Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
А. П. ДРАГУН
ЛЕНИЗДАТ
1986
34 671
Д72
В книге приведены общие сведения о резании металлов, популярно рассказано об основных видах лезвийных режущих инструментов в условиях их рациональной эксплуатации. Особое внимание при этом уделено новым высокоэффективным инструментам. Даны рекомендации по выбору конструкции и геометрических параметров инструментов, а также режимов обработки.
Рецензент — главный конструкторзавода им. Воскова Г. В. Филиппов,
ДД2704040000—018Ml 71 (03)— 862704040000—018Ml 71 (03)— 86120-86120-86© Лениздат, 1986© Лениздат, 1986
Д
Д
2704040000—018
Ml 71 (03)— 86
2704040000—018
Ml 71 (03)— 86
120-86
120-86
© Лениздат, 1986
© Лениздат, 1986
В соответствии с решениями XXVI съезда Коммунистической партии Советского Союза и последующих Пленумов ЦК КПСС о повышении народнохозяйственной эффективности, об интенсификации экономики в стране осуществляется техническое перевооружение- станочного парка предприятий машиностроения и металлообработки. Устаревшее оборудование заменяется современными высокопроизводительными станками, в том числе станками с числовым программным управлением, имеющими широкие технологические возможности и обладающими высокой точностью и простотой переналадки (гибкостью).
Особенно важно такое перевооружение для Ленинградского народнохозяйственного комплекса, в котором сосредоточены сотни промышленных предприятий, отличающихся многоотраслевой структурой, единичным и мелкосерийным производством. Территориально-отраслевая программа развития народного хозяйства Ленинграда и Ленинградской области в двенадцатой пятилетке «Интенсификация-90» предусматривает увеличить в 2 раза парк станков с ЧПУ, значительно расширить внедрение роботизированных комплексов и гибких автоматизированных производств металлообработки.
Как известно, режущий инструмент является тем средством, без которого невозможно реализовать заложенные в станках технологические возможности и достичь высоких технико-экономических показателей обработки деталей. Именно поэтому в настоящее время большое внимание уделяется совершенствованию режущего инструмента. Созданы новые высокоэффективные инструментальные материалы (быстрорежущие стали повышенной износо- и теплостойкости, безвольфрамовые твердые сплавы, оксидно-карбидная и оксидно-нитридная минералокерамика, сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора и др.), расширены номенклатура и выпуск многогранных неперетачиваемых пластин, в том числе
с износостойким покрытием, разработаны более совершенные конструкции инструментов с механическим креплением неперетачи- ваемых пластин и т. д.
В распоряжении станочника сегодня большой выбор режущего инструмента, обладающего различными технологическими возможностями и режущими свойствами. Наряду с инструментом общего назначения стандартизованы и выпускаются инструменты для обработки деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов и из легких сплавов, освоен выпуск цельнотвердосплавных концевых инструментов, резцов и фрез, оснащенных режущими пластинами, из минералокерамики и сверхтвердых материалов.
В этих условиях перед молодым рабочим возникает сложная задача:' правильно выбрать и найлучшим образом применить тот или иной инструмент' в конкретных условиях обработки детали. В предлагаемой книге сделана попытка в доступной форме рассмотреть особенности конструкции основных ’ видов лезвийных режущих инструментов (резцов, фрез, сверл, зенкеров, разверток, метчиков и плашек) и условия их рациональной эксплуатации. Книга обобщает результаты исследований и рекомендации советских ученых в области резания металлов, материалы Всесоюзного научно-исследовательского инструментального института, опыт ряда инструментальных заводов, достижения новаторов производства.
ГЛАВАГЛАВАОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ И РЕЖУЩЕМ ИНСТРУМЕНТЕ
ГЛАВА
ГЛАВА
Основные понятия и определения
Процесс резания — это последовательное срезание ме!алла заготовки режущим инструментом, удаление его в виде стружки с целью получения детали определенной формы и размеров, заданных чертежом, и обеспечения определенного технологией качества поверхности.
Поверхность, образованную на заготовке в результате обработки режущим инструментом, называют обработанной поверхностью, а поверхность заготовки, которая полностью идй частично удаляется при резании, — обрабатываемой.
Для осуществления процесса резания необходимы как минимум следующие условия:
а) инструмент должен иметь соответствующую форму и рациональную геометрию заточки; б) твердость режущей части инструмента должна быть значительно выше твердости обрабатываемого материала; в) инструмент и заготовка в процессе резания должны перемещаться друг относительно друга строго по заданным траекториям; г) все взаимные перемещения должны происходить с определенными скоростями главного движения и движения подачи в зависимости от различный технологических факторов и условий обработки.
Совершаемые в процессе резания движения делятся на главное движение и движение подачи.
Главное движение резания — это прямолинейное поступательное или вращательное движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью. Главное движение может являться
составным сложного формообразующего движения, например при зубонарезанииL
Движение подачи — прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого меньше скорости главного движения резания и которое предназначено для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Движение подачи может быть непрерывным или прерывистым. В зависимости от направления движения различают продольную, поперечную, круговую подачу и т. д.
Если в процессе обработки вращается заготовка или инструмент, то главным является вращательное движение, а движение подачи носит поступательный характер. При обработке на токарных станках главное движение резания (вращение) совершает заготовка, а инструмент производит движение подачи. В случае работы на расточных, сверлильных и фрезерных станках, наоборот, главное движение совершают инструменты, а движение подачи может осуществлять как заготовка, так и инструмент.
При обработке поверхностей строганием, долблением и протягиванием главным является поступательное движение инструмента или заготовки. Движение подачи в этом случае представляет собой смещение резца на величину подачи после каждого двойного хода в плоскости, перпендикулярной направлению главного движения.
Скорость главного движения (скорость резания) и — скорость рассматриваемой . точки режущей кромки или заготовки в направлении главного движения. Скорость резания определяется для точек М режущих кромок, наиболее удаленных от оси вращения заготовки или собственно инструмента (рис. 1),измеряется' в м/мин и подсчитывается по формуле
У = "1066 м/мин>
где D — диаметр вращающегося элемента (заготовки или инструмента), мм, п— частота вращения этого элемента, об/мин.
В связи с переходом на международную систему единиц скорость резания стали измерять в м/с, а частоту
вращения — в об/с. Между старыми и новыми единицами существуют следующие зависимости:
1 м/с—60 м/мин; 1 об/с=60 об/мин.
При строгании, долблении и протягивании скорость резания не зависит от размеров заготовки и инструмента и определяется как средняя линейная скорость перемещения резца.
Рис. 1. Схемы для выбора точки режущей кромки для определения скорости резания:
а — при точении; б — при торцовом фрезеровании.
Подача S — отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой режущей кромки или заготовки в направлении движения подачи, к соответствующему числу циклов или долей цикла другого движения во время резания. Циклом движения может быть полный оборот или двойной ход заготовки или инструмента. Долей цикла является, например, поворот фрезы на угбл, равный угловому шагу зубьев (на 1 зуб). При токарной обработке, сверлении; зенкеровании и развертывании подача измеряется в мм/об, при фрезеровании — в мм/зуб, при строгании и долблении — в мм/дв. ход.
Иногда подачу измеряют в мм/мин. В этом случае ее называют минутной подачей, обозначают SM и определяют по формуле:
SM = Sn мм/мин.
При фрезеровании
SM — S2m MMZмин,
где S2 — подача на 1 зуб, мм/зуб;
г — число зубьев фрезы.
Глубина резания / — величина слоя металла, срезаемого за один проход инструмента, которая измеряется в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности.
Скорость резания, подача и глубина резания являются параметрами режима резания.
Общие конструктивные элементы и геометрические параметры инструментов
Все инструменты имеют рабочую (режущую) часть и корпус (хвостовик).
Рабочая часть изготавливается из соответствующего инструментального материала, подвергается термической обработке (если она из инструментальной стали) и заточке (кроме неперетачиваемых пластин).
Форма рабочей части определяется видом инструмента. Так, рабочая часть твердосплавного резпа представляет собой твердосплавную пластину, прикрепленную к корпусу. У цельного сверла или фрезы рабочая часть выполнена в виде зубьев и имеет стружечные канавки и т. д.
Корпус* (хвостовик) инструмента должен быть достаточно прочным и жестким. Корпус многолезвийных (концевых и насадных) инструментов, кроме того, должен быть изготовлен с высокой степенью точности, чтобы обеспечить быстрое и жесткое крепление инструмента в шпинделе станка.
Большинство современных инструментов изготавливаются составными: рабочая часть выполняется из инструментального материала, а корпус — из конструкционной стали. Если рабочая часть выполнена из инструментальной стали, то она приваривается к стальному корпусу, если из твердого сплава или минералокерамики— напаивается или наклеивается. Опрессовкой и чеканкой закрепляются кристаллы из сверхтвердых
ма юриалов. Широко применяется механическое крепление рабочей части (режущих пластин) к корпусу.
На рис. 2 на примере резца изображены элементы рабочей части инструмента, участвующие в резании.
Передняя поверхность воспринимает основную нагрузку резания. По ней сходит снимаемый слой металла, образующий стружку. Поверхность может быть плоской и криволинейной (в виде лунки или порожка).
Главная задняя поверхность всегда обращена в сторону обрабатываемой заготовки и, пересекаясь с перед-
Передняя поверхностьПередняя поверхностьКорпусКорпусРежущая частьРежущая частьГлайная режущая кромка Вспомогательная режущая кромка Вспомогательная задняя поверхностьГлавнаяГлайная режущая кромка Вспомогательная режущая кромка Вспомогательная задняя поверхностьГлавнаязадняя поверхностьзадняя поверхностьРис. 2. Элементы рабочей части резца.Рис. 2. Элементы рабочей части резца.
Передняя поверхность
Передняя поверхность
Корпус
Корпус
Режущая часть
Режущая часть
Глайная режущая кромка Вспомогательная режущая кромка Вспомогательная задняя поверхность
Главная
Глайная режущая кромка Вспомогательная режущая кромка Вспомогательная задняя поверхность
Главная
задняя поверхность
задняя поверхность
Рис. 2. Элементы рабочей части резца.
Рис. 2. Элементы рабочей части резца.
ней поверхностью, образует главную режущую кромку.
Вспомогательная задняя поверхность обращена в сторону обработанной поверхности и, пересекаясь с передней поверхностью, образует соответственно вспомогательную режущую кромку.
Главная режущая кромка выполняет основную работу резания. Она- пересекается со вспомогательной режущей кромкой и образует вершину резца. Термин «пересекается» — условный, так как вершина может быть выполнена в виде радиусного перехода от главной к вспомогательной режущей кромке.
Описанные элементы присутствуют практически в каждом виде инструмента.
Соответствующее расположение передней и задних поверхностей по отношению к исходным плоскостям и направлению подачи образует геометрию инструмента. В качестве исходных плоскостей для определения геометрических параметров приняты основная плоскость и плоскость резания.
Основной плоскостью называется координатная плоскость 1. проведенная через рассматриваемую точку Б режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного движения и (рис. 3).
Рис. 3. Положение основной плоскости и плоскости резания.
Плоскостью резания называется плоскость 2, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку. Эта плоскость совпадает (параллельна) с направлением скорости резания.
Рис. 4. Схема для определения углов в плане
Рассмотрим определения геометрических параметров инструмента на примере проходного резца.
На изображении резца в плане (рис. 4, а) видны проекции главной режущей кромки 1 и вспомогательной режущей кромки 2 на. основную плоскость, которые пе-
рссекаются и образуют угол при вершине е. Угол между проекцией главной режущей кромки и направлением подачи S называется главным углом в плане ф, а угол между проекцией вспомогательной режущей кромки и направлением, обратным подаче, — вспомогательным углом в плане фь
Вершина резца может быть лцбо острой, либо выполненной по радиусу (г) (рис. 4,6). Иногда вводят переходную (дополнительную) режущую кромку в виде фаски длиной / с углом ф/ (рис. 4, в), Закругление вер-
5-5
Рис. 5. Схема для определения углов заточки
шины и введение переходной режущей кромки повышают прочность режущей кромки при вершине и стойкость инструмента, а также улучшают шероховатость обработанной поверхности.
Главные режущие углы рассматриваются в главной секущей плоскости А—А (рис. 5). Эта плоскость перпендикулярна проекции главной режущей кромки на основную плоскость. Углы резания могут рассматриваться и в других плоскостях. Так, у сверл передний и задний углы рассматриваются в плоскости, параллельной оси сверла..
Главный задний угол а — угол между касательной к главной задней поверхности в рассматриваемой точке главной режущей кромки и плоскостью резания. Назначением заднего угла является уменьшение площадки контакта (трения) задней поверхности инструмента и обрабатываемой поверхности.
Главным передним углом у называется угол между основной плоскостью и передней поверхностью. Он может быть (рис. 6): положительным ( + )—если передняя поверхность расположена ниже основной плоскости, равным нулю — если обе поверхности совпадают и отрицательным (—)—если передняя поверхность расположена выше основной плоскости.
Угол между передней и задней поверхностями р определяют как угол заострения. От него зависит прочность режущего клина инструмента.
Рис 6. Схема для опрсдолспия положительного и отрицательного значения переднего угла.
Угол резания 6 — это угол между плоскостью резания и передней поверхностью. При положительном переднем угле угол резания д<90°, при нулевом д —90° и при отрицательном д>90°. Угол резания, так же как и передний угол, определяет условия деформации срезаемого слоя, влияет на условия резания, сход стружки и стойкость инструмента.
Вспомогательная задняя поверхность характеризуется вспомогательным задним углом аь который рассматривается во вспомогательной секущей плоскости Б — Б как угол между плоскостью, перпендикулярной основной плоскости, и задней поверхностью.
Главная режущая кромка не всегда совпадает с основной плоскостью, поэтому в теории резания введен еще один угол X— угол наклона режущей кромки. Если режущая кромка направлена вверх от линии основной плоскости, проходящей через вершину резца, то угол X считается положительным, если вниз — отрицательным (рис. 7). При совпадении режущей кромки-и линии основной плоскости Х=0°,
Изменяя угол наклона режущей кромки инструментов, можно влиять на направление схода стружки, равномерность резания, а также на прочность режущей части у вершины инструмента.
/ Линия основной плоскости/ Линия основной плоскостиРис. 7. Углы наклона главной режущей кромки.Рис. 7. Углы наклона главной режущей кромки.
/ Линия основной плоскости
/ Линия основной плоскости
Рис. 7. Углы наклона главной режущей кромки.
Рис. 7. Углы наклона главной режущей кромки.
Рис, 8. Форма режущей кромки в поперечном сечении и ее влияние на передний угол.Рис, 8. Форма режущей кромки в поперечном сечении и ее влияние на передний угол.
Рис, 8. Форма режущей кромки в поперечном сечении и ее влияние на передний угол.
Рис, 8. Форма режущей кромки в поперечном сечении и ее влияние на передний угол.
Главная режущая кромка теоретически должна быть острой. Практически же всегда имеется некоторый радиус, называемый радиусом округления режущей кромки q (рис. 8,а). При работе с малой толщиной среза а
радиус округления существенно влияет на процесс резания, так как изменяет фактический передний угол (рис. 8,6).
Величина радиуса q зависит от зернистости инструментального материала и способа обработки передней и задней поверхностей, а также, незначительно,
от угла заострения р.
Так, при доводке алмазным кругом инструмента из твердого сплава ВК6М (размер зерна—1,6 мкм) о = = 6 мкм, а из твердого сплава Т5К10 (размер зерна — 2,8 мкм) £=17 мкм [24].
Радиус округления режущей кромки минералокерамических инструментов больше, чем твердосплавных, и составляет 30—40 мкм. Очень острую кромку (р = 6— 8 мкм) имеют инструменты из быстрорежущей стали и оснащенные сверхтвердыми материалами (алмазом, композитом и др.).
Особенности процесса резания
Срезаемый слой металла. Форма и размеры срезаемого с заготовки слоя -металла зависят от формы главной режущей кромки, главного угла в плане инет-
Рис. 9. Форма и размеры срезаемого слоя при обработке некоторыми видами инструментов:
а — проходным резцом; б — изнаночным резцом; в — сверлом; г — подрезным зенкером; д — цилиндрической фрезой; е — торцовой фрезой.
румента й от величины глубины резания и подачи (рис. 9). Срезаемый слой металла характеризуется шириной и толщиной.
Ширина срезаемого, слоя b — длина линии контакта режущей кромки инструмента с обрабатываемой заготовкой. Толщина срезаемого с л о я а — это расстояние между двумя последовательными поло- 14
жениями режущей кромки, отличающимися на величину подачи, измеренное в главной секущей плоскости, т. е. перпендикулярно режущей кромке в рассматриваемой ючке.
Зависимость ширины и толщины среза от глубины и подачи при различных углах в плане ф показана на рис 10, из которого следует, что a=Sз!пф; Ь = (/$1пф. При ф = 90° a=S, b = t.
Если глубина и подача характеризуют процесс резания в основном с технологической стороны, то ширина и толщина срезаемого слоя определяют физическую
Рис, 10. Зависимость ширины 6 и толщины а срезаемого слоя от глубины резания и подачи, при различных углах в плане.
его сторону. Как видно из рис. 10, при одной и той же глубине и подаче толщина срезаемого слоя (а значит, и стружки) может быть больше или меньше, следовательно передняя поверхность будет испытывать большие и меньшие удельные давления, больше или меньше будет подвергаться износу. В то же время увеличение ширины срезаемого слоя, т. е. длины режущей кромки, участвующей в работе, увеличивает отжимающие усилия, что может привести к вибрациям.
Произведение ширины на толщину или глубины на подачу с некоторым приближением равно площади поперечного сечения срезаемого слоя f:
/ = ab — tS мм2.
Интенсивность резания Q определяют как объем срезаемого металла за 1 мин работы инструмента по формуле:
Q = -vtS см3/мин.
В процессе резания весь объем снимаемого металла подвергается упругопластической деформации, требующей затрат большого количества энергии, сопровожда-
ющейся выделением тепла и создающей значительны^
нагрузки на. контактных поверхностях режущего инструмента, заготовки и образующейся стружки. При этом режущее лезвие инструмента подвергается деформации* различным видам износа (адгезионному, диффузионному,.абразивному), разрушению и образованию термине-* ски усталостных трещин.
Образование стружки. Процесс стружко- образования, схематически показанный на рис. 11, происходит следующим образом. Инструмент 2, внедряясь
Рис. 11. Упрощенная схема образования стружки в процессе резания.Рис. 11. Упрощенная схема образования стружки в процессе резания.Толщина стружки а\Толщина стружки а\в заготовку 1 со скоростью и, деформирует слой металла толщиной а до возникновения пластических деформаций и срезает ег(о по плоскости сдвига OD. Этот процесс происходит непрерывно, и в результате его образуется стружка 3. Удаляясь от заготовки, стружка скользит по передней поверхности на некотором участке ОВ, затем отклоняется, приобретает определенную форму и сходит с инструмента, значительно больше толщины
Рис. 11. Упрощенная схема образования стружки в процессе резания.
Рис. 11. Упрощенная схема образования стружки в процессе резания.
Толщина стружки а\
Толщина стружки а\
срезаемого слоя, так как в процессе пластического сжатия происходит ее поперечная усадка. Ширина стружки также несколько больше ширины срезаемого слоя. Од
новременно происходит укорочение стружки по длине, то есть продольная усадка.
В зависимости от обрабатываемого материала, геометрии, инструмента, скорости резания и других условий обработки стружка может принимать различную форму. При обработке пластичных материалов образуется сливная стружка самой разнообразной формы (прямой, спутанной или спиральной), с различным шагом. Часто такая стружка имеет значительную прочность. Она очень опасна для рабочего, а ее удаление представляет определенную трудность. При некоторых условиях может образовываться стружка в виде сегментов, коротких спиралей и др.
Стружка серого-чугуна, бронзы и других малопластичных материалов всегда состоит из отдельных элементов, не связанных между собой. Это так называемая стружка надлома, которая легко удаляется из зоны резания.
Существует множество способов дробления стружки (они рассмотрены в главах III—VII).
Степень усадки стружки зависит от пластичности обрабатываемого металла, геометрии инструмента, режима резания, применения СОЖ (смазочно-охлаждающих жидкостей). Для стали коэффициент усадки стружки К находится в пределах 1,6—3, для чугуна — 1,1—2,
Усадку стружки необходимо учитывать при выборе числа зубьев многолезвийного инструмента, с тем чтобы объем впадин между зубьями был достаточен для размещения стружки. При прорезке узких пазов резцами или фрезами усадка стружки вызывает заклинивание ее в пазах, увеличение усилий резания, ухудшение шероховатости стенок пазов.
Физическое состояние обработанной поверхности. В процессе резания пластической деформации подвергается не только срезаемый слой, но и слой под обработанной поверхностью, — происходит его упрочнение (наклеп). Глубина упрочненного слоя, достигающая десятых долей миллиметра, в первую очередь зависит от свойств обрабатываемого материала. Чем мягче и пластичнее обрабатываемый материал, тем большему упрочнению он подвергается. Чугун, напри- мер7 меньше упрочняется по сравнению со сталью. Значительное влияние на состояние поверхностного слоя оказывают глубина, подача, скорость резания, а также геометрия инструмента. Подача в большей степени, чем глубина резания, оказывает это влияние. С увеличением скорости резания глубина упрочненного слоя уменьшается. Инструменты с отрицательными передними углами больше упрочняют поверхностный слой, чем с положительными.
Упрочнение обработанной поверхности повышает износостойкость деталей. Однако если упрочнение сопровождается появлением на поверхности задиров, рваных мест и микротрещин, то эксплуатационные свойства деталей понижаются.
Как технологический фактор упрочнение необходимо учитывать при многопроходной обработке. Нежелательно, например, тонкую обработку производить сразу после черновой обработки, так как после глубокого упрочнения на предыдущем переходе инструмент будет работать в более твердом слое металла.
Образование нароста. Оно является следствием схватывания стружки с инструментальным мате-
17
риалом на передней поверхности инструмента, вдоль режущей кромки.
под чае щиепод чае щиезадними поверхнос на обработанной i бугорки и надиры,задними поверхнос на обработанной i бугорки и надиры,Нарост представляет собой частицы обрабатываемого материала, сдеформированные (уплотненные) до такой степени, что он может участвовать в резании. Нарост периодически срывается с передней поверхности и уносится стружкой. Частицы нароста могут привариваться к обработанной поверхности и проскальзывать 'ями инструмента. В этом слу- оверхности появляются блестя- ухудшающие ее шероховатость.
под чае щие
под чае щие
задними поверхнос на обработанной i бугорки и надиры,
задними поверхнос на обработанной i бугорки и надиры,
Рис. 12. Изменение переднего угла при образовании нароста на передней поверхности инструмента.Рис. 12. Изменение переднего угла при образовании нароста на передней поверхности инструмента.При появлении нароста меняется геометрия инструмента, а режущая кромка выключается из работы (рис. 12). Нарост отодвигает стружку, образует зазор А между этой кромкой и поверхностью заготовки и увеличивает передний угол до 45°, что значительно уменьшает силы, действующие на инструмент, мощности резания и температуры инструмента. Однако периодические срывы нароста приводят к резкому колебанию переднего угла и, как следствие, к нестабильно
Рис. 12. Изменение переднего угла при образовании нароста на передней поверхности инструмента.
Рис. 12. Изменение переднего угла при образовании нароста на передней поверхности инструмента.
сти резания, вибрациям, снижению точности и шероховатости поверхности. Поэтому при черновой и получистовой обработке, когда к точности и качеству поверхности не предъявляются высокие требования, следует по возможности использовать положительное воздействие нароста на условия резания. При чистовой обработке нарост вреден, и его надо избегать.
Наиболее интенсивно нарост обычно образуется при скоростях резания от 10 до 20 м/мин и отсутствует при скоростях до 3—5 м/мин и после 50 м/мин. Нарост не появляется при снятии тонких стружек и при работе инструментом с большим передним углом. Применение СОЖ также препятствует возникновению нароста.
Таким образом, изменяя условия резания, можно либо способствовать, либо препятствовать наростообра- зованию и тем самым получать требуемые точность и шероховатость обрабатываемой поверхности, добиваться повышения стойкости инструмента, устранять вибрации.
Формообразование в процессе резания повой (обработанной) поверхности. Микро- юометрия вновь образованной поверхности может иметь самую разнообразную форму и размеры. Зависит она от следующих основных факторов: вида обработки, режимов резания, геометрии инструмента, свойств обрабатываемого материала, жесткости оборудования, со-
Рис. 13. Схемы образования шероховатостей при обработке поверхностей различным инструментом:а — резцом при продольном точении; б — торцовой фрезой; в — цилиндрической фрезой; г — фасонным резцом.Рис. 13. Схемы образования шероховатостей при обработке поверхностей различным инструментом:а — резцом при продольном точении; б — торцовой фрезой; в — цилиндрической фрезой; г — фасонным резцом.
Рис. 13. Схемы образования шероховатостей при обработке поверхностей различным инструментом:
а — резцом при продольном точении; б — торцовой фрезой; в — цилиндрической фрезой; г — фасонным резцом.
Рис. 13. Схемы образования шероховатостей при обработке поверхностей различным инструментом:
а — резцом при продольном точении; б — торцовой фрезой; в — цилиндрической фрезой; г — фасонным резцом.
стояния режущей кромки. При каждом виде обработки действует один или несколько преобладающих факторов.
Так, например, при продольном точении, торцовом фрезеровании и строгании наибольшее влияние на шероховатость оказывают подача, углы в плане (<р и да) и радиус при вершине т инструментов; при цилиндрическом фрезеровании — подача и диаметр фрезы; при фасонном точении — состояние режущей кромки. Схемы образования шероховатостей за счет перечисленных преобладающих факторов приведены на рис. 13.
В первом и втором случае (рис, 13, а и б) в формировании микрогеометрии поверхности участвую! главная и вспомогательная режущие кромки с углами в плане ф и фь При перемещении резца на величину $ за один оборот детали на образовавшейся поверхности остается гребешок высотой Н* Как видно из рисунка, чем меньше углы в плане и подача, тем меньше высота гребешков и лучше шероховатость поверхности.
