Інженер допоможе - Фреза з композитів
Перші зразки композитних матеріалів з'явилися ще за часів Стародавнього Єгипту. Найчастіше вони складалися з 2-3 компонентів. Причому кожен компонент мав властивості, які відрізнялися від іншого. Відомий матеріал, який виходив у результаті додавання волосся до смоли. Більш наближеним до сучасних аналогів є булат, що є результатом роботи металургії давньої доби. У цьому матеріалі було досягнуто поєднання високовуглецевої та низьковуглецевої сталей. Результатом цього стало те, що він володів високими характеристиками міцності.
Однак багатокомпонентність таких матеріалів створило проблему обробки без шкоди їх властивостям. У сучасних умовах, коли має місце конвеєрні технологічні процеси, що відбуваються на високих швидкостях, це питання стає особливо актуальним. Питання було вирішено за допомогою спеціальних фрез.
Що таке фреза з композитів?
Загалом така фреза є інструментом, призначеним для механічної обробки композитів. Складність на цей тип матеріалів полягає в тому, щоб при фрезеруванні є ймовірність розриву окремих волокон і пошкодження окремих шарів. Тому фрези повинні мати конструкцію, які виключали б ці фактори або зводили їх до мінімуму.
Для цього використовуються різні підходи до конструювання інструменту. Наприклад, висота основи ріжучої частини має бути не менше 3 мм. Це дозволяє отримувати неповний розкрій матеріалу. Як наслідок, можна згинати композити за мінімальної залишкової деформації.
Так само важливе значення має геометрія зуба. Значення кутів вибираються в залежності від типу фрези та властивостей оброблюваного матеріалу. У цілому нині величина переднього робочого кута змінюється вдіапазон від 20 до -10°. Найменші значення приймаються при обробці композитів на основі сталей із великою міцністю. Значення заднього кута може змінюватись в межах від 5 до 30°. Правильний вибір даних кутів разом із іншими згаданими чинниками впливає якість обробки.
В даний час відомі кінцеві та дискові фрези для обробки композитних матеріалів. Доцільно розглянути їх окремо.
Інструмент кінцевого виконання складається з робочої частини та хвостовика. У свою чергу, на першому розташовані зубці та канавки. З боку хвостовика здійснюється кріплення на шпинделі верстата. Хвостовик зазвичай має циліндричну форму.
Кут заточування ріжучої кромки може бути 90 або 135 °. Для видалення стружки з області різання виконуються канавки, виточені під кутом. Поверхня канавки найчастіше має форму сегмента сфери.
Сам корпус фрези виготовляється із інструментальної сталі. Потім в нього шляхом впаювання монтуються твердосплавні пластини. Використання таких пластин зумовлено жорсткими вимогами до обробки композитів. Зокрема для забезпечення чистоти поверхні зрізу.
Для розкрою композитних панелей завтовшки понад 4 мм можуть використовуватися однозубі фрези з гвинтовою канавкою. Рекомендується робити вибір на користь інструмента з викидом стружки вниз. Як відомо, це дозволяє уникнути проблем із виривами частин заготівлі.
Традиційно у такої фрези гвинтова канавка має кут нахилу 35 °. Для збільшення швидкості викиду розмір кроку гвинта коротшає ближче до кінця фрези.
Дискова фреза для композиту є зубчастим колесом. На зубах є пластини, як правило, із твердого сплаву. Число зубів варіюється від чотирьох до шести. Їх профіль може матиконусну, дугоподібну чи пряму форми.
Кут нахилу зубів може мати значення від 10 до 20 °. Для надійнішого кріплення на шпинделі верстата або ручного фрезера висвердлюються симетричні щодо осі отвори під болти. Це також дозволяє зменшити показники торцевого та радіального биття.
Застосування спеціальних фрез по композитам
Обробка фрезами цього затребувана в наступних сферах діяльності:
- авіа-, космічна промисловість;
Різновиди спеціальних фрез з композитів
Як вже було згадано вище, ці фрези бувають дисковими та кінцевими. У свою чергу перші можуть підрозділятися за типом кріплення пластин на фрези зі знімними або напайними пластинами. Другі умовно можна розділити за профілем основи зубів. Тут відомі V-, U-образні фрези.
Дискова фреза із напайними пластинами
У такій фрезі твердосплавні пластини впаяні в зуби. Це дозволяє забезпечити відмінну передачу крутного моменту від шпинделя до ріжучої кромки. Також загалом покращується якість обробки внаслідок зменшення биття інструменту. Здебільшого використовується для фрезерування композитів високої твердості. Однак такий інструмент коштує недешево. При затупленні ріжучих кромок доводиться замінювати всю фрезу.
Дискова фреза зі знімними пластинами
Ця фреза була розроблена для здешевлення вартості механічної обробки. У ньому прямокутні пластини виконані знімними та закріплюються за допомогою кріпильних елементів. Особливістю такої пластини є те, що в ній можна виточити до чотирьох робочих поверхонь. Це дозволяє значно збільшити термін експлуатації однієї фрези.
Крім того, є модифікації цього інструменту з тангенційним розташуванням пластин.Значення кута нахилу вибирається в діапазоні від 5 до 11 °. Така конструкція дозволяє підвищити міцність фрези загалом.
V -, U - образні кінцеві фрези
Такі фрези використовуються для фрезерування пазів на композиті для подальшого згину. Для цього профіль зубів у них виконані у формі букв V та U. Хвостовик у них, як правило, циліндричний.
Перші можуть мати кут ріжучої кромки 90° або 135°. При цій формі можна одержувати згини до 90°. Для отримання гостріших кутів згину застосовуються U-подібні фрези. Канавка для видалення стружки V-подібної фрезі виконується під радіусом. У той час як у U-подібній, вона виточена під прямим кутом.
Композит є досить специфічним матеріалом, тому для забезпечення гарної якості обробки необхідно постійно відстежувати стан ріжучих кромок. Також у зв'язку з цим необхідно швидко видаляти стружку з області різання. У протилежному випадку матеріал може розтріскатися по лінії згину.
Обробка відбувається при високих швидкостях обертання фрези і тому є необхідність охолодження інструменту. Це здійснюється за допомогою охолоджуючих рідин у разі заготовок із металу. Якщо композит виготовлений із синтетичних матеріалів, то достатньо забезпечити подачу стисненого повітря.
Доцільність вибору на користь дискової або кінцевої фрези залежить від матеріалу композиту та розмірів оброблюваної поверхні. Дискові більше підходять для обробки довгих площин та пазів, а також заготовок із сталевого та алюмінієвого композитів. У той же час кінцеві знаходять застосування при фрезеруванні композитів із пластику.