Jusheng

Supponiamo che un ingegnere di un'officina meccanica stia lavorando un lotto di componenti CNC personalizzati utilizzando una fresa a spianare su una macchina CNC: una flangia di 20 mm di spessore in acciaio calibro 45. Non riesce a decidere se eseguire un taglio da 10 mm o due da 5 mm. Un taglio troppo profondo provoca scheggiature dell'utensile, mentre un taglio troppo superficiale richiede troppo tempo.

Si tratta di un problema che la maggior parte dei professionisti della fresatura CNC si trova ad affrontare quotidianamente. Questo articolo, frutto dell'esperienza di JS, fornisce una soluzione esaustiva al problema "quanto profonda può tagliare una fresa a spianare ?". Mette in guardia i lettori dai principali fattori che influenzano la profondità di taglio, consiglia loro di ottimizzare i parametri di taglio e di selezionare il processo di fresatura più appropriato per migliorare la qualità e l'efficienza della lavorazione.

Riepilogo delle risposte principali

Perché mettere in risalto l'esperienza di JS con le frese frontali in mano?

JS Precision Manufacturing è sempre pronta a intervenire con urgenza quando i clienti si rivolgono a JS per ordinare componenti industriali di fresatura CNC per impieghi gravosi con un diametro di 3 metri o per richiedere rapidi servizi di fresatura CNC online per componenti in lega di alluminio.

Abbiamo oltre 10 anni di esperienza nella produzione di fresature CNC personalizzate, tra cui lavori di spianatura su un'ampia gamma di materiali, dall'acciaio dolce e inossidabile fino alle leghe di titanio e alluminio . Abbiamo prodotto componenti di altissima precisione con tolleranze di planarità di 0,1 mm e riparato componenti di grandi dimensioni da 50 tonnellate.

I nostri ingegneri vantano una vasta esperienza nel comportamento di diversi tipi di frese frontali e sono in grado di impostare con precisione la pianificazione della profondità di taglio in base alla capacità della macchina e al materiale del pezzo da lavorare.

Questo libro è una raccolta delle nostre innumerevoli esperienze pratiche di fresatura CNC in officina; ogni consiglio è stato testato sul campo e convalidato nella nostra officina, quindi puoi contare sulla sua professionalità e semplicità d'uso.

Se avete bisogno di pezzi fresati CNC, la capacità produttiva di fresatura CNC personalizzata in loco di JS offre soluzioni innovative e assistenza completa. Utilizzando frese a spianare efficienti, possiamo aiutarvi a prevenire problemi di lavorazione e ridurre al minimo i tempi di consegna.

Fresa per spianatura: più che acciaio, una precisa combinazione di tecnologia e materiali

Nella fresatura CNC, la scelta della fresa a spianare ha un impatto diretto sulla profondità di taglio e sulla qualità della lavorazione. Ogni fresa a spianare è più adatta a specifiche applicazioni e si adatta a diverse applicazioni, come illustrato di seguito:

Fresa ad alto avanzamento (il demone della velocità)

Progettato per alte velocità, la geometria dell'inserto consente elevati volumi di asportazione del metallo a basse profondità di taglio (Ap = 0,5-2 mm). Applicabile per sgrossatura e finitura su macchine relativamente rigide, con forze di taglio e vibrazioni ridotte.

Fresa per spianatura a 45 gradi (la più versatile)

Questa è una fresa universale per fresatura frontale CNC. Con un angolo di ingresso di 45°, una forza di taglio simmetrica e la capacità di tagliare ghisa, acciaio e leghe di alluminio, la sua profondità di taglio può raggiungere fino al 15%-25% del diametro dell'utensile (ad esempio, 24-40 mm con un utensile φ160 mm), oltre a supportare operazioni di sgrossatura, asportazione di materiale e semifinitura.

Fresa per spallamento quadrato (The Precision Master)

Precisione nella fresatura di superfici a gradini a 90 gradi con planarità zero e zero errori di perpendicolarità. Il suo inserto raschiante sul bordo migliora la finitura superficiale . È adatto per tagli di finitura, dove la profondità di taglio massima è pari al 10%-20% del diametro dell'utensile (ad esempio, 20-40 mm per una fresa da 200 mm di diametro). È ampiamente utilizzato per lavorazioni CNC di componenti ad alta precisione.

