Jak wybrać frez trzpieniowy do aluminium: konstrukcja rowka wiórowego, odprowadzanie wiórów i wykończenie powierzchni

Aluminium jest szeroko stosowanym materiałem do produkcji części samochodowych, podzespołów lotniczych, urządzeń elektronicznych, form, osprzętu i ogólnej obróbki precyzyjnej ze względu na swoją niską wagę, dobrą obrabialność i wszechstronność.

Jednakże efektywna obróbka aluminium wymaga czegoś więcej niż tylko stosowania frezów węglikowych .

Ponieważ aluminium jest stosunkowo miękkie i ciągliwe, wióry mogą szybko gromadzić się wokół krawędzi skrawającej. Jeśli frez trzpieniowy nie zapewnia wystarczającej ilości miejsca na wióry lub krawędź skrawająca nie jest wystarczająco ostra, mogą wystąpić problemy takie jak narost na krawędzi skrawającej, słabe wykończenie powierzchni, nadmierne nagrzewanie i niestabilne skrawanie.

Z tego powodu wybierając odpowiedni frez trzpieniowy do aluminium należy dokładnie rozważyć liczbę i geometrię rowków, odprowadzanie wiórów, długość narzędzia, warunki skrawania i wymagane wykończenie powierzchni.

Seria Hummingbird YDS33 firmy YIDA Precision Tools została zaprojektowana do obróbki metali miękkich, w tym aluminium, miedzi, mosiądzu i innych materiałów nieżelaznych. W tym poradniku wyjaśniono kluczowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze frezu trzpieniowego z węglików spiekanych do obróbki aluminium.

Dlaczego do aluminium potrzebny jest inny frez trzpieniowy?

Na pierwszy rzut oka aluminium może wydawać się łatwiejsze w obróbce niż hartowana stal ze względu na jego mniejszą twardość.

Jednak obróbka aluminium wiąże się z innymi wyzwaniami.

Materiał jest stosunkowo miękki, co ułatwia usuwanie materiału przez krawędź tnącą. Jednocześnie aluminium jest ciągliwe i klejące, co oznacza, że wióry mogą przyklejać się do krawędzi tnącej, zamiast swobodnie opuszczać strefę cięcia.

Może to prowadzić do:

• Nagromadzona krawędź
• Spawanie wiórowe
• Słabe wykończenie powierzchni
• Powstawanie zadziorów
• Zwiększone siły cięcia
• Nadmierne ciepło wokół narzędzia
• Skrócona żywotność narzędzia
• Niestabilna obróbka

Frez trzpieniowy przeznaczony do hartowanej stali może mieć geometrię zoptymalizowaną pod kątem wytrzymałości krawędzi i odporności na zużycie, ale może nie zapewniać dużej przestrzeni na wióry lub ostrego cięcia wymaganego w przypadku aluminium.

Dlatego frezy trzpieniowe przeznaczone specjalnie do aluminium są zazwyczaj projektowane z uwzględnieniem trzech priorytetów:

1. Ostre krawędzie tnące
2. Skuteczne usuwanie wiórów
3. Niski opór cięcia

Liczba fletów: 2 flety, 3 flety czy 4 flety?

Liczba rowków to jeden z pierwszych parametrów, jakie należy wziąć pod uwagę przy wyborze frezu trzpieniowego do aluminium.

Każdy rowek usuwa materiał podczas obrotu, ale każdy dodatkowy rowek zmniejsza również przestrzeń dostępną dla wiórów.

W przypadku obróbki aluminium odprowadzanie wiórów jest szczególnie ważne, ponieważ materiał ten może wytwarzać duże, ciągłe wióry.

Frezy trzpieniowe 2-ostrzowe

Frez trzpieniowy dwuostrzowy charakteryzuje się dużymi zagłębieniami rowków i większą przestrzenią do odprowadzania wiórów.

Dzięki temu jest on szczególnie przydatny w następujących przypadkach:

• Gniazdowanie
• Głębokie kieszenie
• Zastosowania z dużą liczbą chipów
• Warunki obróbki, w których najważniejszym problemem jest odprowadzanie wiórów

Większa przestrzeń rowka wiórowego pomaga zmniejszyć ryzyko gromadzenia się wiórów w strefie skrawania.

Z tego powodu frezy walcowo-czołowe dwuostrzowe są powszechnie wybierane przy obróbce aluminium wymagającej stosunkowo dużej ilości usuwanego materiału.

