Из-за внешнего сходства борфрезы с зубчатыми бурами шарошечных долот за ней устойчиво закрепилось обиходное название шарошка по металлу. Этот вид режущего инструмента стал доступен массовому потребителю только в последние десятилетия благодаря достижениям в области производства твердосплавных материалов и широкому применению в инструментальной промышленности обрабатывающих центров с ЧПУ.

Основное назначение борфрез — это фрезеровка металлов и других материалов с помощью ручного приводного инструмента и переносных установок. А их неоспоримые достоинства — это высокая производительность, небольшая цена и минимальные требования к организации производственного процесса. Шарошки по металлу применяют для ручного удаления припусков с линейных и профильных поверхностей, обработки отверстий, пазов, кромок и фасок, зачистки сварных швов, а также для обточки штампов и пресс-форм. Название шарошка не только основательно прижилось, но и получило свое развитие. Сейчас насадки из твердых абразивов, формы которых схожи с борфрезами, даже в каталогах российских интернет-магазинов называют абразивными шарошками.

Функции и назначение шарошек по металлу

Шарошка по металлу — это высокоскоростной многолезвийный фрезерный инструмент, в основном предназначенный для грубой и предварительной обработки изделий из сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов. В промышленности такие борфрезы используют главным образом для скоростного снятия припуска на этапах подготовки к последующей чистовой обработке, в том числе:

• для удаления облоев и корок с литых заготовок;
• зачистки и выравнивания сварочных швов;
• снятия заусенцев и фасок;
• обработки криволинейных поверхностей матриц, пуансонов, пресс-форм и фильеров;
• увеличения диаметров отверстий и размеров окон.

Кроме борфрез, из-за сходства внешнего вида шарошками также называют абразивные насадки с цилиндрическими хвостовиками. Разнообразные формы шарошек по металлу позволяют с достаточной точностью обрабатывать не только прямолинейные, но и профильные поверхности, в т. ч. сферические, параболические, конические и прочие. Их главное преимущество перед остальными видами инструментов для ручной металлообработки — высокая скорость резания металла, которая у твердосплавных борфрез достигает 900 м/мин.

В качестве привода для шарошек обычно используют прямошлифовальные машинки, ручные фрезеры, дрели и граверы. При этом основным ограничением для применения шарошек по металлу является максимально возможная скорость вращения приводного инструмента. Для дрелей частота вращения шпинделя обычно не превышает 6000 об/мин, что достаточно при использовании сверл из быстрореза, но не позволяет фрезеровать металл на номинальных скоростях резания шарошками небольшого размера. Граверы, использующие инструмент малого диаметра, обычно применяют шарошки из быстрорежущей стали, которые могут работать на меньших скоростях резания.

Классификация шарошек по материалу

При обработке металлов один из главных производственных показателей — это скорость резания, от которой напрямую зависит основное время технологической операции и, соответственно, трудоемкость изготовления детали. Другой важный параметр — это шероховатость поверхности, которая, как правило, находится в обратной зависимости от скорости резания. Главное ограничение по достижению желаемых значений этих показателей — это возможности оборудования в части скорости вращения и уровня биений шпинделя. По этой причине для разных видов обработки используют шарошки различных конструкций и из разных материалов, среди которых самые распространенные:

• твердые сплавы;
• углеродистые инструментальные стали;
• быстрорежущие стали;
• твердые абразивы;
• стали с алмазным напылением.

Кроме того, твердосплавные шарошки для повышения износостойкости покрывают специальными материалами на основе нитридов и углерода.

Твердосплавные

Рабочая часть твердосплавных борфрез изготавливается из материалов, обладающих высокой твердостью и тугоплавкостью. Чаще всего это карбиды вольфрама и титана на связке из кобальта с добавкой никеля. Шарошки твердосплавные характеризуются способностью работать с высокими скоростями резания при температуре в зоне обработки до 1100 °C. Ниже приведена таблица зависимости частот вращения шпинделя от диаметров и скоростей резания для такого карбидного инструмента при работе по металлу.

Для улучшения физических характеристик режущих кромок шарошек на их поверхности наносят специальные покрытия, снижающие усилие резания и повышающие износостойкость инструмента. В настоящее время в основном применяют покрытия на основе нитрида титана, каждое из которых, помимо прочего, окрашивает поверхность шарошки в определенный цвет. Самые распространенные материалы для таких покрытий:

• нитрид титана (желтый цвет);
• алюмонитрид титана (синий цвет);
• карбонитрид титана (серый цвет).

Для улучшения стружкоотвода при обработке вязких металлов (сплавы алюминия, латунь и пр.) применяют шарошки с твердым покрытием на углеродной основе (LTE), которое имеет темно-серый цвет.

Из углеродистых и быстрорежущих сталей

Эффективная работа шарошки по металлу напрямую зависит от соблюдения нормативной скорости резания. При невозможности использования приводов с необходимой частотой вращения вместо твердосплавных борфрез применяют шарошки из углеродистых инструментальных и быстрорежущих сталей (HSS). Кроме того, такой инструмент позволяет вести обработку металлов при меньших мощностях приводов. В таблице ниже приводится зависимость частот вращения шпинделя от скоростей резания и диаметров борфрез из инструментальных и быстрорежущих сталей. Рекомендуемые скорости резания для различных металлов, сплавов и пластиков можно найти в каталогах ведущих производителей борфрез.

