Фрезы по алюминию: геометрия, покрытие и режимы
Для алюминия берут острую твердосплавную концевую фрезу с 2–3 зубьями, большой канавкой и углом спирали от 45°. Покрытие выбирают так, чтобы к нему меньше налипал металл: полированный твёрдый сплав без покрытия, DLC или алмаз. При высоком содержании кремния главным становится износостойкость, поэтому переходят на алмазное покрытие или PCD. Все режимы ниже стартовые, точные значения для конкретной фрезы указаны в каталоге её производителя.
Что ограничивает работу в алюминии
Алюминий режется с малыми силами, но фреза обычно выходит из строя не от перегрева. Есть две главные проблемы:
- Нарост. Металл приваривается к передней поверхности, меняет геометрию кромки, рвёт поверхность и уводит размер.
- Стружка. Длинная стружка забивает канавку и карман. Повторное резание стружки само вызывает нарост и дефекты поверхности, даже если нагрузка небольшая.
Поэтому геометрия фрезы по алюминию рассчитана в первую очередь на место для стружки и чистый рез. Подробнее о группе материалов: группы P, M, K, N, S, H.
Число зубьев
| Зубьев | Когда подходит | Что учесть |
|---|---|---|
| 1 | Главное отвести стружку | Меньше кромок, значит ниже минутная подача при той же нагрузке на зуб |
| 2 | Пазы, глубокие карманы | Самая большая канавка из многозубых вариантов |
| 3 | Обычный рабочий вариант | Баланс места для стружки и минутной подачи |
| 4 и больше | Малая ширина фрезерования | В глубоком кармане стружка может забить канавку и сломать фрезу |
Минутная подача считается как vf = fz · z · n. Лишний зуб поднимает её только до тех пор, пока стружке есть куда уходить.
Угол спирали
Большой угол спирали растягивает вход кромки в металл, сглаживает пики сил и лучше поднимает стружку. Для алюминия часто применяют 45–60°.
У большого угла есть цена. Растёт осевая сила, которая тянет деталь вверх при попутном фрезеровании, поэтому закрепление должно её выдержать. Выше примерно 55° может уменьшиться диаметр сердцевины и прочность фрезы.
Кромка и покрытие
Кромка должна быть острой, с положительным передним углом. Притупление и упрочняющая фаска, которые выручают при черновой обработке стали, в мягком алюминии усиливают трение и нарост. Поверхность канавки тоже имеет значение: риски от шлифовки мешают сходу стружки.
| Вариант | Где применяют |
|---|---|
| Без покрытия, полированная | Деформируемые сплавы с малым содержанием кремния |
| DLC или тонкий TiN | Снижение налипания |
| Алмазное покрытие | Сплавы с кремнием, сложные 3D-профили, где нет подходящей геометрии PCD |
| PCD | Серии и абразивные сплавы с высоким содержанием кремния |
В линейке Canela серии 6510, 6610, 6520 и 6530 рассчитаны на мягкие вязкие материалы, покрытие для них в каталоге не указано. У серий 6520 и 6530 по 2 и 3 зуба и угол спирали 45°. О разнице покрытий рассказано в статье про твёрдые сплавы и покрытия.
Сплавы с кремнием
Содержание кремния сильнее всего меняет выбор. В малокремнистых сплавах инструмент страдает от налипания, в высококремнистых от абразивного износа.
| Кремний | Сплавы | Что ограничивает | Направление |
|---|---|---|---|
| До 7 % | 6061, 2024, 7075 | Нарост, стружка | Твёрдый сплав |
| 7–12 % | Литейные | Нарастающий абразивный износ | В серии алмазное покрытие или PCD |
| Выше 12 % | Заэвтектические | Частицы первичного кремния | PCD |
Это рамка для выбора, а не точные границы. По справочнику ASM сплавы с содержанием кремния выше 10 % дают быстрый износ инструмента, а выше 5 % могут не давать блестящей поверхности, как другие высокопрочные алюминиевые сплавы. Поэтому перед заказом выясните марку сплава, а не только слово «алюминий».
Стартовые режимы
Значения относятся к конкретным сериям. Для другой фрезы смотрите её каталог.
| Серия | Инструмент | vc, м/мин | fz, мм/зуб | Условия |
|---|---|---|---|---|
| Canela 6020 | 2 зуба | 130–145 | 0,004–0,110 | ap 1·D |
| Canela 6230 | 3 зуба, TiAlN, универсальная | 140–145 | 0,009–0,065 | ap 1·D |
| Canela 6240 | 4 зуба, TiAlN, универсальная | 140–145 | 0,021–0,163 | ap 1,5·D, ae 0,1·D |
| Canela 6510 | 1 зуб, Ø 3–12 | 170–195 | 0,094–0,440 | ap 1,5·D |
| Canela 6520 | 2 зуба, спираль 45° | 95–300 | 0,035–0,200 | см. каталог |
| Canela 6530 | 3 зуба, спираль 45°, малокремнистый | 65–210 | 0,035–0,200 | см. каталог |
Как читать таблицу:
- Подача. Нижние значения fz относятся к малым диаметрам, верхние к большим. Точное значение зависит от диаметра, его берут из строки каталога.
