В качестве режущего инструмента для обработки изделий (в том числе и облицованных) из твердой древесины, плитных материалов (МДФ, ХДФ, фанеры и ДсТП и т.п.) используются твердосплавные фрезы различного вида, профиля и диаметра. Однако, несмотря на свои характеристики, в отличие от фрез из инструментальной стали, твёрдосплавные фрезы могут так же интенсивно изнашиваться — особенно при больших объёмах фрезерования и наличия в обрабатываемых заготовках клея и пластиков, которые, как правило являются абразивом и оказывают негативное влияние на стойкость фрез.
Это является ограничением при попытках увеличения производства по количеству выпускаемой продукции и тем неприятнее, когда характеристики станка позволяют увеличить объёма производства, а ресурс фрез (стойкость) является единственным сдерживающим фактором.
Применение первосортных твердосплавных материалов, а также покрытий, например, из оксидов редкоземельных материалов, существенным образом не повышают стойкость режущего инструмента.
Альтернативы применения режущего алмазного инструмента на основе поликристаллического алмаза (PCD) в деревообрабатывающей и мебельной промышленности в текущее время не существует.
Такой тип инструмента рекомендуется использовать при серьёзном увеличении расхода фрез при переходе на повышенные объёмы выпуска изделий. Практика показывает, что стойкость алмазных фрез при обработке изделий из древесины и древесных материалов в 60-100 раз превышает таковую для твердосплавного инструмента. И это при условии обработки на предельных режимах резания и фрезерования сложных криволинейных кромок мебельных заготовок.
Естественным минусом применения алмазных фрез является их стоимость. Ещё большую стоимость имеют алмазные фрезы, выполненные под персональный заказ - например, алмазные профильные и торцевые фрезы. Однако, если правильно учесть специфические особенности оборудования и режимы обработки и заказать инструмент, отвечающий особенностям обработки, цена специализированного изготовления алмазной фрезы с лихвой компенсируется получившимся «вечным» инструментом.
Так же, алмазные фрезы за счет высокой стойкости обеспечивают положительный экономический эффект, особенно в том случае, когда требуется резкое увеличение объемов выпуска продукции.
Назначение и классификация фуговальных алмазных фрез
Фуговальные алмазные фрезы применяются на кромкооблицовочных станках в прифуговочных узлах. Агрегат предварительного фрезерования кромок деталей до облицовывания часто коротко называют агрегатом прифуговки или просто прифуговкой.
Эта операция заключается в удалении слоя материала с кромки уже раскроенной на форматном станке плитной заготовки с целью формирования ровной поверхности, на которую в дальнейшем наклеивается кромочный материал. В зависимости от применяемого оборудования обрабатываемая кромка заготовки может иметь прямолинейную или криволинейную поверхность. Фуговальный агрегат на станке может быть оснащен шпиндельными узлами на базе одной, двух или более фрез.
Для исключения повреждений и отрыва уже облицованных перпендикулярных кромок на других кромках - агрегат прифуговки, как правило, оснащается двумя фрезами, вращающимися в противоположных направлениях (т.н. "антискол"). Сначала кромку обрабатывает фреза со встречным вращением, «поджимающая» материал на краю заготовки. На выходе работает попутная фреза, предотвращающая отрыв кромочного материала по обоим краям.
При прифуговке с поверхности кромки удаляется слой материала толщиной до 3 мм. При маленьком съеме нет гарантии, что длинные, слегка выгнутые детали будут обработаны полностью по всей длине, могут остаться участки со сколами или "ступенькой" от подрезки. Для нормальной работы алмазных фрез требуется больший припуск, обеспечивающий резание.
Производители кромочных станков рекомендуют снимать фрезой слой не менее 1 мм. Если припуск слишком мал, вместо резания получается скобление с повышенным трением, приводящее к ускоренному износу (затуплению) фрез, в т.ч. и алмазных, что негативно сказывается на себестоимости процесса кромкооблицовки.
В качестве кромочного материала используется рулонный материал (на основе бумаги или меламина, декоративный бумажнослоистый пластик – HPL, ПВХ, АБС) толщиной до 3 мм либо в виде полос шпона или рейки из массивной древесины толщиной до 25 мм. Так же, находит применение кромка на основе акрила или алюминия.
