Строгальная обработка металла: сфера применения, типы станков

Описание строгальной обработки металла

Строгальная обработка является разновидностью механической обработки резанием, при которой за счет возвратно-поступательного движения режущего инструмента происходит срезание поверхности до необходимой формы и размера, при этом обеспечивается шероховатость поверхности, точность размеров и взаиморасположение плоскостей.

В процессе строгальной обработки металла заготовка постепенно перемещается в сторону режущего инструмента, в то время как сам строгальный резец совершает возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости. Движение резца считается главным.

С каждым поступательным движением строгального резца с детали снимается стружка, толщина которой равна припуску. Толщина, форма и многие другие параметры стружки зависят от материала заготовки и резца, заточки, состояния и размеров режущей кромки.

Внешний вид и форма стружки может многое рассказать о происходящих деформациях во время строгальной обработки металла. С помощью строгания можно производить обработку прямолинейных поверхностей открытого типа либо винтовых.

Движение резания (главная подача) при строгальной обработке является цикличным, и съем слоя металла (или другого материала, из которого изготовлена обрабатываемая деталь) происходит во время прямого, а не обратного движения. Строгальная обработка металла относится к низкоскоростным видам механической обработки.

Резцы изготавливаются из быстрорежущих сталей, обладающих свойством при резком ударном врезании в металлические материалы выдерживать высокие динамические нагрузки, не разрушаясь и не теряя своей геометрической формы заточки лезвийной поверхности. После снятия слоя металла при прямом главном движении резец совершает возвратное движение на холостом ходу, теряя при этом технологическое время. Поэтому такой способ механической обработки не входит в список производительных технологий.

При строгальной обработке режущая поверхность инструмента имеет клинообразную геометрическую форму. При этом прочность и твердость режущего инструмента должны быть выше, чем такие же параметры обрабатываемой детали.

Строгальная обработка металла применяется при работе с пазами, выступами, плоскими поверхностями, при создании рифленых и фасонных поверхностей. Такая технология используется при механической обработке направляющих станин различного металлообрабатывающего оборудования, кромок листов и направляющих штанг, для производства рам и плит. Такой тип станков применяют не только в серийных производствах, но и при выполнении единичных заказов.

Виды строгальных станков для обработки металла

Из-за холостого хода (обратного перемещения в начальную точку цикла), на который затрачивается время, не связанное со снятием стружки, строгальное оборудование по производительности уступает фрезерным станкам. Зато потребление энергии привода значительно меньше, чем, к примеру, у фрезерных станков, т. к. отсутствует вращательное движение рабочего инструмента и не требуется повышенных нагрузок привода электродвигателя.

Снятие верхнего слоя металла (стружки) совершается резцом благодаря возвратно-поступательным движениям режущего инструмента или заготовки. Существуют три основных вида строгального оборудования:

• кромкострогальные;
• поперечно-строгальные;
• продольно-строгальные.

Первый тип станков предназначен для строгальной обработки кромок листового металла. Суть технологии в следующем: листовую заготовку крепят на рабочем столе оборудования. Обработка резцом, закрепленным на движущейся в обоих направлениях каретке станка, происходит по краю листа.

Поперечно-строгальное оборудование используют для операций с металлическими деталями небольших размеров. Движущим элементом является резец.

Продольно-строгальные станки отличаются от кромкострогальных тем, что имеют другой принцип работы. При такой строгальной обработке металла возвратно-поступательные движения совершаются не резцом, а металлической заготовкой. И это является их неоспоримым преимуществом, так как появляется возможность одновременной обработки двух кромок заготовки.

