Usługi frezowania CNC a wybrane rodzaje frezów

Obróbka CNC jest wykorzystywana w wielu gałęziach przemysłu. Niezależnie od tego, w jakiej branży działa firma oferująca usługi frezowania CNC czy usługi tokarskie niezbędne są do tego precyzyjne narzędzia. Frezy służą do kształtowania i cięcia różnych materiałów, poza metalami również drewna, kamienia czy tworzyw sztucznych. Zależnie od potrzeb są one dostępne w szerokiej gamie kształtów, rozmiarów i materiałów, z których są wykonane, aby jak najlepiej zoptymalizować dobór narzędzia do jego przeznaczenia. Frezy nadają się m.in. do cięcia, kształtowania elementów, wykonywania rowków, frezowania gwintów czy formowania zębów przy kołach zębatych.

Na czym polegają usługi frezowania CNC?

W trakcie wykonywania usługi frezowania CNC frez we frezarce porusza się prostopadle do swojej osi, skutecznie usuwając nadmiar materiału z przedmiotu obrabianego za pomocą krawędzi tnących na obwodzie frezu. Obrabiany przedmiot jest utrzymywany w miejscu za pomocą imadła lub zacisków, a frez jest zamontowany na wrzecionie, które obraca się z dużą prędkością. W trakcie, gdy frez się obraca, zaczepia o obrabiany przedmiot i usuwa z niego materiał. Głębokość i szerokość cięcia reguluje się poprzez odpowiednie ustawienie wysokości i położenia frezu.

Co to jest frez?

Frezy to narzędzia, które są wykorzystywane praktycznie bez przerwy przez firmy wykonujące usługi frezowania CNC. Są to obrotowe narzędzia tnące, które służą do usuwania nadmiaru materiału z przedmiotu obrabianego aż do osiągnięcia wymaganego projektem kształtu. Zwykle mają wiele krawędzi skrawających i można je zamontować na frezarce lub maszynie CNC. Podczas frezowania przedmiot będzie się przesuwał w linii poziomej lub bocznej a wrzeciono z frezem będzie wykonywało ruch w pionie. Do cięcia materiału frez wykorzystuje rowki frezujące zw. inaczej krawędziami skrawającymi.

Jak wybrać odpowiedni frez?

Osoby wykonujące usługi frezowania CNC powinny bardzo rzetelnie przeanalizować zakup narzędzia skrawającego. I choć nie ma dokładnej metody wyboru „właściwego” frezu należy wziąć pod uwagę wiele zmiennych:

Twardość i rodzaj materiału, z którego ma być wykonany detal,
Kształt cięcia, jaki należy wykonać,
Średnicę frezu,
Określenie czy będzie potrzebny frez pełny czy wymienny,
Maksymalną prędkość wrzeciona i sztywność urządzenia,
Określenie czy będzie wykonane cięcie zgrubne, czy gładkie wykończenie powierzchni,

Warto również policzyć opłacalność doboru frezu. Czy bardziej opłacalna będzie inwestycja w system frezów z wymiennymi płytkami czy w jednolity frez? Dodatkowo istotne jest z jakiego materiału będzie wykonany frez. I tu należy wziąć pod uwagę nie tylko jednorazowy wydatek, ale też przewidzieć żywotność frezu. Producenci narzędzi skrawających zawsze podają dane dotyczące skrawania materiałów, które zalecają do użytku z danym frezem, z którymi należy się zapoznać przed zakupem frezu. Jeśli producent nie dysponuje danymi skrawania dla danego materiału to należy przyjąć, że frez nie jest do niego odpowiedni. Istotna jest również konstrukcja samego noża, gdyż wiedząc, że aluminium przykleja się do rowków powlekanych frezów – firma wybierze frez niepowlekany. Można również dokonać wyboru frezu w oparciu o kryterium, jaką jest długość rowka. Jest to maksymalna dostępna głębokość skrawania i jeśli poszukuje się frezu, który może wejść w głęboki otwór lub szczelinę to warto wziąć ten czynnik pod uwagę. Jak więc widać wybór prawidłowego frezu nie należy do najprostszych, ale jest niezbędny do osiągnięcia oczekiwanego wyniku prac.

Podział frezów ze względu na materiał, z jakiego są wykonane

Wyróżniamy wiele materiałów, z których są zrobione narzędzia skrawające:

Frezy ze stali szybkotnącej (HSS, FSS) występują najczęściej w formie stopowej z wolframem, molibdenem, wanadem lub kobaltem i powlekane są z reguły azotkiem tytanu. Mają one niezwykłą odporność na ścieranie, na obciążenia dynamiczne czy zginanie. Nadają się do obróbki stali, tworzyw sztucznych, stopów miedzi i aluminium. Frezy te mają jednak niską twardość i mniejszą odporność na zużycie, choć charakteryzują się wysoką wytrzymałością krawędzi i odpornością na wibracje. Dzięki temu nadają się do skrawania ze średnimi prędkościami.
Frezy ze stali proszkowej (PM), która ma większą twardość i odporność na ścieranie niż HSS. Można nimi pracować przy większych prędkościach i posuwach. Polecane do urządzeń o zbyt małej sztywności,
Frezy z węglików spiekanych np. wolframu, tytanu, azotku tytanu lub ich połączenia. Niezależnie od rodzaju frezy te charakteryzują się dużą twardością w wysokich temperaturach do 1000⁰C, odpornością na ścieranie i wysoką wytrzymałością na naciski, ale jednak mniejszą niż frezy HSS co doprowadza czasem do ich pękania i odprysków. Prędkość skrawania jest 4-8 razy większa niż w przypadku HSS. Ostrza nie są łatwe do naostrzenia i z reguły konieczna jest ich wymiana na nowe.
Frezy ze spieków ceramicznych wykonane są z ceramiki proszkowej. W większości jest to tlenek aluminium, inne tlenki, azotki np. krzemu i mogą być powlekane węglikiem tytanowo – azotkowym. Mają one dużą odporność na obciążenia dynamiczne, wysoką twardość oraz niektóre z nich odporność na temperaturę do 1200⁰C. Nadają się do skrawania np. żeliw czy stali,
Frezy z polikrystalicznego diamentu (PKD), które są wytwarzane z węgla. Mają dużą odporność na ścieranie i na temperatury do 600⁰C. Ich wadą jednak jest wyjątkowa kruchość i wchodzenie w reakcje z dodatkami stopowymi. Będą wykorzystywane do skrawania materiałów nieżelaznych oraz stopów aluminiowych z dużą zawartością krzemu,
Frezy z polikrystalicznego azotku boru (CBN, PKB) wykazują bardzo dużą twardość do temperatury nawet 2000⁰C. Mają również dużą wytrzymałość na ścieranie i wysoką odporność chemiczną. Nadają się do skrawania bardzo twardych materiałów (pow. 48 HRC) przy zachowaniu wysokiej jakości powierzchni.

Podział frezów ze względu na geometrię ostrzy

Walcowe przeznaczone do obróbki płaskich powierzchni lub prostopadłych krawędzi,
Walcowo-czołowe przeznaczone do obróbki płaszczyzn, płaszczyzn z obrzeżem i wykonywaniu rowków teowych,
Tarczowe trzystronne z ostrzami prostymi są wykorzystywane do wykonywania płytkich lub wąskich rowków,
Tarczowe trzystronne naprzemiennoskośne stosowane do rowków o zarysie prostokątnym,
Jednostronne (piłkowe) wykorzystywane do przecinania,
Kątowe umożliwiają wykonywanie rowków trapezowych i kątowych.

Frezy powlekane i niepowlekane a usługi frezowania CNC

Frezy powlekane mają nałożoną na swojej powierzchni cienką warstwę powłoki, którą uzyskuje się na dwa sposoby – poprzez chemiczne (CVD) lub fizyczne (PVD) osadzanie z fazy gazowej. Powłoka ta może być wykonana z różnych kombinacji materiałów tj. azotku tytanu, węgloazotku tytanu, azotku połączenia tytanu i glinu czy węgla diamentopodobnego. Ma ona na celu zwiększenie twardości frezu i zapewnienie lepszej odporności na zużycie podczas obróbki. Frezy powlekane mają niższy współczynnik tarcia, a przez to dłuższą żywotność i prędkość cięcia materiałów. Poprzez zmniejszone tarcie poprawiają smarowanie pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym, co skutkuje niższymi temperaturami skrawania i lepszym wykończeniem powierzchni. Ważne, aby sprawdzić współdziałanie powłoki z obrabianym materiałem, gdyż np. aluminium może się przyklejać do niektórych powłok, gromadzić lepkie wióry i w efekcie doprowadzić do uszkodzenia obrabianego przedmiotu. Frezy te nie sprawdzą się również przy niższych prędkościach oraz są zwykle droższe od frezów niepowlekanych. Warto przeanalizować te parametry przed wyborem frezu.

Frezy niepowlekane nie posiadają żadnej powłoki na swojej powierzchni. Usługi frezowania CNC wykorzystują je w obróbce metali żelaznych, gdy wykonawcy zależy na obniżeniu kosztów, ale głównie do metali nieżelaznych jak np. aluminium. Polerowany, niepowlekany frez zapewnia wysoką wydajność obróbki metali nieżelaznych. Frezy te są również dużo tańsze od powlekanych, więc idealnie pasują pod projekty z ograniczonym budżetem. Są odpowiednie również do wielu materiałów i ogólnej obróbki, a ich dodatkową zaletą jest łatwość ostrzenia. Podobnie jak frezy powlekane, tak i te mają jednak swoje wady. Najważniejszą jest krótsza żywotność w porównaniu do frezów powlekanych, szczególnie przy obróbce twardych materiałów. Brak powłoki może prowadzić do wyższych temperatur skrawania, a to również obniża trwałość narzędzia. Frezy te nie są odpowiednie do dużych prędkości i posuwów.

Podsumowując frezy powlekane są więc preferowane do obróbki z dużą prędkością i przecinania twardych materiałów jak np. stal nierdzewna lub tytan. Niepowlekane dla odmiany są polecane do miękkich materiałów jak np. aluminium czy mosiądz. Są również bardziej ekonomiczne, choć mniej trwałe niż powlekane.