Среди мебельщиков и деревообработчиков, связанных с кромкооблицовкой, считается, что прифуговка только исправляет дефекты раскроя плитных материалов, а потому достаточно повысить качество раскроя, чтобы необходимость прифуговки отпала. Но это не совсем так. Если при использовании толстых кромочных материалов и ненормированном расходе клея это возможно, то в остальных случаях – нет.
Как известно, к дефектам, возникающим при раскрое плитных материалов, относятся сколы на облицованных пластях заготовки, «ступенька» от подрезной пилы, неперпендикулярность сторон заготовки, неперпендикулярность кромки относительно пласти, продольная непрямолинейность кромок (вследствие «бананового реза» или внутренних напряжений в плите).
Кстати, даже при самом качественном раскрое «ступенька» от подрезной пилы остается, какой бы конструкции ни была пила, т.к. ширина ее пропила должна быть больше (как правило, на 0,1 мм) ширины пропила главной пилы. «Ступенька» может быть минимальной, едва различимой, но полностью исключить ее не удастся, кроме того, это может негативно сказаться на облицовывании кромки, особенно тонкими облицовочными материалами.
То есть после облицовывания кромок клеевой шов на нижней пласти заготовки, где остается след подрезки, будет еще заметнее из-за его толщины и устранить этот дефект можно только с помощью прифуговки.
Сколы и небольшие повреждения облицованных заготовок могут возникнуть не только при раскрое, но и во время хранения, перемещения деталей от операции к операции, укладки и штабелирования, а так же - загрузки в станок. Особенно легко повреждаются «рыхлые» плиты невысокой плотности, с тонкой и непрочной облицовкой, плиты на основе сотового заполнения и т. п. А именно с такими материалами имеют дело большая часть российских мебельных фабрик, производителей дверей и облицовочных плит. Идеальную линию стыка пласти заготовки и кромочного материала гарантирует лишь предварительное фрезерование (прифуговка).
Алмазные фуговальные фрезы – это, в основном, фрезы с напайными режущими элементами (резцами) из искусственного поликристаллического алмаза (PCD), однако, также распространены фрезы с механическим и клеевым креплением резцов.
В конструкции прифуговочных фрез учитывается, что обрабатываемые плиты имеют облицованные пласти. Во избежание сколов усилия резания должны быть направлены внутрь плитной заготовки, что обеспечивается расположением резцов под небольшим или значительным углом к вертикали.
Причем наклон верхних и нижних резцов имеет разное направление – рисунок режущих элементов напоминает латинскую букву V, а угол между резцами и плоскостью тела фрезы называется осевым. Чем больше осевой угол, тем качественнее обработка более мягких материалов, включая сотовое заполнение, поскольку снижается усилие резания, точнее, касательная сила резания, что влияет на суммарную силу резания.
Конструктивно фрезы подразделяются на следующие группы:
- Для обработки одно- и двухсторонних облицованных плитных материалов с симметричным и несимметричным расположением режущих кромок и стандартным диаметром 60–200 мм;
- Регулируемые и цельные;
- Со стальным и алюминиевым корпусом;
- По способу крепления алмазных резцов на корпусе (напайные; наклееные; механического крепления резцов штучного и блочного);
- По направлению вращения (левого или правого исполнения);
- По высоте алмазной режущей пластины – «эконом» и «стандарт»;
- По величине осевого угла между резцами (до 35°, 40–45° идо 75°);
- По типу выброса стружки – вверх или вниз;
- По форме и профилю межзубных впадин.
Фрезы для обработки заготовок, облицованных с одной стороны, могут быть с алмазными резцами, расположенными по спирали, правого или левого исполнения, как правило, запатентованные. Применяются в этих случаях и фрезы с асимметричным и симметричным расположением резцов.
Для обработки кромок плитных материалов разной толщины целесообразно использовать не цельные с напайными алмазными резцами, а регулируемые фрезы, которые позволяют за счет проставочных колец настроить фрезу на определенную толщину плиты.
На фрезах с корпусом из алюминиевых сплавов крепление алмазных зубцов может быть, как патентованным механическим штучным, блочным, так и с применением специального клея.
Разные производители таких фрез с механическим креплением используют собственные, уникальные по форме и конструкции, алмазные резцы. Так, например, запатентованы специальные резцы разной формы, со стальной вставкой в зоне межзубной впадины, которые препятствуют сильному абразивному износу впадины, однако такие фрезы дороже фрез конкурентов.
