Рівень розвитку металорізального інструменту багато в чому визначає прогрес всього механообробного виробництва.
Твердосплавний ріжучий інструмент відноситься до наукомісткої, що постійно вдосконалюється продукції. Сучасними тенденціями його розвитку є: 1) розробка і освоєння виробництва нових марок ріжучих матеріалів; 2) широке застосування зносостійких покриттів; 3) розробка нових і вдосконалення існуючих конструкцій інструменту і технологій його виготовлення.
Удосконалення конструкцій твердосплавного інструменту йде по шляху ускладнення робочих поверхонь
і, в першу чергу, передніх поверхонь змінних ріжучих пластин (УРП). Оптимізація конструкцій ріжучих пластин дозволяє підвищити стабільність і надійність механічної обробки.
В останні роки номенклатура СРП суттєво розширилася. Лідирують в області вдосконалення конструкцій ріжучих пластин іноземні концерни і їх філії. В даний час пластини зі складною формою передньої поверхні рекомендуються для обробки всіх груп матеріалів.
Основною тенденцією вдосконалення СРП є універсалізація геометрії з метою розширення діапазону стружкодробленія
, Що забезпечується кожним типом пластин. Поряд з універсалізацією геометрії стружкоформірующіх елементів спостерігається протилежна тенденція - розробка СРП зі спеціальною геометрією для порівняно вузьких областей застосування при обробці спеціальних сплавів, наприклад, з високим вмістом нікелю, титанових, жароміцних сплавів і т.д.
Обидва напрямки базуються на загальних принципах проектування УРП з стружкозавівающей передньою поверхнею, згідно з якими визначення геометричних параметрів пластини здійснюється за критерієм отримання сприятливої форми стружки, що враховує зовнішній вигляд стружки і механіку різання.
Як і раніше, досить широко використовуються ріжучі пластини з стружкозавівающімі канавками
, Які випускаються багатьма фірмами. Геометричні параметри канавок у змінних багатогранних пластин (СМП) різних фірм відрізняються незначно і їх застосування найчастіше обмежена областю обробки вуглецевих і легованих сталей в діапазоні подач 0,25 ... 0,7 мм / об і глибин різання 2 ... 8 мм . Типовим прикладом такої пластини може служити пластина фірми Korloy (Південна Корея), форма якої показана на рис. 1.
Застосовуються пластини з двома і навіть з трьома стружковими канавками. При малих перетинах зрізу працює перша канавка, при великих - друга і т.д. Тим самим досягається універсальність пластини, забезпечуючи дроблення стружки при різній глибині різання.
Використання подібних порівняно простих стружкоформірующіх елементів не завжди дозволяє гарантувати задовільний дроблення стружки в широкому діапазоні режимів різання і властивостей оброблюваних матеріалів. Для збільшення деформацій і напружень в стружці створюються умови для її завивання не тільки у вертикальній, але і в горизонтальній площині.
З цією метою виготовляються канавки змінного профілю зі змінною геометрією уздовж ріжучої кромки інструменту. Крім цього на передніх поверхнях СМП виконують різного роду виступи і западини, що деформують стружку в поперечному перерізі, що призводить до збільшення її жорсткості і зниження кута вигину стружки для дроблення. Наявність виступів і западин на передній поверхні зменшує площу контакту стружки і полегшує доступ смазочноохлаждающіх технологічних середовищ до прірезцовой стороні стружки, що призводить до зменшення сили тертя і кількості тепла, переданого в інструмент. Однак, в результаті поперечної деформації стружки відзначається деяке збільшення складових сили різання.
