2019 01 Frezarea1.pdf

Frezarea - Milling

Frezarea • Proces de prelucrare prin așchiere la care scula prevăzută cu mai multe tăișuri are mișcarea principală de așchiere (de rotație). Mișcarea de avans dintre sculă și semifabricat este definită într-un sistem de axe triortogonal. •

Procedeu productiv.

Frezarea - Milling - Obiective • • • • • •

• • • • •

Tipuri Parametrii prelucrării (ap al, f, (vf), v, (n)) Alegerea diametrului frezei si a poziției de lucru Frezarea în sensul și contra avansului Geometria frezei Contactul inițial al plăcutei așchietoare cu semifabricatul la frezarea frontală Unghiul de atac și forțele de așchiere Alegerea pasului dintre dinți Alegerea formei tăișului Calitatea suprafețelor prelucrate prin frezare Defecte ce apar la prelucrarea prin frezare

Tipuri de frezari

Frezarea - Milling •

Frezarea frontală - face milling

•

Frezarea cilindrică – peripheal (plain) milling

(a) frezare cilindrică; (b) frezare frontală (c) frezare cilindro-frontală (d) si (e) frezari profilate cu freza cu cap rotund

Frezare frontala – face milling

• • • •

(a) plăcuță în așchiere (b) frezare în sensul avansului – down milling (c) frezare în contra avansului – up-milling ; lc =D/2; cursa de lucru a frezei este l+2.lc

Frezare frontala – face milling

poate fi realizată atât pe o suprafaţă continuă cât şi pe o suprafaţă întreruptă;

Frezare frontala – face milling

Prelucrarea clasică constă în treceri paralele succesive. Intrările si ieșirile sculei din așchiere sunt de evitat. Produc tensiuni nefavorabile in tăișuri, șocuri, vibrații sau chiar autovibratii.

Este preferabilă programarea unei traiectorii care sa mențină scula in așchiere permanent.

Frezare cilindrică – peripheal milling

• (a) frezare in contra avansului (up-milling – conventional milling) si in sensul avansului (down milling) • (b) dimensiuni • (c) lc =D/2; cursa de lucru a frezei este l+lc

Tipuri de frezări

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1. Facemilling - Frezare frontală

8. Cutting off - Debitare

2. Square shoulder milling – Frezarea cilindro-frontală

9. High feed milling – Frezarea cu avansuri mari

3. Profile milling – Frezare de profilare

10. Plunge milling –Frezarea pe adâncimi mari – plonjare ( aceiași scula ca la 9)

4. Cavity milling - Frezarea unei cavități

11. Ramping – Frezarea unei suprafețe inclinate

5. Slot milling –Frezarea unui canal

12. Helical interpolation – Interpolare elicoidală

6. Turn milling – strunjire + frezare

13. Circular interpolation – Interpolare cilindrică

7.

14. Trocidal milling – Frezare trocoidală

Thread milling - Filetare prin frezare

Operații Degroșare oțel Roughing in steel CoroMill 245

Finisare, profilare oțel Finishing/profiling in steel CoroMill 200 CoroMill 245

CoroMill 300

CoroMill 390 CoroMill Century

CoroMill Plura

Aluminium

Firma Sandvik

CoroMill 390 CoroMill Plura

Parametrii tehnologici la frezare

Parametrii tehnologici ai frezării ap = adâncimea principală (axială) de așchiere [mm] - axial depth of cut – (întotdeauna paralelă cu axa sculei) ae = adâncimea secundară (radială)[mm] - radial depth of cut (perpendiculară pe direcția adâncimii principale de așchiere

Adancimi de aschiere ( ap si ae ) Frezare cilindrica

Frezare de colț

Frezarea unui canal

ae ae

ap

ap

ap Frezare de colț

Frezarea unui canal

Frezare frontală

ae

ap

ae

ap

ae

ae

Parametrii tehnologici ai frezarii fz = avans /dinte [mm/dinte]Feed per tooth

z n= 6 fz

zn = numar de dinți fn =avansul /rotatie [mm/rot] fn = ( fz x zc) Feed per revolution vf = Avansul mesei mașinii [mm /min] Table feed vf = fz x zn x n

n

Parametrii tehnologici ai frezarii n

vc n

(m/min)

