Как правильно хранить и обслуживать фрезы

Фреза относится к наиболее дорогим и чувствительным элементам технологической оснастки на участке ЧПУ. Стоимость инструмента складывается не только из закупочной цены. Существенную долю затрат формируют внеплановые замены, переточки, простой оборудования, повреждение заготовок и выпуск брака.

На многих производствах контроль режимов резания организован значительно лучше, чем контроль хранения инструмента. При этом часть повреждений режущих кромок возникает еще до установки фрезы в шпиндель. Причиной становятся удары инструмента друг о друга, остатки СОЖ после предыдущей операции, неправильная транспортировка между рабочими местами или длительное хранение в неподходящих условиях.

В результате новая или недавно переточенная фреза может потерять часть ресурса еще до начала работы.

В этом материале рассмотрены требования к хранению и обслуживанию фрез, признаки повреждений инструмента, способы организации инструментального хозяйства и методы контроля ресурса.

Что дает правильное хранение и обслуживание фрез

Организация хранения влияет на несколько производственных показателей одновременно:

• стойкость инструмента;
• стабильность размеров деталей;
• качество обработанной поверхности;
• количество внеплановых остановок станка;
• расходы на закупку режущего инструмента;
• ресурс шпиндельного узла.

Для монолитных твердосплавных фрез опасность представляют не только коррозия и загрязнение. Даже небольшой удар режущих кромок способен вызвать микроскол, который невозможно обнаружить без увеличения.

После установки такой фрезы в станок повреждение начинает развиваться под нагрузкой. Вначале ухудшается качество поверхности детали. Затем растет нагрузка на режущую часть, появляются вибрации, а при дальнейшей работе возможен полный скол зуба.

На участке изготовления алюминиевых деталей подобная ситуация нередко выявляется только после запуска партии. Внешне инструмент выглядит исправным, однако на первых деталях появляется ухудшение шероховатости поверхности. При осмотре под увеличением обнаруживается скол режущей кромки, полученный еще во время хранения.

Стоимость нескольких испорченных деталей зачастую превышает стоимость правильной системы хранения инструмента.

Какие повреждения возникают при неправильном хранении

Нарушение условий хранения отражается не только на внешнем состоянии инструмента. Часть дефектов становится заметна только после установки фрезы в шпиндель и начала обработки.

Коррозия

Коррозия чаще всего появляется при сочетании трех факторов:

• повышенная влажность;
• конденсат;
• остатки СОЖ на поверхности инструмента.

Особенно быстро повреждаются участки возле режущих кромок и переходные зоны между хвостовиком и рабочей частью.

Если инструмент после смены убирается в закрытый ящик без предварительной очистки и сушки, остатки влаги начинают работать как электролит. Через некоторое время появляются очаги окисления, ухудшается состояние поверхности и снижается точность режущей геометрии.

Для инструментальных складов обычно стараются поддерживать стабильный температурный режим без резких перепадов температуры и повышенной влажности воздуха.

Сколы режущих кромок

Для твердосплавного инструмента механические повреждения представляют большую опасность, чем коррозия.

Монолитный твердый сплав обладает высокой твердостью, но плохо переносит ударные нагрузки. При контакте двух фрез могут образовываться:

• микросколы;
• микротрещины;
• локальные выкрашивания режущих кромок.

Характерная ошибка — хранение инструмента навалом в ящиках или коробках.

Во время перемещения контейнера инструмент постоянно соприкасается между собой. Через несколько недель хранения часть фрез уже имеет поврежденные режущие кромки.

Для дорогостоящих твердосплавных фрез стоимостью в несколько десятков тысяч рублей такой способ хранения приводит к прямым финансовым потерям.

Повреждение покрытий

Современные фрезы часто имеют износостойкие покрытия:

• TiAlN;
• AlTiN;
• TiCN;
• многослойные комбинированные покрытия.

Покрытие работает как тепловой и износостойкий барьер между инструментом и заготовкой.

Повреждение покрытия может происходить при:

• ударах инструмента;
• трении между фрезами;
• использовании агрессивных очистителей;
• неправильной очистке после обработки.

После локального разрушения покрытия износ начинает развиваться значительно быстрее. Особенно заметно это при обработке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.

Потеря точности инструмента

Часть производств рассматривает хранение как отдельный процесс, не связанный с точностью обработки.

На практике связь существует.

Поврежденный хвостовик способен привести к ухудшению посадки в цанговом патроне или термопатроне. Даже незначительные задиры на посадочной поверхности могут увеличить биение инструмента.