Frezy trzpieniowe 3-ostrzowe

Frez trzpieniowy 3-ostrzowy zapewnia równowagę pomiędzy odprowadzaniem wiórów i liczbą krawędzi skrawających.

W porównaniu z narzędziem dwuostrzowym, dodatkowa krawędź skrawająca może obsługiwać większy potencjał posuwu i może poprawić jakość powierzchni w odpowiednich warunkach obróbki.

Jednocześnie zapewnia większą przestrzeń na wióry niż wiele narzędzi o większej liczbie rowków wiórowych.

Frez trzpieniowy aluminiowy 3-ostrzowy często przydaje się do:

• Frezowanie aluminium ogólne
• Frezowanie boczne
• Kieszonkowość
• Wykończeniowy
• Zastosowania wymagające równowagi między produktywnością a usuwaniem wiórów

Frezy trzpieniowe 4-ostrzowe

Frez trzpieniowy 4-ostrzowy zapewnia więcej krawędzi skrawających, ale także mniej miejsca między ostrzami.

Nie oznacza to, że narzędzia czteroostrzowego nie można stosować do obróbki aluminium. Ważniejsza staje się jednak strategia obróbki i warunki odprowadzania wiórów.

Jeżeli wióry nie mogą skutecznie opuścić strefy skrawania, mogą zostać uwięzione pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym.

Dlatego konfiguracja czterorowkowa może być bardziej odpowiednia w zastosowaniach, w których:

• Zaangażowanie promieniowe jest ograniczone
• Objętość żetonów jest niższa
• Strumień powietrza lub chłodziwo wspomagają usuwanie wiórów
• Wykończenie powierzchni ma wyższy priorytet
• Geometria narzędzia została zaprojektowana specjalnie do obróbki aluminium

Dlatego też należy dobrać odpowiednią liczbę rowków wiórowych, biorąc pod uwagę zarówno rodzaj obróbki, jak i dostępną przestrzeń na wióry.

Dlaczego odprowadzanie wiórów jest kluczowe w obróbce aluminium

Odprowadzanie wiórów jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na powodzenie frezowania aluminium.

Podczas skrawania frez trzpieniowy stale wytwarza wióry. Wióry te muszą opuścić strefę skrawania, zanim kolejna krawędź skrawająca wejdzie w ten sam obszar.

Jeżeli pozostaną w pobliżu narzędzia, może to spowodować szereg problemów.

Ponowne cięcie wiórów

Jeśli wióry pozostają w kieszeni lub szczelinie, przecinak może je przeciąć.

Zamiast przecinać świeży materiał, krawędź tnąca wielokrotnie styka się z luźnymi wiórami.

Może to zwiększyć:

• Temperatura cięcia
• Zarysowania powierzchni
• Zużycie narzędzi
• Siły skrawania

Może to również pogorszyć spójność wykończonej powierzchni.

Spawanie wiórowe

W przypadku nieodpowiednich warunków skrawania do narzędzia mogą przywierać wióry aluminiowe.

W miarę gromadzenia się aluminium na krawędzi skrawającej efektywna geometria narzędzia ulega zmianie.

Narzędzie może nie ciąć czysto, co może skutkować:

• Chropowate powierzchnie
• Zmienność wymiarowa
• Zwiększone wibracje
• Większe obciążenie tnące

Stan ten jest powszechnie kojarzony z narastającą krawędzią.

Pakowanie chipów w głębokich kieszeniach

Głębokie szczeliny i kieszenie utrudniają usuwanie wiórów, ponieważ muszą one pokonać większą odległość, zanim opuszczą obszar cięcia.

Dlatego zastosowania obejmujące głębokie wnęki często korzystają z:

• Mniej fletów
• Szersze przestrzenie fletowe
• Krótszy czas pracy narzędzia, jeśli to możliwe
• Skuteczny środek chłodzący lub strumień powietrza
• Odpowiednie ścieżki narzędzi, które tworzą przestrzeń do odprowadzania wiórów

Im mniejszy jest obszar obróbki, tym ważniejsze staje się zarządzanie wiórami.

Ostre krawędzie tnące pomagają zmniejszyć opór cięcia

Frez aluminiowy powinien zasadniczo czysto przecinać materiał, a nie popychać go lub ocierać.

