Твердосплавные или быстрорежущие фрезы: что выбрать для производства

Выбор фрезы напрямую влияет на производительность обработки, качество поверхности, стойкость инструмента и себестоимость готовой детали. На производстве чаще всего применяют два основных типа режущего инструмента: твердосплавные фрезы и фрезы из быстрорежущей стали (HSS).

У каждого варианта есть свои преимущества. Быстрорежущая сталь отличается вязкостью и сравнительно невысокой стоимостью, тогда как твердый сплав позволяет работать на значительно более высоких скоростях резания и обеспечивает высокую стойкость инструмента.

Разберем, чем отличаются эти виды фрез и какой инструмент лучше выбрать для конкретных производственных задач.

Что такое быстрорежущие фрезы

Быстрорежущие фрезы производят из специальных инструментальных сталей, сохраняющих режущие свойства при повышенной температуре. Для их обозначения часто используется аббревиатура HSS - High Speed Steel.

Главное преимущество быстрорежущей стали - сочетание достаточной твердости и высокой вязкости. Благодаря этому инструмент сравнительно хорошо переносит ударные и переменные нагрузки.

HSS-фрезы применяются при обработке различных сталей, цветных металлов и других материалов. Особенно оправдано их использование там, где возможности оборудования не позволяют реализовать высокие скорости резания.

К преимуществам быстрорежущих фрез относятся:

1. сравнительно невысокая стоимость;
2. хорошая вязкость материала;
3. устойчивость к ударным нагрузкам;
4. возможность применения на оборудовании с ограниченной жесткостью;
5. относительно простая переточка инструмента;
6. широкий выбор типоразмеров и конструкций.

Основное ограничение HSS связано с допустимой скоростью обработки. При интенсивном нагреве режущей кромки быстрорежущая сталь быстрее теряет рабочие свойства, поэтому возможности повышения производительности ограничены.

Что такое твердосплавные фрезы

Твердосплавный инструмент изготавливается из материалов на основе карбидов твердых металлов со связующей фазой. Для производства цельных твердосплавных фрез широко применяются сплавы на основе карбида вольфрама.

По сравнению с быстрорежущей сталью твердый сплав обладает значительно большей твердостью и теплостойкостью. Благодаря этому инструмент способен сохранять режущие свойства при высоких температурах в зоне резания.

Это позволяет увеличивать скорость обработки и повышать производительность оборудования.

Основные преимущества твердосплавных фрез:

1. высокая износостойкость;
2. возможность работы на высоких скоростях резания;
3. продолжительная стойкость режущей кромки;
4. высокая точность обработки;
5. хорошее качество обработанной поверхности;
6. возможность эффективной обработки твердых и труднообрабатываемых материалов;
7. высокая производительность при серийном и массовом выпуске деталей.

При этом твердый сплав менее вязкий, чем быстрорежущая сталь. Поэтому инструмент чувствительнее к вибрациям, ударам, биению шпинделя и недостаточной жесткости технологической системы.

Твердосплавные и быстрорежущие фрезы: основные различия

При выборе инструмента недостаточно сравнивать только его закупочную стоимость. Необходимо учитывать режимы резания, стойкость, производительность станка и стоимость изготовления одной детали.

Таким образом, нельзя утверждать, что один материал фрезы лучше другого во всех случаях. Выбор зависит от конкретной технологической операции.

Когда лучше использовать быстрорежущие фрезы

HSS-инструмент остается востребованным, несмотря на широкое распространение твердых сплавов.

Быстрорежущие фрезы могут быть рациональным выбором при единичном и мелкосерийном производстве, особенно если скорость выполнения операции не является главным экономическим показателем.

Кроме того, высокая вязкость быстрорежущей стали может быть преимуществом при недостаточно жесткой системе «станок - приспособление - инструмент - деталь».

Применение HSS целесообразно, если:

1. используется оборудование с ограниченной мощностью или частотой вращения шпинделя;
2. жесткость станка или оснастки не позволяет реализовать производительные режимы твердосплавного инструмента;
3. обработка сопровождается ударными нагрузками;
4. требуется недорогой инструмент для небольшого объема работ;
5. важна возможность многократной переточки;
6. повышение скорости обработки не дает существенного экономического эффекта.

Например, при изготовлении нескольких деталей на универсальном фрезерном станке приобретение дорогостоящего твердосплавного инструмента не всегда оправдано.

Когда выгоднее твердосплавная фреза

В современном серийном производстве твердосплавные фрезы во многих операциях становятся предпочтительным решением.

Особенно заметно их преимущество при работе на станках с ЧПУ, способных обеспечить необходимые обороты шпинделя, жесткость системы и стабильные режимы обработки.

Твердосплавный инструмент стоит выбирать, когда необходимо:

1. повысить производительность оборудования;
2. увеличить скорость резания;
3. сократить машинное время;
4. обеспечить стабильную размерную точность;
5. получить требуемое качество поверхности;
6. обрабатывать материалы повышенной твердости;
7. увеличить период работы между заменами инструмента;
8. обеспечить повторяемость процесса при серийном производстве.

При больших объемах выпуска первоначальная цена инструмента становится далеко не единственным критерием.

Почему более дорогая фреза может оказаться дешевле

Одна из распространенных ошибок при закупке металлорежущего инструмента - сравнение вариантов исключительно по цене одной фрезы.

Для производства гораздо важнее себестоимость обработки одной детали.

Предположим, одна фреза стоит дешевле, но позволяет изготовить 100 деталей. Более дорогой инструмент способен обработать 400 деталей и одновременно сократить машинное время операции.

В таком случае второй вариант может оказаться экономически выгоднее, несмотря на более высокую закупочную цену.

При расчете следует учитывать:

1. стоимость инструмента;
2. количество деталей, изготовленных до достижения критического износа;
3. машинное время обработки;
4. время на замену инструмента;
5. стоимость простоя оборудования;
6. вероятность брака;
7. расходы на переточку;
8. стабильность размеров готовых деталей.

Для серийного производства даже небольшое сокращение времени цикла может дать значительный экономический эффект.

Роль жесткости оборудования

Твердосплавная фреза позволяет реализовать высокопроизводительную обработку только при правильно организованном технологическом процессе.

Необходимо обеспечить достаточную жесткость всей системы.

Большой вылет инструмента, слабое закрепление заготовки, изношенный шпиндель или неправильный подбор режимов могут привести к вибрациям. В результате ухудшается качество поверхности, ускоряется износ режущих кромок и возрастает риск поломки фрезы.

Поэтому переход с HSS на твердый сплав нельзя рассматривать как простую замену одного инструмента другим. Нередко требуется пересмотреть режимы резания, способ закрепления детали, вылет фрезы и стратегию обработки.

Значение геометрии фрезы

Материал режущей части - только один из параметров инструмента.

На результат обработки также влияют:

1. количество зубьев;
2. угол наклона спирали;
3. передние и задние углы;
4. форма режущей кромки;
5. диаметр фрезы;
6. длина рабочей части;
7. радиус при вершине;
8. конструкция канавок для отвода стружки.

Например, две твердосплавные фрезы одинакового диаметра могут совершенно по-разному работать при обработке одного материала, если имеют различную геометрию.

Поэтому инструмент необходимо подбирать не только по принципу «HSS или твердый сплав», но и под конкретный материал, оборудование и технологическую операцию.

Какой инструмент выбрать для станка с ЧПУ

Для современного обрабатывающего центра с ЧПУ в большинстве высокопроизводительных операций предпочтение отдается твердосплавному инструменту.

Причина заключается в возможности использовать потенциал оборудования: высокие обороты шпинделя, стабильную подачу, жесткое закрепление инструмента и программируемые стратегии обработки.

Цельные твердосплавные фрезы особенно эффективны при контурном фрезеровании, обработке пазов, карманов, уступов, профильных поверхностей и других операциях, где требуется сочетание производительности и точности.

Однако даже наличие современного станка не означает, что HSS необходимо полностью исключить. Для отдельных специальных операций быстрорежущий инструмент может оставаться технологически и экономически оправданным.

Что учитывать при выборе фрезы

Перед выбором инструмента желательно определить несколько ключевых параметров:

1. Обрабатываемый материал. Необходимо учитывать не только марку материала, но и его фактическую твердость и состояние.
2. Тип операции. Обработка паза, боковое фрезерование, черновая выборка и чистовая обработка предъявляют разные требования к инструменту.
3. Возможности станка. Важны максимальная частота вращения шпинделя, мощность, жесткость и техническое состояние оборудования.
4. Требуемая производительность. Для единичной детали и партии из нескольких тысяч деталей экономически оптимальными могут оказаться разные решения.
5. Требования к поверхности и точности. Чем выше требования к стабильности процесса, тем важнее правильный подбор материала и геометрии инструмента.
6. Экономика операции. Следует рассчитывать стоимость обработки детали, а не ориентироваться исключительно на цену фрезы.

Твердосплавная или быстрорежущая фреза: что в итоге выбрать

Если требуется недорогой, достаточно вязкий инструмент для универсального оборудования, небольших партий или специфических операций, быстрорежущая фреза может оказаться рациональным решением.

Если же главными требованиями являются высокая производительность, стойкость, стабильность размеров и возможность работы на повышенных скоростях резания, предпочтение чаще следует отдавать твердосплавным фрезам.

Особенно заметны преимущества твердого сплава при серийной обработке на современных станках с ЧПУ. Более высокая стоимость инструмента в этом случае может компенсироваться увеличенной стойкостью и сокращением времени обработки.

При этом максимальный результат достигается не просто выбором материала фрезы. Необходимо правильно подобрать геометрию инструмента, режимы резания и параметры под конкретную производственную задачу.

Компания «Инструментальщик» производит металлорежущий инструмент для различных задач механической обработки. Подбор подходящей конструкции и параметров инструмента позволяет повысить производительность обработки, обеспечить требуемое качество деталей и снизить затраты на операцию.