- Другие линейки. У других фрез скорости бывают заметно выше, а PCD работает на своих режимах. Верхнюю границу задают каталог фрезы и обороты станка.
Справочный диапазон подачи для твердосплавной фрезы Ø 10–12 мм при ширине 0,5·D по группе N составляет 0,05–0,20 мм/зуб. Слишком маленькая подача в алюминии вредит: растёт нарост, поверхность становится шероховатой, а диаметр плавает.
Пример. Фреза Ø 10 мм, 3 зуба, vc = 145 м/мин, fz = 0,05 мм/зуб. Обороты: n = 1000 · 145 / (π · 10) ≈ 4615 об/мин. Минутная подача: vf = 0,05 · 3 · 4615 ≈ 692 мм/мин. Если шпиндель не даёт таких оборотов, скорость ограничивает станок, и подачу считают от реальных оборотов.
Глубина и ширина
Справочные значения для монолитных фрез:
| Параметр | Черновая | Чистовая |
|---|---|---|
| Глубина ap | 1–1,5·D | 0,1–0,5 мм |
| Ширина ae | 50–70 % D | 3–10 % D |
При ширине меньше половины диаметра стружка становится тоньше заданной подачи на зуб. Подачу поднимают, иначе кромка начинает тереть, а в алюминии это прямой путь к наросту.
Прямое осевое погружение лучше заменить врезанием по рампе с углом 1–5° или по спирали. Погружаться можно только фрезой, у которой каталог это допускает, со сниженной подачей.
Охлаждение и отвод стружки
В алюминии СОЖ нужна прежде всего для смазки и смыва стружки, а не для спасения кромки от перегрева. Подходит и минимальная смазка. Всухую можно работать лишь в отдельных случаях: например, в литейных сплавах с большим содержанием кремния, если стружка не копится. Для вязких малокремнистых сплавов и глубоких карманов на это рассчитывать нельзя.
В глубоких карманах направляйте в зону резания воздух или СОЖ, например через шпиндель. Выбирая СОЖ, проверяйте pH: сильно щелочная эмульсия травит алюминий. Подробности в статье про виды и концентрацию СОЖ.
Если что-то пошло не так
| Признак | Вероятная причина | Что попробовать |
|---|---|---|
| Рваная поверхность, плавает размер | Нарост | Поднять скорость и подачу на зуб в пределах каталога, взять более острую или полированную фрезу |
| Стружка забила канавку, фреза сломалась | Мало места для стружки | Меньше зубьев, больше воздуха или СОЖ, меньше ширина и глубина за проход |
| Быстрый износ кромки в литейном сплаве | Абразив от кремния | Алмазное покрытие или PCD |
| Деталь приподнимается | Осевая сила от большого угла спирали | Усилить закрепление, снизить угол спирали |
Общий порядок назначения режимов описан в статье как выбрать режимы резания, расчётные формулы в статье про формулы механообработки. Для подбора откройте раздел монолитные концевые фрезы. Отверстия в алюминии разобраны в статье про режимы сверления.
Частые вопросы
Сколько зубьев должно быть у фрезы по алюминию?
Обычно 2 или 3: алюминию нужна большая канавка для стружки. Одна канавка подходит там, где отвод стружки важнее числа кромок. Четыре зуба производители дают для малой ширины фрезерования, в глубоких карманах такая фреза рискует забиться стружкой.
Какие режимы ставить для фрезы по алюминию?
Берите значения из каталога конкретной фрезы. В каталоге Canela серии для мягких материалов работают примерно на 65–300 м/мин, у других линеек значения бывают выше. Подача на зуб для фрезы диаметром 10–12 мм при ширине 0,5·D по справочным данным составляет 0,05–0,20 мм.
Почему алюминий налипает на фрезу?
При недостаточной скорости и тонкой стружке алюминий приваривается к передней поверхности, образуется нарост. Помогают более высокая скорость в пределах допустимой для фрезы, достаточная подача на зуб, острая кромка, полированная канавка, смазка и отвод стружки.
Можно ли фрезеровать алюминий фрезой по стали?
Можно не всегда. Фрезы для стали часто имеют больше зубьев и другую подготовку кромки, поэтому в алюминии они быстрее забиваются стружкой и сильнее трут. Для серийной работы и глубоких карманов лучше взять фрезу, рассчитанную на алюминий.
Какая фреза нужна для силумина с высоким содержанием кремния?
Кремний делает сплав абразивным. Примерно от 7 % кремния в производстве переходят на алмазное покрытие или PCD, а выше примерно 12 % основным направлением становится PCD. Границы ориентировочные, решение зависит от партии и требуемой стойкости.
Как купить фрезу по алюминию в Тернадо?
Добавьте подходящие позиции из каталога в список запроса или опишите сплав, диаметр и операцию. Специалист пришлёт предложение.
Источники
- База знаний Metalworking Knowledge: Workpiece Materials in Milling; Cutter and Insert Geometry; Chip Load and Cutting Parameters in Milling; Aluminum and Non-Ferrous Machinability
- ASM, Machining of Aluminum and Aluminum Alloys, 1989 (приведено по базе знаний)
- Canela, каталог G, Solid Carbide: стр. G04, G10–G14, G44–G47, G51