У конструкції передньої поверхні СМП фірми Impero (Італія) канавка виконана зі зростаючою глибиною і шириною по напрямку від вершини СМП до середини довжини ріжучої кромки. Фірма Mitsubishi (Японія) випускає пластини, у яких глибина і ширина канавки зменшуються до середини довжини ріжучої кромки. СМП зі сферичними заглибленнями на передній поверхні добре зарекомендували себе при точінні фасонних профілів і заготовок зі змінною глибиною різання. Такі западини можуть розташовуватися безпосередньо поблизу ріжучої кромки або з виходом на неї. СМП зі сферичними лунками, що виходять на бічну поверхню, випускаються, зокрема, фірмою Mantanwerke Walter GmbH. СМП квадратної, параллелограммной і трикутної форм мають на кожній ріжучої кромці по 36 пересічних сферичних заглиблень, радіус которихувелічівается у напрямку від вершини до середини ріжучої кромки.
Мал. 2 Змінна ріжуча пластина фірми Safety (Франція) (а), змінна ріжучий пластина фірми GTE Valenite Corp (б)
Принцип оформлення стружкозавіваюшіх елементів, аналогічний вищевикладеному, реалізований в СМП, запатентованої фірмою Safety SA (Франція). СМП має форму правильного тригранника (рис. 2 а). Фаска 12 на перетині бічній 11 і передній 13 поверхонь виконана хвилястою, а довжина хвиль відповідає довжині заглиблень 14а і 14b, що утворюють стружкозавівающую канавку. Довжина заглиблень зменшується у напрямку від вершини до середини ріжучої кромки, а їх ширина збільшується в тому ж напрямку.
Комбінація сферичних заглиблень з одинарної канавкою запатентована фірмою GTE Valenite Corp. СМП в формі квадрата (рис. 2 б) має по периметру фаску 1, що є укороченою передньою поверхнею і сполучену з одинарної канавкою постійного профілю, утвореної низхідній 2 і висхідній 3 поверхнями. У зоні сполучення верхньої площині 4 з висхідній поверхнею 3 виконані сферичні поглиблення 5, причому в міру віддалення від вершини СМП відстань від ріжучої кромки до центрів заглиблень збільшується. Наявність заглиблень сприяє гофрування стружки при будь-яких значеннях глибини різання.
Мал. 3 Пластина з виступами на передній поверхні
Фірмою Sumitomo (Японія) в 80-х роках були створені пластини з торговими марками BumpyG, WaryA, SkipyS, на передній поверхні яких були виконані невеликі виступи сферичної або каплевидної форми (рис. 3). Такі виступи забезпечували пластин зменшення площі контакту стружки з передньою поверхнею, що, спільно з великими позитивними передніми кутами, гарантувало зменшення сили і температури різання. В даний час механізм управління формуванням стружки за допомогою локальних виступів закладений в багатьох конструкціях передньої поверхні. Залежно від режимів різання локальні виступи виконують роль якої опори, або стружкозавівающего елемента, або змінюють форму поперечного перерізу стружки.
Мал. 4. Пластини з уступом хвилеподібною форми
Фірми Sandvik Coromant, Krupp Widia, Mitsubishi та інші рекомендують виготовляти пластини з уступом, що має хвилеподібну форму (рис. 4) .Тенденція ускладнення форми передньої поверхні інструменту шляхом завдання різних геометричних параметрів ріжучої кромки і стружкоформірующіх елементів в різних перетинах СМП обумовлена необхідністю використання єдиного інструменту в умовах значних змін глибини різання, подачі і діаметру заготовки при обробці однієї деталі, наприклад, при зовнішньому точінні ступеневої валика з фланцем.
Мал. 5 Змінна багатогранна пластина
з індексом MF фірми Sandvik Coromant
На рис. 5 показана геометрія СМП типу MF фірми Sandvik Coromant, використовуваної для виконання токарних операцій обробки східчастих валів. По бісектрисі кута при вершині передній кут складає 15 ?, а висхідна стінка канавки розташовується в безпосередній близькості від ріжучої кромки. Це забезпечує задовільний стружкодробленіе при малих перетинах зрізу. У напрямку від вершини СМП до середини ріжучої кромки зменшується передній кут, збільшується ширина канавки, форма і положення задньої стінки. Така поверхня разом із криволінійною формою ріжучої кромки забезпечує задовільний стружкодробленіе при середніх значеннях глибини різання. При обробці торця з подачею від центру стружкодробленіе здійснюється завдяки криволінійності ріжучої кромки і наявності виступу поблизу вершини.