Opzioni di nicchia: fresa a inserti circolari e fresa a bordo ondulato

Le frese a inserti circolari presentano taglienti lunghi con un'espansione delle forze di taglio, risultando quindi adatte a materiali duri come l'acciaio inossidabile. La loro profondità di taglio massima è pari all'80% del raggio dell'inserto.

Le frese Wave-Edge sono progettate esclusivamente per il taglio di leghe di alluminio e presentano un'ampia tasca per i trucioli per evitare intasamenti e una profondità massima pari a 1-1,5 volte il diametro dell'utensile, il che le rende utensili da taglio ideali per la fresatura CNC di leghe di alluminio.

Nella produzione di fresatura CNC personalizzata , la scelta della fresa a spianare più adatta è fondamentale. JS offre un servizio completo, dalla selezione alla lavorazione. Non esitate a contattarci per maggiori dettagli sui servizi di fresatura CNC online.

Il mistero della profondità: quattro principi che influenzano la profondità di fresatura (Ap)

Principio 1: il diametro dell'utensile è la base

Maggiore è il diametro, maggiore è la forza di taglio che può essere sopportata e maggiore è la profondità massima di taglio (migliore rigidità del corpo della fresa e distribuzione uniforme della forza).

Ad esempio, una fresa a spianare con diametro di 200 mm che taglia acciaio di grado 45 ha una profondità di taglio massima di 30-50 mm, mentre una fresa a spianare con diametro di 100 mm ha una profondità di taglio massima di 15-25 mm. Il sovraccarico deve essere considerato in base alla capacità della macchina utensile.

Principio 2: La potenza e la rigidità delle macchine utensili sono i limiti

La potenza è direttamente responsabile della capacità di eseguire tagli profondi. Il margine di errore per una mancanza di potenza è minimo prima che si verifichino sovraccarichi, stalli o vibrazioni.

Ad esempio, una macchina da 10 kW con una fresa frontale da 160 mm di diametro che taglia acciaio di grado 45 può gestire una profondità di taglio massima di 5 mm o meno, mentre una macchina da 20 kW può gestire una profondità di taglio massima di 8-10 mm.

Una scarsa rigidità delle macchine utensili può esacerbare le vibrazioni a grandi profondità di taglio, compromettendo la qualità della lavorazione.

Principio 3: La durezza del materiale del pezzo è una limitazione

Quanto più duro è il materiale, tanto maggiore è la resistenza al taglio e tanto minore è la profondità massima di taglio.

Ad esempio, durante la fresatura di acciaio dolce HRC20-30, è possibile fresare 20 mm con una fresa a spallamento retto. Durante la fresatura di acciaio legato HRC40-50, con lo stesso utensile, la profondità di taglio massima dovrebbe essere ridotta a 5-8 mm per evitare di scheggiare l'inserto.

Principio 4: la geometria e la qualità dell'inserto sono cruciali

La lama a scanalatura larga ha un ampio spazio per i trucioli ed è adatta per tagli profondi. Il tipo a scanalatura stretta è adatto per tagli superficiali, tagli profondi e avanzamenti elevati.

La profondità di taglio massima delle lame in lega dura è maggiore del 30%-50% rispetto a quella dell'acciaio rapido. Quando si lavorano materiali ad alta durezza con lame in ceramica, la capacità di profondità di taglio aumenta di circa il 20% rispetto alle leghe dure.

La tabella seguente mostra come le quattro regole di base influiscono sulla profondità di fresatura e come correggerle:

Il servizio di fresatura CNC online di JS calcolerà innanzitutto la potenza della macchina, il materiale del pezzo da lavorare e altri aspetti per progettare un piano di profondità di taglio della fresatura frontale ragionevole per te, con un processo di lavorazione stabile ed efficiente e aiutandoti a produrre con successo parti di fresatura CNC.

Come ottenere in modo sicuro la massima profondità di taglio nei tagli pesanti?