Когда профиль неровностей получается от радиусного участка (г>0), формула для определения высоты неровностей Н имеет следующий вид:
Для случая, показанного на рис. 13, в, высота неровности определяется по формуле.:
H-SzW
При обработке фасонным резцом (рис. 13,г), а также торцовым зенкером (цековкой), метчиком и плашкой в профилировании шероховатости поверхности участвует только главная режущая кромка. Все неровности этой кромки, полученные при заточке или в процессе работы (износ), копируются на обработанную поверхность, Поэтому высота получаемых неровностей зависит от шероховатости задней и передней поверхностей инструмента и времени его работы.
Глубина резания влияет на шероховатость поверхности незначительно и не как геометрический фактор, а как фактор, изменяющий температуру резания, условия наростообразования и деформацию срезаемого слоя.
Влияние скорости резания на шероховатость в наибольшей мере проявляется в области от 20 до 40 м/мин, где высота микронеровностей имеет наибольшее значение. С повышением скорости до 120—190 м/мин шероховатость постепенно уменьшается и затем практически не меняется. Ухудшение шероховатости при скоростях 20—40 м/мин объясняется интенсивным наростообразо-” ванием, а улучшение шероховатости при более высоких скоростях резания — повышением температуры в зоне резания и снижением трения между задней и обработанной поверхностями.
Твердость материала влияет на шероховатость в такой зависимости: с увеличением твердости шероховатость уменьшается.
С увеличение^ переднего угла уменьшается пластическая деформация срезаемого, слоя, а следовательно и шероховатость. Каждый токарь, например, знает, что для улучшения шероховатости необходимо заточить на передней поверхности лунку и обеспечить хороший сход стружки.
Задний угол незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности. Если его изменение (увеличение или уменьшение) увеличивает интенсивность износа по задней поверхности, то шероховатость при этом ухудшается, и наоборот.
Существенное влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывает жесткость упругой технологической системы (станка, приспособления, детали, инструмента).
Известно, что возникновение вибраций резко увеличивает шероховатость. Однако даже цри отсутствии визуально наблюдаемых вибраций колебания инструмента относительно детали имеются, и тем больше, чем меньше жесткость. Причиной таких колебаний являются динамический характер самого процесса стружкообразэ- вания, срыв нароста, неравномерность припуска, полученного на предшествующем переходе (за счет шероховатости большего значения), и др.
Смазочно-охлаждающие жидкости уменьшают трение и пластическое деформирование металла в зоне образования стружки и тем самым способствуют уменьшению высоты неровностей. Особенно эффективно применение масляных СОЖ.
Силы, действующие на инструмент. В процессе резания деформации подвергается не только срезаемый слой металла, но и слой основного металла детали. При этом на инструмент действует сила нормального давления стружки на переднюю поверхность, сила трения движущейся стружки об эту поверхность, сила упругой деформации основного металла, действующая па заднюю поверхность, и сила трения в точках контакта задней поверхности и обработанной поверхности.
В теории резания принято единое обозначение сил, действующих на инструмент (сил резания). Результирующая системы сил, показанной на рис. 14, обозначается буквой R й разлагается на три составляющие: тангенциальную силу Р2, совпадающую с направлением главного движения; осевую силу Рх (силу подачи), направление которой противоположно направлению движения подачи; радиальную силу РУ1 направленную от
отработанной поверхности в направлении, перпендикулярном направлению главного движения подачи.
Зависимость между силой Р и ее составляющими определяется формулой:
Я = К^ + ^ + ^.
Абсолютные значения составляющих Ру и Рх зависят не только от абсолютного значения R, но и от угла в плане ф. Обычно в нормативах приводятся лишь составляющие силы резания, соотношения которых при точении зависят от угла в плане ф.
Влияние различных технологических факторов на силы резания зависят от того, насколько эти факторы изменяют условия пластического и упругого деформирования срезаемого слоя и основного металла. С увеличением прочности и твердости обрабатываемого металла, радиуса округления режущей кромки q, толщины срезаемого слоя а (за счет увеличения подачи S или уменьшения угла в плане ф) силы резания увеличиваются, а с увеличением переднего и заднего углов — уменьшаются. С увеличением скорости резания растет температура деформируемого слоя, уменьшаются зона деформации и коэффициент трения, что в целом снижает усилия, необходимые для упругопластического деформирования металла. В области скоростей резания, 11
на контактных поверхностях.на контактных поверхностях.Рис. 15. Схема распространения тепловых потоков через контактные поверхности резца:1 — резец; 2 — обрабатываемая деталь; 5 —окружающая среда; 4 — стружка.Рис. 15. Схема распространения тепловых потоков через контактные поверхности резца:1 — резец; 2 — обрабатываемая деталь; 5 —окружающая среда; 4 — стружка.
на контактных поверхностях.
на контактных поверхностях.
Рис. 15. Схема распространения тепловых потоков через контактные поверхности резца:
1 — резец; 2 — обрабатываемая деталь; 5 —окружающая среда; 4 — стружка.
Рис. 15. Схема распространения тепловых потоков через контактные поверхности резца:
1 — резец; 2 — обрабатываемая деталь; 5 —окружающая среда; 4 — стружка.
в которой образуется нарост, силы резания меньше, чем в области скоростей, где он отсутствует.
Применение СОЖ всегда уменьшает силы резания.
Температура резания. В процессе резания происходит превращение механической энергии деформации и трения в тепловую. Возникающее тепло нагревает контактные поверхности стружки и инструмента и оказывает влияние на процесс деформации обрабаты
ваемого металла и трение
Три источника тепла образуют температурное поле в зоне резания (рис. 15): тепло, возникающее- в зоне пластической деформации срезаемого металла Qd.h', тепло, возникающее в ‘результате трения стружки и передней поверхности инструмента. QT; тепло, являющееся результатом упругой деформации обработанной поверхности и ее трения с задней поверхностью инструмента Qy,n.
Количество образующегося тепла Qn-д зависит от механических свойств
обрабатываемого металла, режима резания и геометрии инструмента. Чем выше предел прочности ов и твердость НВ заготовки, тем больше усилие, необходимое для осуществления упругопластической деформации, и тем больше тепла выделяется в процессе резания. Уве
личение скорости резания, толщины и ширины срезаемого слоя также повышает интенсивность тепловыде
ления.
На величину тепла QT влияют все факторы, от которых зависит удельная сила резания. С увеличением этой силы и скорости резания повышается работа по преодолению сил трения на площадке контакта стружки и передней поверхности резца, что в свою очередь повышает количество выделяемого тепла.
Интенсивность выделения тепла Qy.n со стороны задней поверхности значительно меньше предыдущих источников и зависит от скорости резания заднего угла и упругих свойств обрабатываемого материала.
Непосредственно на износ инструмента влияет температура на площадках контакта инструмента со стружкой и с заготовкой, которая может достигать высоких значений. Величина и распределение температуры зависят не только от количества образующегося тепла, но и от интенсивности теплообмена. Как показано на рис. 15, один тепловой поток Qr направлен в стружку, другой Qp—- в тело резца, третий Q3— в тело заготовки.
Часть тепла, переходящего в инструмент в виде потока Qo, переходит в окружающую среду, а в виде потока Qi— в деталь. Навстречу потоку Qi направлен поток Qp являющийся частью тепла заготовки.
Из сказанного выше следует:
Чем выше теплопроводность и теплоемкость материала заготовки и режущего инструмента, тем интенсивнее теплоотвод от источников образования тепла и тем ниже температура резания.
Если Qi>Qp, то результирующий поток будет.направлен в деталь, следовательно деталь будет служить своеобразным охладителем для резца. Исследования показывают, что такое условие возникает при обработке с высокими скоростями резания и им можно воспользоваться для снижения температуры резания.
Как один из методов снижения температуры ученые предлагают создание на инструменте малонагруженных теплоотводящих кромок, например вспомогательных.
Установлено, что работа прорезными и отрезными резцами без вспомогательных углов в плане (поднутрений) при наличии задних вспомогательных углов повышает их стойкость в 2—3 раза в результате улучшения теплоотвода от уголков резца.
Применение СОЖ увеличивает интенсивность потока Qo, а значит, снижает температуру резания. Необходимо отметить очень важный для практики вывод, сделанный учеными: для снижения температуры на изнашиваемых поверхностях инструмента необходимо более интенсивно охлаждать инструмент, а не стружку и деталь [21].
Износ режущего инструмента. В процессе резания износу подвергаются контактные площадки на передней и задней поверхностях инструмента в результате их взаимодействия с обрабатываемым материалом.
Основными причинами, вызывающими износ инструмента, являются абразивное воздействие обрабатываемого материала, адгезия (схватывание), диффузия (вза- 24
ичное рстворение. обрабатываемого материала и материала инструмента) и окислительные процессы.
Абразивный износ происходит в результате внедрения твердых включений обрабатываемого материала в контактные поверхности инструмента и царапания (срезания) микроскопических объемов материала инструмента. Особенно сильно абразивный износ проявляется, когда твердость режущей части инструмента в процессе резания (нагрева) падает и срезаемый материал упрочняется, а также при обработке материалов с абразивными включениями, например чугунного литья, силумина.
Адгезионный износ происходит при скольжении обрабатываемого металла по материалу инструмента. Так как даже самые гладкие поверхности имеют шерохова- юсти, то при их соприкосновении возникают высокие удельные давления и происходит пластическое срезание металла. В результате этого образуется контакт металлов с химически чистыми поверхностями, между которыми происходит молекулярное сцепление (схватывание) и отрыв частиц с контактирующих поверхностей. Образование и срыв нароста способствуют увеличению адгезионного износа, так как вместе с наростом отрываются и значительные частицы с поверхности инструмента. Этим объясняется уменьшение, стойкости твердосплавного инструмента при работе с малыми скоростями резания.
Диффузионный износ является результатом взаимного растворения обрабатываемого материала инструмента и уноса растворенного материала стружкой. Такой износ преобладает при обработке твердосплавным инструментом на высоких скоростях резания. Интенсивность диффузионного износа зависит от того, насколько инструментальный материал инертен к диффузионному взаимодействию с обрабатываемым материалом.
В зависимости от режимов резания и свойств инструментального и обрабатываемого материала наблюдаются три разновидности износа, схематически показанные на рис. 16.
Преобладающий износ по задней поверхности происходит при малых подачах (толщина срезаемого слоя не более 0,15 мм), преимущественно при обработке хрупких материалов, и представляет собой площадку износа шириной h3 с задним углом а = 0° (рис. 16,а). Износ по передней поверхности в этом случае имеется, однако он незначителен. С увеличением подачи возрастают
сила давления стружки на переднюю поверхность и температура на площадке контакта, в результате чего начинает интенсивно изнашиваться передняя поверхность. Таким образом, происходит одновременный износ по задней и по передней поверхности (рис. 16,6). Преобладающий износ по передней поверхности (рис. 16, в) имеет место сравнительно редко, когда задняя поверхность предохраняется от износа наростом (и = 20—40 м/мин) или когда температура на площадках контакта передней поверхности значительно больше, чем задней, например при обработке титановых сплавов.
Рис. 16. Разновидность износа инструмента:
0 — преобладающего по задней поверхности; б — преобладающего по задней и передней поверхности: в — преобладающего по передней поверхности.
Износ на передней поверхности происходит с образованием лунки на некотором расстоянии от режущей кромки. В процессе резания ширина лунки b и глубина Л л увеличиваются, а участок между лункой и режущей кромкой шириной f постепенно уменьшается, снижается прочность режущего лезвия, и в определенный момент может произойти его разрушение. Чтобы не допустить разрушения режущего лезвия, работу инструмента прекращают при достижении определенного размера площадок износа, называемого допустимым размером износа или критерием износа, после чего инструмент перетачивают. Необходимость переточки инструмента может быть вызвана не только критическим износом, но и другими причинами, такими, как выкрашивание, сколы, пластическое деформирование и разрушение режущей кромки. Выкрашивание и сколы режущих кромок обычно наблюдаются у твердосплавных инструментов, а также у инструментов, оснащенных минералокерамикой и композитом, вследствие образования при заточке
или в процессе обработки трещин и хрупкого разрушения кромок. При чистовой размерной обработке причинами переточки могут являться ухудшение шероховатости или изменение размера обработки выше допустимых значений.
В качестве критерия износа принимается износ по задней поверхности h3, величина которого приводится в нормативах режимов резания [18, 22].
В качестве критерия при чистовой обработке принимается радиальный износ на переходной режущей кромке, участвующей в профилировании обработанной поверхности. Этот износ протекает неравномерно. В первый период работы инструмента, когда происходит приработка лезвия, износ протекает быстро. Время работы на этом участке непродолжительно, а путь резания составляет 1000—1500 м. Второй период соответствует нормальному износу инструмента, который протекает равномерно и с меньшей интенсивностью. На третьем участке интенсивность износа резко возрастает, Обычно чистовую и тонкую обработку рекомендуется производить инструментом после его приработки. Время приработки при скорости резания 100 м/мин составляет примерно 10 мин.
Стойкость инструмента
Стойкостью называется время работы инструмента между переточками, т. е. время от начала работы вновь заточенного инструмента до момента, когда его износ достигнет критического (допустимого) значения. При определении стойкости учитывается только время непосредственного участия инструмента в резании. В зависимости от критерия .износа различают два вида стойкости: физическую, когда в качестве критерия принимают допустимый износ по задней поверхности Л3, и размерную, определяемую по достижении допустимого значения радиального износа И.
Стойкость Т — это важный технологический фактор, влияющий на производительность и стоимость обработки резанием. Чем выше стойкость инструмента, тем меньше потери времени, связанные с его заточкой и подналадкой на станке, тем меньше расход, инструментов. Поэтому необходимо стремиться работать инструментами, обладающими более высокими стойкостными свойствами, если другие их свойства, например повы-
шейная хрупкость, не препятствуют использованию на данной операции.
Стойкость инструмента не является постоянной величиной и зависит от различных условий обработки, таких, как режим резания, свойства обрабатываемого материала, жесткость оборудования, а также от применяемых СОЖ и геометрии заточки.
Скорость резания оказывает наибольшее влияние на стойкость инструмента.
Рис. 17. Зависимость стойкости резца от скорости резания: / — для резца из стали Р18; 2“ для резца из твердого сплава Т15К6.
На рис. 17 показаны в качестве примера кривая зависимости стойкости от скорости резания при обработке стали 40Х резцами из быстрорежущей стали Р18 и твердого сплава Т15К6 (глубина резания ^=1 мм, подача 5 = 0,1 мм/об) [13]. Как видно из рисунка, для инструментов из быстрорежущей стали всегда большей скорости резания соответствует меньшая стойкость. Это объясняется описанным ранее характером влияния скорости резания на температуру контактных поверхностей инструмента и невысокой теплостойкостью быстрорежущей стали.
При обработке деталей твердосплавным инструментом зависимость стойкости от скорости резания носит более сложный характер. Здесь с увеличением скорости резания имеют место и повышение и снижение стойкости, что объясняется изменением характера протека- 28
ния различных явлений при резании (образование нароста, усадка стружки, изменение твердости и прочности контактных поверхностей инструмента и стружки, усилий резания, ширины площадки контакта стружки с передней поверхностью инструмента и др.).
В показанном примере с изменением-скорости резания от 15 до 50 м/мин стойкость резца увеличивается, при дальнейшем увеличении скорости она уменьшается.
Первая зона скоростей, до точки Afi, является зоной нерационального использования инструмента. Всегда необходимо стремиться работать во второй зоне скоростей, после точки Мь Так, например, одинаковой стойкости 60 мин в первой зоне соответствует скорость резания примерно 25 м/мин, в то время как во второй — 98 м/мин.
График показывает также, что при малых скоростях (левее точки Л4) более эффективна работа быстрорежущим инструментом, который к тому же имеет большую прочность и надежность в работе.
Скорости резания, соответствующие наивысшейстой- кости, зависят от условий обработки и марки инструментального материала.
В учебной и справочной литературе соотношение между стойкостью и скоростью резания дается для областей рационального использования инструмента, т. е. для участка кривой после точки Afi (см. рис. 17). Это соотношение выражается формулами:
у = ™ или чТ” = С,
где С — постоянная величина для конкретных условий обработки;
т — показатель относительной стойкости, характеризующий влияние стойкости на скорость резания.
Графическая зависимость о — Т изображается в логарифмических координатах в виде прямой (рис. 18),, тангенс угла наклона которой равен показателю пг. Этот угол всегда меньше 45°, а следовательно т меньше единицы (табл. 1), поэтому даже незначительное изменение скорости резания приводит к существенному изменению стойкости инструмента.
Если, известна скорость резания иь соответствующая определенной стойкости Гц то значение стойкости
Таблица 1. Нормативные значения показателя стойкости т для различных инструментов и обрабатываемых материалом
Режущий инструмент
Материал инструмента
Обрабатываемый материал
сталь конструкционная углеродистая и легированная, ап = 75 кТс/мм9
сталь нержавеющая
чугун серый НВ 190
Резцы
Быстрорежущая сталь
0,125-0,3
0,15
0,15
Твердый сплав
0,18-0,2
0,2-0,28
Фрезы
Быстрорежущая сталь
0,2-0,33
0,14-0,27
0,15-0,25
Твердый сплав
0,32
0,32—0,42
Сверла
Быстрорежущая сталь
0,2
0,12
0,125
Твердый сплав
*■
«м
0,4
Зенкеры
Быстрорежущая сталь
0,3
0,12
0,125
Твердый сплав
—W
0,4
Развертки Метчики
Быстрорежущая сталь
0,4
0,12
0,3
0,9
***
0,6
Плашки
0,5
——■
?2 при изменении скорости резания Vi на U2 можно определить по формуле:
7 7 /
* 2 — 7 1 I /т *
х v2 /
Рассмотрим пример. Допустим, необходимо определить стойкость Т твердосплавного резца при обработке стальной заготовки на скорости v =150 м/мин, еслистой- 30
кости Тн=60 мин соответствует скорость резания ин= = 120 м/мин. Приняв по табл. 1 т=0,25, получим:
Т = 60-0.84 =1 24,6 м/мин.
Из расчета видно, что с увеличением скорости в 1,25 раза стойкость уменьшилась более чем в 2 раза. Если же увеличить скорость резания в 2 раза (у — = 240 м/мин), то стойкость уменьшится в 16 раз и составит около 4 мин.
Подача также влияет на стойкость инструмента, однако в меньшей степени. С увеличением подачи увеличиваются длина контакта у. стружки с передней поверх- МцН ностью инструмента и тем- „^ пература в зоне резания, 160 при этом стойкость уменьшается.120
Глубина резания в боль- 100 шинстве случаев мало влия- до ет на стойкость. Формула примера зависимости стой- ^п кости от режима резания 00 при обработке стали твердо- ^ сплавным резцом такова;эд
грС
1 — v<Si.W5 ‘20
Из формулы следует, что ^ при увеличении каждого из
элементов режима резания В Рис. 18. Зависимость и—Т, по- 2 раза стойкость уменьшит- строенная в логарифмической ся в 16 раз за счет скоростисетке,
резания, почти в 3 раза за счет подачи и только в 1,7 раза за счет глубины. Отсюда вытекает, что при выбранной стойкости целесообразно работать с максимально допустимыми прочностью инструмента, жесткостью станка и требованиями к точности и шероховатости обрабатываемой поверхности, подаче и глубине резания, но при несколько уменьшенной скорости резания.
Обрабатываемый материал. Физико-механические свойства обрабатываемого материала оказывают большое влияние на стойкость, которая уменьшается с увеличением прочности материала, склонности к упрочнению и свариванию (адгезии) с режущим инструментом, вязкости. Низкая теплопроводность обрабатываемого
материала также способствует уменьшению стойкости. Более подробно влияние обрабатываемого материала на стойкость рассмотрено в § 7 данной главы.
Зависимость стойкости от переднего угла у показана на рис. 19. С увеличением переднего угла уменьшаются усилия-и температура резания, но уменьшаются также прочность режущей кромки и интенсивность отвода тепла из-за уменьшения угла заострения инструмента. Поэтому стойкость вначале повышается, а затем снижается. Передний угол, соответствующий наивысшей точке,
является оптимальным. Для каждого сочетания условий обработки имеется свое оптимальное значение переднего угла, при котором стойкость, а следовательно, и скорость резания будут наибольшими.
Увеличение заднего угла а уменьшает трение контактных поверхностей инструмента и заготовки, что снижает износ и повышает стойкость. Вместе с тем по-
еле определенного значения зад* Рис. 19. Зависимость него уГла стойкость начинает стойкости от. переднего уменьшаться вследствие сниже- уния прочности режущей кромки и
ее выкрашивания.
Наиболее сильно влияет на стойкость главный угол в плане. От его величины зависит толщина срезаемого слоя а (при одинаковой глубине резания и подаче — см. рис. 10) и угол при вершине е. Следовательно, с уменьшением угла ф стойкость повышается, так как уменьшается а и увеличивается е, а это значит, что уменьшается температура режущей кромки и улучшается теплоотвод.
Обычно влияние угла ф на стойкость выражается в виде коэффициентов изменения скорости резания или подачи при одинаковой стойкости. Эти коэффициенты
имеют следующие значения: "Главный угол в
30
45
60
75
90
плане ср° ....
10
.15
Коэффициент • ^изменения скоростей резания при точении . . .
1,55
1,4
1,13
1,0
0,92
. 0,86
0,84
Коэффициент изменения подачи при фрезеровании
4
2,8
1,0
1,0
• ♦ •
0,7
Вспомогательный угол в плане <pi мало влияет на стойкость.' Это влияние выражается в изменении условий теплоотвода. С увеличением угла ф1 теплоотвод уменьшается и поэтому стойкость снижается.
$. Смазочно-охлаждающие жидкости
Современные смазочно-охлаждающие жидкости — это сложные многокомпонентные (в среднем 8—10 составляющих) соединения продуктов нефтехимического й химического производства. Они обладают рядом свойств, обеспечивающих при вводе их в зону резания повышение стойкости инструмента, улучшение качества обработанной поверхности, уменьшение сил резания и способствующих удалению стружки.
В основе действия СОЖ на процесс резания лежат три эффекта: смазочный, охлаждающий и моющий.
Смазочный эффект СОЖ состоит в уменьшении сил адгезии и трения на поверхностях контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом вследствие образования адсорбированных пленок, а также пленок химических соединений. Необходимым условием для проявления смазочного действия СОЖ является способность веществ, входящих в их состав, проникать по капиллярам (каналам) на поверхности контакта режущего инструмента и обрабатываемого материала. При этом проникновению СОЖ могут способствовать вакуум, разность давлений, силы химического взаимодействия, адсорбционные явления, внешние электрические и магнитные поля, вибрации и другие факторы.
Охлаждающий эффект СОЖ состоит в снижении температуры в зоне контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом вследствие уменьшения тепловыделения и улучшения теплоотвода. Уменьшение тепловыделения происходит благодаря влиянию СОЖ на прочность отделяемого слоя металла и повышение его хрупкости, т. е. уменьшению работы, затрачиваемой на резание.
3333Интенсивность теплоотвода в основном зависит от теплопроводности и скорости движения СОЖ относительно нагретых поверхностей детали и инструмента. Кроме того, на теплоотвод влияет теплоемкость, плотность и вязкость СОЖ, а также разность температур охлаждаемых поверхностей и потока охлаждающей Жидкости. Если в зоне обработки поступающая жид-
33
33
А. П. Драгун
кость испаряется, то отвод тепла увеличивается вследствие потребления тепла на парообразование.
При непрерывных процессах резания СОЖ практически не достигает площадок контакта инструмента с обработанной поверхностью и стружкой. Поэтому снижение температуры в зоне резания происходит за счет охлаждения массы детали и тела инструмента. Охлаждающее действие СОЖ в этом случае зависит от интенсивности и способа подведения ее в зону резания. Эффективность охлаждения, например, может быть увеличена подачей СОЖ под высоким давлением со стороны задней поверхности или же подачей СОЖ в распыленном виде. Необходимо отметить также, что охлаждающая способность эмульсии и ее водных растворов во много раз выше масляных жидкостей.
Моющий эффект СОЖ состоит в обеспечении непрерывного удаления из зоны обработки продуктов резания: частиц износа инструмента, мелкой стружки и пыли, карбидов, выломанных из структуры обрабатываемого металла. Особенно необходимо моющее действие СОЖ при выполнении финишных операций, так как скопление продуктов износа на режущих элементах снижает стойкость инструмента и качество обработанной поверхности.
Применение СОЖ не всегда дает положительный результат. Так, химически активные вещества при резании быстрорежущим инструментом во многих случаях понижают стойкость инструмента вследствие увеличения абразивно-химического износа, а также уменьшения защитного действия нароста на контактных поверхностях.
Особенно значительно проявление отрицательного влияния СОЖ на стойкость при малых скоростях резания.
Сопоставление стойкости быстрорежущего резца при обработке стали 40Х с охлаждением и без охлаждения показывает, что до определенного значения скорости резания охлаждение эмульсией снижает стойкость инструмента. При этом чем больше сечение среза (аХб), тем ниже скорость, до которой СОЖ оказывает отрицательное влияние.
Примерно такой же характер носит влияние СОЖ на стойкость твердосплавных резцов. До скорости примерно 80 м/мин работа без охлаждения дает более высокую стойкость, чем с охлаждением поливом. После данной скорости начинает проявляться охлаждающее действие СОЖ. Однако охлаждение распыленной СОЖ до ско-
рости 100 м/мин дает значительное повышение стойкости по сравнению с охлаждением поливом. После скорости 100 м/мин наиболее эффективным является охла- ждениё поливом.
Выбор СОЖ или определение целесообразности ее применения зависит от конкретных условий резания (вида обработки, обрабатываемого материала и материала инструмента, режимов резания и др.).
В промышленности применяются два основных вида СОЖ: масляные и водорастворимые.
Масляные СОЖ состоят из минерального масла (от С>0 до 95%) и различных присадок: антифрикционных, антиизносных, антизадирных, антипенных и антитуман- ных ингибиторов коррозии. Масляные СОЖ обладают наиболее высоким смазочным действием и применяются в основном при обработке быстрорежущим инструментом на низкой скорости резания и когда необходимо снизить шероховатость обработанной поверхности.