Ostra krawędź tnąca pomaga zmniejszyć siłę potrzebną do przecięcia materiału.

Może to przynieść szereg korzyści:

• Niższy opór cięcia
• Zmniejszone wytwarzanie ciepła
• Czystsze formowanie wiórów
• Poprawiona jakość powierzchni
• Niższe ryzyko tworzenia się krawędzi

Ponieważ aluminium jest bardziej miękkie niż hartowana stal, krawędź tnąca nie musi być tak samo wzmacniana.

Zamiast tego często ważniejsze stają się ostrość cięcia i płynny przepływ wiórów.

To jeden z głównych powodów, dla których frezy trzpieniowe przeznaczone do obróbki aluminium nie powinny być traktowane po prostu jako uniwersalne frezy trzpieniowe z węglika spiekanego.

Jak geometria rowka wpływa na przepływ wiórów

Liczba ostrzy ma znaczenie, ale geometria ostrzy ma również wpływ na to, w jaki sposób wióry opuszczają strefę skrawania.

Rowek musi zapewniać wystarczająco dużo miejsca i odpowiednią ścieżkę, aby wióry mogły się przemieszczać w górę i z dala od obrabianego przedmiotu.

Dobrze zaprojektowana flet może pomóc:

• Odsuń wióry od krawędzi skrawającej
• Zmniejszenie ponownego cięcia wiórów
• Zapobiegaj gromadzeniu się wiórów
• Popraw dostęp chłodziwa lub powietrza
• Utrzymuj bardziej stabilne warunki cięcia

Staje się to szczególnie ważne w następujących sytuacjach:

• Gniazdowanie
• Obróbka głębokich kieszeni
• Obróbka z dużym posuwem
• Długie cykle cięcia
• Zastosowania wymagające dużej ilości materiału

Porównując dwa frezy trzpieniowe do aluminium o tej samej średnicy i liczbie rowków, różnice w kształcie rowków mogą nadal powodować zauważalnie różne wyniki obróbki.

Jak poprawić wykończenie powierzchni podczas frezowania aluminium

Dobra jakość wykończenia powierzchni zależy od czegoś więcej niż tylko liczby rowków.

Na końcowy wynik ma wpływ cały system tnący.

1. Użyj odpowiedniej geometrii frezu trzpieniowego

Ostre krawędzie tnące i odpowiednia geometria rowka wiórowego umożliwiają narzędziu czyste ścinanie materiału.

Jeśli krawędź tnąca ulegnie stępieniu lub zacznie na niej tworzyć się narost, jakość powierzchni może szybko się pogorszyć.

2. Kontrola bicia narzędzia

Nadmierne bicie powoduje, że jedna krawędź skrawająca usuwa więcej materiału niż pozostałe.

Może to powodować nierównomierne ślady po frezie i zwiększać zużycie narzędzia.

Dlatego też w przypadku operacji wykończeniowych istotne znaczenie ma dobre mocowanie narzędzi i precyzyjny stan wrzeciona.

3. Unikaj nadmiernego wystania narzędzia

Długi wysięg narzędzia zmniejsza sztywność.

Niższa sztywność może powodować wzrost drgań i ugięcia narzędzia, co może powodować nierównomierne ślady obróbki na wykończonej powierzchni.

Należy stosować najkrótszą praktycznie długość narzędzia, o ile pozwala na to geometria części.

4. Zoptymalizuj posuw i prędkość

Bardzo konserwatywne warunki skrawania nie poprawiają automatycznie jakości powierzchni.

Jeżeli ostrze tnące ociera się zamiast ciąć prawidłowo, może dojść do wzrostu temperatury i nagromadzenia się osadu na ostrzu.

Parametry cięcia należy zatem dobrać według:

• Średnica narzędzia
• Liczba fletów
• Gatunek aluminium
• Zaangażowanie promieniowe
• Głębokość skrawania osiowa
• Sztywność maszyny
• Dopływ chłodziwa lub powietrza

Parametry skrawania zalecane przez producenta należy traktować jako punkt odniesienia, a następnie dostosować je do rzeczywistych warunków obróbki.

5. Trzymaj wióry z dala od wykończonej powierzchni

Nawet przy użyciu odpowiedniego narzędzia wióry gromadzące się pomiędzy frezem a przedmiotem obrabianym mogą porysować obrabianą powierzchnię.

Skuteczne odprowadzanie wiórów ma zatem bezpośredni wpływ na jakość powierzchni.

