Alles over frezen

Frezen is een manier van verspaning waarbij materiaal verwijderd wordt door middel van een frees, een roterend gereedschap dat afhankelijk van de uitvoering zowel in radiale als axiale richting kan snijden. Door de vele typen en toepassingen is frezen een veelomvattend begrip. Voor al uw vragen over frezen (in metaal en kunststof) kunt u bij ons terecht. In onderstaand artikel leggen we u alles over frezen uit. Dormer Pramet is specialist in verspanende gereedschappen en heeft een uitgebreid assortiment aan frezen.

 

Inhoudsopgave

1.   Keuze van de frees
   1.1   Relatie tussen aantal spaangroeven en stijfheid
   1.2   Zo groot mogelijke diameter
   1.3   Zo kort mogelijke uitsteeklengte
2.   Frezen en toepassingen
3.   Freesrichting
   3.1   Tegenlopend frezen
   3.2   Meelopend frezen
4.   Boren met een frees
5.   Frezen en toleranties
6.   Freeshouders
   6.1   Freeshouders voor frezen met aantrekdraad
   6.2   Freeshouders voor frezen met spanvlak (Weldon)
   6.3   Spantanghouder
   6.4   Freeshouder met opsteekdoorn voor mantelkopfrezen
7.  Typen frezen
   7.1   Spiebaanfrezen
   7.2   Vingerfrezen
   7.3   Ruwfrezen
      7.3.1   Voorruwfrezen of fijnruwfrezen
      7.3.2   Ruwfrezen toepassingen
   7.4   Radiusfrezen
8.  Slijtage en breuk
   8.1   Slijtage
   8.2   Breken van de frees

1.    Keuze van de frees

Omdat spiebaanfrezen, vingerfrezen of profielfrezen via de schacht worden opgespannen, ontstaat er tijdens de bewerking altijd de neiging om door te buigen. Dit veroorzaakt namelijk een hogere slijtage van de frees, onnauwkeurigheid in de maatvoering van het te bewerken product en een slechtere oppervlaktekwaliteit. Om doorbuigen te voorkomen moet bij de keuze van de frees altijd rekening worden gehouden met de volgende factoren:

  • De stijfheid van de frees (afhankelijk van het aantal snijkanten)
  • Zo groot mogelijke diameter
  • Zo kort mogelijke uitsteeklengte (afhankelijk van de bewerking)

1.1 Relatie tussen aantal spaangroeven en stijfheid

Tweesnijders hebben een grote spaanruimte die de afvoer van de spanen makkelijker maakt. Hierdoor is het mogelijk is om behoorlijk zwaar te verspanen. Driesnijders hebben bijna dezelfde ruimte voor de spaan als een tweesnijder. Echter is de kern hierbij groter. Hierdoor verkrijgt de frees een stijfheid die praktisch gelijk is aan een die van een viersnijder. Viersnijders (meersnijders) hebben de grootste kern en daardoor ook de grootste stijfheid. De spaanafvoer wordt hier echter door benadeeld.

verhouding tussen de spaanruimte en het aantal tanden

Bovenstaande afbeeldingen tonen de verhouding tussen de spaanruimte en het aantal tanden van een frees van 10 mm.

1.2 Zo groot mogelijke diameter

Hoe groter de diameter van de frees is, des ter sterker is hij en meer bestand tegen doorbuigen.

1.3 Zo kort mogelijke uitsteeklengte

Hoe verder de frees uitsteekt uit de houder, hoe meer hij kan doorbuigen. Kies daarom de kortst mogelijke frees die voor de bewerking bruikbaar is.

 

2.    Frezen en toepassingen

Bij frezen voor groef- en/of kopfrezen zit het grote verschil in de aansnijding op de kop van de frees. Bij spiebaanfrezen (tweesnijders) en universeelfrezen (driesnijders) is het normaal dat één snijkant tot over het centrum snijdt of dat de geometrie zo is aangepast dat de frees ook borend gebruikt kan worden. Inmiddels worden er voor het gebruik in CNC-bewerkingscentra ook meerdere typen vingerfrezen vervaardigd die borend werken.
De keuze tussen een twee-, drie- of viersnijder hangt dan ook mede af van de bewerking.

Frezen-toepassingen

Voeding

f = voeding per tand (fz) x aantal tanden (z) x toerental (n)

Voor lange en extra lange frezen dient men de voeding te halveren.

Bij frezen die kopsnijdend zijn en waarmee borend gewerkt wordt, dient men een voeding per omwenteling aan te houden. Dit is gelijk aan de langsvoeding van één tand.