Классифицировать оборудование, предназначенное для строгальной обработки металла, можно в зависимости от:

• Конструкции привода. В машиностроительной отрасли используются подобные станки, оснащенные как гидравлическим приводом хода стола (или инструмента), так и с применением кривошипно-кулисного приводного механизма. В первом случае скорости перемещения подвижных узлов всегда постоянные и нерегулируемые, а во втором – могут изменяться в зависимости от особенностей технологической обработки, для переключения которых достаточно передвинуть в другое положение камень кулисного механизма.
• Количества одновременно обрабатываемых рабочих поверхностей. На четырехсторонних строгальных станках по металлу можно одновременно обрабатывать все грани заготовки, а при применении двухсторонних – только две с противоположных сторон. Следовательно, из-за установки сразу четырех резцов суппорт оборудования первого вида является более сложным по конструкции. Односторонние строгальные станки обычно изготавливаются небольших габаритов.
• Мощности приводного механизма. Функциональные возможности малогабаритных станков ограничены, но за счет невысоких цен и компактности они более популярны, так как их установку можно произвести в небольшом металлообрабатывающем цехе или в частной мастерской.
• Конфигурации перемещения стола или инструмента. Для строгальной обработки металла со сложными траекториями обрабатываемых поверхностей применяют фасонно-строгальные станки, оснащенные системой с ЧПУ. Такие модули повсеместно применяются при мелкосерийных производствах с целью создания на деталях плоских сложных поверхностей. Причем для этого необязательна квалификация оператора, так как все необходимые движения заготовки или режущего инструмента производятся согласно предварительно введенной в память программы, в которой указаны все необходимые координаты перемещений.

Виды фуговальных станков

Существуют 2 основных разновидности фуговальных станков:

1. Ручной фуганок. Этот инструмент чаще всего используется в бытовых мастерских. Он отличается простой конструкцией и низкой стоимостью.
2. Электрический фуганок. Этот прибор отличается большой массой и высоким энергопотреблением. Его преимуществом является точность реза и повышенная производительность труда. Электрический фуговальный станок используется на крупных производствах. Недостатком этого инструмента является его высокая стоимость.

Фуганки классифицируются по назначению:

1. Строгально-фуговальный станок. Используется только строгания деревянных деталей.
2. Фуговально-рейсмусовый станок. Применяется для строгания и калибровки заготовок.
3. Фуговально-циркулярный станок. Предназначен для продольного и поперечного пиления брусков и фрезерования деталей.
4. Универсальные станки. Способны выполнять сверлильно-пазовые работы, фугование, пиление и калибровку досок.

Стационарные фуганки разделяются на:

1. Односторонние. Эти инструменты оснащены 1 рабочим валом. За 1 проход они способны обработать только нижнюю поверхность изделия. Односторонние устройства не оснащаются системой автоподачи заготовок. Скорость строгания бруска составляет не более 10 м/мин.
2. Двухсторонние. Эти приборы оснащаются несколькими строгальными валами. Поэтому они способны обрабатывать все поверхности детали одновременно, что увеличивает скорость строгания деталей из древесины. Двухсторонние инструменты оснащаются системой автоподачи заготовок.

В бытовых мастерских также используются переносные мини фуганки. Они обладают малыми габаритами и небольшим весом. Недостатком мини фуганков являются сниженными эксплуатационными характеристиками.

Изготовление своими руками

Пошаговое создание строгального станка:

1. Создаётся чертёж, деталировка, смета затрат.
2. Закупаются все необходимые материалы.
3. Изготавливается несущий каркас из стальных балок, стенки обшиваются стальными листами.
4. Крепится рабочая поверхность.
5. Устанавливаются направляющие.
6. Крепится станина и ползун.
7. Монтируются тиски, суппорт.
8. Устанавливается электродвигатель, укладывается проводка.
9. Соединяется ременной передачей вал двигателя с маховиком, на котором крепится заготовка.
10. При необходимости подводится трубка с охлаждающей жидкостью, а также ванна для слива её излишков в канализацию.
11. Проверяется правильность сборки, тестирование на расчётных нагрузках.
12. Наладка оборудования.

Как выбрать строгальный станок

Критерии выбора:

• площадь рабочего стола;
• мощность установленного двигателя;
• скорость перемещения резца относительно заготовки;
• доступные способы резания;
• конфигурация стола;
• возможность позиционирования резца: угла наклона, траектории перемещения;
• степени защищённости корпуса от пыли и влаги;
• предельно допустимая масса обрабатываемых деталей;
• производитель, срок гарантии, наличие дополнительных возможностей по расширению функциональности.