Il taglio profondo con elevate profondità di taglio presenta rischi significativi e tre punti devono essere considerati con la massima priorità:

Stabilità prima di tutto

La stabilità è un prerequisito per il taglio pesante:

• Per garantire che il pezzo in lavorazione sia saldamente bloccato, utilizzare dispositivi di fissaggio speciali o piastre di pressione per esercitare la pressione di serraggio e impedire che il pezzo in lavorazione si muova durante la lavorazione.
• Per controllare il gioco tra le guide della macchina utensile. Rimuovere eventuali spazi eccessivi per evitare vibrazioni durante il taglio.
• Mantenere la prolunga dell'utensile il più corta possibile. Una prolunga più lunga riduce la rigidità dell'utensile e aumenta il rischio di vibrazioni.

Ad esempio, quando si lavora acciaio spesso 50 mm, mantenere l'estensione della fresa frontale entro 1,5 volte il diametro dell'utensile per una stabilità ottimale.

Selezione degli strumenti

Per tagli severi, utilizzare una fresa a spianare rigida e resistente agli urti. Si consiglia di utilizzare un corpo fresa in metallo duro integrale, più rigido del 50% rispetto alle frese saldate . Per gli inserti, utilizzare metallo duro a grana ultrafine con buona tenacità per resistere a forze di taglio elevate.

Nel frattempo, il diametro dell'utensile da taglio dovrebbe corrispondere alle dimensioni del pezzo in lavorazione. Ad esempio, per lavorare un pezzo con diametro di 1 metro, è necessario selezionare una fresa a spianare con diametro di 250-315 mm per consentire un taglio profondo e ridurre al minimo il numero di passate.

Strategia del percorso (utilizzando la fresatura a tuffo o la fresatura trocoidale)

La fresatura alternativa convenzionale comporta la concentrazione delle forze di taglio a profondità di taglio elevate, causando vibrazioni. La fresatura a tuffo e la fresatura trocoidale contrastano efficacemente questo problema.

La fresatura a tuffo prevede l'applicazione della forza di taglio verso il basso lungo l'asse Z, allineando il mandrino della macchina utensile. Questa macchina utensile presenta la massima rigidità ed è particolarmente adatta alla lavorazione di cavità profonde o superfici a gradini , con una profondità di taglio massima fino al doppio del diametro dell'utensile.

La fresatura trocoidale utilizza un movimento di taglio elicoidale, riducendo l'area di contatto del taglio e distribuendo le forze di taglio, riducendo al minimo l'usura dell'utensile ed è efficace per tagli profondi in materiali duri.

Il cuore dei parametri di taglio: trovare il rapporto ideale tra profondità di taglio, avanzamento e velocità

Profondità di taglio (Ap), avanzamento (F) e velocità (S) nella fresatura frontale sono interdipendenti e richiedono un rapporto ottimale. Questo è definito specificamente come segue:

Profondità di taglio (Ap) e larghezza di taglio radiale (Ae)

Il tasso di asportazione del metallo (MRR) ha un effetto diretto sull'efficienza della lavorazione, e Ap e Ae sono componenti significative del MRR. Un Ap più elevato comporta un aumento del MRR, ma lo stesso vale anche per le forze di taglio, in proporzione. Ae rappresenta l'ampiezza del contatto radiale tra utensile e pezzo, mentre Ae più elevato comporta un taglio maggiore per giro.

Quando si lavorano parti in acciaio utilizzando una fresa a spianare da 200 mm con Ap=10 mm, Ae=100 mm e F=1000 mm/min , l'MRR è 1.000.000 mm³/min. Se Ap viene aumentato a 20 mm, l'MRR raddoppia, il che garantisce una potenza della macchina sufficiente.

Avanzamento per dente (fz)

L'avanzamento per dente si riferisce alla quantità di distanza tagliata per ogni giro di lama, influenzando direttamente la forza di taglio e la finitura superficiale.

• Un fz elevato (0,2-0,5 mm/dente) genera un'elevata forza di taglio ed è più adatto alla sgrossatura (ad esempio, una fresa ad alto avanzamento con un fz di 0,5 mm/dente per la fresatura dell'acciaio).
• Un fz basso (0,1-0,2 mm/dente) genera un'eccellente finitura superficiale ed è più adatto per la finitura (ad esempio, una fresa a spallamento quadrato con un fz di 0,15 mm/dente per la finitura).

