Rodzaje frezów do metalu – zastosowanie i najważniejsze typy

Pierwszy dobór frezu do stali hartowanej potrafi zestresować nawet doświadczonego operatora. Jeśli stoisz przed półką pełną frezów do metalu, łatwo się zgubić w oznaczeniach. Z tego tekstu dowiesz się, jakie są rodzaje frezów, gdzie się je stosuje i jak je dobrać do pracy.

Co wyróżnia frezy do metalu?

Frezy do metalu to wieloostrzowe narzędzia skrawające, które pracują w ruchu obrotowym. Montuje się je w frezarkach konwencjonalnych i CNC, a także w tokarkach z napędzanymi oprawkami. Dzięki wielu ostrzom na obwodzie i często także na czole mogą jednocześnie zdejmować znaczną ilość materiału i zapewniać powtarzalną jakość powierzchni.

W porównaniu z wiertłami frezy pozwalają nie tylko na wykonywanie otworów, ale też na frezowanie rowków, płaszczyzn i złożonych kształtów. Konstrukcja narzędzia jest dostosowana do mocowania w oprawkach ER, gniazdach Weldona lub na trzpieniach frezarskich. Od tego, jak zbudowane jest ostrze i jaki ma kąt spirali, zależy, czy narzędzie lepiej poradzi sobie z obróbką zgrubną, czy z wykańczającą.

Dobrze dobrany frez do metalu skraca czas obróbki, zmniejsza zużycie maszyny i ogranicza ryzyko złamania narzędzia.

Jak zbudowane są frezy i z jakich materiałów powstają?

Budowa frezu zawsze obejmuje część chwytową i część roboczą. Chwyt dopasowuje się do sposobu mocowania, natomiast część robocza ma krawędzie skrawające ułożone na powierzchni walcowej, czołowej lub jednocześnie walcowej i czołowej. Mówimy wtedy o frezie walcowym, czołowym lub walcowo‑czołowym. Istotny jest też podział na frezy z ostrzami centralnymi i bez nich, bo wpływa na możliwość zagłębiania narzędzia pionowo w materiał.

O trwałości frezu decyduje materiał, z którego wykonano część skrawającą. W obróbce metalu stosuje się kilka podstawowych grup, różniących się twardością i odpornością na temperaturę. W praktyce warsztatowej często porównuje się je pod kątem typowej twardości HRC i zakresu zastosowań.

Stal szybkotnąca i jej odmiany

Najbardziej uniwersalne są frezy z HSS, czyli stali szybkotnącej. Typowe gatunki, jak SW7M, osiągają twardość w zakresie 62–66 HRC i dobrze znoszą obciążenia udarowe. Stosuje się je do frezów o mniejszych średnicach, wiertel oraz frezów kształtowych, gdzie istotna jest odporność na nagłe zmiany obciążenia i wybaczanie drobnych błędów w parametrach.

Frezy z HSSE i HSSE‑PM zawierają kobalt, a w wersji proszkowej osiągają nawet około 69 HRC. Dają lepszą trwałość przy wyższych temperaturach, dlatego sprawdzają się przy dłuższych przejściach i w twardszych stalach. W Polsce wysokiej klasy frezy HSS i HSSE produkują firmy Fenes z Siedlec oraz Dolfamex z Jeleniej Góry, korzystające ze stali SW7M i SK5.

Węglik spiekany i spieki twarde

Gdy w grę wchodzi szybka obróbka stali hartowanej, sięga się po frezy z węglika spiekanego VHM. To mieszanka wolframu, chromu i tytanu, o twardości dochodzącej do około 90 HRC. Takie narzędzia świetnie znoszą wysoką temperaturę w strefie skrawania i pracę przy dużych prędkościach, dlatego dominują na nowoczesnych centrach CNC.

Drugą grupę stanowią frezy ze spieków twardych i płytek wieloostrzowych. Rdzeń narzędzia bywa wykonany ze stali narzędziowej, natomiast krawędź skrawającą stanowią wymienne płytki ze spieku. Im więcej środka wiążącego w spieku, tym większa odporność na obciążenia dynamiczne. Tak zbudowane głowice frezarskie są standardem przy dużych średnicach i obróbce zgrubnej.

Diament i spiek ceramiczny

Frezy diamentowe stosuje się rzadziej w typowych warsztatach metalowych, ale są nieocenione przy obróbce metali nieżelaznych, takich jak aluminium, miedź czy ich stopy. Warstwa diamentowa jest wyjątkowo twarda i zapewnia długą żywotność przy obróbce materiałów, które mają tendencję do przyklejania się do ostrza.

