Frezele cilindro-frontale, prevăzute cu muchie așchietoare de forma unui arc de cerc cu diametru mare au apărut în secțiile de prelucrări acum aproximativ 25 de ani. Forma lor amintește cu ușurință de profilul unui butoi, de aceea termenul de ,,Freze-Butoi" a fost rapid adoptat.
Iniţial, utilizarea frezelor-butoi a fost limitată la numai câteva aplicaţii, precum suprafeţele 3D, regăsite pe matriţe complexe sau pe componentele turbosuflantelor. Ulterior, odată cu utilizarea pe scară largă a prelucrărilor în 5 axe și cu modernizarea sistemelor CAM, au fost extinse mult domeniile lor de aplicare.
În paralel, principiul de proiectare a muchiei așchietoare realizate ca un arc de cerc de diametru mare a fost și el extins cu succes și la alte tipuri de freze, de exemplu la cele create pentru frezări cu avans rapid (HFM = High Feed Machining) și la care facem referire în codificările noastre prin sufixul ,,FF" (Fast Feed). Conceptul realizează geometrie de așchiere toroidală, ce asigură productivitate ridicată în frezările de eboș, cu avansuri extrem de ridicate. Cheia succesului o reprezintă efectul de subţiere a așchiei.
Spre deosebire de sculele clasice cu avansuri ridicate, frezele cilindro-frontale ,,Butoi" sunt destinate operaţiilor de semifinisare și finisare a suprafeţelor 3D, cu adaosuri mici de prelucrare.
În mod tradiţional, aceste operaţii sunt realizate de frezele sferice și/sau de cele toroidale. În orice caz, arcul de cerc de diametru mare, realizat pe muchia așchietoare reușește să reducă mult diferenţele de înălţime dintre treceri consecutive, în comparaţie cu situaţia prelucrării cu freze sferice sau toroidale.
Un alt avantaj important faţă de frezele sferice și toroidale îl reprezintă distanţa dintre treceri, care se mărește considerabil; altfel spus, mărimea pasului crește cu, practic, de până la 5 ori, fără ca parametrii legaţi de calitatea suprafeţei obţinute să aibă de suferit (Figura 1).
- FIGURA 1.
În consecinţă, numărul pașilor scade substanţial, reducând considerabil timpul de prelucrare. De asemenea, perioada de contact ,,sculă-piesă" este mai scurtă, ducând la mărirea durabilităţii exprimate în număr de piese prelucrate. În final, costul prelucrării unei piese (cpu) se reduce.
În timp, forma clasică bombată a frezelor cilindro-frontale a suferit modificări, cu scopul de a li se diversifica aria de utilizare. Combinaţia dintre o freză sferică și o freză cu zona periferică de forma unui arc de cerc cu diametru mare reprezintă de fapt o freză multifuncţională cu muchie așchietoare ovală. Ea poate fi utilizată în exact același mod în care prelucrează freza sferică.
În ceea ce privește frezele conice, prin transformarea muchiei așchietoare în arcul de cerc de diametru mare, freza capătă forma unui butoi conic. Analizând frezele conice clasice și comparându-le cu cele despre care discutăm acum, observăm că frezele de tip butoi realizează contact punctiform între muchia așchietoare și suprafaţa prelucrată, iar avantajele sunt importante:
- erorile dimensionale sunt eliminate, precizia prelucrării crește considerabil.
- este eliminată posibilitatea re-prelucrării unei forme deja create.
- conicitatea contribuie la reducerea consolei sculei, factor extrem de important privind îmbunătăţirea stabilităţii și a performanţelor în așchiere.
În principal, atât frezele cilindro-frontale ovale, cât și cele de tip butoi sunt utilizate la prelucrarea suprafeţelor laterale. Așa cum am menţionat deja, frezele de tip butoi conferă avantajul realizării pașilor mari între două faze de frezare.
