Фрезеровка металла и ее виды

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Пермский техникум промышленных и информационных технологий»

Контрольная работа № __1___

Вариант № _____

Дисциплина ___ Процессы формообразования  и инструменты

__________________Гилева Ирина Анатольевна________________

(Ф.И.О. студента)

__________________________________________________________

Специальность _________Технология машиностроения__________

__________________________________________________________

Курс ____I____ Группа __2ТМ13__   Шифр ____________

Домашний адрес студента 

_г. Пермь, ул. Куйбышева, 105-435___________________________

Ф.И.О. преподавателя

__________________________________________________________

Оценка работы_____________________________________________

Дата проверки _____________________________________________

Подпись преподавателя _____________________________________

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.

Фрезерование металла – один из ключевых сегментов обработки металла. Такой вид позволяет осуществлять обработку как вертикальных, горизонтальных, так и наклонных фасонных поверхностей металла. Фрезерные работы также способствуют осуществлению обработки пазов и выступов в металле с высочайшей точностью, обеспечивая при этом требуемое качество обрабатываемой поверхности. Сам принцип, применяемый в процессе фрезерных работ, был открыт еще в Европе в 16 веке. Леонардо да Винчи набросал схему, которая лежит в основе фрезы – он изобразил цилиндрический напильник, вращающийся вокруг своей оси. Подобный станок с вращающимися напильниками впервые был создан в Пекине в 1665 году. Прототип нынешних фрезерных станков появились уже в 19 веке. После этого устройство станков со временем совершенствовалось, а типы станков многообразно и быстро дифференцировались.

Сегодня металлообработка в промышленности занимает достаточно важное место, поэтому для улучшения качества изготавливаемой продукции появляются различные металлообрабатывающие станки и комплексы, которые способны осуществлять ее, начиная с чернового этапа и заканчивая чистовым. Во всем технологическом процессе для достижения необходимых показателей шероховатости и класса точности обрабатываемых поверхностей активно применяется такая операция, как фрезеровка, которая дополняется шлифовкой или идет сразу в чистовой размер. Бесспорно, фрезеровка металла включает в себя не только снятие определенного припуска за один или несколько проходов инструмента, но и изготовление различных элементов, заложенных в технологический процесс. Если раньше фрезеровка осуществлялась исключительно в ручном режиме, и брак был привычным делом, то сегодня благодаря многофункциональным станкам с ЧПУ этот процент сведен к минимуму. Естественно фрезерование с использованием ЧПУ подразумевает грамотное составление управляющей программы и наличие квалифицированных кадров.

ФРЕЗЕРОВКА МЕТАЛЛА И ЕЕ ВИДЫ.

На сегодняшний момент в металлообработке фрезерование подразделяется на несколько видов, что достаточно активно используется в технологическом процессе:

Фрезеровка уступов. Вообще уступом называют определенного размера выемку, которая ограничивается двумя перпендикулярными друг к другу плоскостями. В зависимости от технического чертежа деталь может иметь различное количество уступов. В зависимости от предъявляемых к детали технологическим процессом требований, фрезеровка металла может осуществляться различными методами и режущим инструментом. В основном для обработки уступов применяются дисковые концевые и торцевые фрезы. Как правило, сегодня фрезеровка ЧПУ позволяет достигать высоких результатов и класса точности. Фрезеровать уступы можно на вертикально-фрезерном или горизонтально фрезерном станках.

Торцевое фрезерование выполняется исключительно при помощи торцевых фрез. Для снятия припуска к вращательному движению фрезы также добавляется поступательное движение. Таким образом, в основном осуществляется фрезеровка металла на горизонтально-фрезерных станках.

Профильное фрезерование – применяется для обработки вогнутых или выпуклых профилей с использованием двух и трех координатных плоскостей. От сложности профиля будет зависеть длительность технологического процесса по операции фрезеровка, так как для достижения необходимого качества потребуется черновая, получистовая и чистовая обработка. При чистовом проходе необходимо делать минимальные припуски, высокие обороты и несколько большие подачи. Сложные профили лучше всего обрабатывать на 5-ти координатных металлообрабатывающих комплексах, где существует фрезеровка ЧПУ.