Досвід проектування СМП провідними зарубіжними фірмами дозволив
виділити найбільш характерні елементи стружкозавівающіх елементів і на цій основі створити групи універсальних ріжучих пластин.
Фірма Sandvik Соromant розробила гаму СМП для токарної обробки певних груп матеріалів, що включає в себе три основних типи стружколомающіх елементів, призначених для чистової, напівчистової і чорнової обробки з глибинами і подачами відповідно t = 0,22,0 мм і s = 0,050, 3 мм / об. , T = 1,56 мм і
s = 0,20, 5 мм / об. , T = 312 мм, s = 0,351,5 мм / об. Оптимізовані геометрії PF, PM, PR призначені для точіння сталей, геометрії MF, MM, MR - для точіння нержавіючих сталей і KF, KM, KR - чавуну. Інші геометрії WMX, WF, WM, WR - підходять як для обробки конструкційних і нержавіючих сталей, так і чавунів. Область застосування кожної геометрії визначається діаграмою стружкодробленія, приклад якої для геометрії PF, PM, PR представлений на рис. 6.
Мал. 6 Діаграми стружкодробленія ріжучих пластин
фірми Sandvik Соromant Фірма Plansee
розробила гаму з трьох типів стружколомаюшей геометрії, що дозволяє замінити 2030 типів випускалися раніше СМП. Найбільш широке застосування в умовах гнучких виробничих систем знаходять СМП з геометрією типу ТМ, призначені для обробки практично всіх видів сталей, в тому числі по шкірці і окалині (рис. 7). СМП типу ТМ працюють з подачею 0,120,65 мм / об. з глибиною різання 0,76,5 мм. Для менших перетинів зрізу виготовляються СМП типу TF, а для більш важких умов односторонні СМП з геометрією TR, виготовлені з більш міцного твердого сплаву типу Sr 137. Пo даними компанії гамма СМП з геометрією TF, ТМ, і TR може забезпечити стабільне стружкодробленіе в 80% випадків токарного оброблення сталей.
Мал. 7 Змінні ріжучі пластини з геометрією ТМ фірми Metallwerk Plansee
При проектуванні технологічних процесів з використанням непереточуваних ріжучих пластин оптимізацію умов різання доводиться здійснювати шляхом підбору режимів різання, що відповідають профілю обраних пластин. Введення додаткових обмежень на режими різання призводить до втрати продуктивності, що неприпустимо в умовах масового або великосерійного виробництва. Тому поряд з універсалізацією геометрії стружкоформірующіх елементів СМП спостерігається і протилежна тенденція - розробка максимально ефективних СМП зі спеціальною геометрією для порівняно вузьких областей застосування. В даний час активно ведуться роботи зі створення оптимальних конструкцій ріжучих пластин для обробки сплавів з високим вмістом нікелю, для обробки аустенітних нержавіючих сталей і сталевого литва. Знайшли застосування в автомобілебудуванні односторонні СМП з хвилястою ріжучої кромкою при обробці хромистих і нікелевих сталей. У цьому випадку забезпечується зниження сили різання і ймовірність виникнення вібрації.
Багато фірм почали випуск СМП з Vобразним уступом, розташованим поблизу вершини інструменту (рис. 8). Така конструкція добре зарекомендувала себе на чистових операціях.