Frezele cilindro-frontale cu profile butoi, ovale sau de tip lentilă sunt soluţiile ideale pentru prelucrarea suprafeţelor 3D. În orice caz, pentru o bună perioadă de timp, complexitatea programării comenzilor numerice în vederea utilizării acestor profile a reprezentat o frână în integrarea frezelor de acest tip în diferite ramuri industriale. Utilizarea pe scară din ce în ce mai largă a mașinilor-unelte prevăzute cu 5 axe, cât și a celor mai recente dezvoltări din domeniul programării CAM a schimbat dramatic situaţia, astfel încât sculele de tip butoi sunt astăzi intens utilizate la prelucrarea de piese diverse, cu geometrii complexe. Principalii utilizatori aparţin industriilor aeronautică, producătoare de matriţe, medicală, producătoare a componentelor compresoarelor.
În consecinţă, firmele producătoare de scule și-au intensificat eforturile în direcţia dezvoltării și diversificării profilelor ,,Butoi", ca răspuns la cererile din ce în ce mai variate ale producătorilor. Cele mai recente produse ISCAR, freze cilindro-frontale prevăzute cu astfel de profile, componente ale familiilor SOLIDMILL și MULTI-MASTER sunt cele mai elocvente exemple în acest sens.
Avantajul Multi-Master
ISCAR oferă freze cilindro-frontale cu profile ,,Oval" și ,,Lentilă" în gama diametrală 8 – 16 mm (Figura 2).
- FIGURA 2.
În afara soluţiei monobloc din carbură, noile freze ,,Butoi" au fost produse și în varianta Multi-Master – capete schimbabile cu montare prin intermediul unui filet cu profil special. Astfel, utilizatorul profită și de avantajul caracteristic acestei familii și anume ,,Timp Auxiliar Zero"; altfel spus, capul așchietor este înlocuit fără ca suportul să fie demontat din axul mașinii-unelte. În mod deosebit, în cazul acestor profile, avantajul este impresionant la frezările de semi-finisare și finisare (Figura 3).
- FIGURA 3.
Utilizarea conceptului Multi-Master aduce clientului economii importante. Forma complicată a muchiei așchietoare face ca acest tip de freză să fie irecuperabilă, odată atinsă limita de durabilitate. Astfel, o freză monobloc uzată, cu volum mare de carbură, se transformă într-un obiect inutil, a cărui valoare iniţială a fost ridicată. Atunci când este posibil, în principal când lungimea muchiei așchietoare o permite, utilizarea soluţiei MULTI-MASTER aduce utilizatorului economii importante. Fără îndoială, utilizarea carburii se face cu eficienţă mult mai ridicată. În plus, varietatea impresionantă de cozi-suport, reducţii și extensii permite obţinerea ansamblului optim în raport cu fiecare aplicaţie în parte.
Putem afirma că, în etapa actuală, frezele cilindro-frontale cu profil ,,Butoi" sunt utilizate pe scară relativ redusă. Ele reprezintă soluţia ideală pentru realizarea unor aplicaţii specifice, în care pofilele de prelucrat sunt complicate. Este deci indispensabilă utilizarea mașinilor-unelte inteligente și, extrem de important, a sistemelor CAM foarte avansate. În orice caz, domenii prelucrătoare în care tehnologiile avansate sunt absolut necesare (exemplu: matriţe pentru injecţia materialelor plastice, imprimare 3D, matriţe pentru turnări sau forjări de mare precizie) utilizează cu succes acest tip de sculă așchietoare. Iar tendinţa este de amplificare a utilizării acesteia, având în vedere că digitalizarea prelucrărilor aduce de la sine scăderea adaosurilor de prelucrare și creșterea ponderii operaţiilor de finisare a suprafeţelor complexe.
Având în vedere cele de mai sus, specialiștii ISCAR estimează că, în perioada următoare, consumul de freze cilindro-frontale tip ,,Butoi" va crește exponenţial și producătorii de scule așchietoare vor trebui să se adapteze acestei tendinţe industriale evidente.