W specyficznych zastosowaniach stosuje się też frezy ze spieku ceramicznego. Ten materiał jest bardzo twardy, ale kruchy, dlatego pracuje stabilnie jedynie tam, gdzie obciążenie nie zmienia się gwałtownie. Z tego powodu częściej spotyka się go jako materiał płytek w wyspecjalizowanych głowicach niż w klasycznych frezach palcowych.

Jakie są główne rodzaje frezów do metalu?

Rodzaj frezu określa nie tylko jego kształt, ale też sposób mocowania w maszynie. Najczęściej spotkasz frezy trzpieniowe palcowe oraz frezy nasadzane, a obok nich wyspecjalizowane frezy tarczowe, piłkowe i kształtowe. Konstrukcja ostrzy decyduje, czy narzędzie lepiej sprawdzi się przy rowkach, płaszczyznach, czy przy złożonych kształtach form.

Różnice w geometrii ostrza, liczbie zębów i obecności ostrzy centralnych przekładają się na sposób pracy. Frez z ostrzami centralnymi może zagłębiać się pionowo w materiał, co ułatwia wykonywanie kieszeni i otworów bez wcześniejszego wiercenia. Frez bez takich ostrzy wymaga innego podejścia do wejścia w materiał.

Frezy trzpieniowe palcowe

Frezy palcowe trzpieniowe mają własny trzpień, który mocuje się bezpośrednio w oprawce. Standardowe średnice mieszczą się w przedziale od 1 do 40 mm. Powyżej tej wartości narzędzie staje się kosztowne ze względu na dużą część chwytową, która po zużyciu ostrza również trafia do utylizacji.

Frezy palcowe mogą być płaskie, z promieniem, kuliste, walcowo‑czołowe. Występują w wykonaniu z ostrzami centralnymi i bez nich. Wersje z ostrzami centralnymi pozwalają na frezowanie wgłębne bez wiercenia otworu startowego. To duża zaleta przy obróbce rowków zamkniętych i kieszeni.

Frezy nasadzane

Frezy nasadzane do metalu nie mają własnego trzpienia. Mocuje się je na osobnych trzpieniach frezarskich dzięki otworowi montażowemu. Takie rozwiązanie obniża koszt narzędzi o większych średnicach, ponieważ ponownie wykorzystujesz trzpień, a wymieniasz jedynie część roboczą frezu.

Typowe średnice frezów nasadzanych zaczynają się od około 40 mm i sięgają 125 mm. Przy jeszcze większych rozmiarach stosuje się już głowice frezarskie z wymiennymi płytkami. W tej grupie znajdziesz frezy piłkowe, modułowe, ślimakowe, kątowe jednostronne i dwustronne, a także frezy promieniowe wypukłe i wklęsłe.

Frezy tarczowe i piłkowe

Frezy tarczowe służą głównie do wykonywania głębokich rowków i nacięć. Mają zęby rozmieszczone na obwodzie tarczy oraz czasem na bokach. Występują w wersjach dwustronnych i trzystronnych, z różną liczbą zębów. Przy frezach piłkowych szczególnie istotne jest dobranie liczby zębów do szerokości cięcia i rodzaju materiału.

Frezy piłkowe przypominają cienkie tarcze z zębami. Doskonale sprawdzają się przy nacinaniu rowków, rozcinaniu detali i pracy w aluminium, stali i stopach staliwa. Są to frezy nasadzane, dlatego do ich poprawnej pracy potrzebny jest dobrze dobrany trzpień i stabilne mocowanie.

Frezy kształtowe

Gdy detal ma nietypową geometrię, w grę wchodzą frezy kształtowe. W tej grupie znajdują się między innymi frezy na jaskółczy ogon DIN 1833, frezy odwrotne, ćwierćokrągłe DIN 6518, frezy do rowków teowych czy Woodruffa. Każdy z nich od razu nadaje obrabianej powierzchni żądany profil.

Takie narzędzia produkuje się najczęściej z HSS i HSSE, z chwytem walcowym lub walcowym ze spłaszczeniem Weldona. Firma Dolfamex jest znana z bogatej oferty frezów kształtowych, przeznaczonych między innymi do rowków i gniazd pod wpusty.

Kiedy wybrać frez palcowy, a kiedy nasadzany?

Dobór między frezem palcowym a nasadzanym wcale nie jest oczywisty. Zależy od średnicy, rodzaju obróbki i możliwości maszyny. Przy węższych rowkach i pracy na frezarkach pionowych częściej wybiera się frezy palcowe, natomiast przy szerokich płaszczyznach i dużej ilości zbieranego materiału opłaca się użyć frezów nasadzanych lub składanych.

