Frezy do metalu – budowa, charakterystyka, różne rodzaje

Frezy do metalu – budowa, charakterystyka, różne rodzaje Adobe Stock – Sergey Ryzhov
20.3.2023

Frezy to narzędzia, które skrawają powierzchnię obrabianych elementów przy użyciu ruchu obrotowego. W zależności od materiału, z którego powstały, kształtu i liczby ostrzy są stosowane do obróbki przedmiotów wykonanych ze stali, drewna, kamienia lub tworzyw sztucznych.

  • Choć frezy do metalu mogą mieć różną budowę, pewne elementy są wspólne.
  • Na rynku dostępne są frezy do metalu wykonane z różnych materiałów.
  • Frezy walcowe i frezy tarczowe są najpopularniejszymi rodzajami frezów do metalu.
  • Dostępne są również różnego rodzaju frezy specjalistyczne, w tym m.in. frezy kątowe.

Frezy do metalu są podstawowymi narzędziami skrawającymi – nadają się m.in. do cięcia i kształtowania elementów, wykonywania rowków, frezowania gwintów i formowania zębów przy kołach zębatych. Różnorodność wykonania narzędzi frezujących sprawia, że znalazły one zastosowanie zarówno we frezarkach manualnych, jak i sterowanych numerycznie.

Budowa frezów do metalu

Frezy składają się z trzech elementów – części chwytowej, części łączącej i części roboczej. Część chwytowa freza umożliwia zamontowane narzędzia skrawającego w maszynie. Rozwiązania przemysłowe umożliwiają mocowanie części uchwytu w kształcie walca lub stożka Morse’a. Profesjonale zaciski mają również funkcję podawania chłodziwa – w celu schładzania narzędzia i obrabianej powierzchni.

Część łącząca scala część roboczą z częścią chwytową, jednak nie występuje we wszystkich narzędziach skrawających. Natomiast w części roboczej freza znajdują się ostrza, które umieszczone są po zewnętrznej stronie narzędzia. Zastosowanie mają również frezy, które mają krawędzie skrawające na powierzchni czołowej.

Materiały używane do produkcji narzędzi skrawających

Jest dostępnych wiele materiałów, które służą do wykonania narzędzi skrawających do metalu. Dzięki temu można uzyskać różne właściwości i przeznaczenia frezów. Wybór narzędzia skrawającego powinien zależeć przede wszystkim od rodzaju obrabianego materiału, maksymalnej prędkości wrzeciona, sztywności urządzenia, wymaganiach co do jakości wykończenia powierzchni itp.

Stal szybkotnąca

Frezy wykonane ze stali szybkotnącej (high speed steel – HSS) występują jako jednolite, zgrzewane stykowo lub z wymiennymi ostrzami. Stal występuje z dodatkami stopowymi wolframu (W), molibdenu (Mo), wanadu (V) i kobaltu (Co), a powlekana jest najczęściej azotkiem tytanu (TiN).

Frezy z HSS są doceniane przez użytkowników ze względu na dużą odporność na obciążenia dynamiczne, wysoką wytrzymałość na ścieranie i zginanie. Nadają się do obróbki stali, tworzyw sztucznych, stopów Cu i Al. Mają też stosunkowo niską twardość.

Zastosowanie kobaltu powoduje zwiększenie twardości ostrzy z ok. 64 HRC do 65 HRC (stal HSS-E), co umożliwia zastosowanie narzędzi skrawających w stalach nierdzewnych. Stal szybkotnąca traci twardość w temperaturze ok. 600ºC.

Stal proszkowa

Stal proszkowa (PM) zapewnia narzędziom skrawającym większą twardość i odporność na ścieranie niż stal HSS. Parametry stali, z której wykonane są frezy, umożliwią także pracę przy większych prędkościach i posuwach. Stosowane są przy urządzeniach skrawających, które nie mają odpowiedniej sztywności, w miejscach, w których nie można stosować narzędzi z węglika spiekanego.

Węgliki spiekane

Materiał narzędziowy jest uzyskany z niepowlekanych, spiekanych węglików wolframu (WC), tytanu (TiC), azotku tytanu (TiN) lub z obu (Cermetal). Wszystkie rodzaje węglików spiekanych (HM) charakteryzują się dużą twardością w wysokich temperaturach (do 1000ºC), odpornością na ścieranie i wysoką wytrzymałością na naciski.

Płytki powlekane tytanowo-azotowym węglikiem mają zwiększoną wytrzymałość na ścieranie bez zmniejszenia odporności na obciążenia dynamiczne. Lutowane są bezpośrednio do korpusu freza lub przylutowane do wkładek i zamocowane mechanicznie. Duża stabilność krawędzi skrawającej umożliwia wykorzystanie płytek do obróbki wykańczającej z dużymi prędkościami.