 

3.    Freesrichting

3.1 Tegenlopend frezenTegenlopend frezen

Bij tegenlopend frezen staat de voeding haaks op de snijkant van de freestand. De voeding van het werkstuk en de verspaningskrachten elimineren een eventuele speling tussen de leispindel en de opspantafel. Deze wijze van verspanen voorkomt het kruipen en uitbreken van de tanden. Het is de enige juiste manier om op conventionele freesbanken te verspanen. Dit systeem is echter niet geheel probleemloos. Omdat de tand het werkstuk binnen moet treden op het punt waar het deel van de spaan op zijn dunst is, gaat deze eerst glijden en drukken. De sterke wrijving die hierdoor ontstaat, zal de standtijd van de snijkant fors inkorten. Wanneer de tand het materiaal induikt, zal de spaan in dikte progressief toenemen en zich moeilijk van het materiaal laten scheiden. Daarnaast zal de verticale kracht die ontstaat, proberen het materiaal op te lichten.

3.2 Meelopend frezen

Meelopend frezen

Bij meelopend frezen worden de problemen van tegenlopend frezen vermeden. De tand doet namelijk zijn intrede op het moment waarop de spaan het dikst is. De verticale stuwdruk is hier bovendien naar beneden gericht, waardoor het werkstuk goed in positie wordt gehouden. Deze manier van werken is fundamenteel voor het frezen van dun materiaal. Belangrijk is echter wel dat hier wordt gewerkt met een machine met automatische spelingcompensatie, wat standaard is op CNC-machines. Indien er speling in de tafel zit, wordt de voeding door de verticale kracht verhoogd, wat tot uitbrokkeling van de tanden kan leiden.

Voordelen

  • Minder vermogen nodig om te frezen
  • Hogere snijsnelheden en voedingen
  • Betere koeling tijdens de bewerking
  • Gladder oppervlaktebeeld
  • Langere standtijd

Nadeel

  • De machine moet stabiel zijn en beslist geen speling op de as van de tafel hebben

 

4.    Boren met een frees

Wanneer voor de bewerking met een frees geboord moet worden, staat de keuze van het aantal spaangroeven in relatie tot de snedediepte. Tweesnijders zijn minder stijf maar hebben een goede spaanafvoer. Driesnijders hebben de neiging om van het centrum af te wijken maar door hun hogere stijfheid is het resultaat van de boring overeenkomstig met het gebruik van een viersnijder. Omdat er problemen met de spaanafvoer ontstaan, kunnen viersnijders beter niet gebruikt worden voor diepe gaten.

Op moderne CNC-machines worden met omlopend frezen uiterst nauwkeurig spiebanen gefreesd met ondermaatse frezen zoals 4,8 - 9,7, enz. De freesdiameter is hierbij niet meer bepalend voor de breedte van de spiebaan. Deze wordt namelijk bepaald door de besturing van de machine.

Omlopend frezen

Omlopend frezen met een ondermaatse spiebaanfrees

 

5.    Frezen en toleranties

Spiebaan- en universeelfrezen worden normaal gesproken vervaardigd met een tolerantie van e8. De tussenliggende ondermaatse frezen zoals 4,8 - 9,7, enz. worden vervaardigd met een tolerantie van h10. Dormer Pramet vingerfrezen worden hoofdzakelijk vervaardigd met een tolerantie van k10. Ruwfrezen hebben daarentegen een tolerantie van k12.

Tolerantievoorbeelden

µm = 0.001 mm

Tolerantie

Diam. (mm)

 

> 3 = 6

> 6 = 10

> 10 = 18

> 18 = 30

> 30 = 50

Tolerantiewaarden (µm)

e8

-20 / -38

-25 / -47

-32 / -59

-40 / -73

-50 / -89

h6

0 / -8

0 / -9

0 / -11

0 / -13

0 / -16

h10

0 / -48

0 / -58

0 / -70

0 / -84

0 / -100

k10

+48 / 0

+58 / 0

+70 / 0

+84 / 0

+100 / 0

k12

+120 / 0

+150 / 0

+180 / 0

+210 / 0

+250 / 0

js14

+/- 150

+/- 180

+/- 215

+/- 260

+/- 310

p9

-12 / -42

-15 / -51

-18 / -61

-22 / -74

-26 / -86

 

6.    Freeshouders

Om de frees op te spannen in de spindel van de machine is een gereedschapshouder nodig. Afhankelijk van het soort frees (frees met een schacht of frees met een boring) dient de juiste keuze gemaakt te worden. Hieronder volgt een beknopt overzicht dat vooral gericht is op conventioneel frezen. Het verdient aanbeveling om een houder te kiezen die beantwoord aan de gewenste nauwkeurigheid van het werk.