Водорастворимые эмульсолы содержат 70—85% минерального масла и 30—15% эмульгаторов вместе с различными присадками. Из эмульсолов приготавливаются водные эмульсии (обычно 1—10%-ные).
Благодаря смазочному и высокому охлаждающему действию эмульсии получили в металлообработке наиболее широкое применение.
Основные СОЖ, допущенные Минздравом СССР к широкому внедрению, приведены ниже.
Сульфофрезол (ГОСТ 122—54)—осерненное минеральное масло средней вязкости. Недостатком сульфо- фрезола является то, что он может вызывать коррозию цветных металлов и кожные заболевания.
МР-1 (ТУ 38—101247—73)—средневязкое минеральное масло с антизадирными и антиизносными присадками, содержащими серу, хлор и фосфор. Эффективно при обработке углеродистых и легированных сталей на повышенных режимах (и = 40 м/мин). По сравнению с сульфофрезолом улучшает санитарно-гигиенические условия труда.
ОСМ-3 (ТУ 38—УССР 201152—75) — маловязкое минеральное масло с антизадирными и антиизносными присадками, содержащими хлор и фосфор. Эффективно при обработке углеродистых и легированных сталей на легких и средних режимах резания инструментами из быстрорежущих сталей.
Э-1, Э-2 и Э-3 (ГОСТ 1975—5) — эмульсолы с низкими технологическими и функциональными свойствами.
ЭТ-2 (ТУ 38—1—228—69)—эмульсол, имеющий более стабильные свойства, чем Э-1, Э-2 и Э-3.
Данные эмульсолы применяются при точении, сверлении, фрезеровании, развертывании конструкционных, легированных и труднообрабатываемых сталей и сплавов.
Укринол-1 (ТУ 38—101197—76)—эмульсол на основе минерального масла, эмульгаторов и ингибиторов коррозии. Обладает высокими эксплуатационными и антикоррозионными свойствами. По сравнению с эмульсо- лом ЭТ-2 повышает стойкость при обработке твердосплавным инструментом в 1,5—3 раза.
РЗ-СОЖ8 (ТУ 38 -101258—74) — эмульсол на базе эмульсола ЭТ-2, активированного кристаллическим йодом. Эффективен при обработке титановых сплавов. При фрезеровании, сверлении и развертывании титановых сплавов ВТ5, ВТ14 и ВТ20 применение 5 -10°/о-ной эмульсии РЗ-СОЖ8 вместо эмульсии ЭТ-2 (осерненной) повышает стойкость инструмента в 2—4 раза.
Подвод СОЖ в зону резания может осуществляться поливом, когда жидкость подастся в виде струи на инструмент и деталь в зону образования стружки, а также в виде распыленной жидкости в смеси с воздухом. Особенно эффективна подача СОЖ через внутренние каналы инструмента. Так, стойкость сверл с отверстиями для подвода СОЖ не более чем в 8 раз превышает стойкость стандартных сверл, а глубина сверления без выводов сверла увеличивается до 5—7 D [29].
Для охлаждения применяют также газовые средства (кислород, воздух, углекислоту, азот), которые в виде струи подводятся в зону резания, и твердые смазочные средства либо в виде пленок, наносимых на режущие поверхности инструмента, либо в виде мелких частиц, добавляемых в СОЖ. Особенно эффективно охлаждение газовыми средствами при низких температурах— от -10 до -16°С.
Обрабатываемость металлов резанием
Обрабатываемость — одно из важнейших технологических свойств металла, характеризующих совокупность его качеств, которые определяют производительность обработки и зависят в основном от химического состава и структурного состояния металла. Обрабатываемость одного и того же металла может существенно отличаться в зависимости от видов обработки, инструменталь-
пых материалов, конструктивных особенностей режущих инструментов.
Обрабатываемость каждого конкретного металла может оцениваться одним или несколькими критериями: 1) стойкостью инструмента; 2) предельной или оптимальной скоростью резания; 3) силами резания; 4) шероховатостью поверхности, обработанной при определенных режимах резания; 5) формой стружки.
Все эти критерии по возможности учитываются при определении обрабатываемости каждой группы металлов. На основании данных об обрабатываемости составляются нормативы режимов резания или рекомендации по выбору режимов резания для конкретных условий обработки.
Рассмотрим некоторые особенности обработки ряда материалов.
Алюминий и его сплавы. Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую обрабатываемость и допускают работу твердосплавным инструментом со скоростями до 600 м/мин, а быстрорежущим — доЗООм/мин при высокой стойкости. Исключение составляют литейные сплавы (силумины), в структуре которых имеются большие кристаллы кремния, которые повышают износ инструмента по задней поверхности и температуру режущей кромки инструмента. Силы резания при обработке алюминиевых сплавов малы, что обусловливает эффективность применения инструментов, оснащенных алмазом или композитом.
Недостатком алюминия и некоторых его сплавов является образование сильно деформированной стружки, отвод которой затруднителен. Такая стружка может пакетироваться (при обработке многолезвийным инструментом) и вызывать поломки инструмента.
Медь и медные сдтлавы. Медь и ее сплавы, не имеющие значительных литейных включений, относятся к легкообрабатываемым металлам. Для обработки этих материалов применяются инструменты из быстрорежущих сталей и твердосплавные. Использование алмазных рёзцов позволяет получать зеркальные поверхности после обработки. Рекомендуемые скорости резания для твердосплавных инструментов — до 700 м/мин, для быстрорежущих— до 160 м/мин.
Конструкционные углеродистые и леги- рованныестали. В эту группу входят углеродистые стали обычного качества, углеродистые качественные стали, автоматные, хромистые, марганцовистые и дру-
гие стали. Их обрабатываемость оценивается по трем показателям: максимальной скорости резания при заданной, оптимальной стойкости -инструмента, характеру стружкообразования и шероховатости обработанной поверхности.
В основу нормативов режимов резания положены зависимости обрабатываемости от твердости и предела прочности для чугуна и различных групп сталей. Практически во всех случаях обработки (за исключением сверления и фрезерования малоуглеродистых сталей) с увеличением предела прочности ав нормативная скорость резания уменьшается.
Обычно обрабатываемость рассматриваемого металла оценивается по коэффициенту скорости К^ по отношению к обрабатываемости конструкционной стали марки 45 с Ов = 75 кгс/мм2. Значения К» в, зависимости от предела прочности углеродистых сталей (С^0,6%) типа СтО, Ст2кп, 10, 20, 45, 60 при рассматриваемых видах обработки даны в табл. 2.
Таблица 2. Значения коэффициентов изменения скорости резания КУ в зависимости от прочности конструкционной углеродистой стали и условий обработки
7В, КГС/ММ1
Твердосплавный инструмент
Быстрорежущий инструмент
Точение
Торцовое фрезерование
Точение
Сверление и торцовое фрезерование
45
2,16
1,67
2,40
0,63
50
1,84
1,56
2,03
0,68
55
1,58
1,36
1,69
1,35
60
1,40
1,25
1,47
1,26
65
1,25
1,16
1,27
1,17
70
1,11
1,07
1,09
1,08
75
1,00
1Д0
1,00
1,00
-60
0,91
0,94
0,88
0,94
85
0,83
0,88
0,80
0,89
90
0,76
0,83
0,72
0,84
95
0,70
0,79
0,66
0,62 (0,81)
100
0,63
0,75
0,60
0,57 (0,77)
105
0,60
0,71
0,55
0,51 (0,74).
110
0,56
0,68
0,51
0,46 (0,71)
115
0,52
0,65
120
0,48
0,62
—
—
Примечание. В скобках приведены значения Ку при сверлении.
Как видно из таблицы, при. обработке резанием большему значению ав рсегда соответствует меньшая ско- 38
рость резания, за исключением фрезерования и сверления стали с ав<55 кгс/мм2 быстрорежущим инструментом.
Кроме твердости на обрабатываемость сталей влияет их химический состав, в частности наличие легирующих элементов. Чтобы примерно оценить обрабатываемость некоторых групп легированных сталей, в табл.. 3 приве-
Таблица 3. Сравнительные значения коэффициента Ку для различных групп сталей с пределом прочности на растяжение qb = 75 кгс/мм2
Группа сталей
Типовые марки
Коэ
V к к
СР о н
ффициен
К ч Си си
о
Т К^
<и ih Q-<U И о сим
Е-
Углеродистые
Ст. 0; Ст. 2;. 10;
20; 45
1,00
1,00
1,00
Автоматные
А12; АЗО
1,20
1,20
—-
Хромоникелевые
12ХН2;40ХН;
12ХНЗА
1,00
0,90
0.90
Хромистые
20Х; 40Х; 45ХЦ; ШХ15
0,85
0,85
0,85
Марганцовистые
20Г; 40Г; 65Г; 45Г2
0,80
0,75
0,85
Высокоуглеродистые (С > >0,6%)
70; 75; 85; 75Л
0,80
0,80
0,80
Хромоникельвольфрамова- надиевые
18Х2Н4ВА;
38XH3BA
—
0,70
—.
Хромомолибденовые, хромоникельмолибденовые, хромоалюминиевые
20ХФ; 40ХФА;
ЗОХМ; 20ХНМ;
34ХНЗМФ;
38ХВФЮА
0,80
0,70
0,75
Хромомарганцовистые, хромокремнистые, крем-' немарганцовистые
35ХГ2; 18ХГТ;
ЗОХГСА; 50ХГ;
38ХГСА; 20ХГСЛ
0,70
0,70
0,70
дены сравнительные коэффициенты К? при одинаковой прочности сталей (ав=75 кгс/мм2)
Лучшую обрабатываемость имеют автоматные стали, в состав которых специально вводятся сера, свинец и марганец. Автоматные стали широко применяются для получения деталей на станках-автоматах. Они допускают высокие скорости резания, обеспечивают большую стойкость инструментов, лучшую шероховатость обработанной поверхности и меньшие силы резания. Еще одно важное качество автоматных сталей — образование витой или дробленой легко удаляемой стружки.
Иногда основными факторами обрабатываемости являются получаемая после обработки шероховатость поверхности и характер стружкообразования, поэтому приходится варьировать глубиной, подачей и скоростью резания, часто в ущерб производительности обработки. Очень, трудно, например, достичь высокой степени шероховатости при обработке малоуглеродистых сталей в состоянии поставки. Чтобы улучшить шероховатость, а также стружкообразование, необходимо перед механической обработкой подвергать заготовки нормализации или отжигу, так как с увеличением твердости стали шероховатость уменьшается.
Труднообрабатываемые стали и сплавы. В изготовлении современных машин и приборов все более широкое применение находят стали и сплавы, обладающие особыми физико-механическими свойствами, такими, например, как коррозионная стойкость в различных средах, теплостойкость, жаропрочность, высокая механическая прочность.
Повышение физико-механических свойств сталей связано с ухудшением обрабатываемости их резанием. Скорости резания при обработке некоторых марок жаропрочных сталей в 10—20 раз меньше, чем при обработке стали 45. Поэтому такие стали и сплавы называют труднообрабатываемыми.
Все труднообрабатываемые стали разделены на восемь групп (табл. 4), в каждую из которых отнесены стали и сплавы одинакового химического состава и механических свойств и примерно одинаковой обрабатываемости [22].
Стали I группы имеют удовлетворительную обрабатываемость, примерно такую же, как и углеродистые стали соответствующей прочности. Они не представляют трудности для обработки различными видами инструмента.
Стали II группы характеризуются высоким содержанием хрома (более 12%). Механическая обработка стадо
Таблица 4. Обрабатываемость резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов
Скорость резания (м/мин) при обработке инструментом из
Марка сталиъ.
§о®
ТУосвО
ЯО.СУhУЧ
1?hиОXо
Коэффициент изменения скорости по сравнению со сталью о К 00 ■5 i
Группа I. Теплостойкие стали
34ХНЗМ, Х6СМ1 >60 1200-2501 60—70 I 0,9 I 1,8
34ХНЗМФ, 20ХЗМВФJ >90 (150-1801 30-40 | 0,6- | 1,2
Группа II. Коррозионностойкие нержавеющие стали
2X13, 25Х13Н2
60-100
170—200
35-50
0,7
1,4
20X13, 1Х12Н2ВМФ
70-90
180-210
30-45
0,95
1,3
30X13
>85
140-180
28—42
0,6
1,2
■10X13, 14Х17Н2
95-110
120-150
25-35
0,5
1,0
09Х16Н4Б
>100
130-160
28-38
0,55
1,1
07Х16Н6
>110
120-150
25—35
0,6
1,2
23Х13НВМФЛ
>85
140-180
28—42
0,5
1,0
ЭП311
175
35-45
7-10
0,15
0,3
Группа III. Коррозионностойкие, кислотостойкиеи жаростойкие стали
12Х18Н10Т, 20Х23Н1812Х21Н5Т, Х15Н9ЮХ17Н5МЗ12Х18Н10Т, 20Х23Н1812Х21Н5Т, Х15Н9ЮХ17Н5МЗ1,00,851,00,8555120-150 25-350,5
12Х18Н10Т, 20Х23Н18
12Х21Н5Т, Х15Н9Ю
Х17Н5МЗ
12Х18Н10Т, 20Х23Н18
12Х21Н5Т, Х15Н9Ю
Х17Н5МЗ
1,0
0,85
1,0
0,85
70—110 100-130 20-320,42
Группа IV. Жаропрочные, жаростойкие и кислотостойкие
стали
15Х14Н14В2М
70
100-120
20-28
0,40
0,80
08Х15Н24В4ТР
70
70-90
15-25
0,30
0,60
ЭИ395, 07Х21Г7АН5
80-100
80-100
15-25
0,30
0,60
12Х25Н16Г7АР
80
80-100
15—25
0,30
0,60
37Х12Н8Г8МФБ, 10Х11Н20ТЗР
90
50-60
12-20
0,23
0,45
Группа V. Жаропрочные деформируемые сплавы
36НХТЮ, ХН60В,
80-120
40-50
8-12
0,16
0,32
ХН77ТЮ
ХН35ВТЮ, ЭП99
95-130
22-28
6-10
0,12
0,24
ХН56ВМТЮ
90
20-25
6-10
ОДО
0,20
ХН75ВМЮ, ХН67ВМТЮ
100
18—20
5-10
0,08
0,15
ХН60ВМТЮ,
115-135
18-20
—
—
ХН82ТЮМБ
Группа VI. чОкалиностойкие жаропрочные стали
ВЖ36-Л2, АН В-300, ЖС6К, ЖСЗДК, ХН67ВМТЮД
75-100
18-20
0,05
0,10
Марка стали
Скорость резания (м/мин) при обработке инструментом лз
Коэффициент изменения скорости по сравнению со сталью
о
о
н о
О «8 Ч «
н и
о«
о S и
00
Л
8
$2
Группа VII, Титановые сплавы
ВТ-1, BTl-l, ВТ1-2
45-70
100-150
30-40
0,6
1,2
ВТЗ, ВТЗ-1
95-120
50-70
18-25
0,28
0,56
ОТ4, ВТ-5 ВТ4-1, ВТ5-1
65-95
70-100
25-35
0,40
0,80
ВТ6, ВТ6С, ВТ14, ВТ15
90-100
50-80
20-30
0,32
0,64
ВТ14, ВТ15
115-150
45-60
15-20
0,24
0,48
Группа VIII. Высокопрочные
! стали
28ХЗСНМВФА
>160
45-60
15-20
0,22
0,44
ЗЗХЗСНМВФА
170
40—45
4-5
0,18
0,36
42Х2ГСНМ
190
28-38
2-3
0,14
0,28
38Х5МСФА
195
25-35
1-2
0,13
0,25
43ХСНМВФА
210
20-30
0,12
0,24
Примечание, Указанные в табл, значения ав получены в результате соответствующей термообработки сталей и сплавов, лей марок 12X13, 20X13, 14Х17Н2 производится после отжига (ав<100 кгс/мм2). Их обрабатываемость в 1,5— 2 раза ниже, чем стали 45. Стали других марок этой группы обрабатываются после термической обработки до ав = 100—150 кгс/мм2, поэтому применяемые скорости резания значительно ниже.
При фрезеровании плоскостей и уступов с большими значениями ширины фрезерования В и нарезании резьбы в деталях из сталей II группы возникают трудности в получении высокого класса шероховатости из-за повышенной вязкости материала. Для повышения шероховатости в данном случае необходимо применять метод попутного фрезерования, подбирать соответствующие СОЖ и режим резания.
Стали III и IV групп характеризуются высокой склонностью к налипанию на инструмент в зоне контакта стружки с передней поверхностью и вызывают повышенный износ инструмента. Кроме того, эти стали подвергаются значительному упрочнению при обработке резанием, что еще более усиливает износ инструмента при многопроходной обработке. Скорости реза- 42
ния для сталей III группы в 2 раза, а IV группы в 3—4 раза ниже, чем для стали 45.
Для уменьшения степени упрочнения обработанной поверхности рекомендуется работать остро заточенным инструментом и не доводить его до большого износа по задней грани.
К V группе отнесены жаропрочные деформируемые сплавы на никелевой и железоникелевой основах, легированные большим количеством хрома. В их состав входят в небольших количествах титан, алюминий, вольфрам, молибден и другие элементы.
Как и нержавеющие стали, жаропрочные деформируемые сплавы имеют повышенную склонность к налипанию, вызывающую адгезионный износ инструмента. Детали из этих сплавов рекомендуются при непрерывном резании обрабатывать инструментом из твердого сплава, при прерывистом резании, фрезеровании — быстрорежущим инструментом.
Обрабатываемость сплавов V группы очень низкая. Скорости резания в 7—12 раз ниже, чем при обработке стали 45.
Значительно хуже обрабатываются жаропрочные литейные сплавы VI группы в силу наличия в них большого количества интерметаллидных и карбидных включений, быстро изнашивающих инструмент. Поэтому применение быстрорежущих инструментов практически невозможно. Обрабатываемость этих сплавов твердосплавным инструментом в 12—20 раз хуже, чем стали 45.
Группу VII представляют титановые сплавы. В промышленности применяется более 30 марок титановых сплавов с широким диапазоном обрабатываемости резанием, зависящей в основном от предела прочности ав. Детали из титановых сплавов с Св^ЮО кгс/мм2 при отсутствии корки и газонасыщенного слоя легко обрабатываются точением, фрезерованием и сверлением. Однако при работе мерным инструментом (развертками, метчиками) вследствие большой упругости сплавов возможно защемление инструмента. Средство борьбы с этим явлением — увеличение на 3—5° задних углов, обратной конусности инструмента, шахматное расположение ниток на зубьях метчиков и др. Исполнительные размеры мерных инструментов рекомендуется выполнять на верхнем пределе.
К высокопрочным сталям (группа^ VIII) отнесены низколегированные стали, которые после закалки н от-
пуска приобретают твердость ов>160 кгс/мм2. В состоянии отжига их обрабатываемость такая же, как и конструкционных сталей. В термообработанном состоянии обрабатываемость сталей VIII группы твердосплавным инструментом в 5—8 раз ниже, чем стали 45. Быстрорежущие инструменты применять неэффективно из-за весьма малых скоростей резания.
Для повышения обрабатываемости рассмотренных труднообрабатываемых материалов необходимо применять соответствующие новые марки твердых сплавов и быстрорежущей стали (см. табл. 6 и 8), специальную геометрию инструмента, использовать высокоэффективные СОЖ. Существенным резервом повышения производительности является применение инструментов с износостойкими покрытиями, а также упрочненных различными методами (термическим, термомеханическим, лазерным упрочнением, глубоким холодом в среде жидкого азота и др.).
Чугуны.^ Механические свойства и обрабатываемость чугунов зависят от того, в какой форме присутствует углерод в сплаве. Различают четыре основные группы чугунов: белые, серые, высокопрочные и ковкие.
Белые чугуны состоят из перлита и цементита. Из-за большого количества цементита белые чугуны имеют очень высокую твердость (НВ 450—600), но весьма низкую обрабатываемость. Скорости резания деталей из белого чугуна (чаще всего применяют отбеленный чугун, получаемый из серого чугуна путем его закалки) твердосплавным инструментом не превышают 3— 10 м/мин.
Для обработки деталей из отбеленного чугуна целесообразно использовать минералокерамику или сверхтвердые материалы (композиты), позволяющие производить безударную обработку со скоростью соответственно 70—150 и 100 — 160 м/мин.
Серые чугуны легко поддаются обработке резанием. Почти по всем критериям они имеют хорошую обрабатываемость— высокие скорости резания, возможность получения шероховатости поверхности с /?а= 1,25 мкм, образование легкоудаляемой стружки, относительно меньшие силы резания. Недостатком серого чугуна является образование графитовой пыли, что требует применения соответствующих мер по защите станочника.
Обрабатываемость серого чугуна зависит от его твердости. Ориентировочные значения скорости резания при различных видах обработки чугуна следующие:
Твердость чугуна НВ . . ♦ ♦170*
190
210
230
Скорость резания (м/мин) при: точении (ВК8)55—150
45-90
40-80
35-70
строгании (ТТ7К12) . . . 36—90
30-75
26—64
22-54
торцовом фрезеровании (ВК8) ......... 55-105
50—95
48-82
45-80
сверлении (Р18) ..... 20—33
17-31
15-33
зенкёровании (Р18) . . . 15—35
14-31
13-27
развертывании (Р18). . \ 6,5—11,7
5,8—10,4
5,1-9,3
Высокопрочные чугуны отличаются от серых наличием в структуре шаровидного графита. Благодаря этому они обладают высокой прочностью (до НВ 369) и некоторой пластичностыЪ,- В промышленности применяют следующие марки высокопрочных чугунов: ВЧ45-5 (НВ 160—220); ВЧ 50-2 (НВ 180—260); ВЧ 60-2 (НВ 220—280); ВЧ 80-3 (НВ 220—300); ВЧ 120-4 (НВ 302— 360) и др.
Скорости резания при обработке высокопрочных чугунов выше, чем при обработке серых чугунов, причем с повышением твердости разница в скоростях увеличивается. Это объясняется более высокой пластичностью высокопрочных чугунов и образованием при резании сливной стружки.
Ковкие чугуны, как и высокопрочные, благодаря наличию в сплаве хлопьевидного графита обрабатываются лучше серых. Скорости резания при обработке деталей из ковкого чугуна примерно в 1,05—1,2 раза выше, чем при обработке из серого чугуна.
Оптимальные режимы резания
Одним из важных условий рационального использования инструмента является выбор оптимального режима резания — такого сочетания подачи, глубины и скорости резания, при котором обеспечивается минимальная себестоимость выполнения операции с учетом получения требуемого качества детали и полного использования возможностей станка.
На себестоимость операции влияют два основных фактора, зависящие от режима резания: производительность обработки и затраты, связанные с эксплуатацией режущего инструмента (переточкой после затупления,, заменой и размерной настройкой). Чем выше режим резания, тем выше производительность обработки, но тем меньше стойкость инструмента, а следовательно больше расходы на его эксплуатацию. Поэтому можно подобрать такие значения подачи, глубины и скорости
Рис. 20. Схема влияния скорости резания на стойкость (кривая /), себестоимость (кривая 2) и производительность обработки (кривая 5).Рис. 20. Схема влияния скорости резания на стойкость (кривая /), себестоимость (кривая 2) и производительность обработки (кривая 5).
Рис. 20. Схема влияния скорости резания на стойкость (кривая /), себестоимость (кривая 2) и производительность обработки (кривая 5).
Рис. 20. Схема влияния скорости резания на стойкость (кривая /), себестоимость (кривая 2) и производительность обработки (кривая 5).
резания, при которых себестоимость операции будет наименьшей.
Учитывая, что подача и глубина резания влияют на стойкость инструмента в значительно меньшей степени,
чем скорость, в практике принята вполне определенная
последовательность при назначении режима резания.
В первую очередь назначается максимально возмож
ная глубина резания, затем — максимально допустимая подача; на выбор глубины резания и подачи влияют точность и шероховатость обраба
тываемой поверхности, величина припуска под обработку, жесткость СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь) и другие факторы. После этого определяют скорость резания в соответствии с принятым периодом стойкости.
Различают три значения скорости резания: скорость резания им, при которой стойкость инструмента Тм максимальна; экономическую ско-
рость резания v9, которая обеспечивает наименьшую себестоимость Л9; скорость ун, позволяющую производить обработку с наибольшей производительностью 77н.
Рассмотрим зависимости между скоростью резания и стойкостью, себестоимостью и производительностью (рис. 20). Как видно из рисунка, экономическая скорость резания иэ значительно больше, чем vM, а стойкость Гэ<Гм. Работа на скорости vM является неэффективной из-за низкой производительности Пм и высокой себестоимости Лм. С увеличением скорости до у9 стойкость снижается до Тэ, себестоимость уменьшается до минимального значения Лэ, а производительность повышается до значения, близкого к Пн. При этом достигаются высокая размерная стойкость инструмента и минимальный его расход. Дальнейшее повышение скорости приводит к незначительному повышению производительности, но к более значительному росту себестоимости обработки и расходу инструмента.
Таким образом, наивыгодной является скорость реза-
ния уэ при экономической стойкости инструмента Та. Значение Та тем больше, чем дороже инструмент и чем выше затраты на его замену и переточку. Так, для фасонного резца Та больше, чем для проходного, для крупного сверла больше,- чем для мелкого, и т. д. Кроме того, на Тэ влияет стоимость станка: для дорогих станков Та выше, чем для дешевых.
Экономическую стойкость можно снизить, если уменьшить время на замену инструмента. Например, для резцов с механическим креплением неперетачиваемых пластин, где вместо заточки затупившейся кромки производится ее замена путем поворота пластины на другую грань, Тэ меньше, чем для напайных резцов.
Выбор режимов резания обычно производится по общемашиностроительным нормативам [18, 19] или справочникам [22], где для каждого вида инструмента даются рекомендации по выбору подачи и глубины резания, приводятся значения Та и расчетные таблицы значений уэ для различных значений подач и глубины резания.
