Формовое фрезерование: процесс, применение и преимущества

ЧПУ-обработка (обработка с числовым программным управлением) — это прецизионная обработка, полностью автоматизированная, обеспечивающая исключительную точность и замечательную прецизию. ЧПУ-обработка достигает уровней сложности, недоступных для конвенциональной прецизионной обработки, плюс она стоимостно-эффективна, особенно для сложных компонентов и деталей.

Хотя станки с ЧПУ выполняют множество задач, фрезерование — наиболее распространенное и понятное. В самом базовом виде фрезерование удаляет материал с неподвижного заготовки путем приведения во вращение режущего инструмента в контакт с ним.

Производство специальных элементов, однако, таких как сложные профили, представляет вызовы. Именно здесь формовое фрезерование сияет. Идеальное для формирования неправильных контуров, формовое фрезерование использует специально разработанные формовые фрезы, которые точно соответствуют определенной форме согласно спецификациям чертежа. Например, профиль фрезы вогнуто выровнен для создания выпуклого края на заготовке.

Как изготавливаются режущие инструменты для формового фрезерования?

Изготовленные из материалов вроде инструментальной стали, твердого сплава или паяного карбида, поликристаллического алмаза (PCD) или высокоскоростной стали (HSS), кастомизированные фрезы требуют значительного времени и затрат на изготовление (мы рассмотрим типы формовых фрез позже).

Сроки изготовления специализированных формовых инструментов варьируются. Чаще всего преформы нужны для запуска процесса. Преформа изготавливается, а затем шлифуется до точного профиля. В определенных случаях карбид паяется в пазы фрезы для фиксации карбида во фрезе. Затем, когда инструмент считается изношенным, фрезу отправляют обратно производителю для удаления карбида. Они инспектируют пазы, и если они в допуске, новый карбид вкладывается и геометрия доводится финальной шлифовкой.

Этот же процесс выполняется для формовых инструментов PCD. Что касается цельного карбидного или HSS режущего инструмента, фреза инспектируется. Если она не слишком изношена, она переточивается. После завершения все инструменты перепроверяются перед отправкой обратно клиенту (цеху ЧПУ).

Какие материалы подходят для формового фрезерования?

Пример универсальности формового фрезерования — его использование на различных материалах таких как пластики, композиты и металлы вроде алюминиевых сплавов и чугуна.

Формовое фрезерование против других типов фрезерования

Формовое фрезерование выделяется своей способностью резать специфические и уникальные элементы и может резать множественные формы за один проход с превосходной чистотой поверхности.

Хотя начальные затраты на формовые инструменты могут быть высокими, экономия во времени цикла перевешивает использование множественных инструментов. Использование формовых инструментов исключает множественные смены инструментов, объединяя фрезы для множественных элементов в один инструмент. Время — деньги, как говорится!

Режимы резания, зависящие от элементов и материала, могут потребовать снижения, но не всегда. Если вы режете цельную поверхность, обычно раскрывают элемент сердечником. Затем идут с полуфинишным инструментом, дающим начальную форму элемента.

Далее используют финишный инструмент вроде ступенчатого расточного инструмента. Ступенчатые расточные инструменты финишат диаметры элемента и окончательную форму элемента чертежа. Формовые инструменты не обязательно только для крупносерийных работ. Иногда сложность элемента диктует, будет ли формовый инструмент лучшим.

Преимущества формового фрезерования

1. Способно резать сложные контуры
2. Дает точные и однородные результаты
3. Повышает эффективность за счет сокращения множественных фрезеровательных операций
4. Снижает общие затраты

Вызовы формового фрезерования

1. Проектирование и настройка требуют времени, увеличивая стоимость отдельных деталей для коротких серий (крупные партии более экономичны)
2. Не стоимостно-эффективно при производстве низкоценных, мелкосерийных компонентов
3. Программирование на G-коде и приобретение кастомных инструментов могут вызывать задержки
4. Контроль качества обработанных деталей из-за нестабильного резанья

Как работает формовое фрезерование?

