Обработка пресс-форм на фрезерном центре — что требуется от станка

Обработка пресс-форм и штампов отличается от обычной фрезерной работы двумя обстоятельствами: материал обрабатывается в закалённом состоянии твёрдостью 45–60 HRC, а требования к геометрии и шероховатости поверхности выше, чем к большинству деталей машиностроения. Это меняет требования к станку: на первый план выходят жёсткость, тепловая стабильность, точность контурной обработки и высокие обороты шпинделя, а не мощность съёма.

Разберём, что требуется от фрезерного станка с ЧПУ для формообразующей оснастки, чем различаются трёх- и пятиосевые схемы обработки, какие опции нужны обязательно и какие данные нужны для подбора модели.

Что определяет требования к станку

• Твёрдость материала. Закалённые инструментальные стали обрабатываются малыми глубинами резания на высоких оборотах. Съём металла невелик, а время работы инструмента в контакте с деталью — велико.
• Точность формы. Отклонения на формообразующей поверхности переходят на изделие, поэтому нормируется не только размер, но и отклонение профиля.
• Шероховатость. Чем ниже шероховатость после фрезерования, тем меньше объём ручной доводки. Для части поверхностей полировка исключается полностью.
• Длительность обработки. Программы на формообразующую поверхность идут часами и сутками. За это время станок должен сохранять размер, что предъявляет требования к тепловой стабильности.
• Малые радиусы и глубокие карманы. Обработка инструментом малого диаметра с большим вылетом — основной источник вибрации и поломок инструмента.
• Электроды. При наличии электроэрозионной обработки на том же станке фрезеруются графитовые электроды, и это отдельный набор требований по пылеудалению.

Требования к узлам станка

• Шпиндель. Обороты от 12 000 в минуту, для мелких радиусов — от 18 000. Важнее максимальных оборотов биение и точность вращения: они определяют стойкость инструмента малого диаметра и шероховатость.
• Жёсткость конструкции. Массивная станина, короткий вылет шпиндельной головки, широкие направляющие. Жёсткость определяет, можно ли вести обработку без следов вибрации на поверхности.
• Направляющие. Коробчатые дают лучшее демпфирование и предпочтительны для тяжёлой обработки; роликовые обеспечивают более высокие скорости перемещений. Выбор зависит от преобладающего типа работ.
• Система управления и её обработка траектории. Требуется опережающий просмотр кадров и сглаживание траектории: программы на формообразующую поверхность состоят из сотен тысяч коротких перемещений, и от алгоритма зависит и время цикла, и качество поверхности.
• Обратная связь по положению. Линейные датчики на осях устраняют влияние теплового расширения винта и удерживают размер на длинной программе.
• Тепловая стабилизация. Охлаждение шпинделя, а на точных станках — термостабилизация станины и компенсация температурных смещений в системе управления.
• Подача охлаждающей жидкости. Обдув или подача через шпиндель. При обработке закалённой стали часть операций ведётся с обдувом, чтобы избежать растрескивания режущей кромки от перепада температур.

Схемы обработки

Для большинства производств оснастки основной объём работ закрывается вертикально-фрезерным центром с поворотным столом, а пятиосевой центр берётся под конкретную номенклатуру с криволинейными поверхностями и глубокими карманами.

Инструмент и оснастка

• Инструментальные оправки. Для высокоскоростной обработки применяется соединение с торцевым базированием: оно передаёт момент и сохраняет биение на высоких оборотах.
• Балансировка. Комплект оправки с инструментом балансируется. На оборотах свыше 15 000 в минуту дисбаланс определяет стойкость инструмента и состояние подшипников шпинделя.
• Твёрдосплавный инструмент. Фрезы с покрытием под закалённую сталь, малый шаг подачи на зуб, обработка с постоянной нагрузкой на кромку. Подбирается из раздела режущего инструмента.
• Сменные пластины на черновых операциях. Предварительная обработка до закалки ведётся сменными пластинами, финишная по закалённому металлу — цельным твёрдосплавным инструментом.
• Закрепление заготовки. Формообразующие блоки закрепляются на плите с системой базирования из раздела оснастки для станков: это позволяет снимать блок для контроля и возвращать его без повторной привязки.
• Измерение на станке. Измерительные щупы привязывают заготовку и контролируют геометрию, не снимая её со стола. На длинных программах это исключает потерю базы между операциями.

Что прислать для подбора

• Габариты и массу типовых формообразующих блоков.
• Материал и твёрдость после термообработки.
• Требования по шероховатости и допускам на формообразующей поверхности.
• Модели или чертежи характерных деталей: глубина карманов, минимальные радиусы.
• Объём работ в месяц и режим работы участка.
• Наличие электроэрозионной обработки и необходимость фрезерования электродов.
• Применяемая система подготовки управляющих программ.

Частые вопросы

Можно ли обрабатывать закалённую сталь на обычном обрабатывающем центре? Ограниченно. Малые припуски и невысокая твёрдость доступны, но получить требуемую шероховатость и удержать размер на длинной программе без высокооборотного шпинделя, жёсткой конструкции и тепловой стабилизации не удаётся.

Что даёт пятиосевая обработка на оснастке? Сокращение вылета инструмента за счёт наклона оси, доступ к поднутрениям и обработку за один установ. Итог — меньше следов от переходов между установами и меньше ручной доводки.

Нужны ли линейные датчики на осях? Для работ с допусками в единицы микрометров и длинными программами — да. Они устраняют влияние нагрева винтов на размер.

Как обрабатывать графитовые электроды? Отдельными программами и инструментом, с системой удаления пыли. Графитовая пыль электропроводна и требует защиты приводов и электрошкафа, поэтому исполнение станка под графит указывается при заказе.

Сколько времени занимает выход на серийное качество? После пусконаладки требуется отработка режимов и стратегий обработки на характерных деталях. Практический ориентир — от двух до шести недель, в зависимости от подготовки технологов и сложности номенклатуры.

Что важнее — обороты шпинделя или его точность? Точность вращения и биение. Высокие обороты без низкого биения не дают ни шероховатости, ни стойкости инструмента малого диаметра.

Что мы делаем

Подбираем станок под номенклатуру оснастки: вертикально-фрезерные центры, пятиосевые центры и горизонтально-расточные центры для крупных блоков, комплектуем инструментом, оснасткой и измерительными щупами. Выполняем подбор станка, разработку технологии, пусконаладку, обучение персонала и сервисное обслуживание.

Пришлите модели характерных блоков, материал и требования по шероховатости на stanki@erher.ru — предложим модель с нужным шпинделем и оснасткой, посчитаем время обработки по типовой детали и дадим бюджет запуска участка.