Табличные значения скоростей резания рассчитаны для определенных условий обработки. При выполнении же конкретной операции условия обработки могут отличаться от принятых. В этом случае табличное значение скорости резания Утабл умножается на коэффициенты, учитывающие измененные условия. В общем виде формула для определения скорости резания имеет следующий вид:
® " 'Птабл^м^и^п^р^Г»
где Км — коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала;
Ки — коэффициент," учитывающий свойства материала инструмента;
Кп — коэффициент, учитывающий состояние исходной поверхности обработки (наличие или отсутствие литейной корки, наклепанного слоя, сильного загрязнения и т. д.);
К^—коэффициент, учитывающий величину главного угла в плане ф;
Кт—коэффициент, учитывающий фактически принятую стойкость инструмента.
Кроме этих общих коэффициентов при определении скорости резания для каждого вида инструмента учитываются соответствующие частные коэффициенты, значения которых приводятся в нормативах,
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫГЛАВА
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
II
Основные свойства инструментальных материалов
Для изготовления рабочей части режущих инструментов применяют пять групп инструментальных мате-, риалов: инструментальные углеродистые и легированные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамику и сверхтвердые материалы,
В процессе резания инструменты испытывают большие удельные усилия, подвергаются нагреву и износу, поэтому инструментальные материалы должны обладать определенными физико-механическими и технологическими свойствами, из которых основными являются твердость, прочность и пластичность, теплостойкость и теплопроводность, сопротивляемость схватыванию с обрабатываемым материалом, износостойкость, а также закаливаемость и прокаливаемость (для инструментальных сталей), устойчивость против перегрева и окисления, свариваемость или -способность к соединению пайкой, склонность к образованию трещин при пайке и шлифуемость.
От. указанных свойств этих материалов зависят такие важные- технологические показатели, как производительность обработки резанием, стойкость, надежность инструмента и др..
Практически не существует таких материалов, которые бы обладали одновременно высокими твердостью, прочностью, тепловыми характеристиками и т. д.
Чтобы правильно выбрать инструментальный материал для конкретных.условий обработки или правильно использовать имеющийся материал при отсутствии возможности такого выбора, необходимо знать влияние его свойств на процесс резания.
Твердость. Осуществление процесса резания возможно в том случае, если твердость режущего инструмента значительно выше твердости обрабатываемого материала. Чем выше твердость инструмента, тем выше его стойкость и скорость резания. С увеличением твердости повышается сопротивляемость инструмента механическому износу и более длительное время сохраняется острота режущей кромки.
Однако не для всех инструментов и условий обработки целесообразно выбирать инструментальный материал с наивысшей твердостью, так как с ее увеличением повышаются хрупкость и склонность к образованию трещин при пайке и заточке, ухудшается шлифуемость. Поэтому при выборе инструментального материала необходимо учитывать не только твердость, но и другие его свойства.
Твердость инструментальных материалов определяется с помощью прибора Роквелла или прибора ПМТ-3. Оценку твердости на первом приборе производят по шкале С (нагрузка на алмазный конус—150 кгс) или по шкале А (нагрузка — 60 кгс) и обозначают соответственно HRC или HRA. На приборе МТП-3 твердость оценивается по методу Виккерса как частное от деления нагрузки на боковую площадь отпечатка, измеряется в кгс/мм2 и обозначается HV.
Прочность. В процессе резания на инструмент действуют силы, которые подвергают его сжатию, изгибу, скручиванию и другим вдоам деформации. Способность инструмента сопротивляться деформации является очень важным свойством и характеризуется пределом прочности. Понятие прочности инструмента имеет двоякое значение: прочность режущих элементов, находящихся в зоне резания и подвергающихся воздействию сходящей стружки и образующегося тепла, и прочность нережущих элементов инструмента. В первом случае прочность характеризует такие режущие свойства инструмента, .как сопротивление хрупкому и пластическому разрушению режущей части; во втором — жесткость, вйброустойчивость и надежность инструмента в целом.
Теплостойкость. Механические свойства инструментального материала изменяются под воздействием температуры резания. С увеличением температуры выше определенного значения твердость и прочность материала уменьшаются и достигают таких значений, когда инструмент начинает быстро размягчаться, изнашиваться и теряет свою режущую способность.
Температура, до которой инструментальный материал сохраняет свою режущую способность, называется теплостойкостью L
Для быстрорежущих сталей и твердого сплава это температура, при которой твердость снижается до HRA 58—60.
Учитывая, что температура режущего лезвия в значительной мере зависит от скорости резания (повышается с увеличением последней), материалы, имеющие большую теплостойкость, даже при равной твердости могут работать с более высокими скоростями резания и обрабатывать более твердые материалы.
Теплопроводность — этой свойство, влияющее на температуру режущего лезвия в процессе обработки. Чем выше теплопроводность, тем лучше отводится тепло из зоны контакта инструмента с обрабатываемым материалом и тем меньше температура резания. Кроме того, материалы с большей теплопроводностью меньше склонны к образованию трещин при заточке и пайке.
Адгезионная стойкость — это устойчивость против схватывания. Низкая адгезионная стойкость инструментального материала приводит к увеличению интенсивности износа инструмента, особенно при высоких температурах и давлениях в зоне резания.
Таблица 5. Физико-механические свойства основных групп инструментальных материалов
Инструментальный материал
Предел прочности на изгиб, кгс/мм2
Твердость
Теплостойкость, °C
Теплопроводность, Вт/м.°С
HRA (HRC)
HV кгс/мм2
Углеродистые стали
200—220
79-80
650—780
200-250
32-38
Быстрорежущие стали
205—350
(62-64)
79-88
750-1400
620-640
20-25
Твердые сплавы .
95-160
(63-68) 88—92
1400-1900
800—1000
12-84
Минералокерамика
40-75
93-94
2000-2400
1000-1200
4,0
Сверхтвердые материалы . , , •
40-100
4000-7500
1000-1300
30-60
Алмаз
30
—
10 000
750
142,5
1 В государственных стандартах на инструментальные и быст~ рорежущие стали применяют термин «красностойкость», который идентичен с термином «теплостойкость».
Износостойкость — это свойство инструментального материала, сопротивляться механическому, тепловому и химическому воздействию обрабатываемого материала в процессе резания. Важнейшими факторами, влияющими на износостойкость, являются рассмотренные выше свойства — твердость, теплостойкость, теплопроводность, адгезионная стойкость.
При выборе инструментального материала необходимо стремиться к оптимальному значению его износостойкости с учетом химического состава й прочности обрабатываемого материала, характера операции и конструкции инструмента, жесткости оборудования, возможности применения СОЖ и др.
Физико-механические свойства основных групп инструментальных материалов приведены в табл. 5.
Углеродистые и легированные инструментальные стали
Из многочисленных марок углеродистых и легированных сталей наибольшее применение для изготовления режущего инструмента находят стали марок У10А, У ПА, У12А, 9ХС, ХВ5, ХВГ, ХВСГ и др. Из этих сталей изготавливают инструменты, работающие при невысоких скоростях резания (до 15 м/мин): метчики, плашки, малоразмерные сверла и развертки.
Углеродистые стали содержат в среднем от 0,9 до 1,2% углерода; 0,15—0,35% марганца и столько же кремния; 0,02% серы и 0,03% фосфора. Твердость инструмента после закалки — HRC 62—64; прочность на изгиб — 200—220 кгс/мм2; теплостойкость — 200—250°С.
Введение в состав инструментальной стали хрома, вольфрама, молибдена, ванадия повышает ее режущую способность. Так, например, стали марок ХВГ и ХВСГ после термической обработки имеют твердость HRC 63—64, прочность на изгиб 250—270 кгс/мм2 и теплостойкость 250—260°С. Они более износоустойчивы и лучше прокаливаемы, поэтому их применяют для инструментов диаметром (стороной) от 20 до 90 мм.
Легированные инструментальные стали допускают примерно в 1,2—1,4 раза большую скорость резания, чем углеродистые.
Более подробно режимы резания описаны при рассмотрении конкретных инструментов в соответствующих главах.
Выстрорежущие стали
Быстрорежущие стали обладают более высокими, чем углеродистые инструментальные стали, физико-механическими и эксплуатационными, свойствами: твердостью до HRC 70, теплостойкостью в пределах 500—650°С, сохранением высокой износостойкости при нагреве и повышенным сопротивлением пластической деформации. С появлением этих сталей стало возможным увеличить скорость резания в 2—4 раза и повысить стойкость инструментов в 10—-40 раз по сравнению с инструментами из углеродистых инструментальных сталей.
Такое значительное улучшение режущих свойств быстрорежущих сталей объясняется прежде всего значительным повышениём их теплостойкости (до 620— 640°С), а также более высокими прочностью и твердостью.
Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей являются вольфрам или вольфрам вместе с молибденом, а основным карбидом — МеС, содержащий кроме вольфрама и молибдена также хром и ванадий.
В зависимости от химического состава быстрорежущие стали разделены на вольфрамовые,- вольфрамо- молибденовые, молибденовые, стали с высоким содержанием ванадия (вольфрамованадиевые), кобальтовые, а также безвольфрамовые стали.
По эксплуатационным свойствам современные быстрорежущие стали можно классифицировать на три группы: обычной (теплостойкость 620°С), повышенной (630— 640°С) и высокой (700—725°С) производительности.
В первую группу входят вольфрамовые, вольфрамомолибденовые и безвольфрамовые стали; во вторую — вольфрамованадиевые, вольфрамомолибденовые с повышенным содержанием углерода и кобальтовые; в третью— стали с интерметаллидным упрочнением.
Вольфрамовые быстрорежущие стали. Долгое время одной из наиболее широко применяемых сталей данного типа была сталь марки Р18. Химический состав стали Р18: углерод (С)—0,75%, вольфрам (W) —18%, хром (Сг) — 4,1%, ванадий (V) — 1,2%, молибден (Мо) — 0,6%.
Изготовленный из стали Р18 инструмент имеет наибольший интервал температуры закалки (малочувствителен к перегреву) и в связи с этим — стабильные свойства заготовок разных плавок. Незначительное содер- 13
жание ванадия обеспечивает хорошую шлифуемость стали.
Недостатки стали Р18 следующие: а) значительная карбидная неоднородность и крупные размеры избыточных карбидов (до 30 мкм), что снижает стойкость инструментов с тонкой рабочей кромкой и небольшого сечения; б) недостаточно высокие прочность и вязкость в прутках свыше 30 мм (аи=300—330 кгс/мм2); в) пониженная пластичность в горячем состоянии.
Высокое содержание дефицитного вольфрама, а также необходимость создания инструментальных сталей с лучшими эксплуатационными характеристиками явились причиной сокращения применения стали Р18 для изготовленйя режущего инструмента.
Сталь Р9 содержит вдвое меньше вольфрама, чем сталь Р18, однако ее эксплуатационные качества хуже — выше карбидная неоднородность и склонность к появлению пережогов при заточке.
Сравнительно новой является быстрорежущая сталь Р12, в которой сочетаются несколько более высокие прочность, пластичность и красностойкость. Режущие свойства стали Р12 чуть выше, чем у стали Р18, в инструментах с тонкой рабочей кромкой (протяжки, метчики, фрезы и т. п.) и немного ниже в инструментах простой формы, например резцах для обработки более твердых материалов. Сталь Р12 на 30% дешевле, чем сталь PI8, и применяется для изготовления всех видов инструмента.
Вольфрамомолибденовые и молибденовые стали. Наибольшее распространение из этой группы получила сталь Р6М5, которая в настоящее время практически заменила сталь Р18 для изготовления режущего инструмента, предназначенного для обработки углеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей (ов 90—100 кгс/мм2).
По стойкости инструменты из этой стали не уступают инструментам из стали Р18.
Примерно такие же свойства, как и сталь Р6М5, имеет сталь марки Р8МЗ, но она более устойчива к перегреву и имеет более высокую стабильность свойств после закалки.
Вольфрамованадиевые стали Р12ФЗ и Р6М5ФЗ. Повышение содержания ванадия в этих сталях до 2,7% улучшило такие их качества, как износостойкость, горячая прочность, теплостойкость и твердость, но ухудшило шлифуемость.
£ Таблица 6. Физико механические и эксплуатационные свойства и назначение быстрорежущих сталей
Марка стали
Физико-механические свойства
Эксплуатационные свойства
Назначение
Прочность на изгиб аи, кгс/мм2
Твердость HRC
Теплостойкость, °C
Р18
290—310
63-64
625
Наибольший интервал температур закалки, хорошая шлифуемость, недостаточно высокие прочность и вязкость, высокая карбидная неоднородность
Все виды режущего инструмента для обработки обычных конструкционных материалов
Р12
300—320
63—64
625
Близки к свойствам стали Р18, но более высокие, горячая пластичность, прочность, вязкость
Карбидная неоднородность выше, чем у стали Р18, повышенная склонность к появлению прижогов при заточке
То же, что и стали Р18, а также для обработки некоторых видов нержавеющих сталей
Р9
335
63—64
620
Инструменты простой формы для обработки конструкционных материалов
Р6М5
330—340
63
620
Прочность на 10—15% выше, а вязкость на 50—60% выше, чем у стали Р18. Более низкая карбидная неоднородность, хорошая шлифуемость, но повышенная склонность к обезуглероживанию
Все виды режущего инструмента, в том числе работающего в условиях ударных Нагрузок, для обработки углеродистых конструкционных сталей и нержавеющих сталей
Р6М5К5
330-340
65-65,6
630
Прочность и вязкоЬть на 20—30% выше, чем у стали Р12Ф4К5, несколько меньше износостойкость, хорошая шлифуемость. Повышенная чувствительность к обезуглероживанию
Сверла, зенкеры, фрезы для обработки углеродистых и легированных , конструкционных сталей при повышенных режимах резания, а также нержавеющих и жара? прочных сталей
Р9М4К8Ф
240
67—69
640
Прочность и вязкость понижены по сравнению с кобальтовыми сталями, высокая износостойкость, низкая шлифуемость.
Автоматные резцы, фрезы, метчики, сверла, зенкеры, развертки для обработки конструкционных улучшенных сталей (HRC 35—45), аустенитных, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов
Р9К5, Р9К10
250 205-210
64-66
630
Более высокая твердость, чем у вольфрамованадиевых сталей, хорошая шлифуемость, но меньшая механическая прочность и повышенная склонность к обезуглероживанию
Фрезы для черновой и получистовой обработки, долбяки, метчики для обработки на повышенных режимах резания, а также для обработки труднообрабатываемых сталей
Р12ФЗ
300—310
65—66
630
Стойкость выше в 1,5—2,5 раза, чем у сталей Р12 и Р6М5, при средних скоростях резания, удовлетворительная пластичность и, шлифуемость
Чистовые и получистовые инструменты, фасонные резцы, развертки, фрезы и т. д. для обработки углеродистых и легированных сталей, вязких аустенитных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов
Р6М5ФЗ
330—350
65-66
625
Повышенные прочность, вязкость, износостойкость, удовлетворительная шлифуемость
То же, что и для стали Р12ФЗ
Р18К5Ф2
290—300
65-66,5
640-645
Повышенная твердость и износостойкость. Хорошая шлифуемость. Стойкость в 3,5—4 раза выше, чем у стали Р18
Резцы, сверла, фрезы и др. для черновой и получистовой обработки углеродистых и легированных конструкционных сталей с повышенными режимами резания, а также для резания труднообрабатываемых материалов
Р10К5Ф5
350
66-68
640
Режущие свойства выше, чем у стали Р18, Р12 и Р6М5, но несколько ниже, чем у стали Р18К5Ф2
То же, что и для стали Р18К5Ф2
Кобальтовые стали. Кббальт ^ это легирующий элемент, который значительно повышает теплостойкость и вторичную твердость и, кроме того, улучшает теплопроводность многих сталей. Поэтому теплостойкость кобальтовых сталей достигает 645—650°С, а твердость 67—70 HRC.
Благодаря лучшей теплопроводности температура режущей кромки инструментов из кобальтовой стали при одинаковых условиях на 30—70°С ниже, чем из стали Р18. Однако кобальт снижает прочность и вязкость и повышает хрупкость сталей. Стойкость инструментов из кобальтовых сталей в 2—4 раза выше, чем из вольфрамомолибденовых сталей.
Такое сочетание физико-механических и эксплуата- нионных свойств кобальтовых сталей определило их главную область применения — инструменты для обработки труднообрабатываемых аустенитных жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной твердости (HRC 40—45).
Несмотря на более высокую (в 2 раза) стоимость кобальтовых сталей по сравнению со сталью PL8, их применение экономически более выгодно.
Государственным стандартом (ГОСТ 19265—73) предусмотрены семь марок йобальтовых сталей: Р6М5ФЗ, Р18К5Ф2, Р9М4К8, Р6М5К5, Р10К5Ф5, Р9К5, Р9КЮ.
В последние годы разработаны и нашли практическое применение быстрорежущие стали высокой теплостойкости— стали с интерметаллидным упрочнением марок В11М7К23, В4М12К23 и др. Их теплостойкость достигает 700—725°С, а вторичная твердость составляет 68—69 HRC. Данные стали используют для точения, строгания и фрезерования труднообрабатываемых материалов.
Преимущества инструментов, изготовленных из сталей с интерметаллидным упрочнением, состоят в следующем: при обработке титановых сплавов их стойкость в 30—40 раз выше по сравнению со сталью Р18 и в 8— 15 раз выше, чем инструментов, оснащенных твердым сплавом ВК8, а при резании аустенитных жаропрочных и нержавеющих сталей стойкость в 10—20 раз выше, чем инструментов из .кобальтовых сталей [5]. При обработке конструкционных сталей и чугунов преимущества рассматриваемых инструментальных сталей менее значительны и состоят в повышении стойкости в 3—4 раза по сравнению со сталью Р18.
Физико-механические и эксплуатационные свойства и примерное назначение быстрорежущих сталей даны в табл. 6.
Быстрорежущие стали изготавливают в виде проката, а также в виде режущих пластин по ГОСТ 2379— 77, которые наваривают на стальной корпус.
Твердые сплавы
Металлокерамические твердые сплавы состоят из тончайших зерен карбидов тугоплавких металлов — вольфрама, титана и тантала, соединенных цементирующим металлом — кобальтом. Карбиды являются основной составной частью твердых сплавов, их содержание равно 66—97%. Благодаря наличию карбидов сплавы обретают высокую твердость и износостойкость. Связующий металл придает твердому сплаву определенную прочность и вязкость.
Имея достаточно высокий предел пластической прочности и незначительный предел хрупкости, а также высокие значения теплостойкости, стойкости против адгезионного и абразивного износа, твердые сплавы позволяют вести обработку сталей, чугунов, жаропрочных сплавов и других материалов со скоростями, в несколько раз превышающими скорости обработки инструментами из быстрорежущих сталей, и тем самым обеспечивают значительное повышение производительности обработки.
Существуют три основные группы твердых сплавов, отличающиеся составом их карбидной основы: вольфрамовая, титановольфрамовая и титанотанталовольфрамо- вая. В последние годы в связи с возрастанием дефицитности вольфрама и кобальта появилась четвертая группа— безвольфрамовые твердые сплавы. Основу сплавов этой группы составляет карбид* титана (50—79%), а остальное — никель (15—37%) и молибден (5—13%).
Вольфрамовые твердые сплавы. В эту группу входят сплавы марок ВКЗ; ВКЗМ, ВК4, ВК60М, ВК6М, ВК6, ВК8, ВК100М, ВКЮМ и ВК15 (В — вольфрам, К — кобальт, М — мелкозернистый, ОМ— оеббо- мелкозернистый, цифра после К указывает на процентное содержание кобальта, остальные — процентное содержание вольфрама). Для данных сплавов характерны более высокие предел прочности на изгиб и вязкость, но меньшие твердость и теплостойкость, причем эти свойства зависят от содержания кобальта в сплавах и
размера зерна карбидов. С увеличением процентного содержания кобальта растет предел прочности на изгиб, но снижаются твердость и температура, при которой наблюдается слипаемость с обрабатываемым материалом. Все вместе ведет к повышению интенсивности износа инструмента, особенно при обработке вязких материалов на высоких режимах резания.
Режущие свойства вольфрамовых сплавов повышаются с уменьшением величины зерна карбидов, что особенно заметно при обработке высокопрочных материалов. Например, если при обработке чугуна с твердостью НВ 150—200 кгс/мм2 инструментами из сплава ВК6 (величина зерна 1—2 мкм) и ВК6М (до 1 мкм) разница в стойкости незначительна, то уже при обработке чугуна с НВ 400 кгс/мм2 стойкость сплава ВК6М в несколько раз выше.
Вольфрамовые твердые сплавы предназначены для обработки чугуна, цветных металлов, а также труднообрабатываемых материалов при невысоких скоростях резания (до 100 м/мин).
Титановольфрамовые твердые сплавы в основном предназначены для обработки сталей — конструкционных и легированных нормальной обрабатываемости.
В соответствии с ГОСТ 3882—74 промышленность выпускает сплавы пяти марок: Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10 и Т5К12. В обозначениях сплавов цифра после буквы Т указывает на процентное содержание карбида титана в сплаве, а после буквы К — процентное содержание кобальта, остальное в сплаве — это карбид вольфрама.
Титановольфрамовые сплавы обладают большими, чем вольфрамовые сплавы, твердостью, теплостойкостью и износостойкостью, но менее прочны. Кроме того, из-за повышенной хрупкости они плохо выдерживают ударные и переменные нагрузки. Поэтому сплавы с большим содержанием титана целесообразно применять для чистовой и получистовой обработки сталей с повышенной скоростью резания, а сплавы с меньшим содержанием титана — при получистовой и черновой обработке, а также при фрезеровании.
Титанотанталовольфрамовые сплавы по своим эксплуатационным свойствам являются промежуточными между вольфрамовыми и титановольфрамовыми сплавами. Они имеют более высокую прочность и вязкость, чем титановольфрамовые сплавы, но несколько уступают им по твердости и теплостойкости. Благодаря высоким из- 58
носостойкости, эксплуатационной прочности, сопротивлению ударным нагрузкам, вибрациям и выкрашиванию данные сплавы весьма эффективны при черновой обработке сталей и чугунов с большими сечениями среза, при прерывистом резании (фрезеровании, строгании).
Стандартом предусмотрены четыре марки сплавов ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б и ТТ20К9 (цифры после ТТ — процентное содержание титана и тантала, вместе взятых, после К — кобальта).
В последние годы разработаны и получили распространение твердые сплавы серии МС, которые превосходят соответствующие стандартные сплавы. Марки твердых сплавов серии МС и заменяемые ими марки стандартных сплавов приведены в табл. 7.
Таблица 7. Марки твердых сплавов серии МС и заменяемые ими марки стандартных сплавов
Марки твердых сплавов
Марки твердых сплавов
серии МС
по ГОСТ 3882-74
серии МС
по ГОСТ 3332-74
МС 101
Т30К4
МС 313
ВК6
МС 111
Т15К6
МС 318
ВК6
МС 121
Т14К8
МС 321
ВК8
МС 137
ТТ20К9
МС 347
ВК8
МС 131
Т5К10
МС 211
ВК60М
МС 146
Т5К12
МС 221
ТТ10К8Б
МС 301
вкз
МС 241
ВК8
МС 306
ВК60М
МС 1460
ТТ7К2ГТ
МС 312
ВК6М
МС 2210
ТТ10К8БГТ
Безвольфрамовые твердые сплавы. Созданные для замены вольфрамосодержащих твердых сплавов безвольфрамовые сплавы выделились в самостоятельную группу инструментальных материалов, имеющих свои области применения, обусловленные их физико-механическими и режущими свойствами.
