Современные методы изготовления алмазных фрез для обработки древесных материалов и пластиков
Появление поликристаллических алмазов позволило производить сравнительно недорогой дереворежущий инструмент. Использование в деревообработке основного технологического оборудования с ЧПУ, оснащенного таким инструментом, в том числе высокоскоростных поточных линий, обеспечивает его высокую производительность, уменьшение трудозатрат и доли ручного труда, возможность выпуска разноплановой продукции и повышение рентабельности производства.
В статье рассмотрены современная технология и необходимое оборудование для производства дереворежущего инструмента.
Технологии изготовления режущего инструмента
Технологии производства насадных и концевых фрез из инструментальных сталей, а также на основе режущих элементов из твердых сплавов (HW) давно и досконально отработаны в мире, в том числе в России, однако постоянно совершенствуются производителями режущего инструмента за счет применения нового обрабатывающего оборудования и расходных материалов.
Что касается режущего инструмента из поликристаллических алмазов (PSD), то технология его изготовления известна в мире всего несколько десятков лет, а в России предприятия, которые производят такие фрезы с нуля, можно сосчитать по пальцам одной руки.
![Рис. 1. Фрезы концевые алмазные: а – профильные; б – прямая](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016619--w400.png)
Сегодня существуют минимум две технологии производства режущего инструмента: традиционная и современная. Традиционная технология основана на применении, как правило, не особо точного позиционного, иногда проходного оборудования с традиционными, стандартизированными по ЕСКД методами проектирования (кальками, чертежами и т. п.). Подробно она описана в специальной литературе и учебниках по обработке металлов, а также в ГОСТ 13932–80 «Фрезы дереворежущие насадные цилиндрические сборные. Технические условия (с изменениями №1, 2, 3, 4, 5)», ГОСТ 8994–80 «Фрезы дереворежущие концевые цилиндрические. Технические условия», ГОСТ Р 52419–2005 «Фрезы насадные, оснащенные твердым сплавом, для обработки древесных материалов и пластиков. Технические условия», ГОСТ Р 52589–2006 «Фрезы концевые, оснащенные твердым сплавом, для высокоскоростной обработки древесных материалов и пластиков. Технические условия и требования безопасности» и ряде других, в настоящее время катастрофически устаревших по рекомендуемым материалам, сплавам, допустимым допускам и посадкам, дисбалансу, а также биению.
В качестве примера можно привести рекомендуемые этапы проектирования фрезы: анализ профиля и уточнение конструктивной схемы фрезы; выбор материала режущей части; выбор основных параметров фрезы; профилирование зубьев, расчет конструктивных параметров; вычерчивание фрезы и назначение технических требований.
Рекомендуемые этапы изготовления фрез:
- Подготовка заготовки фрезы: заготовка материала для фрезы; термическая обработка заготовки; обработка внутреннего отверстия; обточка боковых поверхностей.
- Фасонная обточка заготовки – поверхности вращения.
- Фрезерование зубьев: разметка зубьев; сверление отверстия впадин; фрезерование зубьев.
- Фасонная обработка зубьев фрезы – формирование затылков зубьев.
- Термическая обработка фрезы: закалка; отпуск.
- Отделка фрезы: чистовое шлифование внутреннего отверстия; чистовое шлифование боковых опорных плоскостей; клеймение, нанесение штампа изготовителя.
- Заточка: заточка зубьев; балансировка.
![Рис. 2. Фреза насадная алмазная фуговальная](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016620--w400.png)
У традиционной технологии много недостатков, в частности, длительные сроки изготовления инструмента, значительные трудозатраты, необходимость большого штата проектировщиков, ИТР и рабочих. Кроме этого, точность изготовления инструмента по этой технологии невысока, а установка такого инструмента на современное оборудование с частотой вращения шпинделей 18000–36000 1/мин может привести к печальным последствиям как для заготовок и оборудования, так и для персонала.
Современная технология производства алмазного режущего инструмента строится на иных принципах, чем традиционная, в частности, на цифровом объемном проектировании и применении оборудования 3D–6D с ЧПУ. Это позволяет при проектировании видеть инструмент со всех сторон, исключить дефекты конструкции, а также быстро начать выпуск продукции на основе электронных чертежей, адаптированных к оборудованию. Кроме того, по традиционной технологии на оборудовании можно одновременно изготавливать как концевой, так и насадной режущий инструмент, а также наладить выпуск не только серийного, но и штучного инструмента – фрез (рис. 1, 2).
К сожалению, ни ГОСТов, ни доступной популярной отечественной литературы по этой технологии нет. Отсутствуют и рекомендуемые параметры и технологические режимы изготовления фрез, поскольку это, как правило, коммерческая тайна производителя инструмента.