(rpm)

Parametrii frezării cilindrice

fz = avans pe dinte– [mm/rot]

fz

Feed per tooth [mm/tooth]

hex

hm = grosimea medie a așchiei [mm] ae hm

hex = grosimea maximă a așchiei [mm]

Calcularea parametrilor de așchiere frezarea frontală Se dau

Se cer

vc = 225 m/min

n (rpm)

fz = 0.21 mm/rot

vf (mm/min)

zn = 5

Rata de producție

Dc = 125 mm

Puterea consumată

ap = 4 mm ae = 85 mm 4

85

Calcularea turației Fiind dat vc = 225 m/min vc x 1000 n=  x Dc n=

225 x 1000 3.14 x 125 = 575 rot/min

Calcularea vitezei de avans

vf = n x

fz

x zn

vf = 575 x 0.21 x 5 = 600 mm/min

Parametrii de așchiere Given

Calculated

vc = 225 m/min

574 rpm

fz = 0.21 mm/dinte

600 mm/min

zc = 5 Dc = 125 mm ap = 4 mm ae = 85 mm

Calcularea ratei de productie (rata volumului de material indepartat)

Q=

ap x ae x vf 1000

cm3/min

Calcularea ratei de productie (rata volumului de material indepartat)

𝑄=

4∗85∗600 1000

= 204

3

𝑐𝑚 /min

Calcularea puterii consumate [kW]

Pc = ae x ap x vf x K 100 000 K=5.4

Calcularea puterii – Exemplu 1 unghi de atac 45º frezarea frontală a oțelului, CMC 01.3 ( oțel cu procentaj de carbon 0,5…0,8%)

Se dau: Dc = 125 mm ap = 4 mm ae = 85 mm vf = 600 mm/rot fz = 0.2 mm/dinte Care este valoarea puterii [kW]?

Puterea consumată Exemplu, CMC 01.3

Pc = ap x ae x vf x K 100 000

Pc = 4 x 85 x 600 x 5.4 100 000 = 11,1 kW

Calcularea puterii - Exemplu 2 unghi de atac 45º frezarea frontală a oțelului, CMC 01.3 (procentaj de carbon 0,5…0,8%)

Se dau: Dc = 125 mm ap = 6 mm ae = 100 mm vf = 800 mm/rot fz = 0.2 mm/dinte Care este valoarea puterii [kW]?

Puterea consumată Exemplu 2 , CMC 01.3

Pc = ap x ae x vf x K 100 000

Pc = 6 x 100 x 800 x 5.4 100 000 = 26 kW

Parametrii la frezarea frontală - problemă • Se prelucrează prin frezare frontala o suprafață plană de 300x160. Materialul CMC 01.3 (procentaj de carbon 0,5…0,8%) (OLC 55). • Diametrul frezei – 200 mm ; • z= 12 dinți • ap = 2 mm; • fz = 0.2 mm/rot • v= 180 m/min • Stabiliți modul de generare a suprafeței, lungimea de prelucrare • Calculați: f, n, vf • Rata de producție • Puterea consumată

Alegerea diametrului frezei și a poziției de lucru

Alegerea diametrului frezei și a poziției de lucru •

Se realizează pe baza : – adâncimii de așchiere secundară ae ; – puterii mașinii unelte

• Poziționarea sculei în raport cu semifabricatul are un rol hotărâtor pentru succesul operației • Frezare frontală • Situația 1. Diametrul frezei ( Dc – cutting diameter) este necesar a fi cu 20-50% mai mare decât adâncimea secundară (ae ) (lățimea semifabricatului). Ideal pentru frezarea frontală. Este indicat ca axa frezei să nu fie plasată simetric în raport cu semifabricatul pentru evitarea vibrațiilor și a uzurii premature a tăișurilor. • Situația 2. Semifabricatul are lățime mai mare sau egală cu diametrul frezei. Se realizează mai multe treceri. Indicat ca la fiecare trecere, adâncimea de așchiere sa fie aproximativ ¾ din diametrul frezei. • Frezare cilindrică • Situația 3. Diametrul este mult mai mare decât lățimea de așchiere. Trebuie respectată condiția de minim 2 dinți în așchiere

evita :  15    15

+



A ‘

DC DC

A‘

–



vf

vf

Poziția sculei la frezarea frontală vf 0.05 x Dc, cel putin

DC

ae = 0,75 x Dc vc

Se evită zona în care așchia încă nu se formează sau este foarte subțire și unde frecările sunt foarte mari si implicit determina o uzură mare a sculei și o calitate slabă a suprafeței prelucrate. Se obține astfel o creștere a durabilității tăișului sculei. In zona evitată, calitatea suprafeței prelucrate ar fi slabă datorita deformațiilor mari în zona în care așchia nu se formează.

Pozitionarea sculei in raport cu semifabricatul

Poziția sculei Plasați scula ușor descentrat pentru a evita vibrațiile

Poziționați axa sculei astfel încât la ieșirea frezei din lucru, așchia sa fie cât mai subțire.

Consideratii privind intrarea si iesirea frezei din aschiere

• Centrul frezei este in • Centrul frezei este • Centrul frezei se află afara semifabricatului plasat pe muchia în interiorul semifabricatului – semifabricatului • Atenție la apar vibratii mari respectarea condiției !!!!!!!!!!! de doi dinți în contact

Considerații privind intrarea si ieșirea frezei din așchiere - continuare • Centrul frezei este în afara semifabricatului • Socul inițial este preluat de către tăiș – zona cea mai sensibilă a tăișului • Ultima zonă care iese din material este tot tăișul care va trebui sa suporte un soc și la ieșire

• Centrul frezei este plasat pe muchia semifabricatului • Plăcuța părăsește așchia atunci când grosimea așchiei este mare. Șocuri mari atât la intrare cat si la ieșire • Este situația cea mai defavorabilă

• Centrul frezei se află în interiorul semifabricatului • Impactul inițial este preluat de către o zonă mai îndepărtată de tăiș (de pe suprafața de degajare) • La ieșirea din material plăcuța părăsește materialul într-un mod gradat

Forțele pe dinte la frezare

evita : 15    15

!!!

!!!

Este necesară îndeplinirea condiției de doi dinți în contact !!!

Unghiul de aschiere j s > 90o –

se calculează atât pentru frezarea frontala cât și pentru cea cilindrică hm =

Grosimea medie a așchiei Average chip thickness

jS

= Unghiul de așchiere Cutting arc angle

j 1 = Up milling area

j 2 = Down milling area

vf

vf

Frezarea in sensul si in contra avansului

Frezarea în contra avansuluiUp milling (conventional)

Așchia începe sa fie detașată de la zero și apoi crește. Semifabricatul tinde să fie ridicat de pe masa mașinii unelte datorita forțelor de așchiere. Forțele de așchiere de valoare mare tind să îndepărteze scula de lângă semifabricat. Tăișul este forțat să așchieze, creându-se un efect de frecare – lustruire până la intrarea tăișului în material, o stare de temperaturi si frecări mari, precum și un contact cu o suprafață durificată de către tăișul anterior. Pot fi antrenate în fața tăișului așchii detașate la treceri anterioare care vor cauza distrugeri ale tăișului.

Frezarea în sensul avansului - down milling

Așchierea începe cu o arie mare a așchiei. Este evitat efectul de frecare - lustruire, temperaturi mai mici și tendințe mai mici de durificare a materialului. Semifabricatul este apăsat de către forțele de așchiere. Este preferată la mașini robuste cu sistem de compensare a jocurilor la sistemul de avans.

