Таблица Концевых Фрез: Типы, Покрытия TiN TiAlN, Режимы Резания 2025

Основные типы концевых фрез

Концевые фрезы представляют собой многолезвийный режущий инструмент цилиндрической формы с острыми режущими кромками, расположенными по периметру и на торце. В отличие от сверл, которые работают только в осевом направлении, концевые фрезы способны выполнять резание во всех направлениях, что делает их универсальным инструментом для фрезерной обработки.

Современная классификация концевых фрез основывается на нескольких критериях. По конструктивному исполнению различают цилиндрические фрезы с плоским торцом, которые являются наиболее распространенными и используются для обработки плоскостей, пазов и уступов. Шпоночные фрезы имеют режущие кромки на торце и предназначены для нарезания шпоночных пазов различной конфигурации.

Сферические концевые фрезы отличаются полусферическим торцом и применяются для 3D обработки сложных поверхностей, создания закруглений и обработки штампов. Радиусные фрезы имеют определенный радиус скругления на торце и используются для снятия фасок и создания переходных радиусов между поверхностями.

Количество зубьев концевой фрезы определяет ее производительность и качество обработки. Однозубые фрезы применяются для черновой обработки и удаления больших объемов материала. Двухзубые фрезы обеспечивают хорошее удаление стружки и используются для получистовой обработки. Трех- и четырехзубые фрезы предназначены для чистовой обработки и обеспечивают высокое качество поверхности.

Материалы изготовления концевых фрез

Выбор материала концевой фрезы критически важен для достижения оптимальных результатов обработки. Быстрорежущая сталь остается популярным материалом благодаря сочетанию прочности, вязкости и относительно невысокой стоимости. Фрезы из быстрорежущей стали HSS подходят для обработки широкого спектра материалов при умеренных скоростях резания.

Твердосплавные концевые фрезы изготавливаются из карбида вольфрама с кобальтовой связкой и обладают значительно более высокой твердостью и износостойкостью по сравнению с быстрорежущей сталью. Это позволяет работать на высоких скоростях резания и обрабатывать твердые материалы, включая закаленные стали и жаропрочные сплавы.

Сборные концевые фрезы со сменными пластинами представляют собой современное решение, сочетающее экономичность эксплуатации с высокими технологическими возможностями. Корпус фрезы изготавливается из конструкционной стали, а режущие пластины - из твердого сплава или керамики. При износе заменяются только пластины, что значительно снижает эксплуатационные расходы.

Керамические и алмазные концевые фрезы применяются для специальных операций обработки высокотвердых материалов, композитов и цветных металлов. Эти материалы обеспечивают исключительную стойкость, но требуют особых условий эксплуатации и высокой жесткости технологической системы.

Покрытия концевых фрез и их свойства

Современные износостойкие покрытия концевых фрез 2025 года представляют собой многослойные наноструктуры, играющие решающую роль в повышении производительности инструмента. Нитрид титана TiN остается базовым универсальным покрытием золотистого цвета, увеличивающим стойкость в 3-4 раза, но чаще применяется для инструмента из быстрорежущей стали.

Покрытие TiAlN представляет собой многослойную структуру нитрида титана-алюминия темно-фиолетового цвета с термостойкостью до 800°C. Современное покрытие AlCrN (хромонитрид алюминия) серо-голубого цвета обеспечивает еще более высокую термостойкость до 1100°C и превосходную стойкость к окислению при сухом фрезеровании титановых сплавов.

Покрытие AlTiN с высоким содержанием алюминия обеспечивает максимальную термостойкость до 900°C и применяется для высокоскоростной обработки сталей. Инновационное покрытие TiAlCrSiN (нитрид титана-алюминия-хрома-кремния) серо-фиолетового цвета достигает микротвердости 4000 HV и обеспечивает универсальное применение с увеличением стойкости в 12-18 раз.

Карбонитрид титана TiCN отличается повышенной твердостью и низким коэффициентом трения. Алмазоподобные покрытия DLC и современные алмазные покрытия U-DIA с ультрамелким зерном обладают твердостью до 80 ГПа и исключительно низким коэффициентом трения. Эти покрытия увеличивают стойкость инструмента при обработке алюминия в 20-85 раз благодаря предотвращению налипания материала.

Режимы резания и их расчет

Правильный выбор режимов резания является ключевым фактором успешной фрезерной обработки. Основными параметрами режима резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Скорость резания определяет путь, проходимый наиболее удаленной точкой режущей кромки в единицу времени, и выражается в метрах в минуту.

Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле n = (1000 × V) / (π × D), где V - скорость резания в м/мин, D - диаметр фрезы в мм. Для стали конструкционной оптимальная скорость резания составляет 120-180 м/мин, для алюминия - 300-600 м/мин, для нержавеющей стали - 80-120 м/мин.

Подача на зуб является критическим параметром, определяющим толщину срезаемой стружки. Недостаточная подача приводит к трению инструмента о заготовку и преждевременному износу, избыточная подача может вызвать поломку фрезы. Оптимальная подача на зуб зависит от материала обработки, твердости заготовки и жесткости технологической системы.

Глубина резания выбирается исходя из требований к производительности и точности обработки. При черновой обработке глубина может составлять 50-80% диаметра фрезы, при чистовой обработке - 5-15% диаметра. Важно учитывать мощность станка и жесткость закрепления заготовки.