Frezowanie rowkowe a frezowanie boczne: Czy wybór frezu walcowo-czołowego ulega zmianie?

Tak.

Stopień zagłębienia się frezu ma duży wpływ na odprowadzanie wiórów.

Pełne szczelinowanie

Podczas frezowania pełnego większa część średnicy frezu zagłębia się w materiał.

W efekcie powstaje duża objętość wiórów, a jednocześnie jest mniej miejsca na ich ucieczkę.

W przypadku rowkowania aluminium szczególnie ważny jest większy odstęp od wiórów.

Z tego powodu korzystniejsza może okazać się mniejsza liczba rowków i otwarta geometria rowka.

Frezowanie boczne

Podczas frezowania bocznego zaangażowana jest tylko część średnicy frezu.

Dzięki temu powstaje więcej wolnej przestrzeni, przez którą wióry mogą uciec.

Ponieważ odprowadzanie wiórów jest mniej ograniczone, czasami może być praktyczne zastosowanie większej liczby rowków, w zależności od stopnia zagłębienia, prędkości posuwu i wymagań dotyczących wykończenia powierzchni.

Z tego powodu ten sam element aluminiowy może wymagać różnych konfiguracji frezów walcowo-czołowych do obróbki zgrubnej, rowkowanej i wykańczającej.

Frezy walcowo-czołowe z końcówką kulistą i promieniem naroża do aluminium

Obróbka aluminium nie ogranicza się do stosowania frezów walcowo-czołowych.

Różne geometrie komponentów mogą wymagać innych, zaawansowanych konstrukcji.

Frezy trzpieniowe kuliste

Frez kulisty nadaje się do:

• Konturowanie 3D
• Powierzchnie zakrzywione
• Obróbka form
• Profile dowolne
• Zaokrąglone wnęki

Podczas obróbki form aluminiowych lub złożonych komponentów 3D, połączenie odpowiedniej geometrii cięcia aluminium i konstrukcji kulistego czoła pozwala na płynniejszą obróbkę zakrzywionych powierzchni.

Frezy trzpieniowe z promieniem naroża

Frez walcowo-czołowy z promieniem naroża jest przydatny, gdy:

• Wymagana jest obróbka dna płaskiego
• Komponent umożliwia promień wewnętrzny
• Pożądane są mocniejsze narożniki tnące
• W grę wchodzi frezowanie boczne lub profilowanie

Promień pomaga wzmocnić narożnik tnący, jednocześnie umożliwiając narzędziu tworzenie względnie płaskich powierzchni dolnych.

Dlatego też wybór pomiędzy geometrią kwadratową, kulistą i promieniem naroża powinien być podejmowany w pierwszej kolejności na podstawie wymaganej geometrii części, a następnie liczby rowków i wymagań dotyczących odprowadzania wiórów.

Co z frezami z długim trzpieniem i długim rowkiem wiórowym?

Niektóre komponenty mają głębokie ścianki, zagłębione powierzchnie lub trudno dostępne miejsca.

W takich sytuacjach konieczne może być zastosowanie frezu z długim trzpieniem lub długim rowkiem wiórowym.

Jednak dłuższe narzędzia wymagają dodatkowych rozważań.

Wraz ze wzrostem długości narzędzia zmniejsza się jego sztywność.

Może to prowadzić do:

• Gadać
• Ugięcie narzędzia
• Zmniejszona dokładność wymiarowa
• Gorsze wykończenie powierzchni
• Zwiększone ryzyko pęknięcia narzędzia

Dlatego też dłuższy frez trzpieniowy należy wybierać tylko wtedy, gdy geometria komponentu wymaga większego zasięgu.

Należy zawsze, gdy to możliwe, stosować najkrótszą konfigurację narzędzi umożliwiającą dostęp do funkcji obróbki.

Praktyczny przewodnik wyboru frezów trzpieniowych do aluminium

Poniższa tabela stanowi prosty punkt wyjścia.

Tabelę tę należy traktować jako punkt wyjścia, a nie jako stałą regułę.

Rzeczywisty wybór narzędzia nadal zależy od możliwości maszyny, geometrii przedmiotu obrabianego, parametrów skrawania, gatunku materiału, średnicy narzędzia i wymagań produkcyjnych.

Frezy trzpieniowe YIDA Hummingbird YDS33 do aluminium

Firma YIDA Precision Tools opracowała serię Hummingbird YDS33 do obróbki metali miękkich.