Фрезерование пазов – выполняется дисковыми и концевыми фрезами. Различают глухие и сквозные пазы прямоугольной или овальной формы. Также иногда осуществляется фрезеровка паза типа «ласточкин хвост», которая обычно осуществляется за два прохода со сменой режущего инструмента.

Резьбофрезерование – достаточно продуктивный метод нарезки резьбы на цилиндрические детали. По качеству может превосходить на порядок некоторые из них. При таких операциях фрезеровка должна осуществляться на станке, одновременно способном перемещаться сразу в трех плоскостях. Когда осуществляется фрезеровка ЧПУ, программа управления будет автоматически менять режимы резания, и выбирать необходимую стратегию обработки.

При использовании цилиндрических и дисковых фрез также различают попутное (по ходу подачи) и встречное (против подачи) фрезерование. При встречном фрезеровка осуществляется с удара, так как припуск в момент контакта фрезы с поверхностью будет наибольшим, а при попутном, нагрузка увеличивается постепенно. Ввиду того, что при встречном фрезеровании ход инструмента не совпадает с ходом детали, как это происходит при попутном, станки на которых производятся работы должны иметь высокий запас жесткости, чтобы выдержать ударные нагрузки.

Кроме стандартных видов фрезеровка может быть и с использованием специальной оснастки. Среди специальных видов фрезеровки выделяют наиболее яркие из них: линейное врезание, круговая интерполяция, плунжерное фрезерование, фрезеровка металла по слоям, круговое врезание. Все эти виды требуют качественного оборудования с ЧПУ, чтобы снизить вероятность человеческой ошибки.

ФРЕЗЕРОВКА И ВАЖНЫЕ АСПЕКТЫ, СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ.

Какой бы из способов фрезерования вы не использовали необходимо правильно осуществлять выбор инструмента. Жесткость и стойкость по шкале HRC должны в несколько раз превосходить показатели обрабатываемого металла. Для достижения высоких результатов по классу шероховатости стоит учитывать все факторы оказывающие влияние на обработку, то есть грамотно подбирать режимы резания с учетом использования СОЖ.

СОВРЕМЕННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛА

Как только не обрабатывают металл в современном мире для того, чтоб придать ему необходимую форму. Среди наиболее распространенных способов воздействия на этот материал при помощи давления, необходимо выделить фрезерные работы, где средством, благодаря которому изменяется металл, является фрезерный станок. Фреза – режущее колесо, которое имеет большое количество зубьев, обрабатывающее металл.

В самом процессе – именуемом «фрезеровка», участие принимают два объекта – фреза и будущая готовая деталь, представленная в виде необработанной заготовки. Фрезерные станки могут быть разными, и делиться на горизонтальные и вертикальные. Многие производства владеют станками обоих видов.

Так как фрезы могут быть разными, существует торцевая, концевая, фасонная, периферийная фрезеровки. Тип фрезеровки зависит от типа продукции, которая изготавливается для заказчика. В фрезерных работах, концевое фрезерование применяется для изготовления подсечек, канавок, окон, колодцев, карманов. Различные пазы, при этом, могут быть как сквозными, так и выходящими на одну и даже несколько поверхностей.

Торцевая фрезеровка, в основном, предназначена для обработки довольно больших поверхностей, а фасонная, для фрезеровки профилей разного назначения. Для того чтобы достичь лучшей производительности, качества и низкой стоимости при использовании торцевых фрез, необходимо обратить особое внимание на некоторые моменты фрезерных работ.

Необходимо определить для начала, что вы будете делать при помощи фрезерных работ. Это может быть чистовое фрезерование, где необходимо соблюдать точные размеры и качество поверхности или черновое фрезерование, качество поверхности и точность размера детали, при котором, не будет играть важной роли, так как это пред фрезерные работы.