Velocità di taglio (Vc)

La velocità di taglio è la velocità lineare del movimento del tagliente dell'utensile ed è strettamente correlata alla sua durata. Una Vc più elevata porta a un'usura eccessiva, mentre una Vc più bassa comporta una lavorazione inefficiente. Per le leghe di alluminio, Vc = 300-500 m/min, per l'acciaio di grado 45, Vc = 100-200 m/min e per l'acciaio inossidabile, Vc = 80-120 m/min.

La regola d'oro: "Avanzamento elevato con profondità di taglio ridotta, profondità di taglio elevata con avanzamento medio-basso."

Questa regola si basa su centinaia di operazioni di fresatura CNC .

• Un avanzamento elevato con profondità di taglio ridotta, ad esempio Ap = 1-2 mm e fz = 0,4-0,6 mm/dente, può ridurre le forze di taglio migliorando al contempo l'efficienza e può essere utilizzato su macchine utensili di normale rigidità.
• Un'elevata profondità di taglio con avanzamento medio-basso, ad esempio Ap = 15-20 mm e fz = 0,15-0,25 mm/dente, può evitare le vibrazioni causate da forze di taglio eccessive ed è adatta per macchine utensili ad alta rigidità.

La tabella seguente fornisce un riferimento per l'avanzamento e la velocità a diverse profondità di taglio (per la lavorazione di acciaio da 45# utilizzando una fresa a spianare in metallo duro da φ160 mm):

I servizi di fresatura CNC online di JS personalizzeranno la profondità di taglio, l'avanzamento e il rapporto di velocità in base alla vostra applicazione di lavorazione, seguendo la regola d'oro, e vi forniranno prezzi di fresatura CNC trasparenti. Preventivi e ordini sono semplici. Basta fornirci i disegni dei pezzi e svilupperemo rapidamente un piano.

La fresatura frontale non è una panacea: quando è necessario utilizzare un processo di fresatura alternativo?

La fresatura frontale è più indicata per la lavorazione di superfici piane. Per cavità profonde e contorni complessi sono necessarie altre operazioni.

La tabella seguente fornisce un confronto tra la fresatura frontale e altri processi di fresatura:

JS non offre solo la fresatura frontale, ma anche diverse altre operazioni come la fresatura di tasche, la fresatura di contorni e la fresatura a tuffo. Possiamo selezionare il processo ottimale in base alle caratteristiche strutturali dei vostri pezzi fresati CNC e creare una soluzione di produzione di fresatura CNC personalizzata per consentire una lavorazione più rapida e precisa dei pezzi.

Caso di studio: la rinascita di un anello inferiore di turbina gigante: una corsa contro il tempo nella fresatura frontale

Il dilemma del cliente

Una delle centrali idroelettriche ha sostituito un anello inferiore in acciaio fuso (ZG270-500) da 8 metri di diametro e 50 tonnellate di peso. La planarità richiesta era ≤0,2 mm e il tempo di sostituzione è stato di 72 ore.

Inizialmente, il cliente ha utilizzato una fresa a spallamento retto di grandi dimensioni (Ap = 8 mm, fz = 0,3 mm/dente, Vc = 120 m/min). Le enormi forze di taglio (15 kN) hanno causato lo spostamento del pezzo e la scheggiatura del tagliente dell'utensile. La lavorazione ha richiesto 96 ore, ben oltre i tempi previsti, con decine di migliaia di dollari sprecati per ogni singola ora.

La soluzione innovativa di JS

Di fronte al dilemma del cliente, JS precision machining ha creato un approccio combinato di "fresatura ad alto avanzamento + finitura di spallamenti quadrati di grande diametro" e ottimizzazione del serraggio e dei parametri.

Ottimizzazione del serraggio:

Abbiamo utilizzato otto morsetti idraulici per fissare saldamente l'anello inferiore al tavolo della macchina , con una pressione di 50 kN per morsetto, per evitare spostamenti nulli durante la lavorazione. Abbiamo inoltre utilizzato blocchi della stessa altezza sotto l'anello inferiore per evitare la deformazione del pezzo.

Fase di sgrossatura:

Abbiamo selezionato una fresa ad alto avanzamento da φ250 mm con inserti in metallo duro a grana ultrafine. Abbiamo utilizzato un approccio a profondità di taglio ridotta, avanzamenti estremamente elevati, taglio a tutto tagliente, velocità di taglio di Vc = 180 m/min e velocità del mandrino di S = 229 giri/min.