Безвольфрамовые сплавы по сравнению с вольфрамовыми сплавами имеют меньшую прочность на изгиб, но твердость их выше. Из других свойств необходимо отметить более низкую теплопроводность, более высокий коэффициент линейного расширения и на 20—25% меньший коэффициент трения со сталью. Следовательно, безвольфрамовые сплавы обладают высокой износостойкостью, но чувствительны к ударным нагрузкам. Они плохо поддаются пайке и заточке вследствие не-
Таблица 8. Рекомендации по выбору марки твердого сплава
Рекомендуемые марки
Вид и характер обработки
сталей
углеродистых
легированных
нержавеющих
Чистовое точение при 5 = 0,1—0,3 мм/об; t = 0,5—2 мм
Т30К4
ТН20
Т15К6
Т30К4
ТН20
КНТ16
ВК60М
ВК60М вкзм Т15К6 ТМЗ
Получистовое точение при S = 0,2—0,5
ТМЗ
ТМЗ
ВК6М
мм/об; t = 2—4 мм
ТН20
КНТ16
Т15К6
ТН20
КНТ16
Т15К6
ВК8 ТТ10К8Б ВК100М
Черновое точение при S = 0,4—1,0
Т15К6
Т14К8
ВК6М
мм/об; t = 4—10 мм
Т14К8
ТТ10К8Б
Т5К10
ТТ10К8Б
ВК8 ВК100М ТТ10К8Б
Тяжелое черновое точение при 5 = 1
Т5К10
Т5К10
ВК8
мм/об и более; t = 6—20 мм
Т5К12
ТТ7К12
Т5К12
ТТ7К12
Т5К12
ТТ7К12
Отрезка и прорезка канавок
Т155К6 Т5К10
Т15К6
Т14К8
ВК6М ВК8
Нарезание резьбы резцом
Т15К6
Т15К6
Т14К8
ВКЗ
ВК6М
ВК8
Получистовое и чистовое строгание и долблецие
Т15К6
Т5К10
ВК8 Т5К12
Получистовое и чистовое фрезерова
Т15К6
Т15К6
Т14К8
ние
ТН20
КНТ16
Т14К8
Т14К8
ТТ20К9
ТТ20К9 ВК6М ВК10М
Черновое фрезерование
Т5К10
ТТ7К12
Т5К10 ВК8 ТТ7К12
Т5К12 ТТ7К12 ВК100М
Сверление отверстий
Т5К10
ВК8
ВК10М
Т5К10
ВК8
ВК10М
Т5К12 ВК8 ВК10М
Зенкерование получистовое и чистовое
Т15К6
Т14К8
Т15К6
Т14К8
ВК6М
ВК60М
Развертывание
Т30К4
Т15К6
Т30К4
Т15К6
ВК6М
ВК60М
для обработки различных материалов
твердого сплава для обработки
сплавов
чугунов
высокопрочных
титановых
жаропрочных
тугоплавких
цветных
серых НВ 240
высокопрочных НВ 400-700
ВК60М
ВК60М
ВК60М
вкзм
ВК6М
ВКЗМ
ВКЗМ
ВК6М
ВК6М
ВК6М
ВК60М
тмз
ВКЗ
ВКЗ
Т15К6
ВК6М
ВК6М
КНТ16
ВК60М
ВК4
ТН20
ВК6М
ВК60М
ВК6М
ВК6М
ТН20
вкз
ВК6М
Т15К6
ВК6М
ВК6
ВК4
КНТ16
ВК6М
ТТ8К6
ВК6М
ВК4
ТТ10К8Б
ВК6
ВК6М
ВК6
ТТ10К8Б
ВК100М
ВК8
ВК6
ВК4
ВК8
ВК6
ВК4
ВК6
ВКЮОМ
ВК100М
ВК6
ВКЮОМ
ВК8
ВК6
вкюом
Т5К12
ВК8
ВК8
ТТ7К12
ВК100М
ВК8
ВК8
ВК8
ВК8
ВК4
ВК4
ВК8
ВКЮОМ
ВК100М
ВКЮОМ
ВК6
ВК6
вкюом
ТТ7К12
ТТ7К12
ВК8
ВК8
ВК6М
ВК4
ВК6
ВК60М
ВКЗМ
ВК4
вкз
ВК4
ВК8
ВК6М
ВКЮОМ
вкз
ВК6М
ВК6М
ВК8
ВК100М
ВК8
ВК60М
ВК6
ВК60М
ВК60М
ВК60М
ВК60М
вкз
ВКЗ
ВКЗМ
ВК8
ВК6М
ВК6М
ВК6М
ВК60М
ВК60М
ВК60М
ВКЮОМ
ВК8
ВК8
ВК6М
ВК6М
ВК6М
ВКЮОМ
ВК100М
вкюом
ВК4
ВК4
ТТ7К12
ВК8
ВК8
ВК6
ВК6
Т14К8
ВК4
ВК8
ВК8
ВК6М
ВК6
ВК6М
ТТ20К9
ВКЮОМ
ВКЮОМ
ВКЮОМ
ВК6
ВК4
вкюом
ВК6М
ТТ8К6
ТТ8К6
ВК10М
Т5К10
ВК8
ВК8
ВК8
ВК4
ВК6
ВК8
ВК100М
ВКЮОМ
ВКЮОМ
ВК8
ВК8
ТТ7К12
ВК6
Т5К12
ВК6М
ВК8
ВК8
ВК4
ВК4
BK8
ВК8
ВК8
ВКЮОМ
ВК60М
ВК6М
ВК6
ТТ8К6
ВКЮМ
ВК10М
вкюм
вкюом
ТТ8К6
ВК6М
ВК4
ВК6М
ВК60М
ВК4
ВКЗМ
ВК4
ВК60М
ВК6М
ВК8
ВК8
ВК6
ВК4
ВК6М
ВК6М
ВК60М
ВК6М
ВК60М
ВКЗМ
ВКЗМ
вкзм
ВК60М
ВК6М
ВК60М
ВК6М
ВК60М
вкз
ВК60М
вкзм
ВКЗ
ВК6М
удовлетворительных термических свойств, поэтому применяются в основном в виде неперетачиваемых пластин.
В настоящее время безвольфрамовые сплавы используются для чистового и получистового точения и фрезерования чугуна, углеродистых сталей и цветных металлов и сплавов.
В СССР разработано несколько марок безвольфра- мовых твердых сплавов, из которых применяются две основные: КНТ-16 и ТН20. В этих сплавах: Т — карбид титана, Нг—никель, КН — карбонитрид титана, цифра означает суммарное процентное содержание никеля и молибдена, остальное — карбид титана или карбонитрид титана.
Выбор марки твердого сплава для конкретных условий обработки (вид и характер обработки, конструкция режущего инструмента и характер обрабатываемого материала) следует производить исходя из физико-механических и эксплуатационных свойств режущего материала, а также руководствуясь рекомендациями (табл. 8), учитывающими опыт эксплуатации и результаты многочисленных исследований.
Минералокерамика
Минералокерамика — инструментальный материал, обладающий высокими твердостью (HRA 93—94), теплостойкостью (до 1200°С), температурой схватывания с металлом и износостойкостью, но также с высокой хрупкостью, низкой вязкостью и плохой сопротивляемостью циклическим изменениям тепловой нагрузки.
В связи с таким сочетанием положительных и отрицательных эксплуатационных качеств минералокерамика в основном используется для получистовой и чистовой обточки и расточки деталей из высокопрочных и отбеленных чугунов, закаленных сталей, а также из неметаллических материалов. При определенных условиях (в первую очередь при высокой жесткости системы станок — деталь — приспособление — инструмент) минералокерамику можно применять для чистового фрезерования.
Выпускают оксидную (белую), оксидно-карбидную (черную) и оксидно-нитридную керамику.
Оксидная керамика почти полностью состоит из окиси алюминия (AI2O3), ее получают путем прессова-
ния тонко измельченных частиц AI2O3 с последующим горячим спеканием. Сейчас освоены новые марки оксидной керамики с улучшенными физико-механическими свойствами, такие, как ВО13 (ои=40—50 кгс/мм2), ВШ-75 (ои=55—60 кгс/мм2) и др.
Оксидную керамику рекомендуется использовать для чистового и получистового точения нетермообработан- ных сталей, а также серых и ковких чугунов с твердостью НВ 200 и менее [10].
Оксидно-карбидная керамика имеет в своем составе кроме AI2O3 легирующие добавки карбидов хрома, титана, вольфрама и молибдена. Благодаря этому ее прочность на изгиб значительно выше, чем у оксидной керамики, и. достигает 65—70 кгс/мм2, при некотором снижении теплостойкости и износостойкости. Выпускаются следующие марки оксиДно-карбидной керамики: ВЗ, ВОК60 и ВОК 63; эти виды керамики рекомендуется применять для чистового и получистового точения и фрезерования закаленных сталей (HRC 45 и более), серых чугунов (НВ 240), отбеленных .чугунов (НВ 400— 700), а также нержавеющих сталей.
Оксидно-нитридная керамика состоит из нитридов кремния и тугоплавких материалов с включением окиси алюминия и других компонентов. К этой группе относятся силинит-Р ТУ 06-339-78 и кортинит ОНТ-20 ТУ 2-036-087-82.
Силинит-Р обладает такой же прочностью на изгиб, как и оксидно-карбидная минералокерамика (ои=49— 68 кгс/мм2), но большей твердостью (HRA 94—96) и стабильностью свойств при высокой температуре. Он не взаимодействует в процессе резания с большинством сталей' и сплавов на основе алюминия и меди, т. е. не подвергается адгезионному износу. Из этого материала изготавливают как напайные, так и неперётачиваемые механически закрепляемые пластины.
Силинит-Р позволяет заменять вольфрамосодержащие твердые сплавы на операциях получистового и чистового точения различных материалов. При обработке закаленных сталей его применение может заменить шлифование.
Благодаря высокой твердости силинит-Р превосходит по стойкости твердые сплавы при обработке закаленных сталей.
Рекомендуемые режимы резания при точении стали и чугуна:
Конструкционные углероди- стые и легиро- чугун ванные стали
Скорость резания v, м/мин .100—20055—85
Подача S, мм/об 0,3—0,50,14—0,5
Глубина резания /, мм. . .31,5
Стойкость Т, мин 130—80250—150
Инструментом, оснащенным пластинами из корти- нита, рекомендуется обрабатывать закаленные стали HRC 30—55, ковкие чугуны, модифицированные и отбе-
(1-8,350-12,700d=9,525-19,0508*3,17-8,003-3,17-8.00Г-0,4-3,0г-0.4-2,5(1-8,350-12,700d=9,525-19,0508*3,17-8,003-3,17-8.00Г-0,4-3,0г-0.4-2,5
(1-8,350-12,700d=9,525-19,050
8*3,17-8,003-3,17-8.00
Г-0,4-3,0г-0.4-2,5
(1-8,350-12,700d=9,525-19,050
8*3,17-8,003-3,17-8.00
Г-0,4-3,0г-0.4-2,5
d =9,525U 12,700 8=3,17-8,00d =9,525U 12,700 8=3,17-8,00d-11,785 3-3,17 и 4,76
d =9,525U 12,700 8=3,17-8,00
d =9,525U 12,700 8=3,17-8,00
Г-0,4-1,2
Рис. 21. Формы и размеры неперетачиваемых пла-стин из минералокерамики,
ленные чугуны, а также термоулучшенные стали. Режимы обработки такие же, как и для оксидно-карбидной керамики.
Режущая керамика выпускается в основном в виде многогранных неперетачиваемых пластин — трехгранных, квадратных, ромбических и круглых (рис. 21).
Рекомендации по выбору марки керамики и режимов резания приведены в гл. III и IV.
Сверхтвердые материалы
Для изготовления лезвийного инструмента в настоящее время применяются три вида сверхтвердых материалов (СТМ): природные алмазы, поликристаллические синтетические алмазы и композиты на основе нитрида бора.
Природные и синтетические алмазы обладают такими уникальными свойствами, как самая высокая твердость (HV 10 000 кгс/мм2), весьма малые коэффициент линейного расширения и коэффициент трения и высокие теплопроводность, адгезионная стойкость и износостойкость.
Недостатками алмазов являются невысокая прочность на изгиб, хрупкость и растворимость в железе при относительно низких температурах (750°С), что препятствует использованию их для обработки железоуглеродистых сталей и сплавов на высоких скоростях резания, а также при прерывистом резании и вибрациях.
Природные алмазы используются в виде кристаллов, закрепляемых в металлическом корпусе резца.
Синтетические алмазы марок АСБ (балас) и АСПК (карбонадо) сходны по своей структуре с природными алмазами. Они имеют поликристаллическое строение и обладают более высокими прочностными характеристиками.
Природные и синтетические алмазы нашли широкое применение в обработке медных, алюминиевых и магниевых сплавов, баббитов, благородных металлов (золота, серебра, палладия, платины), титана и его сплавов, неметаллических материалов (пластмасс, текстолита, стеклотекстолита, органического стекла, прессованного и силицированного графита), а также твердых сплавов и керамики.
Синтетические алмазы по сравнению с природными имеют ряд преимуществ, обусловленных их более высокими прочностными и динамическими характеристиками. Их можно использовать не только для точения, но также и для фрезерования. Синтетические алмазы менее чувствительны к динамическим нагрузкам и позволяют вести обработку с большим сечением среза (глубиной и подачей).
Отечественной промышленностью поликристаллические алмазы выпускаются в виде пластин цилиндрической и сегментной форм диаметром до 6 мм.
3 А. П. Драгун 6S
Композит — новый сверхтвердый материал на основе кубического нитрида бора, применяемый для изготовления лезвийного режущего инструмента.
По твердости композит приближается к алмазу, значительно превосходит его по теплостойкости, более инертен к черным металлам. Это определяет главную область его применения — обработка закаленных сталей и чугунов. Однако композит может быть эффективно использован также при обработке легких и цветных сплавов и некоторых труднообрабатываемых материалов.
Промышленность освоила выпуск следующих основных марок СТМ: композит 01 (эльбор-Р), композит 02 (белбор), композит 05 и 05И, композит 10 (гексанит-Р) и композит 09 (ПТНБ-ИК).
Композиты 01 и 02 обладают высокой твердостью (HV 7500 кгс/мм2), но небольшой прочностью на изгиб (40—50 кг/мм2).Основная область их применения— тонкое и чистовое безударное точение деталей из закаленных сталей твердостью HRC 55—70, чугунов любой твердости и твердых сплавов марок ВК15, ВК20 и ВК25 (HRA 88—90), с подачей до 0,15 мм/об и глубиной резания 0,05—0,5 мм (максимальная глубина резания может достигать 1—1,5 мм).
Инструменты, оснащенные композитами 01 и 02, могут работать при следующих скоростях резания:
Скорость Обрабатываемый материалрезания,
м/мин
Сталь:
HRC 40-60 50-160
HRC 60-70 60-120
Чугун серый и высокопрочный НВ 150—270 400—900 Чугун отбеленный, НВ 400—600 ,100—200
Твердые сплавы ВК15, ВК20, ВК05, HRA 88—90 8-12
При малых скоростях резания и подачах в условиях чистовой и тонкой обработки композит 01 может быть использован для обработки незакаленных углеродистых и малолегированных сталей типа стали 45 и стали 40ХГНМ.
Эффективная область обработки стали 45 композитом 01 — при скоростях, не превышающих 130— 140 м/мин, и подачах не более 0,16 мм/об, а стали 40ХГНМ — 60—80 м/мин.
' Композиты 01 и 02 могут быть использованы также для фрезерования закаленных сталей и чугунов, несмо-
тря на наличие ударных нагрузок, что объясняется более благоприятной динамикой фрезерной обработки.
Композит 05 по твердости занимает среднее положение между композитом 01 и композитом 10, а его прочность примерно такая же, как у композита 01. Так как этот материал спекается из порошков кубического нитрида бора и АЬОз, получаемые монолитные заготовки имеют значительно большие размеры (диаметр 7—§ мм> высота 4—6 мм).
Рис. 22. Формы неперетачи- ваемых пластин из сверхтверд дых материалов.Рис. 22. Формы неперетачи- ваемых пластин из сверхтверд дых материалов.
Рис. 22. Формы неперетачи- ваемых пластин из сверхтверд дых материалов.
Рис. 22. Формы неперетачи- ваемых пластин из сверхтверд дых материалов.
Инструментами из композита 05 можно обрабатывать стали твердостью HRC 40—60 и чугуны твердостью до НВ 300 с подачами до 0,3 мм/об и глубинами резания 0,2—2,0 мм.
Композиты 09 и 10 имеют примерно одинаковую прочность на изгиб (70—100 кгс/мм2), которая значительно выше, чем у композита 01, однако твердость композитов 09 и 10 меньше и составляет 4000— 5000 кгс/мм2. Кроме того, композит 09 обладает высокой теплостойкостью (1400°С) и весьма высокой термоциклической стойкостью.
Благодаря сочетанию указанных свойств композиты 09 и 10 рекомендуются для тонкого, чистового и полу- чистового точения и фрезерования закаленных сталей и чугунов, а также твердых сплавов.
Более подробно примеры использования композитов и режимы резания рассмотрены в гл. Ш и IV.
Режущие элементы из композитов выпускаются в виде пластин для неразъемного соединения со стальным корпусом, а также в виде круглых, трехгранных, квадратных, ромбических и шестигранных неперетачиваемых пластин для механического соединения. Форма и размеры таких пластин приведены на рис. 22 и в табл. 9.
Таблица 9. Номенклатура и размеры режущих пластин из композита
Форма пластин (см. рис. 22)
Размеры dXS> мм
Композит 01
Композит 05
Композит 10
-Композит 10Д
Круглые
3,6X3,18
3,6X2,38
7,0X5,0 7,0X3,18
8,0X3,97
5,56X3,97
Квадратные
5,56X3,18
—
Ромбические
—
5,56X3,18
—
3,97X3,18
Треугольные
——
4,76X3,18
—
Шестигранные
2,94X3,2
5,54X3,2
—•
——
7. Напайные и механически закрепляемые пластины из твердого сплава и минералокерамики
Твердые сплавы и минералокерамика используются для инструмента в виде напайных или механически закрепляемых пластин.
Напайные пластины — это основные изделия из твердого сплава. Они применяются практически для всех групп режущих инструментов. Государственными стандартами ГОСТ 25393—82 и ГОСТ 25426—811 предусмотрено большое разнообразие форм и размеров твердосплавных пластин, что позволяет экономично использовать дорогой режущий материал, а также изготовлять всевозможные инструменты, отличающиеся по конструкции и размерам.
Создание механически закрепляемых многогранных неперетачиваемых пластин позволило сделать качественный скачок в развитии инструмента, состоящий в следующем.
• До 1983 г. существовал ГОСТ 2209—69 —один на все формы твердосплавных пластин.
68
Во-первых, инструменты с механическим креплением многогранных пластин не требуют заточки, так как геометрия инструмента обеспечивается формой пластины и ее соответствующей установкой в корпусе, а после затупления пластика поворачивается новой режущей кромкой. Исключение переточки уменьшает время на замену инструмента после затупления, повышает качество инструмента, так как уменьшается возможность появления трещин. Во-вторых, наличие на передней и задней поверхностях корки (получающейся после спекания) на 20—40% повышает стойкость инструмента.
Таблица 10. Предельные отклонения основных размеров многогранных пластин, мм
^вп ,
Ж
Размер
Степени точности
и
м
Е
Q
с
^вп*
До 9,525 от 9,525 до 12,700 от 12,700 до 22,225 от 22,225
±0,08 0,13 0,18.
0,25
±0,05 0,08 0,10
0,13
0,025
^0
0,13
ОДО
тп>
При ^вп*
До 9,525 от 9,525 до 12,700 от 12,700 до 22,225
Св. 22,225
0,13
0,20
0,27
0,38
0,08
0,13
0,15
0,18
0,025
0,013
S0,13
0,025
1 Размер тп служит для задания номинального положения вершины пластины, а предельное отклонение размера является предельным отклонением положения вершины при повороте пласти* ны на другую грань.
ГОСТ 13047-80ГОСТ 13047-80ГОСТ13048-80ГОСТ13048-80Г0СТ24251-80Г0СТ24251-80ГОСТ 13043-80ГОСТ 13043-80Г0СТ13051-80ГОСТ19052-00Г0СТ13051-80ГОСТ19052-00ГОСТ19053-80ГОСТ19053-80Г0СТ19069-80Г0СТ19069-80
ГОСТ 13047-80
ГОСТ 13047-80
ГОСТ13048-80
ГОСТ13048-80
Г0СТ24251-80
Г0СТ24251-80
ГОСТ 13043-80
ГОСТ 13043-80
Г0СТ13051-80ГОСТ19052-00
Г0СТ13051-80ГОСТ19052-00
ГОСТ19053-80
ГОСТ19053-80
Г0СТ19069-80
Г0СТ19069-80
В-третьих, отсутствие пайки исключает возможность появления напряжений и микротрещин, что повышает срок службы пластин. В-четвертых, повышается производительность труда за счет повышения режимов резания и сокращения времени на смену и восстановление инструмента. В-пятых, сокращаются потери вольфрама, титана, кобальта за счет вторичного использования твердосплавных пластин, а также снижается расход металла на изготовление корпусов инструментов. В-шестых, появляется возможность эффективного примене-
Рис. 23. Формы многогранных неперетачиваемых пластин изРис. 23. Формы многогранных неперетачиваемых пластин изтвердого сплава.твердого сплава.
Рис. 23. Формы многогранных неперетачиваемых пластин из
Рис. 23. Формы многогранных неперетачиваемых пластин из
твердого сплава.
твердого сплава.
ния для инструментов режущих материалов, которые плохо поддаются пайке (безвольфрамовые твердые сплавы и минералокерамика).
Промышленностью выпускаются цилиндрические пластины, многогранные пластины с числом граней 3, 4, 5, 6, в том числе четырехгранные ромбические и па- раллелограммные. Кроме того, выпускаются опорные пластины соответствующих форм и Накладные стружко- ломы.
Основные (габаритные) размеры режущих пла-
стин —вписанный диаметр d, толщина S и радиус вер' шины г — унифицированы. Приняты следующие значения размеров, в мм:
d — 6,35; 9,25; 12,700; 15,875; 19,050; 25,400.
S —3,18; 4,76; 6,35; 7,94.
г —0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6; 2,4.
По точности изготовления пластины делятся на пять классов: V, М, Е» G и С — с предельными отклонениями размеров, приведенными в табл. 10.
Пластины из минералокерамики изготавливают классов U и G.
Пластины классов точности U и М шлифуются по передней и опорным поверхностям иди только по опорным поверхностям Хпластины со стружколомающими канавками), пластины классов Е, G и С — по передней, опорным и задним поверхностям (граням) .или только по- опорным и задним поверхностям для пластин со стружколомающими канавками.
Номенклатура и размеры данных пластин предусмотрены ГОСТ 19043—80 —ГОСТ 19069—80 и ГОСТ 24250—80 —ГОСТ 24256—80 и приведены на -рис. 23.
8. Твердосплавные пластины с износостойкими покрытиями
В последние годы в мировой практике нашли широкое применение двух- и трехслойные инструментальные материалы, получаемые путем нанесения на основной материал износостойких покрытий из карбида (TiC), нитрида (TiN) или карбонитрида (TiCN) титана в виде тонкого слоя толщиной 5—10 мкм. Применяют также комбинированные покрытия, когда на твердосплавную пластину вначале наносится слой карбида титана (0,005 мм), а на него — слой окиси алюминия (0,001 мм).
Так как йри переточке инструмента износостойкий слой снимается, покрытия наносят в основном на многогранные неперетачиваемые пластины.
Каковы преимущества пластин с износостойким покрытием? Как уже говорилось, с увеличением твердости инструментального материала падает его прочность. Это противоречие практически неразрешимо для основных марок твердых сплавов. Пластины же с износостойким покрытием сочетают в себе высокую прочность базового материала и высокую твердость поверхностного слоя. Более того, износостойкое покрытие обладает 72
меньшим коэффициентом трения и лучшей устойчивостью против схватывания с обрабатываемым материалом.
Промышленные испытания инструментов, оснащенных многогранными твердосплавными пластинами с износостойкими покрытиями, показали, что при точении и фрезеровании деталей из стали и чугуна стойкость их в 1,5—2,5 раза выше, чем инструментов с пластинами без покрытия [1]. Еще более эффективно применение инструментов с износостойким покрытием для обработки труднообрабатываемых материалов. Здесь стойкость повышается в 3 раза и более.
Износостойкие покрытия повышают также стойкость инструмента из быстрорежущей стали (фрез, сверл, метчиков) примерно в 1,5 раза.
В настоящее время освоен серийный выпуск твердосплавных неперетачиваемых пластин с .износостойкими покрытиями, а также производство многолезвийных быстрорежущих инструментов.
РЕЗЦЫРЕЗЦЫГЛАВАГЛАВА
РЕЗЦЫ
РЕЗЦЫ
ГЛАВА
ГЛАВА
III
Резцы относятся к наиболее распространенной группе режущих инструментов. Они применяются для обточки, расточки, подрезки, отрезки, нарезания резьбы, строгания, долбления, а также как составные элементы расточных оправок и различных комбинированных инструментов.
Согласно классификации, принятой в нашей стране, резцы делятся на множество разновидностей, типов и исполнений в зависимости от технологических групп станков (токарные, строгальные, долбежные), выполняемых работ (проходные, подрезные, прорезные и отрезные, резьбовые, расточные и т. д.), конструкции (цельные с напайными пластинами, сборные, отогнутые, круглые) и от материала режущей части (быстрорежущие, твердосплавные, алмазные и др.).
<. Быстрорежущие и твердосплавные резцы с напайными пластинами
Промышленностью выпускаются и используются как быстрорежущие, так и твердосплавные резцы.
С появлением твердого сплава применение резцов из быстрорежущей стали значительно сократилось. Однако имеются области, где обработка быстрорежущими резцами более эффективна, например обработка поверхностей. сложного профиля, прерывистых поверхностей в деталях из труднообрабатываемых материалов, нарезание специальных резьб, расточка отверстий малого диаметра, строгание и долбление, 74
Стандартизованы и выпускаются централизованно следующие конструктивные разновидности резцов:
токарные проходные отогнутые, прямые, упорные, подрезные, расточные, прорезные и отрезные, фасочные в резьбовые из быстрорежущей стали по ГОСТ 18868— 73 —ГОСТ 18878—73;
токарные с пластинами из твердого сплава поГОСТ 18877—73 —ГОСТ 18885—73;
расточные державочные из быстрорежущей стали по ГОСТ 10044—73;
расточные державочные о пластинами из твердого сплава по ГОСТ 9798—73;
расточные цельные твердосплавные со стальным хвостовиком по ГОСТ 18062—72—ГОСТ 18064—72;
долбежные из быстрорежущей стали по ГОСТ 10046—72;
строгальные напайные из быстрорежущей стали и твердого сплава по ГОСТ 18887—73 — ГОСТ 18894—73.
Кроме стандартных резцов инструментальные заводы выпускают резцы по нормалям машиностроения и чертежам ВНИИинструмент. Кроме того, предприятия в инструментальных цехах производят резцы для собственных нужд по заводским чертежам и нормалям, многие из которых будут рассмотрены ниже.
С целью унификации присоединительных мест резцедержателей станков сечения резцов стандартизованы. В СССР и за рубежом принят следующий ряд размеров сечений ВХН, мм; 4X4; 6X6; 8X8; 10X10; 12X12; 16X10; 16X16; 20X12; 20X16; 20X20; 25X16; 25X20; 25X25; 32X20; 32X25; 32X32; 40X25; 40X32; 40X40; 50X32; 50X40; 63X50.
Квадратная форма сечения применяется для резцов, используемых на токарно-револьверных станках и автоматах, а также на станках с ЧПУ. Резцы прямоугольной формы с отношением сторон Н : В = 1,6 применяются для чистовой и получистовой обработки, а с Н: В = = 1,25— для черновой обработки. Кроме резцов с призматическим сечением применяются резцы с круглым сечением. Это расточные и резьбовые резцы, позволяющие корректировать углы резания за счет разворота в державке.
Проходные, подрезные и расточные резцы
Проходные, подрезные и расточные резцы с напай- ными режущими пластинами отличаются большим раз-
нообразием форм рабочей части и геометрических параметров. Отечественной инструментальной промышленностью выпускаются данные резцы всех размеров сечений.
Стандартами предусматриваются два исполнения резцов в зависимости от угла врезки пластин в корпус. Резцы для обработки чугуна и других хрупких материалов имеют угол врезки, равный 10°, а для обработки стали и вязких материалов —0°. Необходимость двух исполнений обусловлена следующими причинами. При обработке хрупких материалов не требуется специаль-
Рис. 24. Типы расточных -резцов и схемы деформации их рабочей части в процессе обработки.