6.1 Freeshouders voor frezen met aantrekdraad 

Fastloc of Clarkson freeshouders behoren inmiddels tot het verleden. Men doet er veel verstandiger aan om te kiezen voor houders met ER spantangen of Weldon opname.

Aantrekdraad1 Aantrekdraad2

6.2 Freeshouders voor frezen met spanvlak (Weldon) 

"Weldon" freeshouders worden gefabriceerd voor frezen met spanvlak. De opname van de houder en de schacht van de frees hebben bijzonder enge toleranties waardoor er een uitstekende rondloopnauwkeurigheid ontstaat. Deze precisie is van grote invloed op de standtijd van het gereedschap. Verbeteringen van zo'n 30% ten opzichte van eerdergenoemde houders (Fastloc) zijn niet uitgesloten.

spanvlak spanvlak2

6.3 Spantanghouder

Een spantanghouder is een breed inzetbaar spanmiddel. De nauwkeurigheid is gemiddeld en kan door keuze van een precisiespantang redelijk goed worden. Voordeel van de spantanghouder is dat er niet alleen frezen in kunnen worden gespannen maar in feite alle gereedschappen met een cilindrische schacht.

Spantanghouder Spantanghouder2

6.4 Freeshouder met opsteekdoorn voor mantelkopfrezen

Opsteekdoorn Opsteekdoorn2

7.    Typen frezen

7.1 Spiebaanfrezen

Bij spiebaanfrezen in normaal materiaal beïnvloedt de spaanafvoer sterk de bewerking. Normaal gesproken zou men een tweesnijder gebruiken, maar omdat de driesnijder door zijn stijfheid en spaanvolume een langere standtijd en een betere bewerking geeft, is het gebruik van een driesnijder aan te raden. Waar bij tweesnijders de rondloop onrustig kan zijn, zal bij het gebruik van een driesnijder de bewerking veel rustiger verlopen omdat de tanden continu met het materiaal in aanraking zijn. Gezien de voeding bij frezen meestal per tand wordt opgegeven, kan men bij gebruik van een driesnijder de voeding dus ook verhogen. Doordat de frezen voor een goede werking zijn voorzien van een spiraal, verkrijgt men bij het gebruik van een tweesnijder een lichte afwijking van de spiebaan. Door het gebruik van een driesnijder wordt deze afwijking gehalveerd. 

Spiebaan tweesnijder driesnijder

Spiebaan vervaardigd met tweesnijder of met een driesnijder 

Frees-links    Frees-rechts

Relatie tussen het aantal tanden en de snedediepte

Relatie aantal tanden snedediepte

Ap

Aantal spaangroeven

- 0,25 D

3 - 4

0,25 + 0,50 D

2 - 3

0,50 D+

 

 

7.2 Vingerfrezen

Wanneer de spanen bij de afvoer flink de ruimte hebben, zoals bij omtrekfrezen of contourfrezen, kan de productiviteit aanzienlijk worden verhoogd door een frees met een groot aantal snijkanten te gebruiken. Het gebruik van een drie- of viersnijder is afhankelijk van de diepte van de snede en de gewenste oppervlaktekwaliteit.

Relatie tussen het aantal tanden en de snedediepte

Relatie aantal tanden snedediepte 2

(Ap x D) x (Ae x D) aantal tanden

-0,15 D² 3 - 4 tanden

0,15 D² + 0,45 D² 3 tanden

Vingerfrees 

 

7.3 Ruwfrezen

Ruwfrezen worden onderverdeeld in voorruwfrezen en fijnruwfrezen. Door de vertanding wordt de brede spaan verdeeld in verschillende kleine spaantjes. Frezen met vertanding zijn daarom geschikt voor het zwaardere freeswerk. De verspaningscapaciteit is groter dan van frezen zonder vertanding. Daar staat tegenover dat men een minder glad oppervlak verkrijgt.

Ruwfrees 

Fijnruw type NFFijnruw type NF (met afgeplatte toppen)

Voorruw type NRVoorruw type NR  (met ronde toppen)

7.3.1 Voorruwfrezen of fijnruwfrezen

Voorruwfrezen worden gebruikt voor het snel verwijderen van materiaal, waarbij de kwaliteit van het oppervlak minder belangrijk is. Fijnruwfrezen geven naast een hogere verspaningscapaciteit ook nog een redelijk oppervlaktebeeld, waardoor de fijnruwfrees nog weleens voor voorbewerking en eindbewerking wordt gebruikt.

Voorruwfrees

Frezen met ruwvertanding vragen doordat ze de spanen opdelen een nauwkeurige concentriciteit en aanzienlijk minder vermogen.

Het naslijpen van frezen met vertanding dient alleen op het spaanvlak te gebeuren.