Spieki ceramiczne

Technologia wykonania jest zbliżona do produkcji frezów ze stali proszkowej. Spieki ceramiczne wykonane są z ceramiki proszkowej w przeważającej mierze z tlenku aluminium (CA), ceramiki mieszanej na bazie tlenku aluminium i innych tlenków (CM), ceramiki azotkowej, przeważnie z azotku krzemu (CN) oraz jak w przypadku CA, CM i CN, jednak dodatkowo są powlekane tytanowo-azotkowym węglikiem.

Charakteryzują się dużą twardością i odpornością na obciążenia dynamiczne. Spieki CA wyróżniają się odpornością na temperaturę do 1200ºC. Z kolei spieki CC mają zwiększoną wytrzymałość na ścieranie bez zmniejszenia odporności na obciążenia dynamiczne. Stosowane do skrawania żeliw, w przeważającej mierze na sucho, oraz do skrawania stali i żeliw z dużymi prędkościami.

Diament

Polikrystaliczny diament (oznaczany również jako PKD) jest wytwarzany z węgla. Narzędzia skrawające nazywa się także „wysoko twardym materiałem skrawającym”. Charakteryzują się dużą odpornością na ścieranie i odpornością na temperaturę do 600ºC. Niestety płytki diamentowe są bardzo kruche i wchodzą w reakcję z dodatkami stopowymi. Nadają się do skrawania materiałów nieżelaznych i stopów aluminiowych z dużą zawartością krzemu.

Azotek boru

Polikrystaliczny, regularny azotek boru (oznaczany również jako CBN lub PKB). Odznacza się bardzo dużą twardością, utrzymywaną do temperatury 2000ºC. Ma również dużą wytrzymałość na ścieranie i odporność chemiczną. Nadaje się do wykańczania twardych materiałów (HRC > 48), dając jednocześnie wysoką jakość obrabianej powierzchni.

Podział frezów ze względu na geometrię ostrzy

  • walcowe – przeznaczone do obróbki płaskich powierzchni lub prostopadłych krawędzi,
  • walcowo-czołowe – wykorzystywane przy obróbce płaszczyzn, płaszczyzn z obrzeżem i wykonywaniu rowków teowych,
  • tarczowe trzystronne z ostrzami prostymi – wykorzystywane do wykonywania płytkich lub wąskich rowków,
  • tarczowe trzystronne naprzemianskośne – stosowane do rowków o zarysie prostokątnym,
  • jednostronne (piłkowe) – wykorzystane do przecinania,
  • kątowe – umożliwiają wykonywanie rowków trapezowych i kątowych.

Charakterystyka frezów walcowych

Frezy walcowe mogą występować jako frezy nasadzane i frezy nasadzane składane. Frezy nasadzane wymagają użycia specjalnego trzpienia, a frezy nasadzane składane umożliwiają wymianę płytek skrawających. Różnią się liczbą i rozmieszczeniem ostrzy.

Narzędzia, które mają noże w części czołowej, są nazywane frezami czołowymi i mogą być zagłębiane bezpośrednio we frezowany element. Frezy walcowe mają ostrza rozmieszczone na powierzchni bocznej i umożliwiają obróbkę płaskich powierzchni lub prostopadłych krawędzi.

Frezy walcowo-czołowe dają możliwość jednoczesnego skrawania dwóch płaszczyzn, możliwa jest również obróbka wąskich nacięć czołowych, żłobień, zagłębień i obrzeży. Jednym z najważniejszych wymagań stawianych frezom walcowo-czołowym jest osiągnięcie rzeczywistego kąta 90º obrabianych powierzchni.

Narzędzia z 1–2 ostrzami wykazują się mniejszą sztywnością i dobrym odprowadzaniem wiórów. Frezy z 3–4 ostrzami są sztywniejsze, jednak mają ograniczony wylot wiórów. Frezy czołowe, walcowe, czołowe i walcowo-czołowe są dostępne w wielu kształtach oraz są produkowane z różnych materiałów narzędziowych. Korpusy najczęściej wykonane są z wysokowydajnej HSS. Elementy skrawające frezów nasadzanych wytwarzane są z HSS, HSS z dodatkiem kobaltu lub stali proszkowej. Przeznaczone do skrawania powierzchni wykonanej z miękkiego drewna, metali lekkich i ich stopów.

Frezy nasadzane składane mają wymienne płytki skrawające, dzięki którym możliwe jest uzyskanie lustrzanej powierzchni na stopach aluminium i innych metalach nieżelaznych. Dzięki zastosowaniu płytek skrawających o odpowiedniej twardości możliwa jest również obróbka elementów wykonanych ze stali nierdzewnej, stopów wysokotemperaturowych i żeliwa.

