Kąt przystawienia i grubość wiórów podczas frezowania

Kąt przystawienia (KAPR) to kąt między główną, wiodącą krawędzią skrawającą i powierzchnią obrabianą.Kąt przystawienia wpływa na grubość wiórów, rozkład siły skrawania i trwałość narzędzia.

Najczęściej występujące kąty przystawienia to 90 stopni, 45 stopni i 10 stopni oraz przypadek szczególny, gdy głębokość skrawania jest mniejsza niż promień zaokrąglenia naroża ostrzy i determinuje aktualną wartość kąta przystawienia, jak np. we frezach na płytki okrągłe.

Zmniejszenie kąta przystawienia powoduje redukcję grubości wiórów h_ex dla danej wartości posuwu na ostrze f_z. Efekt zmniejszenia grubości (pocieniania) wiórów powoduje rozłożenie obciążenia naddatkiem na dłuższym fragmencie krawędzi skrawającej.

Ponadto mniejsze kąty przystawienia zapewniają bardziej stopniowe zagłębienie ostrza w materiał, co zmniejsza nacisk w kierunku promieniowym i chroni krawędź skrawającą. W takim przypadku pamiętać należy jednak, że rośnie składowa osiowa siły skrawania, wywierając większy nacisk na powierzchnię czołową przedmiotu obrabianego.

Frezowanie pod kątem przystawienia 90 stopni

Główny obszar zastosowania frezu o kącie przystawienia 90 stopni to frezowanie walcowo-czołowe.

W przypadku frezów o kącie przystawienia 90 stopni dominuje promieniowa składowa siły skrawania, zgodna z kierunkiem ruchu posuwowego. Oznacza to, że powierzchnia obrabiana po stronie czołowej nie będzie narażona na duży nacisk, co jest korzystne w przypadku frezowania przedmiotów o słabej strukturze lub cienkich ściankach, a także w przypadkach niestabilnego mocowania.

Frezowanie pod kątem przystawienia 45 stopni

Frez o kącie przystawienia 45 stopni to wybór do ogólnego zastosowania w przypadku frezowania czołowego. Składowe siły skrawania pozostają w równowadze, co oznacza mniejsze zapotrzebowanie na moc napędu wrzeciona obrabiarki.

Ten typ frezu nadaje się w szczególności do frezowania materiałów generujących krótkie wióry, które łatwo ulegają oddzieleniu, jeśli nadmierne promieniowe siły oddziałują na malejącą stopniowo ilość materiału na końcu przejścia.

Płynne wejście w materiał ogranicza tendencję do popadania w drgania podczas frezowania przy długich wysięgach lub przy użyciu mniejszych/słabszych oprawek narzędziowych i złączy.

Formowanie cieńszych wiórów umożliwia większą produktywność w wielu zastosowaniach, ponieważ daje szansę na skrawanie z większym posuwem przy jednoczesnym umiarkowanym obciążeniu krawędzi skrawającej.

Frezowanie pod kątem przystawienia 60–75 stopni

Ten typ frezów to frezy specjalnego przeznaczenia do frezowania czołowego, oferujące większą głębokość skrawania w porównaniu z frezami czołowymi ogólnego przeznaczenia. Poosiowe oddziaływanie siły skrawania jest niższe w porównaniu z frezem czołowym o kącie przystawienia 45 stopni, a wytrzymałość krawędzi jest większa w porównaniu z frezem o kącie przystawienia 90 stopni.

Frezowanie pod kątem przystawienia 10 stopni

Kąt przystawienia 10 stopni używany jest w przypadku frezów do frezowania z dużym posuwem i do frezowania wgłębnego. Tworzone są cienkie wióry, umożliwiające bardzo duży posuw na ostrze, f_z, przy niewielkiej głębokości skrawania i co za tym idzie bardzo wysokie prędkości posuwu v_f.

Dominuje osiowa składowa siły skrawania, a więc skierowana w stronę wrzeciona, co poprawia stabilność pracy. Jest to korzystne w przypadku długich narzędzi i niestabilnych układów obróbkowych, gdyż ogranicza tendencję do popadania w drgania.

Ten typ frezu sprawdza się podczas wykonywania otworów przy użyciu trzech osi oraz frezowania wgłębnego wybrań, lub w sytuacjach, gdy konieczne jest użycie przedłużonego frezu.

Frezowanie za pomocą płytek okrągłych lub frezów z dużym promieniem zaokrąglenia naroża

Frez na płytki okrągłe jest frezem ogólnego przeznaczenia i wydajnym narzędziem do obróbki zgrubnej.