Extra fijne ruw type HRExtra fijne ruw type HR (fijner ruwprofiel dan de NR-uitvoering)

Fijne ruw type FSFijne ruw type FS (grotere vlakke toppen voor een gladder oppervlak)

Fijnruw

7.3.2 Ruwfrezen toepassingen

NR

Schroefvormig langs de mantel geslepen golftand, met grove spoed. Geschikt voor het met hoog spaanvolume frezen van staal en non-ferromaterialen met een treksterkte tot 800 N/mm2.

HR

Schroefvormig langs de mantel geslepen golftand, met fijne spoed. Geschikt voor het met hoog spaanvolume frezen van hoog gelegeerde staalsoorten en non-ferromaterialen met een treksterkte > 800 N/mm2.

FS

Schroefvormig langs de mantel geslepen traptand, met fijne spoed. Geschikt voor het met hoog spaanvolume frezen van lichte materialen en voor het ruwfrezen met gladder oppervlakte van staal en non-ferromaterialen.

NF

Schroefvormig langs de mantel geslepen traptand, met grove spoed. Is voor dezelfde toepassing geschikt als de NR, echter met minder spaanvolume. De oppervlaktekwaliteit is gladder, wat echter niet in die mate het geval is bij (gladde) frezen zonder spaanbreker.

 

Dormer heeft twee types ruwfrezen geïntroduceerd, met een asymmetrische spaanbreker:

HRA

Een schroefvormig langs de mantel geslepen asymmetrische golftand, met fijne spoed. Voor eenzelfde toepassing als het HR type, de asymmetrie van de golftand verminderd trilling en verhoogt de levensduur.

NRA

Een schroefvormig langs de mantel geslepen asymmetrische golftand, met grove spoed. Voor eenzelfde toepassing als het NR type de asymmetrie van de golftand verminderd trilling en verhoogt de levensduur.

7.4 Radiusfrezen

Een radiusfrees, ook wel bekend als oliegroeffrees, heeft een halfronde top. Radiusfrezen worden veelal gebruikt bij het bewerken van matrijzen, mallen en werkstukken met complexe oppervlakten, bijvoorbeeld in de auto-industrie, ruimtevaartindustrie en matrijs- en vormenbouw.

De effectieve diameter is de belangrijkste factor die bij de berekening van de vereiste snijsnelheid wordt gebruikt. De effectieve diameter wordt gedefinieerd als daadwerkelijke diameter van de frees bij een bepaalde snedediepte, dus de diameter aan de punt waar de frees het materiaal mee raakt. Gezien bij radiusfrezen door de radius aan de top van de frees bijzonder weinig spaanruimte overblijft, verdient het bij diepere bewerkingen de aanbeveling om het werkstuk voor te bewerken met een spiebaan- of vingerfrees. Zonder voorbewerking bestaat de mogelijkheid dat de spaangroeven verstopt raken en de frees breekt.

Radiusfrezen

Toepassing radiusfrees

Toepassing van radiusfrees in het produceren van een persvorm

 

8.    Slijtage en breuk

8.1 Slijtage

De frees moet geslepen worden, als één van de volgende zaken zich voordoet tijdens het frezen:

  • Verslechtering van de oppervlaktegesteldheid
  • Het kleiner worden van de spaan
  • Een hogere resonantie

De volgende beschadigingen kunnen zich voordoen:

Slijtage aan de vrijloopSlijtage aan de snijkantUitbrokkeling

  • Slijtage aan de vrijloop
  • Slijtage aan de snijkant
  • Uitbrokkeling 

Slijtage aan de snijkanten en uitbrokkeling wordt normaal gesproken veroorzaakt door het gebruik van te hoge voedingen en snijsnelheden.

Wanneer de slijtage aan de vrijloop breder wordt dan 0,2 - 0,25 mm (voor ruwfrezen 0,4 - 0,5 mm) zal de frees geslepen moeten worden.

Wanneer de frees goed geslepen is, doen de prestaties niet onder voor een nieuwe.

Frees slijpen

8.2 Breken van de frees

Wanneer met een botte frees doorgewerkt wordt, is de kans op breuk aanzienlijk. Toch kan een frees ook breken wanneer er met een te lage voeding of snedediepte wordt gewerkt. In dat geval heeft de frees moeite om in het materiaal te dringen. Deze zal vervolgens de neiging hebben om over het materiaal te schrapen (in de volksmond wordt dit ‘poetsen’ genoemd). In dat geval zal de frees continu radiaal doorbuigen waarbij het gereedschap een kort leven beschoren zal zijn. Door het buigen zal vermoeidheid in het materiaal ontstaan waarna het gereedschap breekt. Deze breuk is eenvoudig te herkennen omdat de frees recht afbreekt.