Рост биения вызывает:

• увеличение нагрузки на зубья;
• ускоренный износ режущей части;
• ухудшение качества поверхности;
• снижение стойкости инструмента.

Если на станке регулярно возникают необъяснимые проблемы со стойкостью фрез, имеет смысл проверить не только режимы резания и крепление инструмента, но и систему его хранения.

Подготовка фрез к хранению

Большинство проблем появляется не во время хранения, а в промежутке между завершением обработки и размещением инструмента в кассете или шкафу.

Последовательность обслуживания после снятия инструмента со станка обычно включает четыре этапа:

1. Удаление стружки.
2. Очистка от СОЖ и загрязнений.
3. Сушка.
4. Размещение в защитной упаковке или ложементе.

Пропуск любого из этапов сокращает срок службы инструмента.

Очистка от стружки

После обработки стали на режущей части остаются мелкие частицы стружки и металлическая пыль.

После обработки алюминия ситуация сложнее. На режущих кромках часто появляются налипания материала.

Если убрать такую фрезу на хранение без очистки, алюминий начинает работать как дополнительный абразив при следующем запуске инструмента.

Для удаления загрязнений обычно используют:

• мягкие щетки;
• специальные очистители;
• сжатый воздух.

Применение металлических щеток требует осторожности, особенно для инструмента с покрытиями.

Удаление остатков СОЖ

После окончания обработки на поверхности инструмента остается тонкая пленка смазочно-охлаждающей жидкости.

При краткосрочном хранении это может не создавать проблем.

При хранении в течение нескольких недель или месяцев остатки СОЖ способны ускорять коррозионные процессы и ухудшать состояние поверхности инструмента.

Особенно внимательно к очистке относятся после обработки:

• алюминия;
• нержавеющей стали;
• титана.

Для удаления остатков СОЖ используют специальные составы, совместимые с материалом инструмента и типом покрытия.

Сушка инструмента

После очистки инструмент необходимо полностью высушить.

Даже небольшое количество влаги, оставшееся в канавках или возле режущих кромок, способно стать источником коррозии при длительном хранении.

Особое внимание уделяют инструменту после мойки и применения водосмешиваемых очистителей.

Для сушки используют:

• сжатый воздух;
• безворсовые салфетки;
• сушильные шкафы на инструментальных участках.

При хранении дорогостоящих твердосплавных фрез иногда дополнительно контролируют отсутствие влаги в упаковке перед размещением инструмента на склад.

Консервация при длительном хранении

Если инструмент не планируется использовать в течение нескольких месяцев, применяют консервацию.

Чаще всего используются:

• консервационные масла;
• защитные смазки;
• ингибиторы коррозии;
• VCI-упаковка;
• влагопоглотители на основе силикагеля.

Для складского хранения запасного инструмента часто применяют сочетание индивидуальной упаковки и влагопоглотителя внутри контейнера.

Подобный подход позволяет защитить инструмент при сезонных колебаниях температуры и влажности.

Для инструмента с покрытиями необходимо предварительно убедиться, что используемый консервирующий состав совместим с материалом покрытия.

Как правильно хранить фрезы

Организация хранения зависит от стоимости инструмента, интенсивности его использования и количества позиций на участке.

На небольших участках достаточно кассет и индивидуальных пеналов.

На серийном производстве обычно применяют полноценное инструментальное хозяйство со шкафами, маркировкой и учетом ресурса.

Инструментальные кассеты

Инструментальная кассета считается одним из наиболее удобных решений для хранения фрез.

Каждая позиция имеет собственное посадочное место, исключающее контакт инструмента с соседними ячейками.

Преимущества кассет:

• защита режущих кромок;
• быстрый поиск инструмента;
• удобство транспортировки;
• визуальный контроль заполненности.

Для концевых фрез различного диаметра желательно использовать отдельные секции или кассеты.

Смешивание инструмента разных размеров усложняет учет и повышает риск механических повреждений.

Шкафы и стеллажи

При большом количестве инструмента хранение в отдельных коробках становится неудобным.

В таких случаях применяют инструментальные шкафы.

Обычно внутри шкафа размещают:

• кассеты;
• ложементы;
• полки для запасного инструмента;
• ячейки для инструмента после переточки;
• секции для инструмента, ожидающего списания.

На одном из участков металлообработки после внедрения отдельной зоны хранения для новых, рабочих и переточенных фрез количество ошибочных установок инструмента заметно сократилось уже в первые недели эксплуатации. До внедрения системы операторы периодически путали новый инструмент с инструментом после нескольких циклов переточки.