Как выбрать фуговальный станок

Чтобы правильно подобрать фуговальный станок по дереву, необходимо учитывать следующие факторы:

1. Материал рабочего пространства. Столы стационарного фуганка изготавливаются из стали, чугуна, алюминиевых сплавов и силумин. Наивысшей прочностью обладают столешницы из чугуна. Самыми дешевыми являются столы из силумина. Они легко деформируются в процессе эксплуатации.
2. Ширина и длина рабочего стола. Эти показатели определяются размеры обрабатываемых заготовок. Станки с шириной до 15 см и длиной до 140 см применяются в домашних мастерских. Они способны обрабатывать заготовки небольшого размера. Устройства с шириной до 63 см и длиной до 200 см используются в крупных деревообрабатывающих цехах.
3. Количество ножей. Чем больше режущих элементов закреплено на строгальном вале, тем реже необходимо осуществлять их заточку. При низкой интенсивности использования инструмента можно приобрести модели с 2 ножами. Для частой обработки большого количества брусков требуются приборы с 4 ножами.
4. Разновидность и мощность силового агрегата. Фуганки оборудуются коллекторным или асинхронным электродвигателем. Они отличаются конструкцией и мощностью. Коллекторные моторы устанавливаются в бытовых фуганках. Они издают множество шумов. Асинхронные двигатели устанавливаются в промышленных инструментах и отличаются высокой производительностью.
5. Частота оборотов ножевого вала. Чем быстрее вращаются режущие элементы, тем точнее рез. Средняя частота оборотов ножевого вала составляет 4,7 – 5 тыс. об/мин.

При выборе фуговального станка рекомендуется обращать внимание на марку производителя. Компании изготавливают фуганки с применением различных технологий. Их продукция различается по цене и техническим характеристикам. Самыми популярными производителями фуговальных станков являются компании GRIGGIO и Stomana.

Как правильно фуговать доски

Фугованием называется процесс обработки деревянных изделий при помощи фуговального станка. Изначально обрабатываемая деталь закрепляется на рабочем столе. В процессе фугования необходимо соблюдать следующие правила:

1. Фуганок необходимо придерживать двумя руками: левая должна располагается на управляющей ручке, правая – на колодке.
2. В процессе строгания прибор нужно вести вдоль волокон древесины. Рекомендуется подталкивать приспособление вперед под давлением собственного веса.
3. Для обработки кромки требуется повернуть брусок нужной стороной к лезвиям и обстрогать его по идентичному алгоритму.

В процессе фугования поверхности доски (пласти) становятся параллельными по всей ширине.При работе с фуговальным станком необходимо соблюдать технику безопасности:

1. При включенном станке запрещается трогать лезвия руками.
2. Работать с инструментом нужно в спецодежде. Голова должна быть защищена головным убором, руки – перчатками, глаза – очками, ноги – специализированной обувью. Важно, чтобы спецодежда плотно прилегала к телу.
3. В процессе фугования нужно использовать прижимные держатели, защищающие пальцы оператора от ножей.

Чтобы не срезать лишнее количество древесины, рекомендуется нанести на поверхности бруска меловую линию. Если она полностью исчезла, то поверхность заготовки стала гладкой.

Литература

Настройка

Начать настройку фуговального станка рекомендуется начинать с проверки заточки режущих элементов. У лезвий скос по краю должен составлять 40°.

Заточка режущих элементов осуществляется при помощи специальных точильных приборов. Радиус закругления режущей кромки должен равняться не более 8 мкм.

Если ножи заточены, то их нужно закрепить на строгальном вале. Перед этим требуется опустить переднюю и заднюю плиты. В процессе установки ножей необходимо контролировать параллельность лезвий. Она не должна превышать 0,1 мм на 1 м. Чтобы облегчить процесс установки ножей, рекомендуется приобрести индикаторный прибор. После закрепления режущих элементов требуется проверить:

• выступ за кромку стальных накладок – 2 мм;
• выступ за край строгального вала – не более 22 мм.