Seria została zaprojektowana do obróbki aluminium i może być stosowana również do obróbki innych miękkich materiałów nieżelaznych, takich jak miedź i mosiądz.

Dzięki temu seria ta jest przeznaczona dla producentów, którzy potrzebują frezów węglikowych specjalnie dobranych do obróbki metali miękkich, zamiast polegać na frezach ogólnego przeznaczenia.

Tutaj możesz zapoznać się z serią urządzeń do obróbki aluminium firmy YIDA:

• Frezy trzpieniowe Hummingbird YDS33 do aluminium

Wybierając frez trzpieniowy z serii YDS33, producenci powinni wziąć pod uwagę:

• Materiał obrabiany
• Wymagana geometria końcówki tnącej
• Średnica narzędzia
• Liczba fletów
• Głębokość cięcia
• Zasięg narzędzia
• Warunki ewakuacji wiórów
• Wymagane wykończenie powierzchni

Celem nie jest po prostu użycie „frezu aluminiowego”, ale wybranie konfiguracji frezu aluminiowego, która najlepiej odpowiada konkretnej operacji obróbki.

Najczęstsze błędy przy wyborze frezu trzpieniowego do aluminium

Używanie frezu trzpieniowego przeznaczonego głównie do stali twardej

W przypadku narzędzi do obróbki stali twardej priorytetem może być wytrzymałość krawędzi skrawającej i odporność na zużycie, a nie otwarta przestrzeń na wióry i ostra geometria skrawania aluminium.

Może to zmniejszyć wydajność usuwania wiórów w zastosowaniach aluminiowych.

Wybór zbyt wielu fletów do operacji o dużej objętości wiórów

Więcej rozwiązań technicznych nie oznacza automatycznie lepszych osiągów.

Jeśli doliny rowków wiórowych nie są w stanie odprowadzać wiórów wystarczająco szybko, gromadzenie się wiórów i ponowne cięcie może zmniejszyć stabilność obróbki.

Ignorowanie ewakuacji chipów w głębokich kieszeniach

Narzędzie może dobrze sprawdzać się podczas frezowania bocznego, ale mogą wystąpić problemy w głębokiej kieszeni, ponieważ wióry mają mniejszą możliwość ucieczki.

Używanie zbyt długiego narzędzia

Dodatkową długość narzędzia należy stosować wyłącznie wtedy, gdy wymaga tego dany element.

Niepotrzebny nawis może zmniejszyć sztywność i jakość powierzchni.

Skupienie się wyłącznie na wykończeniu powierzchni

Wysoka jakość wykończenia zależy od prawidłowego odprowadzania wiórów, stabilności maszyny, ostrości narzędzia, uchwytu narzędzia i parametrów skrawania.

Sama zmiana na większą liczbę rowków nie rozwiąże wszystkich problemów z wykończeniem powierzchni.

Wybierz frez trzpieniowy w zależności od warunków skrawania

Najlepszy frez trzpieniowy do aluminium nie jest wyznaczony na podstawie jednej specyfikacji.

Udany wybór bierze pod uwagę stan kompletnej obróbki.

W przypadku operacji wymagających dużej liczby układów scalonych, takich jak frezowanie, priorytetem może być przestrzeń na układy scalone i ich ewakuacja.

W przypadku frezowania bocznego i wykańczania coraz większego znaczenia nabierają stabilność skrawania, bicie narzędzia, ostrość krawędzi skrawającej i wymagania dotyczące powierzchni.

W przypadku głębokich kieszeni zasięg narzędzia musi być zrównoważony ze sztywnością.

W przypadku skomplikowanych geometrii należy wybierać konstrukcje kwadratowe, kuliste lub z promieniem narożnika, zależnie od wymaganego kształtu przedmiotu obrabianego.

Jako producent narzędzi skrawających z węglików spiekanych, YIDA Precision Tools oferuje serię Hummingbird YDS33 do obróbki aluminium i innych miękkich metali nieżelaznych. Dopasowanie konstrukcji rowka wiórowego, geometrii skrawania, odprowadzania wiórów i długości narzędzia do rzeczywistych warunków obróbki pozwala producentom osiągnąć bardziej stabilne skrawanie, czystsze powierzchnie i wydajniejszą obróbkę aluminium.

Często zadawane pytania