Подобные ошибки напрямую влияют на прогнозирование стойкости инструмента.

Индивидуальные пеналы и защитные колпачки

Для дорогих твердосплавных фрез наиболее безопасным вариантом остается индивидуальное хранение.

Обычно используются:

• пластиковые пеналы;
• транспортировочные тубусы;
• защитные колпачки;
• заводская упаковка.

Особенно это актуально для:

• сферических фрез;
• радиусных фрез;
• микроинструмента;
• длинномерных фрез малого диаметра.

Стоимость такой упаковки несопоставима со стоимостью поврежденного инструмента.

Сравнение способов хранения фрез

Требования к температуре и влажности

Для хранения режущего инструмента обычно стремятся обеспечить:

• стабильную температуру без резких перепадов;
• отсутствие конденсата;
• умеренную влажность воздуха;
• защиту от прямого контакта с водой.

Повышенную опасность представляет не абсолютное значение температуры, а её колебания.

Типичный пример — неотапливаемый склад зимой. После включения отопления воздух быстро нагревается, а инструмент остается холодным. На поверхности образуется конденсат.

Внешне инструмент может выглядеть сухим уже через несколько часов, однако микрокапли влаги остаются в труднодоступных местах и запускают процессы окисления.

Особенности хранения твердосплавных фрез

Твердосплавный инструмент требует более аккуратного обращения по сравнению с инструментом из быстрорежущей стали.

Причина связана со свойствами материала.

Монолитный твердый сплав обладает:

• высокой твердостью;
• высокой износостойкостью;
• низкой устойчивостью к ударным нагрузкам.

Поэтому для таких фрез основную опасность представляют не коррозия и загрязнения, а механические повреждения.

Монолитный твердый сплав

Даже падение инструмента с небольшой высоты способно вызвать:

• микротрещину;
• выкрашивание кромки;
• локальный скол.

После установки в шпиндель такие дефекты начинают быстро развиваться под нагрузкой.

По этой причине монолитные фрезы желательно хранить:

• отдельно друг от друга;
• в кассетах или пеналах;
• без контакта режущих частей между собой.

Транспортировка инструмента между складом и станком также должна выполняться в индивидуальной упаковке.

Фрезы с покрытиями

Покрытие влияет на:

• стойкость инструмента;
• тепловую нагрузку;
• износ режущих кромок;
• сопротивление налипанию материала.

Для фрез с покрытиями TiAlN, AlTiN и TiCN опасность представляют:

• удары;
• трение о другие инструменты;
• агрессивные очистители;
• абразивные загрязнения.

При хранении после обработки алюминия особое внимание уделяют удалению налипшего материала.

Остатки алюминия способны повреждать покрытие при последующих циклах работы и ускорять локальный износ режущей части.

Контроль состояния инструмента

Даже при правильном хранении фреза постепенно теряет первоначальные характеристики.

Контроль состояния позволяет выявить повреждения до установки инструмента в станок и избежать брака при обработке деталей.

На большинстве производств проверку выполняют:

• после снятия инструмента со станка;
• перед отправкой на склад;
• перед запуском новой партии;
• после переточки.

Признаки износа

Характер износа зависит от материала заготовки, режимов резания и состояния оборудования.

Наиболее распространенные признаки:

• закругление режущей кромки;
• локальные выкрашивания;
• появление участков повышенного износа;
• изменение цвета режущей части вследствие перегрева;
• ухудшение качества обработанной поверхности.

Косвенными признаками также являются:

• рост потребляемой мощности шпинделя;
• увеличение вибраций;
• изменение звука резания;
• появление заусенцев.

Если качество поверхности ухудшается без изменения режимов обработки, проверка инструмента выполняется в первую очередь.

Признаки микросколов

Микросколы относятся к наиболее опасным дефектам.

Внешне фреза может выглядеть исправной.

При этом повреждение уже присутствует на режущей кромке.

Наиболее часто микросколы появляются:

• после падения инструмента;
• после хранения навалом;
• после столкновения инструмента с заготовкой;
• после вибрационной обработки.

Для контроля используют:

• лупу;
• инструментальный микроскоп;
• увеличительные камеры контроля инструмента.

Перед запуском крупной партии желательно проводить дополнительный визуальный контроль дорогостоящих твердосплавных фрез.

На одном из участков обработки нержавеющей стали причина нестабильной стойкости инструмента долгое время связывалась с режимами резания. Проверка под увеличением показала серию микросколов на нескольких фрезах из одной кассеты. После замены поврежденного ложемента проблема исчезла.