После установки ножей необходимо выставить высоту рабочих столов. Расстояние между режущими кромками и губками плит должно составлять не более 3 мм. В противном случае на детали могут образовать углубления в процессе обработки. После настройки рабочих столов требуется определить местоположение направляющей.

После настройки фуговального станка необходимо проверить его работоспособность, осуществив его пробный запуск. При отсутствии неполадок и внешних дефектов на фуганке можно обрабатывать доски. При выявлении отклонений требуется повторно настроить станок, заменить или отремонтировать его неисправные комплектующие.

Ножи для фуговального станка

Выбирая ножи для фуганка, необходимо учитывать следующие особенности:

1. Порода древесины определяет материал изготовления ножей. Для обработки изделий из сосны и иных хвойных деревьев рекомендуется использовать лезвия из сплава P6M5. При строгании брусков из мягких пород древесины требуются ножи, изготовленные из сплава HSS-стали.
2. Для столярных работ необходимо оборудовать станок фигурными или прямыми ножами. Они обеспечивают высокую точность реза и позволяют создавать на обрабатываемой поверхности уникальные контуры.
3. Устройства с затупленными ножами не смогут аккуратно обработать деревянную заготовку.

Лезвия ножей при длительной эксплуатации станка изнашиваются и требуют заточки. Об износе ножей свидетельствуют следующие факторы:

1. При работе фуганка сильно нагревается электродвигатель.
2. После обработки на поверхности бруска образуется мшистость.
3. Обработанная заготовка получилась неровной.

Если лезвия невозможно заточить, то их нужно полностью заменить.

Отличие от рейсмуса

Рейсмусовый и фуговальный станки используются для обработки изделий из дерева и иных мягких материалов. Различие между данными инструментами заключается в следующем:

1. Рейсмус необходимо использовать для финишной обработки заготовок.
2. Качество реза при работе с фуганком зависит от навыков оператора, при работе с рейсмусовым станком – от технических характеристик оборудования.
3. Для выравнивания 4 сторон бруска при помощи фуговального станка требуется боковой параллельный упор.
4. При работе с фуганком требуется настраивать глубину вхождения режущих элементов в обрабатываемую поверхность.

В промышленности фуговальные и рейсмусовые станки используются совместно. Фуганок задает геометрию деревянных деталей, рейсмус калибрует обработанную заготовку по толщине.

Преимущества и недостатки

Преимущества строгальных станков:

• универсальность применения — обработка различных типов металлов;
• подбор оптимальной скорости резки;
• широкий выбор режущих инструментов;
• возможность черновой или чистовой обработки для получения нужного уровня шероховатости поверхности;
• высокая прочность корпуса, способная переносить повышенные нагрузки от режущего инструмента, вес детали;
• удобное управление;
• формирование поверхностей сложной формы;
• высокая надёжность установленных узлов, агрегатов.

Недостатки:

• потеря времени на перемещение резца относительно обрабатываемой детали;
• инерционность перемещающихся механизмов;
• высокий уровень вибраций;
• шумность двигателя;
• сложность получения высокой частоты оборотов двигателя под нагрузкой или на холостом ходу за короткий период времени.

Принцип работы

Принцип работы фуговального станка заключается в следующем:

1. Задняя плита в процессе обработки деталей всегда остается неподвижной. Местоположение передней части рабочего стола настраивается оператором до требуемой высоты.
2. После включения станка электродвигатель направляет обороты к ножевому валу. В результате режущие элементы начинают вращаться.
3. Деревянная деталь прикладывается к направляющей линейке двумя руками и направляется на ножи. При работе с недорогими устройствами подавать заготовку необходимо вручную, что может привести к травмам. Современные станки оснащаются системой автоподачи заготовок. Она обеспечивает безопасность работы и увеличивает скорость подачи брусков.
4. После подачи заготовки вращающиеся лезвия снимают слой древесины, устраняя неровности, и создают плоскую чистовую базовую поверхность. Скорость обработки зависит от технологии строгания заготовки. Большая часть инструментов состругивает поверхности заготовок по-отдельности. Существуют приборы, способные обрабатывать 2 стороны деревянной детали одновременно.