ной заточки для дробления стружки, а оптимальный передний угол равен 10’, поэтому резцы с таким же углом врезки практически не требуют трудоемкой заточки и переточки. В то же время на резцах для обработки вязких материалов, как правило, затачивают лунку или порожек, что значительно легче сделать на передней поверхности с углом врезки 0°, не уменьшая прочности пластины.
Расточные резцы изготавливают двух типов. Первый тип — это резцы, режущая кромка которых расположена выше оси корпуса резца (рис. 24,а). Резцы второго типа имеют отогнутую вниз рабочую часть (рис. 24,6). Они получили название виброустойчивых.
Виброустойчивость таких резцов объясняется просто. При деформации тонкой цилиндрической рабочей части резца, у которого режущая кромка расположена выше нейтральной оси, режущая кромка врезается в обрабатываемую поверхность (см. рис. 24), увеличивают- 76
ся толщина снимаемого слоя и усилие резания. Наоборот, если режущая кромка находится на уровне нейтральной оси, прогиб резца отводит режущую кромку от обрабатываемой поверхности и тем самым уменьшает усилие резания.
Следовательно, при появлении в процессе резания сил, возбуждающих вибрации, в первом случае рни будут усиливаться, во втором — уменьшаться.
Рис. 25. Схемы расположения сечения расточных резцов в обрабатываемом отверстии:а — обычного исполнения; б — вибро- устойчивого исполнения.Рис. 25. Схемы расположения сечения расточных резцов в обрабатываемом отверстии:а — обычного исполнения; б — вибро- устойчивого исполнения.Необходимо отметить еще одно обстоятельство, способствующее повышению виброустойчивости резцов второго исполнения. Как видно из рис. 25, резец виброус- тойчивого исполнения может иметь несколько большее сечение, чем обычный, за счет более благоприятного его расположения в растачиваемом отверстии. При этом жесткость резца увеличивается почти в шесть раз.
Рис. 25. Схемы расположения сечения расточных резцов в обрабатываемом отверстии:
а — обычного исполнения; б — вибро- устойчивого исполнения.
Рис. 25. Схемы расположения сечения расточных резцов в обрабатываемом отверстии:
а — обычного исполнения; б — вибро- устойчивого исполнения.
Практика показала [6], что резцы виброустой- чивой конструкции позволяют в 1,3—2 раза повы
сить скорость резания по сравнению с резцами обычной конструкции.
Централизованно выпускаемые резцы имеют один и тот же задний угол а = 8° и плоскую переднюю поверхность с передним углом у = 0° или у=10° в зависимости от угла врезки пластин.
При использовании их подвергают дополнительной заточке в соответствии с рекомендациями для конкретных условий обработки (материала детали, характера операции, вида резца, состояния оборудования и т. д.).
Так, рекомендуемое значение заднего угла а для обработки чугунов, углеродистых'и легированных сталей, а также нержавеющих сталей -с ав = 90—120 кге/мм2 равно 8—10°; для высокопрочных сталей и сплавов, в том числе и титановых сплавов, а=10—11°.
Для чистовой обработки рекомендуют [14] на задней поверхности резца затачивать фаску f = 0,07—0,1 мм с задним углом а = 0° (рис. 26, а). Такая фаска укрепляет режущую кромку, замедляет образование зазубрин на поверхности износа, снижает удельное контакт- ное давление на задней поверхности, интенсивность ра-
диального износа и высоту микронеровностей обработанной поверхности. Установлено, что значительное повышение стойкости резцов (в 3—4 раза) достигается, если заднюю поверхность заточить в виде фаски f = 0,4 мм с а=0°, как показано на рис. 26,6. При такой заточке износ на задней поверхности остается постоянным и равным 0,4 мм на всем периоде стойкости резца.
ваемого материала и подачи.ваемого материала и подачи.Рис. 26. Формы заточки задней поверхности резцов.Рис. 26. Формы заточки задней поверхности резцов.Форма передней поверхности резцо? и значения передних углов выбираются1 в зависимости от обрабаты
ваемого материала и подачи.
ваемого материала и подачи.
Рис. 26. Формы заточки задней поверхности резцов.
Рис. 26. Формы заточки задней поверхности резцов.
Для быстрорежущих резцов по ГОСТ 18868—73 рекомендуются четыре формы заточки передней поверхности (рис. 27).
Плоская форма с положительным передним углом у=10° (рис. 27, о) рекомендуется для обработки стали с ов>80 кгс/мм2, серого чугуна НВ>220, брон
зы и других хрупких материалов. Форма заточки, показанная на рис. 27,6, отличается от предыдущей увеличенным до 14° передним углом, что позволяет эффективно использовать ее при обработке более мягких материалов — стали с ов^ ^80 кгс/мм2 и чугуна НВ ^ 220. Обе формы просты
в заточке.
Криволинейные формы передней поверхности, выполненные в виде лунки, обеспечивают завивание и дробление стружки при обработке вязких материалов. Заточку с более глубокой лункой с у = 25° и фаской с углом 0—5° (см. рис. 27, в) целесообразно использовать для вязких сталей с ов^80 кгс/мм2. При обработке легких сплавов лунку необходимо затачивать без фаски.
Размеры фаски канавки зависят от режимов резания, и в основном, от подачи. Большей подаче соответствуют большие значения f, г и А.
В табл. 11 эти размеры приведены для черновой и получистовой обработки в зависимости от сечения резцов. Ширина фаски для расточных резцов меньше, чем для проходных и подрезных, из-за меньшей их жесткости, а значит и работы с меньшей подачей.
Обработку материалов с ав=80—100 кгс/мм2 рекомендуется производить резцами с криволинейной заточкой с передним углом у =10° (см. рис. 27, г)«
Рис. 27. Формы заточки резцов из быстрорежущей стали.
Рис. 28, Формы заточки резцов с пластинами из твердого сплава
79
Таблица 11. Рекомендуемые значения параметров заточки резцов из быстрорежущей стали (рис. 27, в) в мм
Параметр заточки
Сечение резцов ВХН» мм
12X12
16X10
16X16
20X12
20X20
25X16
26X25
32X20
32X32
40X25
40X40
50X32
Ширина фаски /
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
од
0,3
0,4
0,5
0,6
—
Радиус канавки г
3
5
8
12
15
18
Ширина канавки Л
2,5
4
7
10
13
15
В числителе даны значения / для проходных и подрезных резцов, в знаменателе — для расточных резцов.
Для твердосплавных резцов ГОСТ 18877—73 рекомендует несколько форм заточки передней поверхности (рис. 28). Обработку серого чугуна, бронзы и хрупких материалов целесообразно производить резцами с плоской заточкой с положительным передним углом у = 8° (рис. 28,а).
Плоская заточка с положительным передним углом и отрицательной фаской уф =—5° (рис. 28,6) рекомендуется для ковкого чугуна, стали и стального литья с ав^80 кгс/мм2 и более прочной стали при недостаточной жесткой технологической системе и опасности выкрашивания режущей кромки. Отрицательная фаска /, размеры которой — от 0,01 до 1,2 мм, упрочняет режущую кромку при сохранении положительного переднего угла.
На рис. 28,е, показана передняя поверхность, выполненная в виде уступа с отрицательной фаской f с передним углом уф=—5° и главным передним углом у=10°. Ширина уступа- А равна 4—5 Мм,* а радиус г= 1,5— 1,8 мм (ббльшие значения А и г следует принимать для резцов с сечением тела 32x25 мм и более). Такая форма передней поверхности обеспечивает завивание или дробление стружки при обработке стали с ав^ ^80 кгс/мм2.
При черновой обработке стали и стального литья с ов>80 кгс/см2, а также при работе с ударами на станках повышенной жесткости необходима прочная режущая кромка. Это достигается заточкой фаски 2—4 мм с уф=—5° и передней поверхности с у=0° (рис. 28,г). 80
Для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов с Св до 120 кгс/мм2 рекомендуется радиусная форма* лунки на передней поверхности (рис. 28, д). При радиусной заточке образуется витая стружка, которая легко сходит по передней поверхности, а фаска с нулевым или отрицательным передним углом упрочняет режущую кромку. Ширина фаски и радиус кривизны канавки зависят от прочности и вязкости материала и подачи (табл. 12).
Таблица 12. Рекомендуемые значения параметров заточки резцов из твердого сплава (по рис. 28) в зависимости от предела прочности обрабатываемой стали
ав, кгс/мм1
Размеры, мм
Углы, град
А
Г
Л
Г
Т
а
т/
<85
3,5
0,2-0,3
1-2
6
16
8
3
70—100
4
0,1-0,3
2-3
10
12
10
0-(-5)
до 120
0,15-0,4
6
3-5
0-5
до 130
8-10
Для обработки высокопрочных материалов рекомендуется плоская форма заточки (рис. 28, е) с отрицательной широкой фаской.
Отрезные резцы
Отрезка заготовок на токарных станках остается одной из наиболее сложных операций металлообработки. Неблагоприятные условия образования и отвода стружки, недостаточные прочность и жесткость режущих элементов и рабочей части инструмента препятствуют применению высоких режимов резания, вызывают частые поломки инструмента. К недостаткам отрезных резцов следует отнести также весьма малые вспомогательные задние углы «ь составляющие для напайных резцов 1—2°, что является одной из причин их низкой стойкости. Поэтому выбор конструкции и размеров отрезных резцов для конкретных условий обработки, а также рациональная их эксплуатация имеют весьма важное зна-
чение для повышения производительности труда и сокращения расхода инструмента.
Применяемые в промышленности отрезные резцы можно разделить на три группы: цельные резцы с на- пайными режущими пластинами, сборные конструкции,
Рис. 29. Конструкции стандартных отрезных резцов: а — Из быстрорежущей стали по ГОСТ 18874—75; б, в — оснащенных пластинами из твердого сплава по ГОСТ 18884—75.
состоящие из сменных пластинчатых напайных резцов, закрепляемых в держателе (корпусе), и отрезные резцы с механическим креплением твердосплавных пластин.
Конструкция, размеры и области приме- нения отрезных напайных резцов. Цельные отрезные резцы с напайными пластинами стандартизованы и выпускаются централизованно. Их конструкция показана на рис, 29.
Достоинствами отрезных быстрорежущих резцов являются более высокая стабильность работы, более легкая заточка и возможность использования резцов с минимальной шириной режущей части. Их целесообразно применять в том случае, когда использование твердосплавных резцов не дает заметного эффекта, например для отрезки деталей диаметром до 16 мм, когда скорость резания не превышает 40 м/мин (см. рис. 17), или же для отрезки деталей из мягких материалов (дюраля, латуни).
Твердосплавные отрезные резцы согласно ГОСТ 18884—79 выпускаются в четырех исполнениях. Исполнения 1 и 2 — это обычные резцы с призматической зажимной частью, отличающиеся между собой формами используемых твердосплавных пластин (рис. 29,а и в). Такие резцы позволяют отрезать заготовки диаметром до 70 мм. Резцы исполнений 3 и 4 (рис. 29,6) имеют усиленную рабочую часть и благодаря этому позволяют производить отрезку заготовок большего диаметра.
Резцы исполнений 1 и 3 (рис. 29, в) обладают большей прочностью соединения пластины и стального корпуса, допускают работу с подачами в 1,5—2 раза большими, чем резцы исполнений 2 и 4.
Сборные отрезные резцы. Преимущества сборных отрезных резцов, состоящих из пластинчатого ножа, держателя и зажимных деталей, перед цельными следующие:
снижаются общая трудоемкость изготовления и расход металла — изготовить один корпус и 15 простых ножей к нему дешевле, чем изготовить 15 цельных резцов;
имеется возможность регулировать рабочий вылет ножей в зависимости от диаметра отрезаемой детали, т. е. исключить холостые вылеты, что во многих случаях является резервом повышения жесткости;
в сборной конструкции резца с целью повышения жесткости нож можно выполнять значительной высоты, не зависящей от размеров держателя, что особенно необходимо при отрезке деталей большого диаметра.
Создано много различных конструкций сборных отрезных резцов, однако многие из них не нашли широкого применения из-за присущих им недостатков, например наличия неиспользуемого холостого вылета, достигающего 30—40% от общего вылета, необходимости использования для заточки ножей специальных держателей и др. Эти недостатки исключены у сборных резцов, производимых централизованно инструментальны-
ми заводами. Один из таких резцов, предложенный М. Г. Аникиным, показан на рис. 30. Он состоит из корпуса, двустороннего отрезного ножа и зажимного винта. Усилия резания при отрезке воспринимаются
Рис. 30. Сборный отрезной резец конструкции М. Г. Аникина.
опорой корпуса и цилиндрической частью винта. Изготавливаются резцы с ножами из быстрорежущей стали и напайными твердосплавными пластинами. В зависи-
Рис. 31. Сборный отрезной резец повышенной жесткости.
мости от максимального диаметра отрезки (40, 60 и 75 мм) резцы комплектуются ножами с высотой Но> равной соответственно 20, 25 и 30 мм, и шириной режущей кромки 4 и 5 мм.
Для отрезки заготовок диаметром 80—160 мм можно рекомендовать резец (рис. 31), у которого пластинчатый нож / расположен в пазу держателя 3. При-завер-
М
тывании винта 4 нож закрепляется между стенками паза. Однако этого усилия недостаточно для восприятия усилий резания, поэтому дополнительно предусмотрен винтовой упор 2, служащий также для регулировки режущей кромки по высоте оси заготовки.
В конструкции данного резца сочетаются высокие жесткость держателя и ножа (нож имеет высоту больше, чем высота держателя) и виброустойчивость. Предотвращению возникновения вибраций способствуют силы трения между стенками ножа и паза держателя. Резед устойчиво и надежно работает при у=100— 200 мм/мин и 3 = 0,2—0,35 мм/об.
Рис. 32. Сборный двухлезвийный резец конструкции С. Г. Карпова.
Сборный двухлезвийный резец С. Г. Карпова (рис. 32) предназначен для работы на тяжелых токарных станках при отрезке заготовок диаметром до 320 мм. Нож / с двумя режущими лезвиями крепится к держателю 5 двумя винтами 4 и сбоку через отверстия 2. Наклонное (под углом 10—15° к опорной плоскости держателя) расположение создает высокую жесткость резца при резании. Положение отверстий в пластине рассчитано так, что обеспечивает возможность изменения рабочего вылета ножа, а также возможность установки резца в резцедержателе 3 в обычное и перевернутое положение.
Предлагается два типоразмера резцов: один для отрезки деталей диаметром до 180 мм на токарных станках с высотой центров 200—300 мм, другой — до 320 мм на токарных станках с высотой центров 400—500 мм.
Форма рабочей части и геометрия отрезных напайных резцов
Рабочая часть всех отрезных резцов представляет собой тонкую стальную пластину, на которую напаяна режущая пластина (рис. 33,а). В зависимости от конструкции резца стальная пластина может быть выполнена как одно целое с корпусом резца или отдельно. В последнем случае пластина крепится к корпусу механическим путем.
Главные углы, передний у и задний а, могут изменяться в широких пределах, не оказывая существенного влияния на прочность и жесткость рабочей части. Выбор же вспомогательных углов <pi и ai ограничен малыми значениями, так как они утоняют рабочую часть в горизонтальном и вертикальном сечении, тем самым значительно снижая ее жесткость Так, например, если принять <pi = ai=l°, Я=25 мм; /=35 мм; a=s4 мм, то после заточки толщина рабочей части в наиболее удаленном от режущей кромки сечении будет иметь следующие значения: сверху ai=3,15 мм, снизу ai""2 мм. Это значит, что жесткость в данном сечении будет примерно в 4 раза уменьшена по сравнению с жесткостью в том же сечении до заточки углов.
Утонение рабочей части можно уменьшить, если заточку вспомогательных задних углов производить периферией шлифовального круга, как показано на рис. 33, б. При этом задний угол си может быть увеличен до 4—6°, т. е. до оптимальных значений для отрезных резцов. Таких же значений задних вспомогательных углов можно достичь, если толщину стального тела заготовки принять меньше на 1 мм, чем толщина напаиваемой пластины. Особенно благоприятно использование для этого пластин, опорная поверхность которых выполнена угловой (с углом 90°). Такие пластины хорошо центрируются при пайке в призматической канавке резца, и, кроме того, они изготовлены со вспомогательным углом в плане Ф1 = 2° и ar=3° (тип 13, ГОСТ 17163—82). Заточку и переточку задних вспомогательных резцов с такими пластинами следует производить только по твердосплавной пластине алмазным кругом, стараясь снимать минимальный слой, сохраняя тем самым надолго разницу в ширине режущей кромки а и толщине стального корпуса.
Форму режущей кромки передней поверхности и значение главных переднего и заднего углов необходимо
выбирать в зависимости от условий обработки (обрабатываемого материала, диаметра отрезаемой головки и жесткости станка).
Геометрические параметры отрезных резцов, показанные на рис. 33, в, рекомендуются для отрезки заго-
Рис. 33. Рабочая часть отрезных резцов,
товок из конструкционной углеродистой и легированной стали при высокой жесткости СПИД. Для отрезки заготовок из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов применяют резцы с лункой на передней поверхности (рис. 33,г), а из титановых сплавов — резцы с изломанной режущей кромкой под углом 120° (рис. 33, д), обеспечивающие раздвоение образующейся стружки и лучшее ее удаление из зоны резания. Таким же эффектом обладают резцы с заточкой, показанной на рис. 33, е. Две отрицательные фаски на передней поверхности, увеличивающиеся по направлению к торцам режущей части, упрочняют, кроме того, режущую часть на уголках. Рекомендуются следующие значения геометрических параметров заточки: f=(l—2) S; fi = 0—4),2 мм; г=0,2—0,8 мм; у/=2—10°. Применение отрезных резцов с данной геометрией особенно эффективно на станках повышенной жесткости.
Отрезные и канавочные резцы с механическим креплением твердосплавных пластин
Механическое крепление твердосплавных пластин позволяет исключить один из главных недостатков отрезных резцов с напайными пластинами —низкую надежность в работе, обусловленную возникновением ми- кротрещин при пайке и заточке, утонением стальной рабочей части при заточке вспомогательных углов ф, и ai, что приводит к снижению жесткости резца. Даже при незначительном повреждении пластины в процессе отрезки резец, как правило, выходит из строя и непригоден для дальнейшего использования.
Нашли применение резцы с механическим креплением перетачиваемых и неперетачиваемых твердосплавных пластин.
На рис. 34 показан резец с механическим креплением перетачиваемой пластины для легких работ, разработанный ВНИИинструмент.
В резце имеется сменная стальная пластина 1, которая крепится на корпусе 6 с помощью винта 5.
В одном из четырех v-образных пазов стальной пластины установлена режущая твердосплавная пластина 2 (тип 13, ГОСТ 17163—82). Сверху твердосплавная пластина закреплена поджимом 3 с помощью винта 4. Уступ прижима служит упором продольного положения пластины. Конструкция резца обеспечивает возмож-
пость регулировки продольного положения твердосплавной пластины после переточки относительно стальной пластины в результате перемещения последней на корпусе. Регулировку можно выполнить также перемещением самого прижима, для чего на корпусе предусмотрены поперечные канавки, в которые упирается второе плечо прижима. Применяя прижимы различной длины, можно изменять вылет рабочей части резца. В стальной пластине для этого имеется паз 7. Настройка вылета рабочей части и предварительное закрепление пластины (легкий поджим) осуществляются вне станка.
Рис. 34. Отрезные резцы с механическим креплением твердосплавных пластин конструкции ВНИИинструмент.
Окончательное закрепление пластины прижимом производится после установки и закрепления резца на станке, когда стальная пластина лишена возможности поворота в образованном между уступом А корпуса, 6 и опорной плоскостью Б резцедержателя 8 пазу (по размеру Я).
Резец описанной конструкции позволяет производить отрезку заготовок из прутков диаметром до 70 мм из труб толщиной до 60 мм.
За рубежом нашли широкое применение отрезные резцы с механическим креплением неперетачиваемых твердосплавных пластин.
В резцах шведской фирмы Coromant (рис. 35, а) призматическая пластина 1 предварительно крепится упругим лепестком 2, а в процессе резания она поджимается к базам усилиями резания. Для снятия пласти-
Рис. 35. Отрезной резец фирмы Coromant (Швеция).Рис. 35. Отрезной резец фирмы Coromant (Швеция).фаской с положительным илфаской с положительным ил
Рис. 35. Отрезной резец фирмы Coromant (Швеция).
Рис. 35. Отрезной резец фирмы Coromant (Швеция).
фаской с положительным ил
фаской с положительным ил
ны применяется специальный ключ с эксцентриком, который приподнимает лепесток, освобождая пластину.
Режущие и установочные элементы пластины (рис. 35,6) получаются после спекания. На передней поверхности пластины имеется выемка, облегчающая сход стружки. После установки пластины в корпус резец имеет следующие геометрические параметры: а=7°; Ф1 = 2 и ai = 60. Более высокое значение вспомогатель
ного заднего угла «и чем у напайных резцов, способствует повышению стойкости резца.
Режущая пластина (рис. 36, а) выполнена в виде клина с углом ф, равным 10—16°. Нижняя поверхность 4 и верхняя поверхность 3 пластины имеют форму вогнутых призм с углом Q. Передняя поверхность 1 имеет специальную геометрию: по краям она выше, чем в центре, где предусмотрена канавка 5. Уступ 2
служит для завивания стружки в спираль. Режущая кромка образована отрицательным (рис. 36, б)
передним углом у.
И в том и в другом случае между канавкой 5 и режущей кромкой должна оставаться площадка шириной /, равная 0,2—0,3 мм.
Закрепление пластины 7 в корпусе резца 8 (рис. 36, в) происходит по принципу самозаклинивания под действием усилий резания. Для этого в корпусе выполнен соответствующий паз 9 с таким же- углом клина ф, как и у пластины. Стенки паза имеют призматическую выпуклую форму с углом о. Угол наклона опорной плоскости паза к основной (горизонтальной) плоскости со резца рекомендуется выполнять в пределах 10—20°.
Образующаяся в процессе отрезки стружка 6 (рис. 36, г) в сечении имеет выпуклую форму и ширину &ь которая меньше ширины отрезка 6, что в сочетании с уступом обеспечивает завивание ее в спираль и свободный выход из паза без повреждения стенок детали
и заготовки. Отсутствие трения стружки в пазу значительно снижает усилия, действующие на резец, и температуру в зоне резания, позволяя тем самым повысить скорость резания и подачу.
Такие резцы позволяют также отрезать заготовки большего диаметра при меньшей ширине пластины и работать с ударными нагрузками, например при отрезке квадратных заготовок диаметром 100 мм резцом с шириной пластины 2,2—3,1 мм.
5. Резьбовые резцы
Резьбонарезание является одним из самых сложных видов обработки резанием. Это обусловлено следующим: а) геометрические параметры резьбовых резцов определяются профилем и шагом резьбы, а не выбираются в зависимости от свойств обрабатываемого материала; б) режимы резания (скорость, подача и глубина) при резьбонарезании взаимосвязаны, что затрудняет выбор их оптимальных значений; в) резец имеет сильно заостренную вершину (е = 60°) с двумя главными режущими кромками, что примерно удваивает количество выделяемого тепла и значительно уменьшает интенсивность теплоотвода; г) образуемая стружка имеет
сложное у-образное сечение, увеличивающее жесткость и затрудняющее стекание ее по передней поверхности, происходит большая усадка стружки, имеет место наваривание ее на переднюю поверхность; д) силы резания при резьбонарезании примерно на 50—70% выше, чем при обычном точении на тех же режимах.
На процесс резьбонарезания большое влияние оказывает угол подъема резьбы со и угол наклона передней поверхности X (рис. 37,а).
Если резец установлен прямо (рис. 37,6), то из-за наклона ниток резьбы задние углы а' и а" неодинаковы. Угол а' меньше угла заточки а на величину со,
Рис. 37. Схема влияния угла наклона ниток резьбы на передние и задние углы резьбовых резцов.
а а" больше на ту же величину. Неодинаковы и передние углы: у левой кромки передний угол положительный (+у), У правой — отрицательный (—у).
Уменьшение заднего угла приводит к усиленному износу по задней поверхности, а уменьшение переднего угла — к увеличению усилия резаНия и ухудшению стружкообразования. Чтобы исключить искажение углов а и у, резец наклоняют на угол Х=о) (рис. 37,а).
Вместо наклона можно применить специальную заточку резца с тем же углом X, но внеся поправки в задние углы по главным режущим кромкам.
На рис. 38 представлена рабочая часть резьбового, резца со стандартной геометрией. Заточка передней поверхности с положительным передним углом весьма затруднена. Обычно передний угол у в резьбовых резцах равен 0°. Задние углы- а по вершине и боковым режущим кромкам для обработки чугуна и стали рекомендуется принимать равными 8°. Для расточных резцов задний угол по вершине увеличивается до 12°.
При нарезании резьбы в труднообрабатываемых ста-
лях (ств^ 100-кгс/мм2) рекомендуется принимать большие значения задних углов. Для нержавеющих сталей аустенитного класса с ав= 100 кгс/мм2 а=10—12°. На рис. 39 показан резец из быстрорежущей стали с положительными передними углами конструкции ЦНИИТМАШ [22]. Передняя поверхность выполнена в виде лунки, полученной угловой фрезой. Передний угол такого резца может достигать 20°. Эффективной областью применения резца с положительными передними углами является нарезание специальных резьб
Рис. 39. Резьбовой резец из быстрорежущей стали для обработки труднообрабатываемых сталей конструкции ЦНИИТМАШ.Рис. 39. Резьбовой резец из быстрорежущей стали для обработки труднообрабатываемых сталей конструкции ЦНИИТМАШ.Рис. 38. Рабочая часть стандартного резьбового резца.
Рис. 39. Резьбовой резец из быстрорежущей стали для обработки труднообрабатываемых сталей конструкции ЦНИИТМАШ.
Рис. 39. Резьбовой резец из быстрорежущей стали для обработки труднообрабатываемых сталей конструкции ЦНИИТМАШ.
с большим шагом (Р>3 мм) и точных внутренних резьб, особенно в деталях из труднообрабатываемых материалов.
