Obróbka skrawaniem w maszynach CNC jest stałym elementem procesu produkcji w wielu sektorach przemysłu. Za jej pomocą firmy mogą tworzyć precyzyjne narzędzia i części maszyn, wykorzystywane w branży motoryzacyjnej, lotniczej, rolniczej czy medycznej. Integralną częścią procesu obróbki metali pozostaje frezowanie, czyli wycinanie fragmentów metalu za pomocą specjalistycznych narzędzi z wieloma ostrzami. Frezy muszą odzwierciedlać spore zróżnicowanie zadań, jakie są podejmowane w profesjonalnych parkach technologicznych. Nie dziwi zatem fakt, że narzędzia wieloostrzowe doczekały się dziesiątek konfiguracji, różnicujących je pod względem kształtu, materiału wykonania, geometrii pracy ostrzy tnących czy przeznaczenia do pracy w określonych warunkach. W dzisiejszym artykule przedstawimy najważniejsze rodzaje frezów, bez których niemożliwe byłoby wykonanie wielu prac. Wybór optymalnego narzędzia wpływa na efektywność linii produkcyjnej i warunkuje jakość późniejszego wyrobu. Dlatego warto zapoznać się z najczęściej używanymi wariantami frezów, dostosowując technologię do własnych potrzeb.
Do czego służą poszczególne rodzaje narzędzi frezarskich?
Frezowanie w maszynach CNC jest złożonym procesem, na który wpływają kwestie logistyczne, materiałowe i informatyczne. Nie da się poprawnie wykonywać zadań związanych z obróbką skrawaniem CNC bez stworzenia rozbudowanego zaplecza frezów, gwarantujących precyzję działania i elastyczność projektową. Wybór danego rodzaju frezu jest podyktowany wymaganiami przedstawionymi przez klienta i analizą najbardziej wydajnego sposobu na wprowadzenie założeń w życie. Na rynku są dostępne dwa podstawowe rodzaje frezów: frezy standaryzowane i frezy specjalistyczne. W przypadku tych pierwszych nie zachodzi problem dostępu do narzędzi. Dzięki normalizacji prawnej frezy te są dostępne u producentów. Jedynym wyzwaniem pozostaje selekcja odpowiedniego kształtu frezu względem jego przeznaczenia. Frezy specjalne, zwane inaczej kształtowymi, to przyrządy wykonywane na zamówienie. Stosuje się je do ściśle określonych celów produkcyjnych. Frezy specjalne służą przeważnie do wytwarzania na masową skalę produktów o złożonym kształcie.
W ramach wspomnianych tutaj typów frezów możemy wyróżnić bardzo wiele podkategorii. Przedstawimy je w kolejnych akapitach, wyjaśniając przy tym zastosowanie każdego z nich. Ogromne zróżnicowanie narzędzi frezarskich wynika ze specyfiki pracy maszyny CNC, która musi sobie poradzić z precyzyjnym oddaniem kształtu, rozmiaru i struktury powierzchni przedmiotu, zgodnie z projektem w oprogramowaniu CAD.
Z czego powstaje frez?
Skoro frezy są przeznaczone do wybierania partii materiału i nadawania mu docelowego kształtu, same muszą opierać się ogromnym przeciążeniom mechanicznym i gwarantować stabilność materiałową w całej rozciągłości procesu produkcji. Dlatego wykonanie frezu nie może zostawiać marginesu błędu. Do produkcji niewielkich narzędzi frezarskich wykorzystuje się przede wszystkim wysokiej twardości stal szybkotnącą HSS, posiadającą odpowiednie właściwości fizykochemiczne. Frezy ze stali HSS świetnie sprawdzają się przy skrawaniu z niską prędkością liniową Vc.