Подобные ситуации сложно выявить без регулярного контроля состояния инструмента.

Когда необходима переточка

Переточка позволяет восстановить геометрию инструмента и снизить расходы на закупку новых фрез.

Отправка на переточку выполняется при появлении:

• равномерного износа режущих кромок;
• ухудшения качества поверхности;
• снижения производительности;
• повышения нагрузки на шпиндель.

Не рекомендуется откладывать переточку до появления серьезных повреждений.

Чем сильнее износ, тем больший объем материала придется удалить во время восстановления инструмента.

Для различных типов фрез допустимое количество циклов переточки отличается и зависит от конструкции инструмента, диаметра и требований к геометрии.

Поэтому учет каждой переточки желательно вести отдельно.

Переточка или замена: что выгоднее

При принятии решения оценивают не только стоимость восстановления.

Учитываются:

• остаточный ресурс;
• требования к точности обработки;
• стоимость возможного брака;
• загрузка оборудования;
• доступность нового инструмента.

Организация инструментального хозяйства на участке ЧПУ

Чем больше номенклатура инструмента, тем выше требования к системе учета.

При отсутствии контроля часть инструмента теряется, часть простаивает без использования, а часть продолжает работать после достижения предельного износа.

Маркировка инструмента

Маркировка позволяет быстро определить:

• тип инструмента;
• диаметр;
• материал обработки;
• текущий статус;
• количество переточек.

На производстве используются разные схемы:

• бумажные бирки;
• цветовая маркировка;
• штрихкоды;
• QR-коды;
• электронные базы учета.

Для крупных участков удобнее использовать цифровой учет с привязкой инструмента к конкретной позиции в шкафу.

Учет ресурса

Учет ресурса обычно ведут по:

• времени резания;
• количеству деталей;
• количеству обработанных метров траектории;
• количеству запусков.

Форма учета зависит от уровня автоматизации производства.

Минимальный вариант включает:

• номер инструмента;
• дату установки;
• дату снятия;
• причину замены;
• количество переточек.

Даже простая таблица позволяет выявлять инструменты с нестабильной стойкостью и контролировать расходы.

Контроль остатков

На складах с большим ассортиментом инструмента желательно разделять:

• новый инструмент;
• рабочий инструмент;
• инструмент после переточки;
• инструмент под списание.

Смешивание этих категорий часто приводит к ошибкам.

В результате новая фреза может оставаться на складе, а оператор устанавливает инструмент с минимальным остаточным ресурсом.

Типовые ошибки хранения фрез

Наиболее распространенные ошибки выглядят следующим образом:

• хранение навалом;
• отсутствие очистки после обработки;
• хранение инструмента с остатками СОЖ;
• отсутствие маркировки;
• совместное хранение нового и изношенного инструмента;
• использование поврежденных ложементов;
• хранение возле источников влаги;
• отсутствие учета переточек;
• транспортировка без защитной упаковки.

Каждая из этих ошибок напрямую влияет на стойкость инструмента и качество обработки.

Влияние ошибок хранения на ресурс инструмента

Чек-лист оператора

Перед отправкой инструмента на хранение:

• □ удалить стружку;
• □ удалить остатки СОЖ;
• □ проверить режущие кромки;
• □ проверить хвостовик;
• □ убедиться в отсутствии сколов;
• □ высушить инструмент;
• □ разместить инструмент в кассете или пенале;
• □ внести данные в журнал учета.

Чек-лист кладовщика или инструментальщика

При приемке инструмента:

• проверить маркировку;
• проверить комплектность;
• убедиться в отсутствии коррозии;
• проверить состояние упаковки;
• разместить инструмент в соответствующей зоне хранения;
• обновить данные учета;
• проверить наличие влагопоглотителей при длительном хранении.

Заключение

Срок службы фрезы определяется не только режимами резания и качеством изготовления инструмента. Значительная часть ресурса зависит от действий после завершения обработки.

Очистка от стружки и СОЖ, защита режущих кромок от ударов, контроль влажности, своевременная переточка и учет ресурса позволяют сохранить геометрию инструмента и снизить затраты на режущий инструмент.

Для серийного производства наибольший эффект обычно дает комплексный подход: кассетное хранение, маркировка, контроль состояния фрез и ведение журнала ресурса. Такая система снижает вероятность повреждения инструмента, упрощает работу операторов и помогает прогнозировать расходы на инструментальное обеспечение участка ЧПУ.