Znaczenie mają też koszty eksploatacji. Frez palcowy po stępieniu trzeba w całości wymienić lub oddać do ostrzenia. W głowicy z płytkami wieloostrzowymi wymieniasz wyłącznie płytki, a korpus pozostaje ten sam. To rozwiązanie szczególnie popularne w produkcji seryjnej.

Dobór do rodzaju obróbki

Przy obróbce zgrubnej często stosuje się frezy z nacięciami na ostrzach, które kruszą wiór i zmniejszają tendencję do drgań. Dobrze sprawdzają się tu frezy z węglika spiekanego VHM oraz frezy składane z płytkami wieloostrzowymi. Można ustawić większe posuwy i szybko usunąć dużą ilość materiału.

Do obróbki wykańczającej lepiej nadają się frezy o gładkim profilu zęba i większej liczbie ostrzy. Dają lepszą jakość powierzchni i pozwalają osiągnąć wąskie tolerancje. W przypadku form i matryc stosuje się często frezy kuliste VHM, które umożliwiają dokładne odwzorowanie skomplikowanych kształtów.

Dobór do maszyny i mocowania

Na wybór frezu wpływa także sztywność maszyny, typ wrzeciona i rodzaj oprawki. Frezy palcowe z chwytem walcowym dobrze współpracują z oprawkami ER na frezarkach CNC. W ciężkich frezarkach poziomych częściej spotyka się frezy nasadzane na trzpieniach frezarskich, bo takie mocowanie lepiej przenosi duże obciążenia.

Przy słabszych maszynach lepiej użyć frezu o mniejszej średnicy i mniejszej liczbie ostrzy. Z kolei sztywne centra obróbcze radzą sobie z większymi średnicami i większą liczbą zębów, co skraca czas cyklu. Warto więc zawsze spojrzeć na parametry wrzeciona i dopasować do nich narzędzie.

Na co zwrócić uwagę przy wyborze frezu do metalu?

Przed zakupem frezu warto zadać sobie kilka pytań. Jaki materiał obrabiasz, jaką masz maszynę i jaki efekt chcesz uzyskać na powierzchni detalu. Odpowiedzi prowadzą do konkretnych parametrów narzędzia, takich jak materiał frezu, liczba ostrzy, kształt i pokrycie.

Przy bardziej złożonych projektach dobrze sprawdza się krótkie zestawienie wymagań. Pozwala szybko odrzucić narzędzia, które nie spełnią założeń i skupić się na kilku modelach frezów.

Materiał obrabiany

Typ obrabianego materiału to punkt wyjścia do doboru narzędzia. Innego frezu potrzebujesz do aluminium, a innego do stali hartowanej. Różnią się one zarówno geometrią ostrza, jak i materiałem części skrawającej. Dobry dobór materiału frezu ogranicza zużycie narzędzia i poprawia stabilność procesu.

W praktyce możesz kierować się prostą listą kontrolną dotyczącą materiału obrabianego:

• stal konstrukcyjna i metale miękkie – frezy HSS lub HSSE, często frezy palcowe walcowo‑czołowe,
• stale wysokostopowe i hartowane – frezy VHM, frezy do obróbki zgrubnej z nacięciami,
• aluminium i stopy lekkie – frezy o małej liczbie ostrzy i dużej przestrzeni na wiór,
• metale kolorowe i miękkie – frezy diamentowe lub specjalne geometrie polerowane.

Parametry narzędzia

Drugą grupą zagadnień są parametry samego frezu. Liczba ostrzy decyduje o odpływie wióra i sztywności, a długość części roboczej o tym, jak głęboko można się zagłębić w materiał. Ważne jest także, czy frez posiada pokrycie poprawiające trwałość, na przykład typu TiN lub TiAlN.

Przy wyborze konkretnego modelu warto przeanalizować kilka cech narzędzia:

1. średnicę i długość roboczą frezu w odniesieniu do głębokości rowków lub kieszeni,
2. liczbę ostrzy w powiązaniu z rodzajem wióra i sztywnością maszyny,
3. rodzaj chwytu i sposób mocowania w oprawce lub trzpieniu,
4. obecność ostrzy centralnych, jeśli planujesz zagłębianie pionowe bez wiercenia.

Frezy składane z płytkami wieloostrzowymi skracają postoje maszyny, bo zamiast ustawiać nowe narzędzie, wystarczy obrócić lub wymienić płytkę.

W codziennej pracy warsztatu frezy do metalu odpowiadają za rowki pod wpusty, kieszenie pod śruby, powierzchnie form i dziesiątki innych detali. Każdy dobrze dobrany frez to mniejsze ryzyko złamania, powtarzalna jakość i realna oszczędność czasu na każdej serii elementów.