Технология и оборудование для изготовления алмазных фрез
Изготовление фрез можно разбить на следующие этапы:
- цифровое проектирование инструмента на основе ТУ заказчика;
- нарезка заготовок из металлопроката (инструментальной и конструкционной стали);
- токарная 3D-обработка заготовок (для серийного производства);
- фрезерная 6D-обработка заготовок (для мелкосерийного и серийного производства);
- галтовка готовых корпусов;
- закалка заготовок;
- напайка алмазных пластин на корпус фрезы;
- пескоструйная обработка заготовок;
- электроэрозионная заточка и профилирование режущих элементов фрезы;
- оптический контроль соответствия параметров фрезы чертежу;
- динамическая балансировка инструмента;
- нанесение покрытия на корпус фрезы;
- печать логотипа фирмы и маркировки на корпусе фрезы;
- упаковка инструмента и отправка на склад.
Такая технология позволяет выпускать прецизионный (особо высокоточный) режущий инструмент для современного высокопроизводительного (позиционного и проходного типа) оборудования, рассчитанного на долгосрочную качественную работу.
Рассмотрим современную технологию производства алмазных фрез подробнее.
Отдел проектирования и производственный участок должны быть укомплектованы квалифицированными инженерами-конструкторами, ИТР и операторами-станочниками и оснащены проводной или беспроводной системой приема и передачи данных (интернетом, Wi Fi и т. д.).
Программы для проектирования адаптируются под все технологическое оборудование с ЧПУ. После изготовления чертежа на производственный участок выдается цифровой наряд-заказ (с прикрепленным чертежом), на основании которого начинается собственно производство режущего инструмента.
На заготовительном участке подбирается металлопрокат и раскраивается, например, на ленточно-пильном станке, на черновые заготовки (рис. 3).
![Рис. 3. Раскрой металлопроката на заготовки ленточной пилой](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016622--w400.png)
В зависимости от ТУ, условий эксплуатации инструмента стальные заготовки изготавливаются из инструментальной или нержавеющей стали (рис. 4).
![Рис. 4а. Стальной металлопрокат из инструментальной стали](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016623--w400.png)
![Рис. 4б. Стальной металлопрокат из нержавеющей стали](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016624--w400.png)
Далее мерные заготовки направляются на участок токарной обработки, оснащенный токарными 3D-станками с ЧПУ (рис. 5), на которых выполняется полная токарная обработка заготовки фрезы. После инструментального контроля всех размеров заготовки поступают на участок фрезерной обработки корпуса фрез.
![Рис. 5. Токарная обработка заготовки фрезы](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016625--w400.png)
Фрезерный участок может быть оснащен современными фрезерными станками (3D–6D) с ЧПУ, которые позволяют обрабатывать наружную поверхность корпуса фрезы и дорабатывать посадочные отверстия, например, выполнять шпоночные пазы (рис. 6). На фрезерных станках 6D можно без использования токарного станка полностью изготовить корпус не только насадной, но и концевой фрезы, однако для серийного (поточного) производства их производительности недостаточно.
![Рис. 6. Фрезерная обработка заготовки фрезы](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016626--w400.png)
В результате вышеперечисленных операций получаются заготовки корпусов фрез (рис. 7), которые при необходимости направляются на галтовку (удаление заусенцев, мелких дефектов и т. п.).
![Рис. 7. Заготовка корпуса фрезы](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016627--w400.png)
После галтовки заготовки пос- тупают на участок закалки, где сталь корпуса фрезы приобретает требуемую технологическую твер- дость.
На участке пайки с ТВЧ, как вручную, так и на полуавтоматическом оборудовании на корпуса фрез напаиваются алмазные пластины (рис. 8). Затем заготовки проходят пескоструйную обработку (рис. 9).
![Рис. 8. Индукционная (ТВЧ) пайка зубьев фрезы](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016628--w400.png)
![Рис. 9. Пескоструйный аппарат](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016629--w400.png)
Далее выполняется электроэррозионная заточка и профилирование режущих элементов фрез (рис. 10) и проводится оптический контроль соответствия параметров фрез чертежу.
![Рис. 10. Заточка фрез: а – пазовой алмазной](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016630--w400.png)
![Рис. 10б. Заточка фрез: концевой профильной](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016631--w400.png)
После всех этих операций фрезы массой более 200 г подлежат обязательной или выборочной динамической балансировке на специальном станке (рис. 11).
![Рис. 11. Станок для динамической балансировки фрез](https://lesprominform.ru/media/jarticles/tmb/00016632--w400.png)
На готовые фрезы иногда наносится покрытие и методом шелкографии или лазерной гравировки на корпусе отпечатывается логотип фирмы и маркировка. Упакованный инструмент отправляется на склад.
Это лишь примерный перечень технологических этапов, который может быть изменен в зависимости от применяемого оборудования, расходных материалов и квалификации работников.
Текст Владимир Падерин