Если в процесс обработки на бруске появляются волокна или мелкие частицы древесины, то нужно заточить лезвия. Если на обструганной плоскости присутствуют неровности, то рекомендуется отрегулировать расстояние между плитами и строгальным валом.

Производители

Стоимость и производители

В России станки производятся на следующих предприятиях:

• ООО «Свердловский машиностроительный завод» (СМЗ);
• ООО «Рязанский станкостроительный завод» (РСЗ);
• ОАО «Оренбургский станкостроительный завод» (ОСЗ);
• ОАО «Астраханский станкостроительный завод» (АСЗ);
• ООО «Липецкая станкостроительная компания»;
• Верхневоложский станкостроительный завод.

Стоимость станков, в зависимости от их типов:

• долбёжные — от 100 тыс. руб.;
• компактные — от 35 тыс. руб.;
• комбинированные — от 600 тыс. руб.;
• поперечные — от 65 тыс. руб.;
• промышленные продольно-строгальные — от 7 млн. руб.

Строгание в деревообработке

Строгание в металлообработке

Технические характеристики

Технические характеристики станков строгального типа:

• размер рабочей поверхности — от 200х180 мм до 1500х6000 мм;
• предельная высота обрабатываемой заготовки — до 1,23 м;
• максимальное расстояние между рабочей поверхностью и поперечиной — 1,25 м;
• допустимая масса деталей — до 8 тонн;
• мощность электродвигателя, в зависимости от модели станка — от 500 Вт до 150 кВт;
• предельный угол поворота резцов в обе стороны — 60⁰;
• скорость обработки — от 3 до 60 м/мин.

Типы резцов для строгальной обработки металла

Усилие на режущий инструмент в процессе резания равняется силе сопротивления металла. Под воздействием этого усилия кромка режущего инструмента проникает в заготовку, срезает слой обрабатываемого металла, что приводит к образованию стружки. Это обусловлено упругопластичными деформациями при сжатии материала, которые приводят к изменению его кристаллической структуры и сдвигам в точке воздействия с учетом максимальных касательных напряжений под определенным углом, который необходимо подбирать с учетом выбранных режимов строгания и свойств металла. Скорость строгания будет зависеть от выбора подачи движения резца и перемещения обрабатываемой детали.

При строгальной обработке металла форма заточки и размеры резца будут существенно влиять на усилия, происходящие в процессе обработки, а значит, на степень износа кромки режущего инструмента и параметры шероховатости и прочности поверхности. С уменьшением угла заточки кромочной поверхности инструмента значительно ухудшится врезание в металлическую структуру металла, увеличатся силы резания, что приведет к снижению качества обработки поверхности, но зато существенно уменьшит изнашиваемость резца.

По видам и геометрической форме поверхностей резцы подразделяются на проходные, фасонные, отрезные и подрезные.

В процессе строгальной обработки металла по форме резцы могут использоваться прямые или отогнутые. Первые являются наиболее востребованными, так как ими просто пользоваться, но коэффициент жесткости у них невысокий, поэтому используются они преимущественно для предварительной черновой обдирки металлических заготовок.

Изогнутые резцы более универсальны, их преимущественно используют для выполнения окончательной обработки деталей. Такие резцы могут за одно движение снимать слой металла до 1 мм, а, в отличие от резцов прямого типа, при повышенных усилиях нажима на обрабатываемую деталь изогнутые резцы могут отпружинить, благодаря чему на поверхности исключено появление зазубрин.

Скорость движения инструмента при строгальной обработке металла регулируется с помощью коробки передач, установленной внутри станка и состоящей из нескольких пар шестеренчатых колес. Непосредственное влияние на выбор скорости оказывает плотность обрабатываемого металла.

Первые движения резца при обработке необходимо производить с маленькой скоростью подачи, чтобы избежать резких ударов о заготовку и не испортить деталь и режущий инструмент. При таком виде механической обработке плотных и твердых материалов необходимо применять повышенные скорости.