Для конструкционных, углеродистых и нержавеющих сталей с ов^100 кгс/мм2 угол у рекомендуется принимать равным 15—20°, а для сталей с сгв>100 кгс/мм2 — равным 10—15°,
Наиболее нагруженным элементом рабочей части резца является вершина, которая формирует впадину резьбы. Согласно ГОСТ 16093—84 форма впадины может быть закругленной или плоскосрезанной. Вершина резца должна иметь аналогичную форму.
При закругленной форме боковые кромки могут сопрягаться по радиусу г (рис. 40, а) или по фаске (рис. 40,6), причем радиус кривизны на профиле вершины ни в одной точке не должен быть менее 0,1 Р* Плоскосрезанная форма вершины (рис. 40, в) не имеет закруглений.
Профиль вершины резцов для внутренней резьбы не оговаривается, но ограничивается предельным размером Ь2 (рис. 40,г). Предельные значения указанных на рис. 40 размеров даны в табл. 13.
Рис. 40, Варианты выполнения формы вершины резьбовых резцов.
Таблица 13. Предельные размеры профиля вершины резьбовых резцов, мм
Шаг резьбы Р
Наружная резьба
Внутренняя резьба
6
»1
Г мин.
Ь2 макс.
мин.
макс.
мин.
макс.
0,50
0,086
0,124
0,062
0,124
0,050
0062
0,70
0,121
0,176
0,088
0,176
0,070
0,088
0,80
0,138
0,200
0,100
0,200
0,08
0,100
1,00
0,173
0,250
0,125
0,250
0,100
0,125
1,25
0,216
0,312
0,156
0,312
0,125
0,156
1,50
0,254
0,376
0,188
0,376
0,150
0,188
1,75
0,302
0,438
0,219
0,438
0,175
0,219
2,00
0,346
0,500
0,250
0,500
0,200
0,250
2,50
0,432
0,625
0,312
0,625
0,250
0,312
3,00
0,519
0,750
0,375
0,750
0,300
0,375
3,50
0,605
0,875
0,437
ож
0,350
0,437
4,00
0,695
1,000
0,500
1,000
0,400
0,500
4,50
0,778
1,125
0,562
1,125
0,450
0,562
5,00
0,865
1,250
0,625
1,250
0,500
0,625
5,50
0,951
1,375-
0,687
1,375
0,550
0,687
6,00
1,038
1,500
0,75
1,500
0,600
0,750
Нарезание резьбы производится путем многократных проходов с радиальной подачей резца на каждый проход (рис. 41). Толщина слоя, срезаемого вершиной резца а, равна подаче. Боковые кромки срезают слой а', толщина которого зависит от угла профиля резьбы ф и определяется по формуле a'=S sin ф. Для метрической резьбы а'=0,5 S.
Глубина резания при нарезании резьбы переменная. На первом проходе она равна подаче, на последнем — высоте профиля резьбы Н. Обычно весь припуск снимается за несколько черновых и чистовых проходов. Число черновых и чистовых проходов зависит от шага резьбы Р и подачи S. При нарезании резьбы быстрорежущими резцами рекомендуется вводить зачистные проходы при пониженной скорости резания (о = 4 м/мин).
Рис. 41. Схема для определения толщины срезаемого слоя.
Цельные твердосплавные расточные резцы
Расточка отверстий диаметром до 12 мм связана с большими трудностями. Тонкая и длинная рабочая часть расточного резца имеет малую жесткость и подвержена возникновению вибраций. Особенно неблагр- приятные условия создаются при расточке отверстий в труднообрабатываемых материалах (закаленных и нержавеющих сталях, жаропрочных сплавах и сталях), где применение быстрорежущих расточных резцов практически невозможно.
Резцы с рабочей частью, выполненной целиком из твердого сплава, сочетают в себе высокую режущую способность инструментального материала и жесткость, в результате чего обеспечивается возможность обработки точных отверстий малого диаметра, увеличиваются стойкость, срок службы инструмента и производительность труда.
Конструктивно резцы выполняются из двух частей: твердосплавной рабочей части / и стального корпуса 2 (рис. 42). Рабочая часть впаяна в отверстие корпуса. Резцы с углом в плане 60° предназначены для сквозных отверстий, с углом в плане 95°— для глухих отверстий. И те и другие резцы соответственно по ГОСТ 18062—72 и ГОСТ 18063—72 изготавливаются трех типов: тип 1—для координатно-расточных станков; тип
2 —для токарных автоматов; тип 3 — для токарных станков,
Резцы первых двух типов имеют цилиндрический хвостовик, третьего типа — квадратный хвостовик сечением 12X12 мм.
Стандартами предусмотрены следующие типоразмеры данных резцов для минимальных диаметров растачиваемых отверстий D = 3—8 мм.
Резцы с цилиндрическим хвостовиком (D X L X О: :ЗХ40ХЮ; 4X50X20; 5X45X15; 5X60X30; 6X45X15; 6X65X35; 7X45X15; 7X65X35; 8X50X20; 8X70X40.
Рис. 42. Конструкция и геометрические параметры цельных твердосплавных расточных резцов.Рис. 42. Конструкция и геометрические параметры цельных твердосплавных расточных резцов.
Рис. 42. Конструкция и геометрические параметры цельных твердосплавных расточных резцов.
Рис. 42. Конструкция и геометрические параметры цельных твердосплавных расточных резцов.
Резцы с квадратным сёчением хвостовика 12X12 (L X IX О): 120 X 20 X (3; 4); 130 X 30 X 6; 140 X 40 X 8.
Предусмотрено централизованное изготовление рабочей части из твердого сплава марок Т5К10, Т15К6, ВК6, ВК6М и ВК8. Выбор марки твердого сплава производится в зависимости от обрабатываемого материала. Для обработки углеродистых и легированных конструкционных сталей можно использовать твердые сплавы Т5КГО и Т15К6. Жаропрочные и кислотостойкие стали и сплавы рекомендуется обрабатывать резцами из твердых сплавов ВК6 и ВК6М; при получистовой обработке этих материалов необходимо применять сплав ВК8.
Резцы с геометрическими параметрами, показанными на рис. 42, предназначены для обработки углеродистых сталей. При обработке других материалов передний и задний углы должны быть иными. Значения углов заточки у и а (в град) для обработки некоторых материалов следующие:
и
Сталь углеродистая, легированная, нер- у а жавеющая:
<зв = 85 кгс/мм2 . . 5—*88
сгв = 100 кгс/мм2 08
Закаленные, высокопрочные, жаропроч
ные стали (фаска с углом —6°) ♦ . . .126—8
Титановые сплавы 0—5 12
Латунь, бронза, ковкий чугун 128
Алюминий и его сплавы'.. .1515
При выборе режимов резания необходимо учитывать следующие факторы: физико-механические характеристики материала, детали, точность и шероховатость обрабатываемой поверхности, состояние и возможности оборудования.
Глубина резания. Черновую расточку из-за недостаточной прочности рабочей части резцов рекомендуется вести при глубине резания, не превышающей 0,2 мм.
Глубина резания чистовой расточки в зависимости от материала и требуемой точности обрабатываемой поверхности выбирается в пределах от 0,01 до 0,05 мм.
Подача. Выбор подачи зависит от характера операции. Для чистовой обработки рекомендуется выбирать подачу от 0,01 до 0,05 мм/об, черновую расточку можно вести при подаче до 0,07 мм/об.
Скорость резания. Назначается в зависимости от прочностных характеристик обрабатываемого материала. Однако в некоторых случаях она ниже рекомендуемых скоростей для твердосплавных инструментов. Это обусловлено, с одной стороны, неблагоприятными условиями резания, с другой — тем, что не все станки имеют достаточную частоту вращения шпинделя для достижения оптимальной скорости резания при обработке отверстий малого диаметра. Ограничением скорости резания на координатно-расточных станках является возникновение значительных динамичных сил на резце вследствие его нецентричности при расточке.
Для некоторых материалов в табл. 14 приведены рекомендации ВНИИинструмент по режимам резания цельнотвердосплавными резцами.
Обработку рекомендуется вести с охлаждением СОЖ. Если на станке имеется подвод охлаждения, то в качестве СОЖ можно использовать Укринол-1 (5— 10%), сульфофрезол, МР-1 и др. На координатно-расточных станках резец рекомендуется смазывать жидкостью с помощью кисточки. В качестве смазки при обработке легированных, нержавеющих сталей, труднообра-
Л. П Драгун ОТ
Таблица 14. Режимы резания, рекомендуемые для расточки цельнотвердосплавными резцами
Обрабатываемый материал
Режим резания
г#, м/мин
5, мм^об
t, мм
Углеродистые стали HRC 35-55
30-50
0,02-0,05
0,2/0.05
Легированные стали, HRC 35-50
25-35
0,02—0,04
0,2/0,05
Нержавеющие и жаропрочные стали, ав 120 кгс/мм2
15-25
0,01-0,02
0,1/0,01
Титановый сплав ВТ-1, а в< 70 кгс/мм2
35-40
0,02
0,2/0,05
Алюминиевыесплавы
АЛ-9, АЛ-2, Д1, Д16 . .
до 80
0,03-0,05
0,1/0,02
Примечание. В числителе даны значения# для получистовой, а в знаменателе — для чистовой обработки.
батываемых и титановых сплавов применяют олеиновую кислоту, касторовое и трансформаторное масло.
К заточке и эксплуатации цельных твердосплавных резцов предъявляются повышенные требования. Передняя и задняя поверхности по фаске должны затачиваться с шероховатостью /?а=0,16 мкм. Для устранения дефектов заточки (микротрещин, прижогов) расточные резцы желательно доводить. Доводка существенно повышает стойкость резцов и обеспечивает получение более высокого качества обрабатываемых поверхностей.
В процессе эксплуатации расточных резцов необходимо особо следить за величиной износа по задней поверхности, так как превышение допустимых его значений может привести к ухудшению шероховатости, искажению формы растачиваемого отверстия, появлению вибрации.
и
Резцы с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин
Производство и использование резцов с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин (МНП) с каждым годом увеличивается, поэтому вопрос рационального использования этих инструментов имеет весьма важное значение.
Основными направлениями совершенствования инструментов с МНП являются расширение номенклатуры МНП, имеющих различную форму стружколомающих канавок на передней поверхности, и повышение жесткости и надежности крепления МНП в держателях. С 1982 г. введены в действие новые стандарты на МНП (ГОСТ 19042—80 — ГОСТ 19086—80 и др.), охватывающие 34 типа пластин, в том числе пластины со сложными многоступенчатыми формами передней поверхности, с задними углами 11 и 20° и др.
С 1975 г. действует новый стандарт на резцы с механическим креплением МНП без отверстия с использованием накладных стружколомов (ГОСТ 23075—75). Большая номенклатура резцов с МНП выпускается по чертежам ВНИИинструмент и заводов-изготовителей.
Конструкция, геометрические параметры и назначение МНП
Для производства резцов в основном применяются трехгранные правильной формы, трехгранные с ломаной гранью, четырехгранные и ромбические пластины.
Пластины, не имеющие задних углов, получили название «негативных». Они устанавливаются в держателе с наклоном, равным заднему углу а (рис. 43, а). Если передняя поверхность пластины плоская, то после ее установки образуется отрицательный передний угол у. Пластины с опрессованным задним углом ап, получившие название «позитивные», устанавливаются в держателе параллельно опорной плоскости резца (рис. 43,6). При этом передний угол у остается таким, каким он получен в пластине после ее изготовления.
Пластины с отверстием, как правило, не имеют заднего угла, поэтому устанавливаются с наклоном под углом а (рис. 43,в). Чтобы получить положительный передний угол (+у) на резце, передний угол в пластине уп должен быть больше угла ее установки.
Пластины с отверстием. Наибольшее распространение в последние годы получили трехгранные пла-
Рис. 43. Схемы установки многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластин в держателе резца.
Рис. 44. Многогранные неперетачиваемые пластины:
о — трехгранная с ломаной гранью но ГОСТ 10048—80; б — трехграп- мая правильной формы по ГОСТ 19046—80; в — четырехгранная по
ГОСТ 19052-80; г — ромбическая по ГОСТ 19059-80.
стины с ломаной гранью и отверстием по ГОСТ 19048— 80, показанные на рис. 44, а. Они имеют замкнутую стружколомающую канавку со следующими геометрическими параметрами.
Диаметр пластины d, мм .
Передний угол 7П, град. . Радиус канавки, г, мм . . Ширина фаски /, мм . . . Ширина фаски fx, мм ". .
9,525
12,700
15,875 и 19,050
25
20
20
1,0
ОД -0,3
1,6 0,2-0,5
0,3-0,5
0,4-0,8
После установки такой пластины в державке образуются главный задний угол а = 7°30', передний угол у = 17° при уп=25° и у=12° при уп = 20° и отрицательный угол уф = 7°30' по фаске f.
Благодаря увеличенному углу при вершине (е = 80°) эти пластины используются для проходных резцов (ф = 93°; ф1 = 7°), позволяющих производить также подрезку торцов с направлением подачи как от центра, так и к центру детали.
Областью применения данных пластин является черновая и получистовая обработка деталей из чугуна, конструкционных и легированных сталей. Благодаря большому переднему углу (после установки в державку) и стружколомающей канавке пластины обеспечивают завивание или ломание стружки и могут эксплуатироваться на станках малой жесткости.
Примерно с такими же геометрическими параметрами выполняются четырехгранные, трехгранные правильной формы и ромбические пластины.
Четырехгранные пластины (рис. 44, б) применяются на прямых и отогнутых проходных резцах с ф, равным 45, 60 и 75°.
Трехгранные пластины правильной формы (рис. 44, о) в основном предназначены для контурного точения на станках с ЧПУ. Они могут быть установлены в державках с углом в плане ф=93° и ф1 = 27° или ф = 63° и ф1 = 57°.
Ромбические пластины с углом 80° (рис. 44, г) используются для проходных и расточных резцов. Кроме продольного точения они позволяют производить подрезку торцов, поэтому широко применяются на станках с ЧПУ — как универсальные пластины.
Ромбические пластины с углом 55° выполняются с мелкой криволинейной канавкой на передней поверх-
ности и фаской 0,25 мм, что обеспечивает высокую прочность режущей кромки и хороший отвод стружки при чистовой и получистовой обработке стальных заготовок.
Рис. 45. Формы передней поверхности трехгранной неперетачи- ваемой пластины по ГОСТ 19046—80,
Особенностью использования резцов с МНП на станках с ЧПУ являются изменяющиеся условия резания. Один и тот же резец может работать в пределах одной детали или группы деталей с различными глубиной, подачей и скоростью резания. Пластины описанной выше конструкции в таких условиях не могут обеспечить ста- 182
бильное стружколомание. Поэтому стандартом на трехгранные пластины правильной формы и квадратные пластины предусмотрено несколько вариантов форм передней поверхности.
На рис. 45, а, показана трехгранная пластина по ГОСТ 19046—80, тип 2 с передней поверхностью формы 1. Две узкие глубокая и мелкая радиусные канавки с передним углом 11° после установки пластин в державке обеспечивают завивание стружки в диапазоне режимов от тонкого точения до получистового. При небольшой (до 1 мм) глубине резания стружка формируется в угловой канавке (сечение В — В). С увеличением глубины резания при небольших подачах в работе участвует первая канавка, а при увеличении подачи и скорости резания — вторая, причем стружка проскакивает первую канавку и, скользя по выступу, формируется в общей (образованной двумя канавками), более широкой канавке. Зазор между поверхностями канавок и прирезцовой поверхностью стружки способствует дополнительному охлаждению инструмента благодаря попаданию в него воздуха и СОЖ, а контакт стружки с ограниченным участком передней поверхности препятствует переходу тепла стружки- в резец. Так как в начальный момент площадь соприкосновения стружки с выступом мала, то в месте контакта создается большое удельное давление, а следовательно, происходит быстрая приработка и стабилизация схода стружки. Фаска шириной 0,18 мм (на резце УФ"- 7°) делает кромку более прочной.
Все это положительно отражается на работоспособности и стойкости режущей кромки при интенсивных режимах резания.
Форма 2 передней поверхности (рис. 45,6) предназначена для более тяжелых условий работы (получистовой и черновой обработки). Канавки имеют большие глубину и ширину. Значения параметров в зависимости от размера пластины следующие:
Диаметр вписанной окружно-
сти d, мм
. . . 9,525
12,700
15,875
Ширина фаски /, мм . . .
Ширина канавок, мм:
. . . 0,18
0,20
0,40
Ь.
. . . 1,02
1,22
1,27
*2
Глубина канавок, мм:
. . . 2,41
2,80
3,00
ht ..........
. . . 0,09
0,11
0,11
^2
. . . 0,12
0,15
0,15
Радиус канавки г, мм . ,
. • . 2,5
2,4
2,4
3434Рис. 46. Схема установки стружколома на резце с МНП без отверстия: / корпус: 2 — пластина; 3 — стружколом; 4 — прижим.Рис. 46. Схема установки стружколома на резце с МНП без отверстия: / корпус: 2 — пластина; 3 — стружколом; 4 — прижим.
34
34
Рис. 46. Схема установки стружколома на резце с МНП без отверстия: / корпус: 2 — пластина; 3 — стружколом; 4 — прижим.
Рис. 46. Схема установки стружколома на резце с МНП без отверстия: / корпус: 2 — пластина; 3 — стружколом; 4 — прижим.
Передние углы пластины:1°151212
7?755
Форма 3 передней поверхности (рис. 45, в) отличается от формы 2 большей глубиной канавок и большей шириной первой канавки. Это позволяет расширить диа
пазон режимов резания при хорошем отводе стружки. Для особо тяжелых условий резания, в том числе
прерывистого, предназначены пластины формы 4 (рис. 45,г). Большая отрицательная фаска и увеличенные канавки с положительным передним углом обеспечивают стабильное дробление стружки при подачах свыше 0,4 мм и глубине до 15 мм.
Четырехгранные пластины по ГОСТ 19052—80, так же как и трехгранные, выполняются с другими формами передней грани, которые расширяют область их применения.
Многогранные твердосплавные пластины с отверстием и плоской передней поверхностью редко прлменяются для точения. Эффективная область их использования— обработка чугуна и твердых сталей.
Пластины без отверстия. Они выпускаются трехгранной, четырехгранной, ромбической, пятигранной и круглой форм. Пластины бывают позитив
ные и негативные, в том числе
со стружколомающими канавками.
Негативные пластины после установки их в державку имеют отрицательный передний угол у=—6°, а позитивные— нулевой передний угол. Эти пластины применяют с накладными стружколомами: трехгранными по ГОСТ 19084—80 и четырехгранными по ГОСТ 190085— 80. Устанавливаются стружколомы в те же гнезда, что и режущие пластины (рис. 46), поэтому ширина образованного уступа b предусматривается размером стружколома, регламентируемым стандартами.
Ширина уступа зависит от условий обработки (глубины резания и подачи), формы и размеров пластины.
Рекомендации по выбору значения b приведены в табл. 15.
Таблица 15, Рекомендации по выбору размера уступа 6, мм
Форма пластины
Диаметр вписанной окружности
Подача, мм/об
Глубина резания, мм
Размер уступа bt мм
6,350
0,1 -0,2
1-3
1,0
0,2-0,3
2-4
1,6
9,525
0,2-0,3
3-4
1,4
0,3—0,5
4-6
2,0
0,5-0,7
5-8
3,3
Трехгранная
12,700
0,2-0,3
2-4
1,4
0,4-0,6
4—8
2,5
0,6-1,0
6-12
4,3
15,875
0,4-0,7
4-8
2,5
0,6-1,2
6-12
4,8
25,400
1,0-1,8
10-18
6,3
9,525
0,2-0,3
2-5
1,6
Квадратная
12,700
0,2-0,4
2-4
1,6
0,4-0,5
3-6
2,5
0,5-0,7
4-8
4,0
19,050
0,3-0,4
3-5
1,6
0,4-0,5
4-6
2,5
0,6-1,2
8-14
4,7
25,400
0,8-1,2
6-12
4,8
На рис. 47 показаны трехгранные пластины с задними углами а=11° и стружколомающими канавками на передней поверхности. Такие пластины выпускаются с диаметром вписанной окружности d, равным 6,350 и 9,525 мм, и предназначаются для резцов малых сечений, расточных резцов и различных вставок в резцовые блоки.
Пластина формы 1 по ГОСТ 25250—80 (рис. 47, а) имеет двухканавочную переднюю поверхность с отрицательной фаской шириной 0,15 мм и уф =—11°. Передняя поверхность первой канавки выполнена с углом у=6°. Такая пластина универсальна. Она обеспечивает надежный отвод стружки или ее ломание в широких пределах
режимов — от чистовых до получистовых. Образование стружки аналогично ранее описанным пластинам со сдвоенными канавками (см. рис. 45).
Пластина формы 2, показанная на рис. 47,6, предназначена для высокопрочных сталей и сплавов, в том числе титановых.
При обработке с малыми глубиной и подачей в работе участвует угловая канавка с положительным углом у=7° (разрез В —В),
Рис, 47. Формы передней поверхности трехгранных неперетачи- ваемых пластин с задними углами по ГОСТ 24250—80.
С увеличением глубины резания и подачи стружка сходит по уступу с у=0° и уф——11е» прилегающему к главной режущей кромке, т. е. по более прочной части пластины.
Такую же геометрию и назначение имеют четырехгранные пластины по ГОСТ 24252—80.
Стружколомающие канавки и уступы рекомендуется также получать заточкой передней поверхности плоских МНП с отверстием и без отверстия. Форму и размеры канавок необходимо выбирать по соответствующим рекомендациям для напайных твердосплавных резцов.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом ведутся поиски новых форм передней поверхности пластин, еще более универсальных с точки зрения ломания стружки при обработке различных материалов.
Ленинградским филиалом специального проектно-
технологического бюро «Оргпримтвердосплав» разработаны новые формы передних поверхностей МНП, имеющих сферические (каплевидные) выступы [2].
В качестве исходной принята ступенчатая форма передней поверхности. Передний угол у=24° образован плоскостями вдоль режущих кромок, наклоненными к опорной плоскости пластины.
В пластине, показанной на рис. 48, каплевидные выступы расположены по периметру пластины, причем не параллельно режущим кромкам, а по радиусу. Стружка
Рис. 48. Четырехгранная неперетачиваемая пластина со сферическими выступами на передней поверхности.
малой толщины завивается и ломается между наклой- ной плоскостью и сферой. При обработке с большими глубиной резания и подачей стружка проскакивает пространство между сферой и режущей кромкой и опирается на вершины сфер. Так как сферы расположены на разном удалении от режущей кромки, то стружка получает разную деформацию, что способствует ее дроблению в широких диапазонах режимов обработки.
Сферические выступы обеспечивают, во-первых, дробление тонких стружек при чистовой обработке и, во- вторых, завивание более толстых стружек, проходящих над выступами.
Достоинством таких пластин является также наличие зазора между стружкой вблизи ее корня и передней поверхностью в процессе обработки. В этот зазор попадает воздух или СОЖ, дополнительно охлаждая пластину в зоне резания.
Следует особо остановиться еще на одном преимуществе пластин со сферическими выступами. Известно, что после некоторой «приработки» пластины улучшается процесс завивания стружки, а резание происходит более плавно. Это значит, что в зоне контакта стружки с передней поверхностью образовалась лунка. Так как в предложенных пластинах начальный контакт стружки со сферами очень мал по площади, в месте контакта создается большое давление и быстрее происходит переработка и стабилизация схода стружки в процессе резания.
Пластины со сферическими выступами обеспечивают при обработке точением сталей марок 18ХГТ, 40Х и 45 стабильное дробление стружки при следующих режимах: о=90—180 м/мин; 5=0,2—0,5 мм/об и /=1—3 мм. Стойкость пластин в 1,35 раза выше стандартных.
Конструкция резцов с МНП
Существует много конструкций сборных резцов с МНП, которые отличаются прежде всего механизмами и схемами базирования пластин в державках. Чтобы получить наибольший эффект от использования резцов с МНП, крепление и базирование пластин в державках должны отвечать следующим требованиям: не допускать смещения пластины в процессе резания; обеспечивать плотный контакт опорных поверхностей пластины и гнезда державки и минимальные упругие деформации тела державки под опорной поверхностью пластины; не препятствовать сходу стружки, а при наличии накладных стружколомов обеспечивать ее отвод и дробление; обеспечивать точное позиционирование и взаимозаменяемость режущих кромок при повороте или смене пластины. Механизм крепления МНП должен быть компактным, технологичным и позволять быстро- производить поворот пластины.
Рассмотрим конструкцию резцов с МНП, получивших наиболее широкое распространение в СССР и за рубежом.
Резцы с креплением МНП без отверстий
Резец, в котором используются МНП без центрального отверстия, представляет собой державку о гнездом для установки и базирования пластины и прижим, которым осуществляется закрепление пластины. Обычно применяются двуплечие или консольные прижимы и aa- ioe
жимные винты с головкой. Применяют также дифференциальные винты.
На рис. 49, а, приведен резец с механическим креплением МНП двуплечим прижимом 5 с помощью винта 6. Прихват одним плечом упирается в гнездо 7 державки 1, другим плечом прижимает режущую пластину 3 вместе со стружколомом 4.
Пластина может опираться на твердосплавную подкладку 2 или непосредственно на опорную плоскость гнезда державки. Механизм крепления двуплечим прижимом универсальный и обеспечивает высокие прочность и надежность крепления.
Рис. 49. Резцы с механическим креплением МНП: а — двуплёЧим прижимом; б — Г-образным прижимом.
Конструкция крепления режущих пластин с консольным Г-образным прижимом (рис. 49,6) более компактна. Прижим 8 базируется в отверстии державки своей цилиндрической частью, а в угловом положении фиксируется выступом 10, находящимся в пазу державки. Крепежный винт 9 дифференциальный, что создает удобство при замене или повороте пластины, так как при разжиме прижим отходит от пластины. Недостатком конструкции является небольшая сила зажима (при соответствующем компактном исполнении), поэтому такую конструкцию рекомендуют применять для легких работ.