Фрезерные работы – комплекс технологических операций по металлической обработке заготовок из металла, при помощи технологических приемов и специального оборудования. Благодаря использованию специализированного оборудования, появляется возможность из заготовок производить детали необходимой конфигурации. В данном процессе, применение высокоточных компьютерных систем контроля, которые можно запрограммировать, позволяют выполнить высокоточные, сложные и весьма трудоемкие операции без вмешательства человеческого фактора и, соответственно, без лишней потери времени.

С одной стороны, такое сочетание, позволяет увеличить общую производительность выполняемых операций и скорость, а с другой – снижает затраты на производство, себестоимость и стоимость производства продукции, соответственно, и конечную стоимость продукции, делая ее широко применяемой и более доступной.

При помощи современной вычислительной техники, фрезеровочные работы, позволяют задавать все необходимые параметры будущей детали, и при этом, видеть результат еще на этапе проектирования, т.е. до начала выполнения самих работ. Подобный подход является выгодным и удобным тем, что он позволяет исправить все возможные недочеты. Также он показывает изменение параметров и свойств продукции, до осуществления производства, благодаря чему можно внести необходимые корректировки. В таком случае можно строить высокоточные прогнозы по поводу характеристики и качества будущей продукции.

НОВЫЕ МЕТОДЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ.

Спиральное и орбитальное фрезерование.

При фрезеровании серии отверстий в корпусах двигателей изменение способа выборки позволило ускорить цикл обработки в среднем в три раза и увеличить срок службы инструмента в 10 раз. При спиральном фрезеровании инструмент подвержен боковому давлению и ударному воздействию, но поскольку фреза в 2 раза толще, чем используемые ранее концевые фрезы, она не так подвержена деформации, плюс отсутствует сердцевина отверстия, которая может, вылетев на последнем проходе, нанести травму или обломить фрезу.

Выборка больших отверстий в металлических деталях – это довольно медленный процесс. Работа фрезами больших диаметров требует высокой мощности оборудования и расхода электроэнергии, кроме того, трудно достать фрезы нестандартного размера. Орбитальное фрезерование – более быстрый и универсальный способ, но существует вероятность обламывания хрупких твердосплавных концевых фрез.

Техника спирального фрезерования известна в течение довольно долгого времени, но до недавних пор её практическое применение было ограничено. При спиральном фрезеровании траектория движения режущих зубцов имеет винтовую форму и является непрерывной, а не пошаговой, как при орбитальном фрезеровании. В основном этот метод применялся для рассверливания уже имеющихся отверстий в заготовках небольшой толщины, а также в операциях с горизонтальным расположением фрезы, когда стружка сама удаляется под силой тяжести.

Трохоидальный способ фрезерования

При трохоидальном способе фрезерования фрезеруют только с определенным обхватом детали, потому что фреза не погружается в полный материал, а делает при фрезеровании трохоидальные движения по кривой и соответственно контактирует с заготовкой только односторонне. Благодаря этому открывается паз и одновременно производится геометрия типа „елки“ с помощью особой профильной фрезы. Прежде всего, благодаря этому способу фрезерования достигается высокая степень безопасности процесса. Специально разработанная фасонная фреза для чистовой обработки благодаря припускам, производимым черновой фрезой, а также соответствующему исполнению инструментов, служит очень долгое время и обеспечивает очень хорошее качество поверхности, как в попутном, так и во встречном способе фрезерования.

Преимущества фасонного фрезерования:

•Нет необходимости в классическом предварительном фрезеровании;

• повышение безопасности процесса;

• недорогая альтернатива протягиванию;

• адаптация к различным материалам;

• различные размеры деталей;

•технология „нажатием кнопки“;

• реализация проектов „под ключ“;

• производится равномерный большой паз

Осевое фрезерование.

Отличительная черта этого метода — направление подачи инструмента, совпадающее с его осью. Метод наиболее эффективен при больших вылетах инструмента или для маломощного оборудования. Скорость резания — средняя. Метод применим для черновых операций, в том числе труднообрабатываемых материалов.