А пластичные и мягкие металлы обрабатываются медленно, чтобы не происходило налипания стружки к кромке режущего инструмента и не возникали температурные деформации детали. Для повышения производительности устанавливают сразу несколько более широких резцов с твердосплавными режущими кромками, что способствует не только ускорению процесса, но и повышению качества при строгании.

Установка ножей на фуговальный станок

При установке ножей на строгальный вал необходимо учитывать следующие особенности:

1. В процессе работы используются несколько профилей из алюминия.
2. После вставки ножей в пазы их необходимо плотно зажать.
3. Прижимать шаблоны к краям рабочей столешницы над строгальным валом нужно при помощи струбцины.
4. Лезвие необходимо приподнять до касания с бруском. В месте соприкосновения 2 поверхностей требуется поставить метку.
5. При зажатии болтов ножи нужно удерживать в натянутом положении.
6. После настройки 1 ножа необходимо провернуть вал и продолжить настройку следующих режущих элементов.
7. После установки снять шаблон и измерить угол скоса по краю, выступ за кромку стальных накладок и строгального вала. Рекомендуется проверить ножи при включенном электромоторе.

Крепление лезвий к ножевому валу осуществляется при помощи гаечных ключей. Чтобы заточить ножи, требуется выкрутить все болты и извлечь лезвия.

Устройство

Фуговальный станок состоит из следующих элементов:

1. Двигатель. Он работает от сети с напряжением 220 В. Электромотор создает и передает крутящий момент строгальному валу с ножами.
2. Рабочий стол. Данный элемент состоит из задней и передней плит. Они изготавливаются из чугуна и оснащаются ребрами жесткости, обеспечивающими устойчивость рабочей поверхности. Края плит оборудованы накладками из нержавеющей стали. Они защищают рабочий стол от разрушения. Задняя плита находится на одном уровне с верхней точкой режущих лезвий. Передняя плита находится под задней, на расстоянии до 2 мм. Расстояние между уровнями зависит от того, сколько материала нужно снять при обработке деревянного изделия.
3. Станина. Она изготавливается из прочных сплавов металлов. Эта деталь выдерживает вес станка и все усилия, возникающие при воздействии режущих элементов на поверхность заготовки. На станине располагаются валы с ножами, направляющие и крепления.
4. Строгальный вал. Он располагается между задней и передней плитами. К валу крепятся лезвия одинаковой толщины. Они изготавливаются из инструментальной быстрорежущей стали. Для обработки брусков из плотных пород дерева рекомендуется оснащать вал резаками с твердосплавными напайками.
5. Направляющая. Она представляет собой узел, предназначенный для перемещения подвижных элементов станка и обрабатываемой заготовки. Направляющая крепится к станине при помощи болтов. Она может передвигаться в поперечном направлении.
6. Круговое ограждение. Оно размещено на передней плите и плотно прилегает к направляющей. Круговое ограждение изготавливается из листовых материалов и защищает ножевой вал.

С помощью фуговального станка рекомендуется обрабатывать детали длиной от 1 до 1,5. Более длинные заготовки плохо закрепляются на рабочем столе и деформируются, что снижает точность реза и создает неудобства в процессе работы. Обрабатывать заготовки длиной меньше 1 м травмоопасно.

Эксплуатация оборудования

При использовании станков необходимо соблюдать ряд правил:

• перед проведением работ нужно убедиться в надёжности крепления резца, а также заготовки;
• для предотвращения перегрева рабочего инструмента требуется стабильный подвод смазывающих или охлаждающих жидкостей;
• движущие части должны быть в защитных кожухах;
• не допускается обработка деталей, размеры или вес которых превышает технические требования производителя станка;
• до набора стабильной частоты оборотов к работе приступать запрещено;
• необходимо периодическое проведение техосмотров и обслуживаний;
• требуется поддержание механизмов в чистоте;
• для избегания замыкания в питающих цепях требуется обеспечить оптимальный уровень влажности в помещении.

Некоторые устройства оснащаются креплениями для одновременной фиксации нескольких резцов. Это позволяет проводить обработку сложных поверхностей с высокой производительностью, поскольку время на перестановку режущих инструментов не тратится. Бывают одно-, двух или четырёхсторонние крепления.