Необходимо также отметить, что быстрорежущая сталь обладает повышенной вязкостью, поэтому более устойчива к вибрации и изменениям твердости обрабатываемой поверхности в процессе обработки. В отличие от металлов фрезеровка мягких материалов производится с низкими скоростями резания. В этом случае использование борфрез из инструментальных и быстрорежущих сталей предпочтительнее, в том числе и по экономическим соображениям.

Алмазные

Шарошка алмазная по своей форме не отличается от твердосплавных борфрез, только вместо продольных или спиральных режущих кромок на ее поверхность нанесен тонкий слой алмазной крошки. Этот инструмент чаще всего используют с граверами для тонкой шлифовки, гравировки и обработки кромок изделий из твердых металлов, искусственного и природного камня, стекла, керамики и т. п. Алмазный инструмент не предназначен для съема больших припусков, и при интенсивной работе его напыление быстро изнашивается. Поэтому для первичной обработки тех же материалов служит другой вид насадок – шарошка бакелитовая. Этот шлифовальный инструмент гораздо дешевле алмазного, имеет различные формы и выпускается с разной зернистостью.

Абразивные

Абразивные шлифовальные насадки по своей форме в основном повторяют борфрезы, поэтому в обиходе такой инструмент получил название шарошка абразивная. В качестве основы в них используют керамические, эластичные и бакелитовые связки, а абразивными наполнителями, как правило, служат оксид алюминия и карбид кремния.

Твердые насадки используют для зачистки литья и сварных швов, удаления старых покрытий, окислов и окалины, а также прямой и профильной выборки металла. Бакелитовые и эластичные насадки служат для очистки, грубой шлифовки и точного снятия припусков на изделиях из металла и других материалов. Конструктивно такой инструмент состоит из головки в форме цилиндра, сферы, конуса, капли и пр., которая напрессована на цилиндрический хвостовик из металла.

Виды шарошек по форме

Борфрезы выпускаются с различными формами режущих поверхностей, т. к. предназначены не только для линейной обработки, но и для профильной выборки пазов, уступов, выемок и кромок. Основные формы головок этого инструмента регламентированы российским ГОСТ 3402-2017, который соответствует международным стандартам ISO и немецким DIN. Среди них самые распространенные — это цилиндрические, сферические и конусные (в различных вариациях). В таблице ниже показаны базовые формы и буквенные коды борфрез для обработки металла и мягких материалов, а также виды профилей, для которых они предназначены.

Кроме формы режущей головки, борфреза характеризуется геометрическими размерами, длиной и диаметром хвостовика, а также типом режущих зубьев, который также имеет стандартизованное обозначение (см. следующий раздел).

Советы по обработке различных материалов

При выборе подходящей борфрезы для обработки металлов, пластиков или иных мягких материалов важнейшим критерием является конфигурация режущих зубьев. От этого зависит не только скорость резания и шероховатость поверхности, но и возможность быстрого отвода стружки из зоны работы. Последнее очень важно при обработке пластичных металлов, чья стружка при неправильном выборе инструмента забивает пазы между режущими зубьями. А это в свою очередь снижает производительность и вызывает перегрев борфрезы. Поэтому у шарошки по алюминию такое большое пространство между режущими поверхностями и такие глубокие канавки (см. тип N на рис. ниже).

Типы режущих поверхностей также стандартизованы и имеют буквенное обозначение, которое обычно указывают последним в коде конкретного изделия. На рисунке ниже представлены базовые конфигурации зубьев, а в таблице приведены рекомендации по их применению при обработке различных металлов, сплавов, пластика и армированных материалов.

Кроме указаний по выбору конфигурации зубьев, в каталогах производителей борфрез всегда можно найти таблицы со значениями скоростей резания и частот вращения для конкретных видов металлов и других материалов.

На что обратить внимание при выборе шарошки

При выборе шарошки в первую очередь необходимо разобраться, для обработки какого металла (или другого материала) она предназначена. В какой-то мере здесь может помочь правило: чем выше твердость обрабатываемого материала, тем мельче насечка. Но не всегда. Кроме того, надо хорошо представлять, какие поверхности каких металлов предстоит обрабатывать и подходит ли выбранная форма шарошки для данных целей. Все это является очень важными характеристиками, поэтому лучше всего не заниматься самодеятельностью, а воспользоваться таблицами из каталогов производителей, подобных тем, что приведены выше.

Еще одним фактором, ограничивающим выбор подходящей шарошки, является скорость вращения вашего электроинструмента. Если это электродрель, то шарошка из твердых сплавов при фрезеровке металлов не сможет работать на паспортных режимах резания, поэтому ее приобретение экономически невыгодно. Лучший вариант шарошки на дрель для обработки металлов — это инструмент из быстрорежущей стали.

Также важными параметрами любой борфрезы являются диаметр и длина хвостовика. Масса металла хвостовика гасит возможную вибрацию, поэтому по возможности нужно выбирать максимально доступный диаметр. Длина, напротив, является фактором, способствующим вибрации, что особенно проявляется на металле с неравномерной структурой. Поэтому она должна точно соответствовать предполагаемым видам обработки.