Фрезы шпоночные из быстрорежущей стали

Шпоночные фрезы из быстрорежущей стали — классический и наиболее распространённый инструмент для нарезания шпоночных пазов под призматические шпонки в деталях из конструкционных и среднелегированных сталей, чугунов и цветных металлов. Несмотря на широкое распространение твердосплавного инструмента, быстрорежущие шпоночные фрезы сохраняют устойчивый спрос в машиностроении и ремонтном производстве: они надёжны, универсальны, хорошо поддаются заточке и выдерживают ударные нагрузки при врезании, возникающие в условиях маятникового фрезерования.

Конструкция и принцип работы

Шпоночная фреза — двузубый инструмент с затылованной боковой режущей кромкой. Оба зуба доходят до оси вращения, что позволяет выполнять осевое врезание в тело заготовки вертикальной подачей без предварительного засверливания. После врезания на полную глубину паза фреза работает с продольной подачей, формируя дно и боковые стенки паза за один или несколько проходов. Именно наличие торцовых режущих кромок, проходящих через центр, отличает шпоночную фрезу от концевой и делает её незаменимым инструментом при изготовлении закрытых шпоночных пазов.

Угол наклона винтовых канавок по ГОСТ 9140-78 составляет 20° (допускается 25°). Такое значение обеспечивает компромисс между плавностью резания и осевой составляющей силы резания: слишком крутая спираль при двузубой конструкции привела бы к неприемлемым осевым нагрузкам при продольной подаче.

Конструктивные исполнения: типы и диаметры

ГОСТ 9140-78 устанавливает два типа шпоночных фрез из быстрорежущей стали:

Тип 1 — с цилиндрическим хвостовиком (ц/х). Диаметры рабочей части: от 2 до 32 мм (в отдельных исполнениях до 40 мм). Устанавливается в цанговый патрон или гидравлический зажим с соответствующим посадочным диаметром. Применяется на вертикально-фрезерных станках, специализированных шпоночно-фрезерных станках с маятниковой подачей (тип 692 и аналоги), обрабатывающих центрах с ЧПУ. Диапазон диаметров от 2 мм позволяет изготавливать пазы для очень малых призматических шпонок, применяемых в приборостроении и точном машиностроении.

Тип 2 — с коническим хвостовиком (к/х). Диаметры рабочей части: от 10 до 40 мм и более, конус Морзе КМ1–КМ4 в зависимости от диаметра. Устанавливается непосредственно в конусное гнездо шпинделя или через переходные втулки. Обеспечивает повышенную жёсткость крепления по сравнению с цанговым патроном — особенно важно при обработке широких и глубоких пазов на крупных деталях (валы редукторов, шпиндели, ступицы). Широко применяется на горизонтально-фрезерных станках с вертикальной головкой.

Важная конструктивная особенность, нормируемая ГОСТ 9140-78: фрезы диаметром свыше 14 мм изготавливаются сварными — рабочая часть из быстрорежущей стали соединяется с хвостовиком из стали 40Х, 45 или 50 по ГОСТ 4543/1050. Это снижает расход дорогостоящего быстрорежущего сплава и одновременно обеспечивает вязкость хвостовика. При приёмке сварных фрез следует обращать внимание на отсутствие кольцевых трещин, непровара и пережога металла в зоне сварки — эти дефекты прямо запрещены п. 2.3 ГОСТ 9140-78.

Марки быстрорежущей стали

Все фрезы изготавливаются из быстрорежущей стали по ГОСТ 19265. В ассортименте магазина «Сплав» представлены три марки с различными потребительскими характеристиками:

Р6М5 — наиболее распространённая вольфрамо-молибденовая быстрорежущая сталь. Содержит 6% вольфрама и 5% молибдена. Твёрдость рабочей части по ГОСТ 9140-78: 62–65 HRC (до ø8 мм) и 63–66 HRC (свыше ø8 мм). Хорошо поддаётся заточке, обеспечивает достаточную стойкость при обработке конструкционных сталей средней твёрдости (σ_в до 900 МПа), чугунов и цветных металлов. Оптимальный выбор для универсальных фрезерных операций на предприятиях с широкой номенклатурой обрабатываемых материалов.