Шабрящее фрезерование.

При торцовом фрезеровании обрабатываемая поверхность формируется одной торцовой режущей кромкой наиболее выступающего зуба фрезы. Поэтому шероховатость поверхности определяется величиной подачи на один оборот фрезы и производительность чистового фрезерования не зависит от числа зубьев фрезы. Исходя из этого не случайно тонкое фрезерование, обеспечивающее шероховатость поверхности по 7 и даже по 8 классу чистоты, как правило, производится однорезцовой фрезерной головкой. Работа производится при высокой скорости резания, достигающей 200—300 м/мин и выше, но при малой подаче (0,05—0,15 мм/об), поэтому производительность получается низкой, несмотря на применение высокой скорости резания.

Стремление повысить производительность тонкого фрезерования и привело к созданию нового метода чистового фрезерования однорезцовой головкой с широкой торцовой режущей кромкой. Этот метод разработан лабораторией резания Ново-Краматорского машиностроительного завода взамен ручной шабровки, поэтому его и называют методом шабрящего фрезерования.

Позиционная пятиосевая обработка

При позиционной пятиосевой обработке (она также известна как обработка «3+2») шпиндель или стол поворачивается в ряд дискретных положений, а обработка происходит как набор операций в несколько установов. Для такой обработки применяются два различных типа станков. Прежде всего, существуют станки, представляющие собой фактически уменьшенные версии оборудования, используемого в течение многих лет в больших компаниях аэрокосмической индустрии (когда все пять степеней свободы осуществляются за счет изменения ориентации шпинделя). Но компании чаще выбирают станки с жесткой ориентацией шпинделя и с двумя дополнительными осями поворота механизма, удерживающего заготовку, за счет чего осуществляется ее наклон и/или вращение. Тем не менее при позиционной пятиосевой обработке программирование является сравнительно простым для обоих типов станков. Как только для каждой операции определена рабочая плоскость, программирование обработки фактически становится таким же, как и при трехосевой обработке. Главная выгода позиционной пятиосевой обработки заключается в возможности применения методов высокоскоростной обработки, учитывая, конечно, возможности станка, который должен быть оснащен подходящим шпинделем и может работать на высоких подачах и скоростях.

Непрерывная пятиосевая обработка

При непрерывной пятиосевой обработке может происходить одновременное движение по всем пяти степеням свободы. Основная задача для компаний, использующих данный метод, — убедиться, что не будут происходить недопустимые столкновения инструмента с элементами станка и детали. Например, для инструментального производства обрабатывать пустотелые детали намного проще, чем малые полости сложной формы. Точно так же сложно обрабатывать внутренние каналы корпуса двигателя или турбинные лопатки.

Один из первых методов, применявшихся для программирования непрерывной пятиосевой обработки, базировался на ориентации фрезы по нормали к обрабатываемой поверхности. Такой подход имеет преимущества при обработке формообразующих поверхностей в аэрокосмической промышленности, но меньше подходит для других случаев, особенно при затрудненном доступе к обрабатываемой поверхности. Это также может создавать специфические сложности для производителей инструмента и двигателей, так как в их продукции детали могут содержать сравнительно небольшие труднодоступные для обработки элементы.

У данного метода есть много недостатков. Во-первых, фрезерование по нормали к обрабатываемой поверхности требует, чтобы головка станка проходила большее расстояние, чем это необходимо при обработке выпуклой поверхности при трехосевом фрезеровании, что увеличивает время обработки. Также может случиться, что расположение фрезы по нормали к поверхности будет невозможно из-за ограничений самого станка либо это приведет к столкновению элементов станка с обрабатываемой деталью.

Во-вторых, ориентация фрезы по нормали к поверхности означает, что обычно используется лишь небольшая часть режущей поверхности фрезы. В результате ресурс инструмента становится очень мал. К тому же скорость резания осевой зоны фрезы меньше, чем наружной, поэтому производительность удаления материала фрезой со сферическим наконечником при таком методе будет сравнительно низкой.