Charakterystyka frezów tarczowych

Krawędzie tnące frezów tarczowych, do których należą również frezy piłkowe, rozmieszczone są na obwodzie okrągłej tarczy. Mocowanie narzędzia skrawającego w obrabiarce odbywa za pomocą specjalnego trzpienia frezarskiego.

Frezy piłkowe

Frezy piłkowe typu NFTe produkuje się z wysokojakościowej HSS i najczęściej wykonuje jako jednolitą tarczę. Przeznaczone są do frezowania wąskich rowków, do przecinania rur i elementów z pełnych materiałów, a także do cięcia profili. Nadają się do skrawania stali, metali, żeliwa szarego i metali kolorowych. 

Frezy te odznaczają się dużą wytrzymałością i odpornością ścierną. Ich zaletą jest także zwiększona odporność na wszelkie uszkodzenia mechaniczne ostrza (tj. stępienia, pęknięcia, złamania i wyszczerbienia). W celu zwiększenia trwałości krawędzi skrawających stosuje się specjalne powłoki ochronne PVD, które poprawiają parametry skrawania tarczy. Dostępne są również frezy piłkowe z wymiennymi (lutowanymi) ostrzami.

Frezy tarczowe nasadzane

Frezy tarczowe nasadzane ze względu na rodzaj materiału, z którego są wykonane, występują w kilku wersjach. Najczęściej dostępne są korpusy z HSS z wlutowanymi ostrzami. Narzędzie stanowi niepodzielną całość z nożami, które są produkowane z HSS lub węglików spiekanych.

Frezy tarczowe nasadzane występują jako frezy trzystronne o ostrzach prostych lub naprzemianskośnych. Używa się ich pojedynczo lub formuje się w zespoły kilku frezów (tzw. frezy złożone), które umożliwiają skrawanie większej powierzchni obrabianych elementów.

Frezy z ostrzami wykonanymi z HSS są przeznaczone do obróbki przedmiotów wykonanych z miękkiego drewna i materiałów drewnopochodnych. Frezy z nożami z węglika spiekanego są dedykowane do frezowania drewna litego, drewna klejonego, tworzyw sztucznych, PVC, metali niezależnych i aluminium. Służą do obróbki rowków, powierzchni płaskich oraz elementów o złożonych kształtach. Charakteryzują się dużą wytrzymałością na drgania. Przeznaczone są do małoseryjnej produkcji.

Frezy tarczowe składane

Frezy tarczowe składane to frezy z tej samej grupy narzędzi co frezy tarczowe nasadzane. Różnicą są wymienne płytki wieloostrzowe, które są zamocowane w specjalnie wykonanych gniazdach. Mechaniczne mocowanie ostrzy skrawających zapewnia narzędziu wyższą niezawodność w stosunku do narzędzi z wlutowanymi płytkami.

Frezy tarczowe dostępne są ze stałą i regulowaną szerokością rowka. Dzięki takiej konstrukcji umożliwiają uzyskanie wymaganej szerokości zagłębienia. Zastosowanie płytek skrawających danego gatunku i odpowiedniej geometrii umożliwia obróbkę większości materiałów.

W przypadku uszkodzenia krawędzi płytki operator może przestawić część roboczą lub wymienić płytkę bez przeprowadzenia korekty położenia narzędzia. Frezy tarczowe składane cechują się dużą wydajnością i mają zastosowanie przy obróbce wieloseryjnej lub przemysłowej.

Charakterystyka frezów kątowych

Frezy kątowe trzpieniowe należą do grupy specjalistycznych frezów, które mają inny kształt w porównaniu z tradycyjnymi narzędziami skrawającymi. Istnieją dwa, główne rodzaje frezów kątowych: jedno- i dwukątowe. Umożliwiające one obróbkę zgrubną i wykańczającą powierzchni znajdującej się pod kątem do osi frezu.

Frezy jedno- i dwukątowe – w przeciwieństwie do standardowych frezów obwodowych – mają stożkową krawędź tnącą, z zębami ustawionymi pod kątem na obwodzie frezu. Czoło z ostrzami ma stożkowaty kształt, dzięki któremu możliwe jest fazowanie i obróbka skrawania powierzchniowego.

Frezy jednokątowe charakteryzują się jedną powierzchnią skrawającą i znajdują zastosowanie w wykonywaniu, fazowaniu i powiększaniu otworów oraz skrawaniu pochyłych powierzchni. Frezy dwukątowe mają dwie stożkowe powierzchnie skrawające, które służą dodatkowo do wykonania nacięć, rowków i zębów. 
Większość frezów kątowych wykonana jest ze stali szybkotnącej (HSS) lub z domieszką kobaltu. Na rynku można spotkać także frezy, których ostrza wykonane są z węglika spiekanego lub spieków ceramicznych.

O Autorze

Tagi artykułu

MM Magazyn Przemysłowy 5-6/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę