Frezare - am uitat noţiunile de bază?

Producerea unui element finit printr-un proces de frezare reprezintă trecerea de la punctual A (semifabricat) la punctul B (piesa finită) într-un mod cât mai eficient posibil. Atingerea acestui obiectiv ține parțial de elemente geometrice (calea pe care o urmează capul de frezat – traseul frezei) și parțial de elemente tehnologice (selectarea capului de freză și cum să-l utilizăm – parametrii de așchiere).

Primul element, cel geometric, este tot timpul legat de obiectivul principal al operației de frezare. Vrem să avem cel mai mic cost de producție sau dorim cel mai scurt timp de fabricație (productivitate) sau poate obiectivul este un nivel ridicat de calitate (număr redus de rebuturi).

Evaluarea proceselor de frezare actuale arată o creștere a necesarului de piese finite cu un ridicat nivel de calitate (toleranțe dimensionate ridicate, finisare superioară a suprafeței, toleranțe de formă și poziție foarte strânse etc.), o tendință de scurtare a procesului de fabricație (productivitate), o presiune mare pe costul de producție și aplicații din ce în ce mai dificile (semifabricate din materiale foarte dure, piese cu complexitate ridicată, serii mici de fabricație) precum și dorința de a utiliza cât mai puține scule ideale (prelucrări în consolă mare, diametre mici, condiții instabile etc.).

Plecând de la aceste cereri ajungem la întrebări precum ce metodă de frezare sau strategie să utilizăm, alegem scula de frezare în funcție de aplicație sau de performanțele obținute, cum să selectăm parametrii de așchiere optimi, cum este influențat procesul de prelucrare de natura semifabricatului, complexitatea și dimensiunile piesei, mărimea seriei de fabricație. Și nu în ultimul rând, care sunt constrângerile impuse operației: capacitatea mașinii-unelte (putere, stabilitate, turație și avans), fixarea semifabricatului, posibilitățile de utilizare a lichidului de răcire) precum și cum limitează aceste constrângeri opțiunile pe care le avem.

Discuțiile despre strategia de frezare se pot împărți pe două categorii. O categorie de discuții se referă la strategia geometrică (traseul sculei). Asta înseamnă cum să deplasăm freza. Putem discuta despre diferite procedee,cum ar fi frezarea liniară sau non-liniară, frezarea circulară, frezarea în 5 axe, frezare plană generală (frezare cu întreruperi), frezare în consolă lungă, frezarea pereților subțiri, frezare prin copiere, frezare inversă, frezare cilindrofrontală, frezare pe axa Z, frezare superficială, canelare și canelare adâncă, conturare și profilare, frezare axială, frezare în rampă, frezare cu interpolare elicoidală, interpolare tricoidală, găurire etc.

Un capitol special al strategiilor geometrice îl reprezintă strategia de intrare, ex.: intrarea radială, intrarea tangențială, intrarea în rampă etc. Aceste discuții se referă la cum va intra capul de frezat în semifabricat pentru a începe operația de frezare.

Altă categorie de discuții este despre strategia tehnologică și se referă la ce tip de cap de frezat să alegem pentru o anumită operație precum și la selectarea parametrilor de așchiere optimi.

Tipurile de freze ce pot fi utilizate sunt multiple, ex.: freze pentru frezare plană, freze cilindro-frontale, freze pentru canelat, freze elicoidale, freze disc, freze cu vârf sferic, freze pentru copiere, freze pentru avans mare etc., fiecare freză oferind avantaje dar având de asemenea unele limitări. Selectarea se va face punând accent pe utilizarea la maxim a avantajelor și reducerea la minim a dezavantajelor datorate limitărilor. Este foarte important ca selecția să țină cont de echilibrul dintre performanțele oferite de tipul de freză și aria de aplicativitate a frezei respective.

O selecție bazată pe criterii de performanță se va orienta spre cea mai bună performanță posibilă (productivitate sau eficiență a costurilor), operație după operație. Acest lucru înseamnă că fiecare operație va fi executată cu cea mai performantă sculă posibilă. Această abordare oferă productivitate și eficiență a costurilor optime pe fiecare operație în parte. O selecție bazată pe aria de aplicativitate a sculei înseamnă că obiectivul este alegerea unei freze cu cel mai larg domeniu posibil de aplicativitate. Cu această abordare este posibilă optimizarea costului total cu sculele și toate costurile conexe, cum ar fi costul cu reglarea sculelor sau costul timpilor morți etc. Ambele abordări trebuie foarte bine luate în considerație deoarece fiecare dintre ele oferă un număr de avantaje și dezavantaje.

Ce abordare se potrivește mai bine unei situații impuse ține de un număr mare de elemente. Dar pentru ambele, alegerea unor parametri de așchiere corecți este piatra de temelie care face ca abordarea selectată să fie eficientă.

Elementul final din cadrul procedurii de selec-ție ,,strategia geometrică – alegerea frezei – selec­tarea parametrilor de așchiere” care face procesul de frezare să fie eficient este alegerea parametrilor de așchiere. De fapt este vorba de găsirea celei mai bune combinații posibile de parametri de așchiere. Parametrii ridicați de așchiere duc la o producti­vitate ridicată, dar și la un cost ridicat de produc-ție, în timp ce parametrii scăzuți de așchiere vor reduce costurile, dar vor duce și la o productivitate scăzută. De aici rezultă importanța echilibrului între parametri. Mai mult de atât, în general condițiile în care se pot executa operații de frezare sunt limitate de constrângeri practice (puterea limitată a mașinii-unelte, stabilitatea semifabricatului și a sculei) ceea ce duce la restrângerea plajei de manevră la alegerea parametrilor de așchiere.

Sunt posibile mai multe procedee de frezare: frezare grea (parametri de așchiere optimizați pentru frezarea materialelor dure), HSM (high speed mill­ing – frezare cu viteze mari de așchiere), HFM (high feed milling – frezare cu avansuri mari), frezare RPM (frezare la turații foarte mari), HPM (high perfor­mance milling – frezare cu adâncimi mari de așchiere).

Caracteristice pentru frezarea cu viteze mari de așchiere sunt adâncimile mici de așchiere axiale și radiale, grosimea mică a așchiei, muchii de așchiere ascuțite și materiale foarte dure pentru plăcuțele de așchiere. Frezarea cu avansuri mari vine cu adâncimi de așchiere axiale mici, adâncimi de așchiere radiale mari, viteze mari de avans și viteze medii/mari de așchiere. Frezarea cu adâncimi mari de așchiere se face cu adâncimi de așchiere axiale și radiale mari, combinate cu viteze de așchiere și de avans medii. Frezarea grea ține cont de o strategie geometrică foarte specifică, adâncimi de așchiere axiale și radiale mici, grosime mică a așchiei, viteze mari de așchiere și materiale foarte dure pentru plăcuțele de așchiere.

Un subiect de sine stătător este aplicarea corectă a parametrilor de așchiere. Indiferent de tipul opera-ției de bază – frezare liniară (direcția de deplasare a avansului este o linie dreaptă, exemplu: frezarea plană) sau non-liniară (direcția de deplasare a avan­sului este o curbă, exemplu: frezare prin interpolare elicoidală) – aplicarea avansului și a adâncimilor axia­le și radiale de așchiere se va face în concordanță cu definiția lor de bază. Avansul reprezintă deplasarea centrului frezei, indiferent de tipul deplasării efec­tuată de centru. Avansul se va referi întotdeauna la centrul frezei și nu la periferia ei. Adâncimea radial de așchiere este definită ca și lățimea cu care freza este în contact cu semifabricatul. Această lățime se măsoară paralel cu raza frezei (este perpendiculară pe direcția avansului). Aplicarea corectă a acestor definiții garantează funcționarea corectă a frezei în condițiile date. Aplicarea incorectă duce la apariția unor probleme grave cum ar fi uzura excesivă a frezei, durată de viață a sculei foarte mică, vibrații, finisare nesatisfăcătoare a suprafeței etc.

Cu toate acestea există câteva elemente funda­mentale în tehnologia de frezare care trebuie înțelese și aplicate corect în timpul operației de frezare, chiar înainte de a porni o discuție referitoare la subiectele de mai sus. Aici mă refer la poziționarea frezei, utiliza­rea factorilor de avans (considerații despre grosimea așchiei) și utilizarea factorilor de viteză (considerații asupra vitezelor și temperaturilor de așchiere). Toate acestea formează capitolul ,,principiile de compen­sare a sculei” din tehnologia de frezare. Stăpânind toate acestea va fi foarte ușor de găsit un echilibru între siguranță, productivitate și eficiență a costurilor. În seria de articole ce se derulează vom descoperi tot ceea ce înseamnă prelucrare prin așchiere și cum să aplicăm teoria în cel mai eficient mod pentru a obține operații de așchiere optime.

Mai multe informații legate de acest subiect se pot găsi în programul educațional SECO STEP. Pentru mai multe informații vă rugăm să contactați reprezentatul SECO local.

ION ȚÂMPU este Technical Representative Seco Tools România