Формовое фрезерование включает серию шагов и форм. Изначально чертеж идентифицирует форму или контур. Использование 3D CAD-модели детали также большой помощник. После проектирования создается 3D-модель инструмента и вставляется в модель детали. Она проверяется на точное соответствие модели (проверка размеров с чертежа).

На станке с ЧПУ формовая фреза устанавливается, а заготовка прочно закрепляется на фрезерном станке — в тисках, на столе или в приспособлении — для обеспечения стабильности во время фрезерования. Указание инструмента в шпинделе критично для успеха фрезы. Нормальное условие биения — 0,0002 дюйма или менее. Каждый шпиндель разный, поэтому критично указывать любой специальный формовый инструмент.

Перед резанием параметры должны быть установлены: скорость шпинделя, глубина резания, направление резания и скорость подачи. Также холостой прогон — прогон инструмента перед или рядом с заготовкой — держит инструмент в стороне от детали, показывая правильность программы и режимов. Любые ошибки можно решить после «резанья воздуха», и производство переходит к резанию реального материала.

СВЯЗАННО: 22 KPI ЧПУ-обработки, за которыми действительно стоит следить

Типы формовых фрез

В общем, есть три основных типа формовых фрез:

Вогнутые и выпуклые фрезы

• Вогнутые фрезы формируют выпуклые контуры на заготовках, доступны в различных радиусах кривизны. Выпуклые фрезы с полукруглым профилем создают вогнутые элементы. Каждая оснащена множественными канавками или вставными зубьями для удаления материала и варьируется по числу канавок в зависимости от сложности профиля и размера инструмента. Этот дизайн обеспечивает эффективное и точное производство сложных компонентов.

Формовые инструменты (Form Tools)

• Цельные формовые инструменты шлифуются под профиль. Формовые инструменты обычно используются для резания элементов вроде гидравлических портов. Индексируемые формовые инструменты могут быть кастомизированы для резания множественных элементов за раз, включая множественные диаметры и фаски.

Фрезы для скругления углов (Corner Rounding Cutters)

• Используются для скругления углов деталей, эти фрезы имеют вогнутый четверть-круговой профиль. Они эффективно создают гладкие радиусы на углах, сокращая проходы и устраняя ступени, типичные для стандартных фрез.

Выбор правильной формовой фрезы

Выбор правильной формовой фрезы критичен для достижения высокой точности. Эти специализированные фрезы предлагают повышенный контроль и точность, особенно когда один кастомный инструмент интегрирует множественные аспекты формы. Идеальны для сложных форм вроде гидравлических портов и бортовых валов, формовые фрезы обеспечивают точное воспроизведение контура и высококачественные покрытия.

Приспособленные к точным формам и размерам, формовые фрезы дают последовательную точность и повторяемость с меньшими усилиями и мастерством. Формовые фрезы эффективны, сохраняют однородность в быстрых производственных сериях и идеальны для обработки множества идентичных компонентов.

Формовое фрезерование — лишь одна техника ЧПУ-обработки. Опытный цех ЧПУ может рассказать больше об обработке и помочь определить, какая техника подходит для вашего применения. Однако как узнать, когда пришло время работать с высококлассным цехом ЧПУ? Наше руководство делится советами; нажмите ссылку ниже, чтобы получить копию.

Об авторе

Дэн заставляет станки Stecker Machine работать быстро. Он оптимизирует режущий инструмент и программы для пиковой эффективности, исправляет производственные проблемы, проектирует и подбирает передовое оснащение для новых заказов и улучшений продуктов. Начиная карьеру в цехе инструментов и штамповок, Дэн присоединился к SMC, когда ЧПУ-производство только начинало набирать обороты. В SMC он прошел путь от оператора станка до инженера по непрерывному улучшению, внедряя улучшения, сэкономившие около $500,000 за последние несколько лет.