Мал. 8 СМП з Vобразним уступом поблизу вершини інструменту
В даний час у зв'язку з розвитком технології інструментального виробництва з'являються можливості виготовляти СМП практично будь-якого ступеня складності високої якості. Ускладнення конструкцій СМП викликає необхідність вирішення питань автоматизації проектування, виготовлення і вибору оптимальної геометрії інструментів. Існуючі САПР СМП будуються на основі аналізу експериментальних даних і виділення з них найбільш характерних елементів, які впливають на експлуатаційні властивості СМП. На базі такого аналізу вирішуються питання універсалізації геометрії СМП і розширення діапазону стійкого стружкодробленія. Відомі системи більше виконують функції стандартних конструкторських САПР, що полегшують рутинну оформительскую роботу, а також процесу виготовлення електродів, що використовуються при виробництві пуансонов прессформ ріжучих пластин.
Аналіз конструкцій СМП показує, що використовуються в металообробці ріжучі пластини можна розділити на дві групи
:
1) з Однокоординатний стужколомом,
2) з двохкоординатним одне або багатопараметричних стружколомом.
Однокоординатний є стружколом з постійним профілем в перерізі уздовж ріжучої кромки. Двокоординатний - стружколом зі змінним профілем.
Однокоординатний пластини призначені для завивання стружки в нормальної до передньої поверхні інструменту площині щодо осі, паралельної найбільшій стороні поперечного перерізу стружки. При різанні такий пластиною стружка формується у вигляді циліндричної спіралі з віссю, паралельною головної різальної крайки пластини.
Двокоординатні ріжучі пластини забезпечують завивання стружки в площині передньої поверхні інструменту і нормальної до неї головній січній площині. Конструктивною особливістю пластин є змінна уздовж головної різальної крайки геометрія передньої поверхні.
Залежно від числа змінюються параметрів стружколомом УРП діляться на одно-, двох- і многопараметрические. У многопараметрических стружколомом уздовж ріжучих крайок змінюються кілька геометричних параметрів. Типовим представником двопараметричної СРП є конструкція з витягнутим до вершини стружколомом. По виду вершини вони діляться на стружколомом з гострою або округлої вершиною в плані. Багатопараметричні УРП включають в себе різні поєднання виступів і западин на передній поверхні, а також криволинейную ріжучу кромку. Лінія перетину поверхні такої пластини з площиною - профіль має складну криволінійну форму, тому двокоординатні многопраметріческіе ріжучі пластини можна називати сложнопрофільних.
Узагальнюючи результати аналізу сучасних конструкцій СМП вітчизняного і зарубіжного виробництва можна зробити наступні висновки.
Традиційна геометрія робочої частини ріжучих інструментів зазнає суттєвих змін. Геометрія пластин ускладнюється. Поряд з позитивними властивостями пластин наявність стружкозавівающіх елементів призводить до обмеження технологічних можливостей інструменту і зниження універсальності. Дана проблема яскраво проявляється при необхідності використання одного інструменту в умовах значних змін глибини різання, подачі і діаметру заготовки. Запропоновані рекомендації щодо створення і використання пластин зі складною формою передньої поверхні переважно базуються на використанні виробничого досвіду і експериментальних досліджень.
На жаль, в останні роки російські виробники втратили провідну роль на вітчизняному ринку твердосплавного інструменту
. Конструкції вітчизняних ріжучих пластин застаріли. Основним нормативним документом для змінних багатогранних пластин є ГОСТ 1904280 «Пластини змінні багатогранні. Класифікація. Система позначення. Форми ». Даний стандарт не передбачає класифікацію СРП по формі передньої поверхні, а лише обумовлює наявність або відсутність стружколомающіх елементів, виконаних за одне ціле з пластиною, або у вигляді одного з трьох накладних стружколомом: тригранної, чотиригранної або круглої форми. Області вживаності пластин з криволінійної передньою поверхнею не регламентуються. Призначення умов експлуатації УРП здійснюють в залежності від марки твердих сплавів згідно ТУ 481930880. Очевидно, що діюча нормативно-технічної документації не відображає реальну картину і потреби сучасного виробництва.
С.В. Михайлов, В.А. садів
Костромської державний технологічний університет.
Email: [email protected]