Duży promień naroża oznacza dużą wytrzymałość krawędzi skrawającej. Tego typu narzędzia są odpowiednie do frezowania z dużym posuwem z powodu generowania cienkich wiórów obciążających krawędź skrawającą na relatywnie długim odcinku.Efekt redukcji grubości (pocieniania) wióra sprawia, że frezy te nadają się do obróbki tytanu i stopów żaroodpornych.

W zależności od bieżącej wartości osiowej głębokości skrawania a_p, kąt przystawienia może mieć różną wartość z zakresu od zera do 90 stopni, zmieniając kierunek oddziaływania całkowietej siły skrawania wzdłuż promienia zaokrąglenia naroża, i tym samym związany z nią nacisk na powierzchnię obrabianą w trakcie frezowania.

Maksymalna grubość wiórów podczas frezowania

Maksymalna grubość wióra to najważniejszy parametr dla produktywności i niezawodności procesu frezowania. Skrawanie jest skuteczne jedynie wówczas, gdy wartość h_ex jest prawidłowo dobrana do stosowanego frezu.

• Cienkie wióry o zbyt małej wartości h_ex są jednym z najczęstszych powodów małej wydajności obróbki, a w konsekwencji niskiej produktywności całego procesu. Może to mieć negatywny wpływ na trwałość narzędzia i formowanie wiórów
• Zbyt duża wartość h_ex stanowi duże obciążenie dla krawędzi skrawającej, co może doprowadzić do jej wyłamania

Zmniejszenie grubości wiórów pozwala zwiększyć posuw

Wraz ze zmniejszeniem grubości wiórów, posuw na ostrze można zwiększyć w trzech przypadkach:

1. Przy frezowaniu płytkami o prostych krawędziach z kątem przystawienia poniżej 90°.
2. Przy frezowaniu płytkami okrągłymi lub o dużym promieniu zaokrąglenia naroża z małą wartością osiowej głębokości skrawania a_p.
3. Przy frezowaniu walcowym z małą wartością promieniowej głębokości skrawania a_e/D_e.

Obliczanie grubości wiórów dla płytki o prostej krawędzi

W przypadku frezów o kącie przystawienia 90 stopni posuw na ostrze jest równy maksymalnej grubości wiórów (f_z=h_ex). Zmniejszając kąt przystawienia, należy zwiększyć posuw na ostrze, aby zapewnić utrzymanie tej samej grubości wiórów.

KAPR=90°

KAPR=45°

KAPR=10°

Przykład:
Jeśli maksymalna wartość h_ex = 0,1 mm i KAPR = 45°
Zalecany posuw, f_z = 1,4 x 0,1 = 0,14 mm/ostrze

Należy zwrócić uwagę, o ile można zwiększyć posuw na ostrze w przypadku frezu do dużych posuwów o kącie przystawienia 10 stopni. Wynika to z tego, że następuje prawie sześciokrotne zmniejszenie grubości wióra.

Obliczanie grubości wióra dla frezów na płytki okrągłe i płytki z zaokrąglonym narożem

Grubość wiórów h_ex zależy od kąta przystawienia, który w tym przypadku przyjmuje wartość zależną od głębokości skrawania.Przy niskich wartościach stosunku a_p/i C można znacznie zwiększyć posuw, aby grubość wióra wzrosła do pożądanego poziomu.

Najlepsze wyniki obróbki uzyskuje się, gdy kąt przystawienia pozostaje poniżej 60 stopni, a głębokość skrawania nie przekracza 25% średnicy płytki. Przy większej głębokości skrawania bardziej korzystne jest zastosowanie płytki kwadratowej o kącie przystawienia 45.

Płytki okrągłe cechują się większą maksymalną grubością wióra niż płytki o prostej krawędzi z powodu bardziej wytrzymałego kształtu i rozkładowi obciążenia na większej długości krawędzi skrawającej.

Płytki okrągłe są wyjątkowe, ponieważ maksymalna grubość wióra zmienia się w zależności od przyjętej głębokości skrawania. Dlatego przy większej głębokości trzeba zwiększyć posuw, aby mieć pewność uzyskania wiórów o właściwej grubości.

Obliczanie grubości wiórów dla frezowania walcowego (np. frezami tarczowymi)

Wartość h_ex zmienia się w zależności od średnicy frezu i zagłębienia promieniowego frezu a_e/DC. Jeśli wartość ta jest mniejsza niż 50%, maksymalna grubość wiórów maleje względem f_z.

Posuw można zwiększać o współczynnik modyfikacji podany w tabeli poniżej, zależny od wartości stosunku a_e/DC.

Przykład:
DC=20 mm; a_e = 2 mm; a_e/DC = 10%
h_ex = 0,1 mm, f_z = 0,17 mm/ostrze