Frezy ze spieków twardych osiągają kolejny poziom twardości i odporności na ścieranie, co wynika z samego procesu produkcji narzędzi. Frezy spiekane otrzymuje się w procesie prasowania i spiekania proszków metali, który nadaje produktowi określonych parametrów jakościowych, takich jak czystość i pożądana struktura chemiczna. Frezy można produkować także ze stali nierdzewnej pokrytej nasypem diamentowym. Tego rodzaju narzędzia sprawdzają się podczas obróbki CNC z dużą prędkością, zapewniając jednocześnie odporność na zużycie.
Podział narzędzi frezarskich
Przejdźmy teraz do opisu najważniejszych kategorii, według których następują podziały frezów wykorzystywanych do obróbki skrawaniem metali w maszynach CNC. Wybierając narzędzia do realizacji własnych celów, należy kierować się przede wszystkim specyfiką wykonywanych prac i dopiero na tej podstawie dokonywać selekcji właściwego narzędzia. Producenci frezów nieco ułatwiają zadanie, dołączając do swoich wyrobów standaryzowane oznaczenia. Na ich podstawie będziemy wiedzieć, do pracy z jakimi materiałami stworzono dany produkt. Do stali normalnej wykorzystuje się frezy oznakowana literą N. Frez trzpieniowy typu N posiada kilka stopni wytrzymałości mechanicznej. Cechą charakterystyczną dla tego rodzaju frezów pozostaje kąt spirali ostrza, który nie powinien przekraczać 30 stopni. Frezy trzpieniowe typu N świetnie sprawdzają się podczas prac wykańczających na stali konstrukcyjnej.
Innym rodzajem frezów w obróbce CNC pozostają frezy typu H, stworzone do pracy z różnorodnymi materiałami w ramach precyzyjnej obróbki wyrównującej. Za pomocą frezów typu H możesz usunąć spoinę spawalniczą lub przeprowadzić fazowanie powierzchni. Natomiast do pracy z materiałami o najwyższym stopniu twardości przeznaczono frezy typu NR lub NF. Umożliwiają one prowadzenie prac na materiałach, których wytrzymałość sięga 1400 N/mm2.
Podział narzędzi frezarskich według kryterium kształtu
Umiejscowienie ostrza na frezach determinuje sposób skrawania w obrabiarce CNC. Ze względu na kształt wyróżniamy m.in. frez palcowy (trzpieniowy) ze śrubowym ostrzem tnącym, frez walcowy (ostrze tnące zlokalizowane na boku narzędzia) czy frez czołowy (w tym przypadku ostrze umiejscowiono na przedniej powierzchni). Swoistą kombinację wymienionych tutaj narzędzi stanowi frez walcowo-czołowy. Jest to frez walcowy z charakterystycznym czołowym zabierakiem. Konstrukcja frezu predestynuje go do pracy ze stalą hartowaną i do wykonywania obróbki szybkościowej.
Kolejnym kształtem frezów dostępnych na rynku pozostaje frez tarczowy. Frezy tarczowe nasadzane są chyba najpowszechniej występującym narzędziem do skrawania metodami domowymi. Istnieją jednak specjalistyczne wersje tych urządzeń stworzone pod kątem pracy w obrabiarkach CNC. Rozwinięciem oferty frezów o kształcie tarczy jest frez kątowy. Jego cechą wyróżniającą pozostaje obecność ostrzy tnących na dwóch powierzchniach w kształcie stożka, zwężających się ku sobie w połowie grubości tarczy.
Do nadawania pożądanego kształtu kołom zębatym w przemyśle motoryzacyjnym doskonale nadaje się frez modułowy (inaczej: frez krążkowy). Frezy modułowe posiadają spore rozmiary i ogromną sztywność, co czyni je doskonałym wyborem przy obróbce zgrubnej i wykańczającej.
Osobną wersją frezów modułowych pozostaje frez ślimakowy, stosowany do frezowania wielowypustów i kół zębatych. Nasadzane frezy ślimakowe występują w licznych wersjach rozmiarowych, jednak wszystkie z nich mają wspólną cechę charakterystyczną – spiralne ułożenie ostrzy otaczających frez (stąd nazwa: frez ślimakowy).
Podział frezów według kryterium geometrii ostrzy
Narzędzia frezujące możemy również podzielić względem geometrii ostrzy tnących. W tej kategorii znajdziemy frez walcowy o uniwersalnym charakterze czy frez kątowy przeznaczony do wykrawania rowków w materiale bazowym. Do przecinania surowca służy frez piłkowy, posiadający tarczę z kilkoma jednostronnymi ostrzami. Frezy piłkowe znajdują zastosowanie m.in. w firmach stolarskich i zakładach obróbki metali. Ich niewielkie ostrza i duża prędkość wirowania zezwalają na pracę z wieloma materiałami, czyniąc frezy piłkowe narzędzami o dużym stopniu uniwersalności. Przecinanie materiału bazowe za pomocą frezów piłkowych odbywa się szybko i z zachowaniem dużej precyzji, co przekłada się na ograniczenie strat materiałowych.
Specjalistycznym rodzajem wyposażanie do obrabiarek CNC jest frez profilowy, stworzony m.in. do tworzenia profili kontrujących w drzwiach ramowych. Frezy profilowe służą wszędzie tam, gdzie zachodzi potrzeba wykończenia nawierzchni przedmiotu o określonym profilu. Podobnie jak frez stożkowy, frezy profilowe służą do wykończenia przedmiotu zgodnie ze specyfikacją projektową. Jednak wykorzystywanie frezów profilowych gwarantuje daleko idącą autonomię procesu wytwórczego, co przekłada się na wyższe tempo pracy przy produkcji skomplikowanych elementów.
Podział według kryterium rodzaju ostrzy
Warto wspomnieć o możliwości różnicowania narzędzi frezarskich również pod kątem typu samego ostrza. W ramach tej klasyfikacji możemy wyróżnić frezy z ostrzem prostym, pracującym w trybie wiercenia. To najbardziej liczna grupa narzędzi frezarskich, która posiada niezliczone warianty kształtów, rozmiarów i twardości materiału konstrukcyjnego. Frezy trzpieniowe z prostym ostrzem są stworzone do obróbki precyzyjnej i pracują w trybie wiercenia. Inne rodzaje ostrzy do frezów występują w formie śrubowej lub naprzemianskośnej. Drobne ostrza naprzemianskośne znajdziemy we frezach tarczowych.
Jak wybrać frezy do maszyny CNC? Outsourcing skrawania CNC do firmy zewnętrznej.
Na podstawie tego, co powiedzieliśmy powyżej, widać wyraźnie, jak dużą różnorodnością cechują się frezy do obrabiarek CNC. Opisane tutaj rodzaje narzędzi frezarskich mają ściśle określone zastosowania, a specjaliści obsługujący obrabiarki CNC muszą dobrać narzędzia do specyfiki danej linii produkcyjnej. Obróbka metali skrawaniem CNC pociąga za sobą kompleksową wiedzę z zakresu materiałów, narzędzi frezarskich, oprogramowania CAD czy kalibracji maszyny CNC. Do tego dochodzi konieczność zainwestowania w nowoczesny park maszynowy, spełniający zróżnicowane wymagania produkcyjne. Nie dziwi zatem coraz popularniejsza tendencja małych i dużych firm przemysłowych do outsourcingu obróbki skrawaniem na rzecz specjalistycznych podmiotów, takich jak Sacher CNC, które przejmą na siebie cały proces obróbki i zrealizują to zadanie z najwyższą precyzją. Wybór frezów do maszyny CNC warto pozostawić specjalistom, doskonale obeznanym z warunkami prawidłowego i wydajnego procesu produkcji. Tylko wówczas zyskamy gwarancję poprawnej realizacji dowolnego projektu – bez względu na to, czy dotyczy on prototypu, czy obejmuje uruchomienie masowej produkcji części przemysłowych.