Автоматизация процессов обработки.

Фрезерование на станках с программным управлением является универсальным решением задачи повышения производительности труда. Неавтоматизированными в этом случае остаются лишь вспомогательные работы, связанные с установкой, закреплением, снятием заготовок, контрольными измерениями, включениями и выключениями станка. Существенные затраты высококвалифицированного труда здесь относятся только к наладке станка на обработку. Вся остальная работа производится оператором. Она сводится к неавтоматизированным приемам обслуживания станка и задаче его выключения в условиях возникновения аварийной ситуации — поломки фрезы, сбоя ЧПУ, прекращения подачи сжатого воздуха или давления в системе гидрозажимов и т. п.

Технологические процессы в инструментальном производстве, а также в самолетостроении и производстве космических аппаратов допускают существенную оптимизацию путем применения таких современных технологий фрезерования, как HSC (High Speed Cutting – высокоскоростное резание). Однако экономических преимуществ можно достичь лишь в том случае, если как применяемые металлообрабатывающие станки, так и их системы управления способны осуществлять контурную подачу с более высокой скоростью по сравнению с традиционной обработкой.

Быстрые и высокоточные перемещения станка требуют прецизионного управления процессами разгона и торможения по запрограммированной траектории. В условиях конфликта интересов между временем обработки, качеством обработанной поверхности и геометрической точностью современные системы управления должны обеспечивать оптимальные соотношения, как для станка, так и для технологического процесса. Кроме того, оператору нужна возможность простым изменением параметров воздействовать на результат фрезерования.

Управление траекторией перемещения системой ЧПУ оказывает решающее воздействие на оптимизацию времени обработки при имеющихся требованиях к точности и качеству поверхности.

Технология HSC предлагает много новых возможностей обработки закаленных и легированных инструментальных сталей. Поэтому наряду с классической электроэрозионной обработкой HSC-фрезерование прессформ из твердых материалов приобретает серьезное экономическое значение. По сравнению со стандартной фрезерной обработкой существенное преимущество обработки по технологии HSC заключается в распределении и отводе возникающего в процессе резания тепла. Высокие скорости резания и контурной подачи в сочетании с небольшой глубиной резания обеспечивают отвод большей части выделяющегося при резании тепла в стружку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Чтобы представить, какими путями идёт сейчас развитие фрезерной обработки я рассмотрела только часть из них, т. е. те, которые связаны с совершенствованием конструкций и, улучшением использования режущих инструментов. Повышать производительность труда, это значит создавать больше продукции в единицу времени. Для этого нужно совершенствовать и лучше использовать орудия производства, развивать науку, повышать квалификацию рабочих, рационализировать труд и технологию производства. Большие резервы для повышения производительности труда имеются в самом процессе резания, в конструкциях металлорежущих инструментов и станков, в их рациональном использовании.

Металлообрабатывающая промышленность прошла большой и сложный путь развития от примитивных орудий труда до современных станков и инструментов. Но нет предела творческим исканиям, рационализации технологии, новым открытиям и изобретениям. Конструкторы и технологи, ученые и рабочие-новаторы производства ищут и находят новые пути, новые методы обработки. Их пример показывает, чего можно добиться, если не стоять на месте, а смело решать все новые и новые технические проблемы.

Прогрессивный инструмент – ФРЕЗА.

Фреза — инструмент с одним или несколькими режущими лезвиями (зубьями) для фрезерования. Виды фрез по геометрии (исполнению) бывают — цилиндрические, торцевые, червячные, концевые, конические и др. Виды фрез по обрабатываемому материалу - дерево, сталь, чугун, нержавеющая сталь, закаленная сталь, медь, алюминий, графит. Материал режущей части — быстрорежущая сталь, твёрдый сплав, минералокерамика, металлокерамика или алмаз, массив кардной проволоки. В зависимости от конструкции и типа зубьев фрезы бывают цельные (полностью из одного материала), сварные (хвостовик и режущая часть состоит из различного материала, соединённые сваркой), напайные (с напаянными режущими элементами), сборные (из различного материала, но соединённые стандартными крепёжными элементами — винтами, болтами, гайками, клиньями). Отдельно выделяют фрезерные головки — фрезы со сменными пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали. Также такие фрезы часто называют механическими, а головку без ножей - корпусом.