Finitura Srage:

È stata utilizzata una fresa a spallamento retto da φ315 mm con lama wiper a rettifica fine. Sono stati utilizzati parametri di ridotta profondità di taglio, passo ridotto e avanzamento medio-alto, nello specifico Vc = 200 m/min, S = 202 giri/min e fz = 0,2 mm/dente.

Risultati finali

L'intero processo di lavorazione è stato completato in sole 64 ore, consegnato con otto ore di anticipo, facendo risparmiare al cliente centinaia di migliaia di dollari di tempo perso. La durata della fresa ad alto avanzamento durante la lavorazione è stata di 12 ore, mentre quella della fresa a spallamento retto di 8 ore, entrambe superiori alle 5 ore richieste dal cliente.

Questo caso dimostra chiaramente che la "massima profondità di taglio" non è l'obiettivo, ma che "la velocità ottimale di rimozione del metallo" e "l'affidabilità del processo" sono le chiavi del successo della fresatura CNC.

Domande frequenti

D1: È possibile aumentare la profondità di taglio nella fresatura delle leghe di alluminio?

Sì. La forza di taglio delle leghe di alluminio è circa un terzo di quella dell'acciaio e, di conseguenza, la potenza della macchina è inferiore. È possibile utilizzare utensili in alluminio come le frese a tagliente ondulato. Sono dotate di ampi canali di evacuazione dei trucioli che non si accumulano, e consentono di raggiungere una profondità di taglio massima pari a 1-1,5 volte il diametro dell'utensile (ad esempio, 100-150 mm per un utensile con diametro φ100 mm).

D2: La potenza della macchina limita la profondità di taglio?

Sì, la potenza della macchina limita direttamente la profondità di taglio massima. La potenza determina la capacità di sopportare le forze di taglio e un aumento forzato della profondità di taglio quando non è sufficiente può causare sovraccarichi, arresti e danni al mandrino. Prima di determinare la profondità di taglio, è necessario confermare la potenza nominale della macchina utensile.

D3: Come faccio a sapere se la profondità di taglio è eccessiva?

Si noti quattro segnali significativi:

• Un sordo brontolio o una vibrazione metallo su metallo della macchina indicano che le forze di taglio stanno superando la capacità della macchina.
• Inserire scheggiature (usura anomala) prima del tempo di manutenzione previsto.
• Segni di vibrazione sulla superficie di lavoro del componente lavorato.
• Chip di colore scuro (surriscaldamento). Se si verifica uno di questi fenomeni, ridurre Ap o riottimizzare altri parametri.

D4: Devo utilizzare la fresatura a passata singola o a strati?

Dipende dalla durezza del materiale del pezzo e dal sovrametallo di lavorazione. Quando si lavora con materiali molto duri (ad esempio, acciaio legato HRC40 +) o con sovrametalli di lavorazione superiori a 15 mm, la fresatura a strati sarà più efficace. Per materiali teneri come leghe di rame e alluminio con un'asportazione di materiale ≤5 mm, una profondità di taglio singola è più efficace e può anche ridurre i costi della fresatura CNC.

Riepilogo

La profondità di taglio di una fresa a spianare è molto più di una semplice risposta numerica. È un complesso gioco di equilibrio tra tecnologia degli utensili, capacità della macchina, proprietà dei materiali e conoscenza del processo. Solo comprendendo la scienza che sta dietro a questa tecnica e padroneggiando l'arte del bilanciamento dei parametri è possibile trasformare il centro di lavoro in un vero e proprio strumento di produzione.

JS vanta una vasta esperienza decennale nella fresatura CNC ed è in grado di fornirti un supporto professionale, sia nella scelta della fresa a spianare più adatta, sia nella determinazione dei parametri di taglio ottimali, sia nella sfida di lavorare pezzi di grandi dimensioni.

Il nostro semplice processo di servizio di fresatura CNC online e i prezzi trasparenti della fresatura CNC ci consentono di aiutarti a creare soluzioni efficaci a molti problemi di profondità di fresatura frontale e di lavorazione per parti di fresatura CNC sicure ed efficienti.