Р18 — вольфрамовая быстрорежущая сталь с 18% содержанием вольфрама. Технологический «ветеран» советского машиностроения, до сих пор востребованный на ряде производств. По сравнению с Р6М5 имеет несколько более высокую красностойкость (теплостойкость до ~620 °C против ~600 °C у Р6М5) и лучше сохраняет твёрдость при нагреве. Инструмент из Р18 традиционно ценится за высокую надёжность при работе со старым парком станков с нестабильными режимами резания. Твёрдость рабочей части достигает 65 HRC.

Р6М5К5 — вольфрамо-молибденовая сталь с добавкой 5% кобальта. Кобальт повышает красностойкость до ~630–640 °C, твёрдость рабочей части — до 64–67 HRC (на 1–2 единицы выше, чем у Р6М5 без кобальта, согласно п. 2.5 ГОСТ 9140-78). Рекомендуется для обработки труднообрабатываемых материалов — легированных сталей повышенной прочности (σ_в свыше 900 МПа), нержавеющих сталей аустенитного класса, жаростойких сплавов. На обычных конструкционных сталях отличие от Р6М5 в стойкости минимально, поэтому переплачивать за Р6М5К5 при работе с рядовыми сталями нецелесообразно.

Режимы работы: маятниковая и врезная схема подачи

Шпоночные фрезы из быстрорежущей стали рассчитаны на работу в двух режимах, которые напрямую влияют на выбор подачи. При врезной (силовой) схеме фреза погружается вертикальной подачей сразу на полную глубину паза, после чего выполняется продольная подача. Такая схема даёт максимальную производительность, но требует жёсткого станка и точной геометрии инструмента. При маятниковой схеме, применяемой на специализированных шпоночно-фрезерных станках (тип 692, 6Д91, 6А54), фреза врезается на небольшую глубину — 0,2 мм за ход согласно примечанию к таблице режимов ГОСТ 9140-78 — и совершает возвратно-поступательное движение вдоль паза, постепенно набирая полную глубину. При маятниковой схеме продольная подача увеличивается в 10 раз по сравнению с врезной, что резко повышает производительность при сохранении допускаемого износа инструмента.

Допуски и соответствие пазов по ГОСТ 23360

Диаметр шпоночной фрезы должен соответствовать ширине паза с учётом поля допуска. По ГОСТ 9140-78 фрезы изготавливаются для пазов с полем допуска N9 (нормальная посадка шпонки) и JS9 (переходная посадка). Предельные отклонения диаметра фрезы нормированы в таблицах ГОСТ 9140-78 отдельно для каждого диапазона диаметров (до 10 мм / 10–18 мм / 18–30 мм / 30–40 мм). При выборе фрезы важно убедиться, что её диаметр соответствует не просто номинальной ширине шпонки, но и нужному полю допуска паза по рабочему чертежу.

Область применения и выбор инструмента

Шпоночные фрезы из быстрорежущей стали применяются при серийном и единичном фрезеровании пазов под призматические шпонки (ГОСТ 23360) в деталях: валах, осях, шпинделях, ступицах зубчатых колёс, муфтах, шкивах. Для принятия правильного решения при выборе достаточно трёх параметров: диаметр паза по чертежу (с полем допуска), тип хвостовика исходя из имеющегося оборудования и оснастки, марка стали в зависимости от обрабатываемого материала — Р6М5 для большинства задач, Р6М5К5 для труднообрабатываемых сталей и нержавейки, Р18 для работы на старом оборудовании или при нестабильных режимах.

По вопросам наличия, типоразмеров и подбора инструмента обращайтесь к специалистам компании «Сплав»: телефон +38 067 579 8930, мессенджеры Viber / Telegram.