Frezarea în sensul avansului - down milling

Frezare cilindrică

Frezarea în contra avansuluiUp milling (conventional)

Frezare frontală

Frezare cilindrică

Frezare frontală

Freze clasificare

Geometria frezelor

Geometria frezei

Freza cu geometrie negativă Unghi de degajare negativ in planul posterior Axial rank angle

gf

gp

Unghi de degajare în planul de lucru Radial rank angle Valoarea negativă permite eliminarea cu ușurință a așchiilor.

Unghi de atac

ls

Contactul inițial dintre plăcută si așchie are loc pe suprafața de degajare. Vârful plăcuței este protejat.

k

Approach angle

Unghi de inclinare de valoare negativă Inclination angle Valoarea negativă protejează tăisul.

Freza cu geometrie pozitivă gf

k

Approach angle Unghi de atac

gp

Placuta pozitiva pt. frezare Indexable insert Cutting nose (corner radius)

Secondary cutting edge

a Clearance angle

Major cutting edge

Rake face

Clearance surface

Tabel comparativ pentru utilizarea diferitelor tipuri de plăcuțe

Tipuri de plăcuţe

Geometrie

Geometrie

Plăcuță

pozitivă

negativă

rotundă

Parametrii

pozitivă

comparaţi Viteză

mare

mică

mare

Productivitate

mare

mică

mare

mare

mică

mare

slabă

bună

slabă

1

2

1

slabă

mare

slabă

Durabilitate

mică

medie

mică

Rigiditatea necesară

mică

mare

mică

Utilizare

limitată

limitată

limitată

Eficienţă în consum de energie Disiparea căldurii Numărul de feţe Rezistenţa tăişului

Contactul inițial al placuței așchietoare cu semifabricatul la frezarea frontala

Contactul inițial al placuței așchietoare cu semifabricatul

S-T-U-V contact

S contact

U contact

V contact

Contactul inițial al placuței așchietoare Modul de îndepartare a așchiei

Contactul inițial al placuței așchietoare l>0; g>0 contact S Folosire: •în general la prelucrarea oțelului, fontei, oțelului aliat •când exista tendința de formare a tăișului de depunere •când există tendința de a se obține calitate slabă a suprafeței și se urmărește îmbunătățirea ei. Avantaje:

• Este posibil să se obțină calitate bună a suprafeței chiar dacă există tendința de formare a depunerii pe tăiș •Datorita încărcărilor mai mici se obțin suprafețe netede

Dezavantaje: •Vârful sculei este slab •Se pot folosi numai plăcute pozitive (cu o singură față)

•Sistemul de prelucrare trebuie să aibă putere și rigiditate suficientă

Contactul inițial al placuței așchietoare l<0; g<0 contact U Folosire: •In cazul prelucrărilor intermitente •Degroșarea oțelului si a fontei Avantaje: •Vârf așchietor robust •Degroșarea suprafețelor grele care conțin nisip, ulei etc. •Economic - Folosește plăcute negative •Bun control al așchiei – se fragmentează Dezavantaje: •Sistemul de prelucrare trebuie sa aibă putere si rigiditate suficienta

Contactul inițial al placuței așchietoare l>0; g<0 contact V Folosire: •In cazul frezarii materialelor foarte greu prelucrabile • In cazul degroșării cu adâncimi si lățimi mari de așchiere a oțelului si fontei

Avantaje: •Buna curgere a așchiilor, mașinabilitate bună •Potrivit pentru așchierea materialelor greu de prelucrat

•In cazul sculelor cu pași neegali se evită apariția autovibratiilor Dezavantaje: •Se pot folosi numai plăcuțe pozitive (cu o singura față)

Contactul inițial al placuței așchietoare l<0; g>0 contact T Folosire: •Când așchia trebuie să se îndrepte spre centrul sculei Dezavantaje: •Așchiile care se îndreaptă spre centrul sculei zgârie suprafața prelucrată •Curgere proastă a așchiilor

l=0; g=0 contact SUVT – cel mai dificil contact – șocuri mari

Alegerea unghiului de atac la frezarea frontala

Variaţia unghiului de atac

Grosimea aschiei h k = 90°

k = 45°

k = max. 15°

k = max. 15°

Forme de aschie

Unghiul de atac= = (90º)

fz

• hex = fz (ae > 50% x Dc )

Unghiul de atac= (45º)

fz hex

Dap

• fz = 1.41 x hex (Compensare pentru unghiul de atac)

Unghiul de atac= Variabil

45° 30°

• hex = depinde de ap 100% chip load 75% 50% 25%

Dc

fz

=



iC ap

ae k1

Forțele de așchiere și unghiul de atac k k = 45°

k = 90°

k = max. 15°

k = max. ca. 15°

Fres Fax Fres

Fres Fax

k = 90° Forte radiale mari Forte axiale mici Recomandat pentru semifabricate instabile Avansuri mici

Fr  Fax

Fr = Fax

Fr  Fax

Fr

Fax

Fr k = 45° approach angle  Forte axiale si radiale identice  Recomandat pentru frezare frontală  Recomandat pentru extensii mari

Fr k = max. 15° approach angle Forte radiale mici Forte axiale mari  Foarte recomandat pentru extensii mari  Se pot folosi cu avansuri foarte mari

Alegerea unghiului de atac 90 grade

45 grade

Placuta rotunda

• • Prelucrarea pieselor cu • Prima alegere • pereti subtiri • Vibratii mici in cazul • Dispozitive de prindere careprinderilor lungi in consola• nu sunt foarte rigide • Aschia mai subtire dar • • Se cere o forma de 90º lungimea mai mare a taisului activ permite cresterea productivitatii

Cel mai robust tais Folosire generală Permite folosirea de avansuri mari Forma aschiei favorizeaza prelucrarea materialelor rezistente la caldură

Alegerea pasului frezelor

Alegerea pasului -Pitch choices Prima alegere Low

High

L Coarse pitch (-L) Pas mare pt degrosare

M Close pitch (-M) Pas mediu

H Extra close pitch (-H) Pas foarte mic Finisare

Alegerea pasului - Pas mare- Coarse pitch (-L)

L Coarse pitch (-L)

•

Număr mic de plăcute - Reduced number of inserts

•

Stabilitatea limitată - Limited stability

•

Lungime mare in consolă - Long overhang

•

Mașini mici ( putere limitată) - Small machines / limited horsepower

•

Adâncimi principale mari de prelucrare. Deep full slotting operations

•

Pas variabil pentru micșorarea vibrațiilor - Differential pitch

Alegerea pasului - Pas mediu- Close pitch (-M)

M Close pitch (-M)

•

Utilizare generală - General purpose

•

Eficientă in producții mixte - Suitable for mixed production

•

Mașini mici si medii - Small to medium machines

•

Este in general prima alegere Usually first choice

Alegerea pasului – Pas foarte micExtra close pitch (-H)

H Extra close pitch (-H)

•

Număr mare de plăcute pentru productivitate maximă - High number of inserts for maximum productivity

•

Condiții stabile de prelucrare Stable conditions

•

La prelucrarea materialelor care dau așchii scurte - Short chipping materials

•

La prelucrarea materialelor cu rezistenta termică ridicată - Heat resistant materials

Selecting cutter pitches

L

M

H

kW Cast iron Heat (CMC 08) resistant alloys (CMC 20)

Selectarea placutei aschietoare – geometria taisului sculei

Selectarea geometruiei placutei aschietoare - Selecting the insert geometry -L

   

-M

Medium (-M) Usoara - Light (-L) Geometrie pozitivă - Extra  Geometrie de uz positive universal - General purpose geometry Prelucrări ușoare -Light machining  Avansuri medii - Medium feed rates Forte de așchiere mici Low cutting forces  Operații medii până la degroșări ușoare Avansuri mici - Low feed Medium operations to rates light roughing

-H

 





Grea - Heavy (-H) Tăiș rezistent Reinforced cutting edge Prelucrări grele - Heavy machining Cea mai mare rezistentă a tăișului - Highest edge security Avansuri mari - High feed rates

Definirea conditiilor de prelucrare – selectarea geometriei placutelor

Conditii bune  Adancimea de prelucrare  25% din latura placutei  Consola  2 diametre  Prelucrare continua  Frezare cu si fara racire  Componente pre-uzinate

Conditii medii  Adancimea de prelucrare  50% din latura placutei  Consola  3 diametre  1-2 intreruperi pe rotatie  Frezare cu si fara racire  Crusta subtire

Conditii grele  Adancimea de prelucrare  75% din latura placutei • Consola > 3 diametre • > 2 intreruperi pe rotatie  Frezare cu si fara racire  Crusta subtire

Selectarea placutei aschietoare – forma taisului transversal pentru obtinerea unei calitati foarte bune a suprafetei prelucrate

Forma placutelor influenteaza calitatea suprafetei prelucrate

Calitatea suprafetelor

Radius insert

B
Radius insert

B>f

Finishing insert (Wiper)

Calitatea suprafeței la frezarea frontală • Se folosește o plăcută de tip Wiper la câteva plăcute cu tăiș transversal clasic. • Se îmbunătățește calitatea și productivitatea

r

• Avansul limitat la 60% din tăișul transversal

bs

• Montarea corecta a plăcutei Wiper este importantă 0.05

• Amplasarea plăcuței Wiper trebuie sa fie sub cota celorlalte plăcute

8.2

Placuta reglabila wiper Fixed insert

Fațeta este mai mare decât avansul pe dinte

Defecte de prelucrare la frezare

Defecte de prelucrare

a – Bavura b,c – ruperi ale muchiilor semifabricatelor

Defecte de prelucrare

(a)Urme lăsate pe suprafața prelucrata datorate bătăilor axei sculei. (b)Urme de pe suprafața prelucrată atunci când apare fenomenul de auto-vibratii (chatter)

Probleme ce apar la frezare si cauzele cele mai probabile

plăcuţei

Uzura flancului

Depuneri pe

tăiş

semifabrica-

tului

Ruperea

plăcuţei

♦ ♦

♦

Crater de uzură

♦

Calitate slabă a

suprafeţei

♦

♦ ♦ ♦

♦ ♦

♦

♦

Vibraţii

Blocarea

aşchiilor ♦

Ruperea ♦ ♦

♦ ♦

♦

♦ ♦

♦ ♦

♦ ♦

♦

♦ ♦

♦ ♦

Exfolierea

♦

♦

aşchietoare

Verificarea stării muchiei

aşchietoare

Verificarea prinderii sculei

Mărirea rigidităţii

Scăderea unghiului de atac

Schimbara pasului sculei de frez

frezat

Schimbarea geometriei sculei de

Scăderea avansului pe dinte

♦

Mărirea avansului pe dinte

Probleme Scăderea vitezei de aşchiere

Creşterea vitezei de aşchiere

mai rezistente

Folosirea unei carburi metalice

mai dure

Folosirea unei carburi metalice

Remedii

Principalele probleme întâlnite în cadrul proceselor de frezare

Subiecte examen • • • • • • • • • • • • • • • •

Tipuri de frezari Parametrii tehnologici la frezare Parametrii frezarii - rezolvare problema Alegerea diametrului frezei si a pozitiei de lucru Pozitionarea sculei in raport cu semifabricatul Freze clasificare Geometria frezelor Frezarea in sensul si contra avansului Geometria frezei; Contactul initial al placutei aschietoare cu semifabricatul la frezarea frontala Alegerea unghiului de atac la frezarea frontala Alegerea pasului frezelor Selectarea placutei aschietoare – geometria taisului sculei Selectarea placutei aschietoare – forma taisului transversal pentru obtinerea unei calitati foarte bune a suprafetei prelucrate Defecte de prelucrare la frezare Probleme ce apar la frezare si cauzele cele mai probabile - Analiza