Сервисное обслуживание алмазных фрез
Алмазные фрезы в отличие от твердосплавного инструмента, как правило, обслуживаются в специализированных сервисах, заточка производится на электроэрозионном оборудовании, которое, как правило, не по карману большинству деревообрабатывающих предприятий.Чтобы дорогостоящий PCD режущий инструмент служил долго, необходимо своевременно выполнять его переточку. Правильная, с соблюдением всех технических параметров, заточка позволяет:
- увеличить срок службы инструмента;
- повышает производительность труда;
- решает вопрос качественной и длительной обработки древесных материалов;
- помогает снизить расходы на выпускаемую продукцию.
Что касается исполнения, то фрезы с высотой пластины до 2,5 мм относятся к варианту «эконом», а фрезы с пластиной от 4,0 мм – к варианту «стандарт». При условии, что при заточке съем алмаза составляет 0,25–0,3 мм (при правильно эксплуатировавшихся фрез), фрезы «эконом» можно перетачивать максимум три раза, а фрезы «стандарт» – до 10 раз.
Несколько слов об аксиальном угле. Только на напайных фрезах аксиальный угол может быть от 30 до 75°, на сменных зубьях с механическим креплением он, как правило, равен 35°.
В России распространены фрезы с аксиальным углом до 35°, поскольку общая длина режущих кромок резцов в них минимальная и они дешевле фрез с аксиальным углом больше 50°.
Плюсы и минусы алмазных фуговальных фрез
- Выбор количества зубьев на фрезе зависит от скорости подачи и обрабатываемого материала, считается, что каждый зуб обеспечивает скорость подачи 4-5 м/мин. При более быстрой подаче рекомендуется большее количество зубьев. Чем больше зубьев, тем больше рабочий ресурс и выше стоимость фрезы.
- Инструменты с оптимизированным отводом стружки и оптимальная аспирация препятствуют т.н. двойному дроблению, которое, также, снижает качество фугования и может сократить стойкость и рабочий ресурс фрезы.
- Фрезы со сменными алмазными резцами отличает от других фуговальных фрез минимальный уровень шума, в том числе за счет небольшой массы корпуса из высокопрочного алюминия. Применение этих фрез позволяет снизить потребляемую электрическую энергию, снижается эффект появления дисбаланса при обработке заготовок. Конструктивные особенности таких фрез наряду со снижением дисбаланса приводят к уменьшению шума при работе.Если фуговальная фреза со сменными резцами затупилась частично, то ряды зубьев, которые обрабатывают наружные слои плитных материалов можно заменить рядами резцов, работающих по среднему слою плит. В зависимости от требований к качеству фугования эта мера поможет увеличить рабочий ресурс фрезы. Сменные специальные алмазные ножи обычно уже запатентованы, что вынуждает клиента покупать расходные материалы и фрезы у одного и того же производителя. Ресурс таких ножей, как правило, рассчитан максимум на три переточки, тогда как ресурс, например, напайной фрезы типа «стандарт» в три раза больше. Стоимость замены всех ножей на фрезе обычно равна стоимости новой напайной фрезы аналогичной конструкции. Затраты на покупку и эксплуатацию фрезы со сменными алмазными резцами могут оказаться в 2–3 раза больше затрат на обычную напайную фрезу типа «стандарт».
- Применение ноу-хау, например, дополнительные отверстия в зоне межзубной впадины, которые направляют воздух в зону резания при вращении инструмента, позволяет снизить уровень шума, как на холостом ходу, так и при работе. Фрезы с разнесенными зубьями (ножами), выступающими над корпусом на 1–2 мм, и с уменьшенными пазухами для отвода стружки отличаются повышенной производительностью и значительно повышают качество обработки деталей, а также способствуют снижению уровня шума станка.
- Предпочтительно использовать фрезы с небольшой межзубной впадиной и разделенными или разнесенными по корпусу режущими элементами. Они менее шумные и отличаются пониженными ударными нагрузками.
- Осевой угол расположения режущих кромок более 55° обеспечивает высокое качество обработки поверхности, в том числе материалов с рыхлым средним слоем, что делает такие фрезы пригодными не только для работы с тонкими облицовочными материалами, но и для т.н. «последующей лазерной кромкооблицовки».
- Фуговальные фрезы GT с блочным креплением резцов позволяет, используя один и тот же корпус и меняя режущие элементы обрабатывать различные материалы, включая любую древесину, а также фуговальную фрезу преобразовать в профильную.