172 мм/мин | 5 мм |
| 6 мм | TCMST6.0-3-8.0h22S40 Ta-C | 3 | 18 000 об/мин | 4367 мм/мин | 6 мм |
Обороты и подачи в таблице — это фактические значения конкретного испытания, а не универсальные рекомендуемые режимы для любого ЧПУ. При подборе рабочих параметров необходимо учитывать материал заготовки, жесткость станка, мощность шпинделя, способ закрепления, диаметр и вылет фрезы, глубину прохода и условия отвода стружки.
Результат краш-теста
Испытание специально проводилось при высокой нагрузке. Дополнительную нагрузку создавало большое количество стружки, остававшейся внутри паза.
Ни одна из испытанных фрез не сломалась.
При испытании фрез диаметром 5 и 6 мм на МДФ нагрузка оказалась настолько высокой, что разрушалась уже стенка самого материала, однако фрезы при этом оставались целыми.
Почему для тонкой фрезы важна жесткость
При увеличении подачи и глубины резания возрастает боковая нагрузка. Для инструмента малого диаметра недостаточная жесткость может приводить к прогибу, вибрациям, ухудшению поверхности и в предельном случае к поломке.
Поэтому необходимо учитывать не только остроту режущей кромки, но и вылет инструмента и общую жесткость системы «станок — шпиндель — цанга — фреза».
Испытание №3. Компрессионная обработка и фрезерование капролона
Третья серия испытаний была посвящена компрессионным TCT-фрезам серии TCCMP и вариантам TCTRC со стружколомом .
Проверялись качество пазовой обработки, состояние стенки и ребра, а также работа инструмента по сложному для обработки материалу — капролону.
Встречная и попутная сторона одного паза
На стороне встречной обработки в испытаниях получались чистая стенка и чистое ребро.
На попутной стороне компрессионная геометрия также позволяла сохранить чистое ребро, однако на стенке мягких материалов мог оставаться небольшой ворс.
Если качество вертикальной стенки является критичным, можно использовать встречную обработку либо выполнить дополнительный чистовой проход во встречном направлении.
Глубина прохода компрессионной фрезой
В данном испытании для обеспечения компрессионного режима первый проход выполнялся на глубину, соответствующую диаметру фрезы.
Если требуется обрабатывать большую общую глубину, следующие слои следует выполнять с меньшим шагом либо применять стратегию постепенного уменьшения глубины прохода, чтобы снизить риск перегрузки инструмента.
Трохоидальное фрезерование капролона насухую
Капролон чувствителен к нагреву: при неправильно выбранном режиме материал может оплавляться, тянуться и формировать заусенцы.
В испытании использовалась сухая трохоидальная обработка. Компрессионная фреза диаметром 4 мм выполняла встречную обработку за один проход глубиной 8 мм.
На полученном пазе ребро между верхней плоскостью и вертикальной стенкой получилось без выраженных заусенцев.
При сухом фрезеровании важно контролировать температуру режущей части. В данном испытании отмечалась необходимость удерживать температуру фрезы не выше приблизительно 40 °C.
Перегрев может быть связан как с чрезмерными оборотами шпинделя, так и с неправильно выбранной подачей на зуб и толщиной снимаемой стружки.
Прямая или компрессионная фреза — что выбрать
| Задача | Что показали испытания |
|---|---|
| Максимально чистая вертикальная стенка | Особенно важен встречный рез; для таких операций применяются прямые TCT-фрезы TCMST |
| Чистое ребро материала | Хороший результат показала компрессионная геометрия TCCMP |
| Мягкая древесина, склонная к ворсу | Необходимо учитывать направление реза; при необходимости выполнять чистовой встречный проход |
| Необходимость дробления стружки | Можно использовать модели со стружколомом TCTST или TCTRC |
| Глубокий паз | Общую глубину следует распределять между проходами |
| Капролон | Компрессионная TCT-фреза показала хороший результат при сухой трохоидальной обработке |
Почему после фрезерования остается ворс
Появление ворса не всегда означает, что фреза затупилась. На качество одновременно влияют:
- геометрия режущей части;
- направление резания;
- структура материала;
- подача;
- обороты шпинделя;
- глубина прохода;
- вылет инструмента;
- жесткость оборудования и закрепления детали.
В испытаниях одна и та же компрессионная фреза могла давать чистое ребро на обеих сторонах паза, но на попутной стенке мягкого материала при этом сохранялся небольшой ворс.
Поэтому перед заменой инструмента стоит проверить, каким направлением резания формируется проблемная стенка.
Какие модели участвовали в испытаниях
- TCMST2.0-2-8.0h8S40 Ta-C;
- TCMST3.0-3-8.0h12S40 Ta-C;
- TCMST4.0-3-8.0h17S40 Ta-C;
- TCMST5.0-3-8.0h22S40 Ta-C;
- TCMST6.0-3-8.0h22S40 Ta-C;
- TCCMP3.0-2-8.0h12S40 Ta-C;
- компрессионные модели серии TCCMP;
- компрессионные модели серии TCTRC со стружколомом.
Категории фрез
- TCMST — TCT-фрезы с прямыми зубьями
- TCTST — прямые TCT-фрезы со стружколомом
- TCCMP — компрессионные TCT-фрезы
- TCTRC — компрессионные TCT-фрезы со стружколомом
Частые вопросы
Какая фреза дает меньше ворса на древесине?
Для уменьшения ворса и сколов на ребре хорошо показала себя компрессионная геометрия. Если критично качество вертикальной стенки, большое значение имеет направление резания: в испытаниях наиболее чистая стенка получалась на стороне встречного реза.
Почему одна стенка паза чистая, а другая с ворсом?
Противоположные стенки одного паза могут формироваться при разных направлениях резания. На мягкой древесине встречная сторона в проведенных испытаниях получалась чище, а на попутной стенке мог оставаться легкий ворс.
Можно ли убрать ворс без замены фрезы?
Да. Если геометрия инструмента подходит для материала, проблемную стенку можно обработать дополнительным чистовым проходом во встречном направлении.
Для чего нужна компрессионная фреза?
Компрессионная геометрия используется для улучшения качества ребер и уменьшения образования ворса и сколов. Для правильной работы необходимо учитывать фактическую глубину погружения режущей части в материал.
Для чего нужен стружколом?
Стружколом помогает дробить снимаемый материал на более короткую стружку, что может облегчать ее удаление из зоны резания.
Можно ли фрезеровать капролон без охлаждающей жидкости?
В проведенном испытании капролон успешно обрабатывался насухую компрессионной TCT-фрезой с алмазным покрытием с использованием трохоидальной стратегии. При сухой обработке особенно важно контролировать нагрев.
Можно ли использовать режимы из этой статьи на любом ЧПУ?
Нет. Приведенные обороты и подачи являются условиями конкретного испытания. Рабочие параметры необходимо корректировать под конкретный станок, шпиндель, материал, закрепление детали, вылет фрезы и глубину резания.
Вывод
Проведенные испытания показывают, что качество фрезерования нельзя свести только к выбору максимально острого инструмента. На результат одновременно влияют геометрия фрезы, направление резания, глубина прохода, режим обработки и свойства материала.
Компрессионные TCT-фрезы хорошо подходят для задач, где требуется чистое ребро и снижение образования ворса. Для максимально чистой вертикальной стенки особенно важно учитывать направление резания.
Прямые TCT-фрезы TCMST в нагрузочном испытании также показали высокую жесткость: все протестированные диаметры от 2 до 6 мм прошли краш-тест без поломки.
Отдельное испытание показало возможность сухой трохоидальной обработки капролона компрессионной TCT-фрезой при правильном подборе режима и контроле температуры.