Цилиндрические фрезы применяются для фрезерования открытых плоских поверхностей. Зубья расположены на цилиндрической основе и обычно наклонены к оси под углом 30-40 градусов.

Конструктивные  и  геометрические параметры  цилиндрических фрез  с прямыми (а) и винтовыми (б) зубьями: 1 - передняя поверхность; 2 - затылованная поверхность (спинка); 3 - задняя поверхность; 4 - ленточка; 5 -  режущая кромка (лезвие); α-  задний  угол; β –угол заострения; γ - передний  угол; δ -  угол  резания; αⁿ и  γⁿ  -  соответственно задний  и передний угол в сечении по  нормали  к  режущей  кромке; γr - передний  угол  в  торцевом  сечении; ω -  угол наклона винтового режущего лезвия; f-  ширина ленточки

Цилиндрические фрезы широко используются в наборах фрез для комплексной обработки многоступенчатой поверхности, а также при обработке органического стекла, слоистых пластмасс и стеклопластиков.

Торцевые фрезы. При помощи торцевых фрез выполняется обработка открытых поверхностей на вертикально-, продольно-, карусельно-фрезерных станках. Ось фрезы располагается перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Режущие зубья находятся на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы, что позволяет обрабатывать 2 взаимно перпендикулярные плоскости.

Геометрические параметры режущего зуба торцевой фрезы аналогичны параметрам токарного резца. Зуб имеет три режущие кромки: главную, переходную и вспомогательную.

В зоне контакта работает большое число зубьев, за счет чего снижаются вибрации и соответственно повышается качество обработки. Поэтому применение торцевых фрез для обработки открытых поверхностей более предпочтительно по сравнению с цилиндрическими.

Концевые фрезы. Концевые фрезы являются инструментами с широкими технологическими возможностями. Их используют для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для выполнения контурной обработки наружных и внутренних поверхностей сложного профиля. Концевые фрезы также являются основными инструментами, применяемыми на станках с ЧПУ.

Дисковые фрезы. Дисковые фрезы применяются для прорезки пазов, канавок, разрезки металла.

По конструкции дисковые фрезы бывают: цельные, сборные, пазовые (односторонние), двухсторонние, трехсторонние, регулируемые

(Пазовая фреза)

Угловые фрезы являются разновидностью дисковых фрез. Их используют для прорезки канавок с угловым профилем. Чаще всего угловые фрезы применяются в инструментальной промышленности для прорезки стружечных канавок у фрез, разверток, зенкеров и др.

Существует 4 разновидностей угловых фрез: угловые фрезы односторонние (левые / правые) и двухугловые фрезы (симметричные / несимметричные)

Изготавливаются угловые фрезы цельными из быстрорежущей стали. В массовом производстве возможно создание составных односторонних угловых фрез с припаянными пластинами из твердого сплава.

Фасонные фрезы применяются для обработки поверхностей и канавок сложного фасонного профиля. В отличие от фрез общего назначения фасонные фрезы являются специальными и проектируются с учетом габаритных размеров и профиля фрезеруемой поверхности. 

Фасонные фрезы широко применяются в металлообработке, т.к. обеспечивают высокую производительность и позволяют рабочим низкой квалификации обрабатывать поверхности сложного профиля.

Список литературы.

1. Процессы формообразования и инструменты учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / P.M. Гоцеридзе.
2. Коротков В.А. Процессы формообразования и инструменты
3. www.iruba.de
4. www.compuart.ru
5. Процессы формообразования и инструменты Лабораторно-практические работы: учебное пособие  для студ. учреждений сред. проф. образования / Л.С.Агафонова
6. Минаев А. М. Обработка металлов резанием: Учебно-методическое пособие