Современные станки с ЧПУ 2025 года позволяют реализовать высокоскоростную обработку (ВСО) с частотами вращения до 40000-60000 об/мин и подачами свыше 2000-3000 мм/мин. Понимание физики высокоскоростной обработки критически важно: при правильно подобранных параметрах 75% выделяемого тепла отводится со стружкой, 20% через инструмент и только 5% остается в заготовке. Это кардинально меняет подход к назначению режимов резания.

Особенно впечатляющие результаты достигаются при обработке алюминиевых сплавов, где скорости резания могут достигать 7500 м/мин в сверхвысокоскоростном диапазоне. Для закаленных сталей современные покрытия AlCrN и TiAlCrSiN позволяют увеличить скорости резания до 300 м/мин при сохранении высокой стойкости инструмента.

Выбор концевой фрезы по материалу обработки

Конструкционные стали являются наиболее распространенным материалом в машиностроении и требуют особого подхода к выбору концевой фрезы. Для углеродистых сталей твердостью до 30 HRC рекомендуются твердосплавные фрезы с покрытием TiN или TiAlN. Количество зубьев следует выбирать в зависимости от операции: 2-3 зуба для черновой обработки, 4 зуба для чистовой.

Нержавеющие стали отличаются высокой вязкостью и склонностью к наклепу, что создает особые требования к инструменту. Необходимы острые режущие кромки, положительные углы резания и интенсивное охлаждение. Покрытие TiAlN или AlTiN обеспечивает необходимую термостойкость и предотвращает налипание материала.

Алюминиевые сплавы обрабатываются на высоких скоростях с большими подачами. Основная проблема - налипание материала на режущие кромки. Эффективны фрезы без покрытия с полированными канавками или с DLC покрытием. Угол наклона спирали должен быть увеличен до 40-45° для лучшего удаления стружки.

Чугун характеризуется хорошей обрабатываемостью, но образует абразивную стружку. Подходят как быстрорежущие, так и твердосплавные фрезы. Покрытие не всегда необходимо, так как чугун не склонен к налипанию. Важно обеспечить хорошее удаление стружки и избегать прерывистого резания.

Закаленные стали твердостью 45-65 HRC обрабатываются только твердосплавными фрезами с современными покрытиями TiAlSiN или AlTiN. Требуются малые подачи, жесткое закрепление и высокоточные станки. Обработка ведется с минимальными глубинами резания для предотвращения сколов.

Технологические особенности применения

Успешное применение концевых фрез требует понимания технологических особенностей фрезерной обработки. Выбор стратегии обработки определяет качество поверхности, точность размеров и стойкость инструмента. Попутное фрезерование обеспечивает лучшее качество поверхности и меньший износ инструмента, но требует отсутствия люфтов в приводах подач станка.

Встречное фрезерование применяется на станках с люфтами в механизмах подач и при обработке заготовок с коркой или неравномерной твердостью. При этом способе фрезерования толщина стружки увеличивается от нуля до максимального значения, что может вызывать вибрации и ухудшение качества поверхности.

Охлаждение играет решающую роль при фрезерной обработке. Подача СОЖ должна быть направлена в зону резания под давлением 5-20 атм для эффективного удаления стружки и отвода тепла. При обработке глубоких полостей рекомендуется подача СОЖ через внутренние каналы в фрезе.

Программирование обработки на станках с ЧПУ требует учета особенностей концевого фрезерования. Врезание в материал должно производиться по спирали или дуге для снижения ударных нагрузок. Выход из материала также следует выполнять плавно с отводом по касательной к обработанной поверхности.

Контроль износа концевых фрез осуществляется по критериям износа по задней поверхности, выкрашивания режущих кромок и изменения размеров обработанных поверхностей. Своевременная переточка или замена фрезы предотвращает поломку и обеспечивает стабильное качество обработки.

Современные тенденции и инновации

Развитие концевых фрез в 2025 году характеризуется революционными изменениями в области покрытий и геометрии инструмента. Неравномерный шаг зубьев стал стандартом практически для всех современных фрез, поскольку это эффективно снижает вибрации и улучшает качество обработки. Переменный угол наклона спирали по длине фрезы представляет собой инженерное решение, которое оптимизирует удаление стружки при различных глубинах резания.

Многослойные нанопокрытия 2025 года, такие как TiAlCrSiN с микротвердостью до 4000 HV, сочетают различные материалы для достижения идеального баланса свойств. Градиентные покрытия с изменяющимся составом по толщине обеспечивают превосходную адгезию к твердосплавной основе при сохранении высоких эксплуатационных характеристик поверхности. Современное алмазное покрытие U-DIA с ультрамелким зерном достигает твердости 80 ГПа, что открывает новые возможности в обработке композитных материалов.

Интеграция датчиков в конструкцию фрез позволяет осуществлять мониторинг состояния инструмента в реальном времени. Измерение температуры, вибраций и нагрузок обеспечивает оптимизацию режимов резания и предотвращение поломок.

Аддитивные технологии открывают новые возможности в производстве концевых фрез сложной геометрии. Селективное лазерное спекание позволяет создавать внутренние каналы для подачи СОЖ и оптимизировать геометрию канавок для улучшения удаления стружки.

Развитие цифровых технологий приводит к созданию интеллектуальных систем выбора инструмента и режимов обработки. Базы данных производителей включают детальную информацию о применении каждой фрезы с рекомендациями по оптимальным режимам для конкретных материалов и операций.

Часто задаваемые вопросы