Конструкция крепления, показанного на рис. 50, сочетает в себе компактность и значительно ббльшую прочность зажима пластины. Г-образный прижим 3 центрируется в отверстии державки 1 своей цилиндрической частью. Особенностью конструкции является то, чю резьбовой участок на прихвате образован с внешней стороны цилиндрической части, а в державке выполнено гладкое глухое отверстие, ось которого совпа- диег с осью резьбы на цилиндрической части прижима.
При вращении винта 4 по часовой стрелке он навинчивает на себя прижим, перемещает его и тем самым зажимает пластину 2. При таком расположении винта
Рис. 50. Конструкция крепления МНП Г-образным прижимом и смещенным винтом.Рис. 50. Конструкция крепления МНП Г-образным прижимом и смещенным винтом.
Рис. 50. Конструкция крепления МНП Г-образным прижимом и смещенным винтом.
Рис. 50. Конструкция крепления МНП Г-образным прижимом и смещенным винтом.
2 32 3Рис, 51. Крепление МНП головкой зажимного винта.Рис, 51. Крепление МНП головкой зажимного винта.крепления на резцах*7°крепления на резцах*7°
2 3
2 3
Рис, 51. Крепление МНП головкой зажимного винта.
Рис, 51. Крепление МНП головкой зажимного винта.
крепления на резцах
*7°
крепления на резцах
*7°
его диаметр, а следовательно и прочность зажима, значительно больше, чем в ранее описанных конструкциях. Особенно эффективно применение такой конструкции
малых сечений, используемых на токарно-револьверных станках и автоматах, где рабочая зона весьма ограничена и вылеты резцов в державке должны быть минимальными.
Испытания резца с сечением державки 12X12 мм показали, что данная конструкция позволяет производить обработку деталей на следующих режимах резания: скорость резания о= = 100 м/мин и более, подача S = =0,2—0,34 мм/об и глубина /=1,5—4 мм.
Весьма простая конструкция крепления режущей пластины, состоящая из одного зажимного винта, показана на рис. 51. Винт 3 расположен в державке 1 под углом 7°, что обеспечивает точечный контакт его головки с передней поверхностью режущей пла-
стины 2. В такой конструкции — вращение винта при зажиме должно быть направлено на боковые базовые поверхности. Для правого резца резьба на винте должна быть правой, для левого резца — левой.
♦to
Наиболее эффективно применение винтового зажима при использовании пластин со стружколомающими канавками, исключающими возможное задевание стружки за головку винта.
В зависимости от условий использования резца размер резьбы винта может быть большим или меньшим, тем самым обеспечивается возможность выбора оптимального усилия зажима режущей пластины при соответствующих габаритных размерах резца.
Рис, 52, Резцы с механическим креплением МНП по ГОСТ 23075—78.
Резцы с механическим креплением МНП без отверстия с Г-образным прижимом и дифференциальным винтом стандартизованы (ГОСТ 23075—78) и выпускаются централизованно. На рис. 52 показаны формы рабочей части резцов по ГОСТ 23075—78. Резец каждой из приведенных форм выполняется с негативной и позитивной пластиной и накладным стружколомом. Предусмотрены следующие сечения резцов: 12x12; 18X16; 20 X 12; 20 Х20; 25 Х16; 25 X 25; 32 X 20; 32 X 25; 32 X X 32; 40 X 32 мм
Резцы с механическим креплением МНП с отверстием
Имеется огромное количество конструкций крепления МНП с центральным отверстием. Одна из первых таких конструкций крепления разработана в СССР. Закрепление режущей пластины производится с помощью клинового прижима и винта.
Недостатком конструкции клинового прижима является то, что режущие пластины не имеют постоянной
базы в направлении действия силы резания, что приводит к их перекосам при установке и в процессе обработки. Нередки случаи повреждения прижимом режущих кромок. По данным ряда исследований, срок работы державки—15—20 режущих пластин. Поэтому,
несмотря на то что клиновое крепление получило широкое распространение в стандартных резцах (ГОСТ 21151—75), сейчас ВНИИинструмент ведет работы по
Рис. 53. Крепление МНП сползающим прижимом.Рис. 53. Крепление МНП сползающим прижимом.ностью державки /. Благодаряностью державки /. Благодаряего замене более надежными конструкциями механизмов крепления пластин.
Рис. 53. Крепление МНП сползающим прижимом.
Рис. 53. Крепление МНП сползающим прижимом.
ностью державки /. Благодаря
ностью державки /. Благодаря
В конструкции резца, представленного на рис. 53, режущая пластина 4 прижимается не только к штифту 2, но и к опорной поверхности подкладки 3, тем самым достигаются высокие прочность и надежность зажима. Прижим 7 выполнен в виде клина с отверстием под винт 8. Своими кромками 5 и 6 он контактирует с верхней и боковой поверхностями пластины, а кромкой 9—с наклонной поверх- наклонной поверхности
зазору со при затягивазазору со при затягиваконтакта державки и угловому
зазору со при затягива
зазору со при затягива
нии винта прижим смещается на пластину и давит на нее сверху. Стойкость таких резцов выше в 1,5—2 раза, а производительность — в 1,2 раза по сравнению с резцами с клиновым зажимом. Число поломок сокращается в 2 раза.
Описываемые резцы с трехгранными (с ломаной кромкой) и квадратными пластинами с углом ф соответственно 95 и 45 выпускаются по чертежам ВНИИ- инструмент. Сечение резцов — от 16X16 до 50X40 мм.
В другом варианте резца (рис. 54) крепление режущей пластины 3 осуществляется прижимом 5 с силовым замыканием пластины на опорную и боковые поверхности. Это наиболее совершенная конструкция зажима с точки зрения базирования.
с ним своим высту-с ним своим высту-Л-Л побернутаЛ-Л побернутаПрижим имеет выступ в виде срезанного цилиндра, которым он устанавливается в отверстии пластины. Противоположная опора 7 прижима опирается на конусную плоскость 8 державки /. При затягивании винта прижим давит на пластину сверху, опора, скользя по плоскости, смещает прижим, а вм< пом и пластину, притягивая ее к боковым граням гнезда державки.
с ним своим высту-
с ним своим высту-
Л-Л побернута
Л-Л побернута
Такая конструкция надежна и обеспечивает высокую точность базирования пластины, что позволяет во многих случаях после ее поворота производить обработку без размерной поднастройки.
Рис. 54. Крепление МНП с силовым замыканием на опорную и боковую поверхности.Рис. 54. Крепление МНП с силовым замыканием на опорную и боковую поверхности.Очень широко применяются конструкции резцов, у которых закрепление пластины осуществляется через центральное отверстие. Достоинствами таких резцов являются малые габариты и отсутствие выступающих частей над пластиной.
Рис. 54. Крепление МНП с силовым замыканием на опорную и боковую поверхности.
Рис. 54. Крепление МНП с силовым замыканием на опорную и боковую поверхности.
Резцы с закреплением режущей пластины одним винтом показаны на рис. 55, о. Головка винта 3 и отверстие пластины выполнены конусными, а ось винта смещена на величину е от оси пластины в сторо
ну боковых опорных поверхностей, в гнезде корпуса /. При завинчивании винта режущая пластина прижимается как к опорной, так и к боковым поверхностям. Таким способом закрепляются пластины с задними углами.
Недостатками данной конструкции резцов являются необходимость точного изготовления пластины, увеличенное время на поворот пластины (винт необходимо вывинчивать на значительную длину) и небольшое усилие зажима. Области эффективного использования конструкции крепления — малогабаритные резцы, резцы для легких режимов обработки и всевозможные вставки для специальных инструментов.
В механизме, показанном на рис. 55,6, зажимной стержень 3 имеет резьбовой участок 4, конусный 5 и головку 6.,
При ввинчивании стержня конусный участок 5 отталкивается от конусной поверхности корпуса 1, отклоняется и головкой прижимает пластину 2 к боковым поверхностям. Но так как при ввинчивании стержень перемещается вниз, то пластина возникающими силами трения поджимается и к опорной плоскости.
Вращение стержня производится шестигранным ключом, установленным в соответствующее гнездо в голов-
Рис. 55, Резцы с закреплением МНП с отверстием одним специальным винтом.
ке. Совершенно ясно, что зажимное усилие не может быть большим, так как малы размеры гнезда «под ключ».
Этот недостаток устранен в механизме, показанном на рис. 55, в. Чтобы обеспечить возможность использования ключа большего размера, резьбовой участок 4 фигурного стержня 3 расположен между зажимной головкой 6 и конусным участком 5 с гнездом «под ключ». Причем диаметр конусного участка больше диаметра отверстия в пластине 2.
Отверстие в корпусе / ступенчатое: одна ступень— резьбовая, другая — цилиндрическая. Ось цилиндриче- 114
ской ступени наклонена под углом 10° к оси резьбового участка.
Для более свободного наклона ^стержня резьба в отверстии по окружности наполовину сфрезерована (сектор с ф1). Оставшаяся резьба в секторе с ф обеспечивает ввинчивание и вывинчивание стержня и служит шарнирной опорой, относительно которой осуществляется наклон стержня,
Рис. 56. Механизмы крепления МНП качающимися прижимами и косой тягой.
В процессе зажима палец смещается вниз и отклоняется, прижимая режущую пластину к боковым и опорным поверхностям гнезда.
На рис. 56 показаны механизмы крепления режущих пластин, в конструкции которых использованы качающиеся прижимы и косая тяга. Прижим в конструкции фирмы Coromant (рис. 56, а) выполнен в виде «сапожка» с точкой опоры М. Винт, перемещаясь вниз, поворачивает прижим относительно точки М, который через отверстие замыкает режущую пластину на боковые базовые поверхности.
Преимущество данного механизма — простота в обслуживании, недостатки — сложность конструкции и отсутствие усилия, прижимающего пластину к опорной
плоскости. Механизм непригоден для резцов малых сечений.
Более простым в изготовлении является механизм, разработанный ВНИИинструмент (рис. 55,6). В нем качающийся прижим выполнен в виде круглого пальца, поворот которого относительно точки М осуществляется винтом через шарик, что позволило выполнить механизм компактным.
Как и предыдущий, этот механизм не прижимает пластину к опорной плоскости й поэтому не гарантирует надежного с ней контакта. Разработанные на базе данного механизма резцы выпускаются и успешно применяются в промышленности.
Механизмы, описанные ниже, обеспечивают замыкание режущей пластины на опорную и боковые базовые поверхности.
На рис. 56, в, показан резец, отличающийся простотой изготовления и высокой надежностью закрепления режущей пластины. Здесь качание пальца осуществляется при взаимодействии поверхности его радиусной канавки с поверхностью шарика, помещенного в отфрезерованное гнездо в корпусе. Это происходит при завинчивании гайки и перемещении пальца вниз. Крепление допускает установку режущей пластины без подкладки и с ней.
Широкое применение нашли расточные резцы с механизмом крепления, показанным на рис. 56, г. В качестве зажимного элемента используется косая тяга, установленная в корпусе под углом к опорной плоскости гнезда под пластину. В тяге имеется уступ, в который упирается винт. При ввинчивании винта тяга перемещается вниз и своей зажимной головкой притягивает режущую пластинку к боковым и опорной поверхностям гнезда в корпусе.
В конструкции расточного резца (рис. 57) для зажима использован принцип разворота пластины относительно штифта до упора одной из режущих граней в боковую поверхность корпуса. Режущая трехгранная пластина 4 устанавливается в наклонное гнездо корпуса и базируется на опорной плоскости и поверхности штифта 3, запрессованного в корпусе. Со стороны боковой грани пластины, противоположной режущей грани, под углом к оси штифта в корпусе выполнено резьбовое отверстие и соосное с ним цилиндрическое отверстие большего диаметра, в которые установлен винт 2. При ввинчивании винта 2 его головка своим цилиндрическим попе
яском соприкасается с цилиндрической поверхностью отверстия, а конической поверхностью — с плоскостью боковой грани пластины. При этом последняя поворачивается относительно штифта до упора грани Б в боковую плоскость гнезда в корпусе и надежно зажимает пластину.
Перемещаясь вниз, головка винта прижимает пластину к опорной плоскости, что исключает образование зазора между пластиной и корпусом. Установочная
м
Рис. 57. Расточной резец с механическим креплением трехгранной неперетачиваемой пластины.Рис. 57. Расточной резец с механическим креплением трехгранной неперетачиваемой пластины.
Рис. 57. Расточной резец с механическим креплением трехгранной неперетачиваемой пластины.
Рис. 57. Расточной резец с механическим креплением трехгранной неперетачиваемой пластины.
часть штифта имеет бочкообразную форму, что обеспечивает касание ее с пластиной в верхней части отверстия. Резец несложен в изготовлении и удобен в эксплуатации.
Рекомендации по рациональной эксплуатации резцов
Токарная обработка характеризуется большим разнообразием условий осуществления операций. Одну и ту же операцию можно производить резцами, отличающимися сечением державки, геометрическими параметрами и материалом режущей части, при различном сочетании параметров режима резания (и, t, S), с СОЖ и без нее и т. д. Умело и правильно выбирая все эти условия обработки, можно добиваться высокой производительности труда при достижении требуемого качества деталей и экономичного использования инструмента.
Выбор размеров поперечного сечения резца. Рекомендации по выбору поперечного сечения резца (ширины В и высоты Я) учитывают, с одной стороны, обеспечение достаточной прочности и жесткости
инструмента, с другой — его экономичное использование. Размеры сечений стандартных резцов согласованы с прочностью и размерами напайных или механически закрепляемых режущих пластин (с толщиной пластины и длиной режущей кромки). Они выбираются в зависимости от сечения срезаемого слоя металла txS или аХЬ, в соответствии со следующими рекомендациями для обработки деталей из стали с ов=75 кгс/мм2 резцами с <р = 45°.
Сечение срезаемого слоя t X
X S, мм2 1,52,54,06,09,0
Размеры сечения резцов
В X Н, мм12X1616X20 20X25 25x32 32X40
12X12 16X16 20X20 25X25 32x32
Глубина резания/, мм. Влияние глубины резания на стойкость и скорость резания сравнительно невелико, поэтому при черновой обработке рекомендуется назначать возможно большую ее величину с учетом жесткости резца и детали, мощности станка и других факторов.
При чистовой обработке глубина резания назначается в зависимости от точности и шероховатости обрабатываемой поверхности. Обычно при обработке поверхности по 7—8-му квалитетам точности с параметром шероховатостью Ра =1,6—2,5 мкм глубина резания не превышает 0,5 мм.
Многие инструменты имеют регламентируемую глубину резания. Например, при отрезке она равна ширине отрезного резца, а при нарезании резьбы — шагу резьбы (максимальная глубина). Для таких инструментов высокие точность и шероховатость достигаются путем уменьшения подачи и тонкой доводки режущих поверхностей инструмента.
Подача S, мм/об. Назначение черновой подачи производится после выбора глубины резания так, чтобы сечение срезаемого слоя металла не превышало допустимого значения по условиям прочности державки резца, жесткости детали и мощности станка. На выбор чистовой подачи влияют в основном два фактора: точность и шероховатость обрабатываемой поверхности.
Рекомендуемые значения чистовых подач для проходных и расточных резцов с напайными пластинами из твердого сплава приведены в табл. 16, а черновых подач для резцов с механическим креплением МНП— в табл. 17. Табличные значения черновых подач рассчитаны для резцов, установленных в резцедер- 118
Таблица 16. Чистовые подачи, рекомендуемые для стали и чугуна резцами из твердого сплава
Радиус при вершине г, мм
Параметр шероховатости V?a,
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
2,4
мкм
Подача S, мм/об
0,63
0,07
ОДО
0,12
0,14
0,15
0,17
1,25
0,10
0,13
0,16
0,19
0,21
0,23
2,5
0,14
0,20
0,24
0,29
0,32
0,35
3,2
0,25
0,33
0,42
0,49
0,55
0,70
6,3
0,35
0,51
0,63
0,72
0,80
0,87
12,5
0,47
0,66
0,81
0,94
1,94
1,14
Таблица 17. Черновые подачи, рекомендуемые для обработки стали и чугуна резцами с МНП
Глубина резания t, мм
Толщина пластины, мм
3,18
4,76
Радиус при вершине г, мм
0,4
0,8
0,4
0,8
1,2
1-2
0,20-0,30
*—
0,20-0,30
И*
2-3
0,25-0,35
0,35-0,45
—
3-4
0,40-0,65С
4-5
5-6
—
—
0,40-0,50
0,35-0,45
0,45-0,55
0,40-0,50
жателе с вылетом, равным 1,5Я (Я— высота державки резца). При других значениях вылетов подачу корректируют, умножая на коэффициент Ks, который имеет следующие значения:
Вылет резца, мм\Н\§Н 2Н 1,5 Н ЗН АН
Коэффициент Ks 1,731,0 0,69 0,52 0,40 0,28
В табл. 18 даны значения подач при чистовой обработке деталей из углеродистой стали и чугуна в зависимости от шероховатости обрабатываемой поверхности.
Для прорезных и отрезных резцов подачи меньше, чем для проходных, и назначаются в зависимости от диаметра отрезаемой заготовки и ширины прорезного
Таблица 18. Значения подачи в зависимости от шероховатости обрабатываемой поверхности
Параметр шероховатости Ra, мкм
Обрабатываемый материал
Диапазон скоростей резания, м/мин
Радиус при вершине г, мм
0,5
1,0
2,0
Подача S, мм/об
5,0—10,0
Сталь углеродистая и легированная
<50
>50
0,30-0,50
0,40-0,55
0,45-0,60
0,55-0,65
0,55-0,70
0,65-0,70
Чугун, бронза и алюминиевые сплавы
Весь диапазон
0,25—0,40
jo,40-0,50
0,50-0,60
2,5-5,0
Сталь углеродистая и легированная
<50
>50
0,18—0,25
0,25-0,30
0,25—0,30
0,30-0,35
0,30-0,40
0,35-0,50
Чугун, бронза и алюминиевые сплавы
Весь диапазон
0,15-0,25
0,25-0,40
0,40-0,50
1,25-2,5
Сталь углеродистая и легированная
<50 50-100 >100
0,10 0,11-0,16 0,16-0,20
0,11-0,15
0,16-0,25
0.20-0,25
0,15-0,22
0,25-0,35
0,25-0,35
Чугун, бронза и алюминиевые сплавы
Весь диапазон
0,10-0,15
0,15-0,20
0,20-0,35
или отрезного резца. Рекомендуемые значения подач при обработке стальных заготовок:
Диаметр обработки, мм. .204060100
Ширина резца, мм . , . ,33—44—55—6
Подача 5, мм/об 0,06-0,08 0,10-0,12 0,13—0,16 0,16-0,18
Обработку фасонных поверхностей рекомендуется вести на подачах от 0,02 до 0,09 мм/об при ширине режущей части 8—40 мм. Меньшие значения подач следует принимать при большей ширине режущей части резца и меньшем диаметре обработки.
Скорость резания у, м/мин. В нормативах и рекомендациях скорости резания обычно приводятся для материалов с определенными прочностными свойствами и обрабатываемостью, а также для конкретных условий обработки.
При изменении заданных условий обработки табличная скорость резания «табл корректируется путем умножения ее на соответствующие коэффициенты, учитывающие изменение того или иного условия.
Таким образом, расчетная скорость резания у определяется по формуле:
Ч)Та6ЯКиКиКпК^Кт»-
Коэффициент Км учитывает влияние химического состава и предела прочности обрабатываемого материала. Для углеродистой конструкционной стали с ов = = 75 кгс/мм2 и для серого чугуна с НВ 190 Км=1.
Коэффициент Ки учитывает влияние марки инструментального материала на скорость резания. Для быстрорежущих сталей и твердых сплавов марок Т15К6 и ВК.6 Ки=1; для сплавов марок Т5КЮ — Ки=0,73; Т14К8 —Ки=0,85; ВК8 —Ки=0,83; ВКЗ —К„=1,15; ТТ7К12 — Ки=0,37.
Коэффициент Кп учитывает состояние исходной поверхности обработки. Кп=1 при обработке заготовки без корки; Кп=0,8—0,85 — с литейной коркой и Кп=‘ =0,5—0,6—с сильно загрязненной литейной коркой.
Коэффициент К^ учитывает главный угол в плане ф резца. Его значения следующие:
?° 3045607590
Kv1ДЗ1,00,90,810,81
Коэффициент Кто учитывает влияние стойкости инструмента на его скорость резания. Для резцов с напай- ными быстрорежущими и твердосплавными пластинами значения Кт» следующие:
Стойкость Г, мин 30 4560 90 130 200 300
Коэффициент Кт^
быстрорежущая сталь . . . 1,1 1,05 1,0 0,9 0,8 0,75 0,70 твердый сплав ....... 1,15 1,05 1,0 0,9 0,85 0,80 —
В табл. 19 и 20 приведены нормативные значения скоростей резания при точении и растачивании деталей из стали и чугуна твердосплавными резцами.
Резцы с механическим креплением МНП допускают работу на более высоких скоростях резания, чем резцы с напайными твердосплавными пластинами (табл. 21). Нормативная стойкость для этих резцов равна 30— 40 мин.
Выбор С О Ж. Смазочно-охлаждающие жидкости целесообразно применять для резцов как из быстроре-
Таблица 19. Значение нормативной скорости резания при точении и растачивании конструкционных углеродистых, хромистых и хромоникелевых сталей (ов = 75 кгс/мм) резцами, оснащенными твердым сплавом марки Т15К6
Глубина резания /, мм
Подача 5, мм/об
0,14
0,25
0,38
0,54
0,75
0,97
1,27
1,65
1,4
212
188
167
148
132
117
104
93
3,0
188
167
148
132
117
104
93
82
7,0
167
148 -
132
117
104
93
82
73
15,0
148
132
117
104
93
82
73
68
Примечание. При поперечном точении скорость резания следует увеличивать в 1,2 раза, при расточке — уменьшать в 1,1 раза.
Таблица 20. Значения нормативной скорости резания при точении и растачивании серого чугуна (НВ 170—225) резцами, оснащенными твердым сплавом марки ВК6
Глубина рмаина Л мм
Подача
5, мм/об
0,14
0,23
0,43
0,50
0,75
1,0
1,3
1,8
0.Я0
154
137
122
108
96
86
76
68
1.80
137
122
108
96
86
76
68
60
4,00
122
108
96
86
76
68
60
53
9,00
108
96
86
76
68
60
53
47
20,00
96
86
76
68
60
53
47
42
Примечание. При поперечном точении скорость резания следует увеличивать в 1,2 раза, при расточке — уменьшать в 1,1 раза.
жущей стали, так и оснащенных твердым сплавом. При точении и растачивании деталей из конструкционной углеродистой и легированной стали резцами из быстрорежущей стали скорость резания выше в 1,25 раза, чем при точении без охлаждения, а при обработке твердосплавными резцами — в 1,4 раза выше.
Особенно эффективно применение новых СОЖ, таких, как Укринол-1, МР-1 и МР-4. Так, при обработке углеродистой стали применение жидкости Укринол-1 (3%) вместо ЭТ-2 (5%) повышает стойкость инструмента в 1,5 раза, при обработке легированных сталей — 122
Таблица 21. Значения нормативной скорости резания при обработке деталей из углеродистой стали с ав = 75 кгс/мм! резцами с механическим креплением МНП из твердого сплава Т15К6
Глубина резания /, мм
Подача S, мм/об
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5-0,6
До 1
290-270
265-245
230-245
230-210
210-185
1-3
280-260
255-235
235-220
220—200
200-175
3-4
255-234
234-215
215-205
200-175
4-5
242-225
230-210
210-170
200-175
5-6
238-220
225-210
210—200
200-170
6-7
220-205
205—195
180-165
7-8
Mb
—
140-130
139-110
Примеч-ания. 1. Значения скоростей даны для обработки с равномерным припуском. 2. При работе с неравномерным припуском или с ударом скорость резания уменьшать в 1,5 раза. 3. Расчетная стойкость 30—40 мин. 4. Скорость резания при обработке с глубиной 7—8 мм дана для твердого сплава Т5К10.
в 2 раза, нержавеющих и жаропрочных сталей — в 2,5 раза, а титановых сплавов—в 1,4 раза [25].
Масляные СОЖ МР-1 и МР-4 повышают стойкость по сравнению с сульфофрезолом при обработке нержавеющих и жаропрочных сталей в 2—3 раза.
При использовании СОЖ для твердосплавных инструментов подача жидкости должна быть непрерывной, а ее расход должен составлять 10—15 л/мин.
Заточка резцов. От качества заточки резцов во многом зависит- их работоспособность. Это понятие предполагает строгое соблюдение заданных геометрических параметров инструмента, достижение требуемой шероховатости режущих поверхностей и отсутствие при- жогов и сколов на режущих кромках.
Для выполнения всех этих требований необходимо правильно выбрать характеристику абразивного круга и режим заточки. Заточку быстрорежущих резцов рекомендуется производить кругами, характеристика которых следующая:
Вид заточки
Черновая
Чистовая
Доводка
Марка абразивного материала
Э9
Э9
КЗ
Связка . * , , »
Керамическая
Бакелитовая
Зернистость ., .
40—25
25-16
8—3
Твердость
С1-СМ1
СМ2-СМ1
СМ2-СМ1
Скорость круга, м/с
20-25
20-25
23-25
Продольная подача, м/мин . .
3-5
1-3
1—2
Глубина резания, мм/дв. ход .
0,05-0,10
0,02-0,04
0,01-ода
Заточку твердосплавных резцов следует производить раздельно по стальному корпусу и по пластине. Стальной корпус затачивают кругами из электрокорунда твердостью С1—СМ1 и зернистостью 40—25. Заточку твердосплавной пластины производят кругами из карбида кремния зеленого на керамической или бакелитовой связке. Твердость круга выбирается в зависимости от марки твердого сплава. Сплавы марок ВК6, ВК8 и Т5К10 затачивают кругами твердостью С1—СМ2, ВК2, Т14К8 и Т15К6 —СМ2—СМ1, Т30К4—СМ1—СМ3. Скорости круга меньше, чем при заточке быстрорежущих резцов, и составляют соответственно 18—26, 15—22 и 10—15 м/с.
Применение алмазной заточки и доводки твердосплавного инструмента позволяет повысить качество и работоспособность инструмента. Ниже приведены характеристики алмазных кругов для заточки и доводки резцов:
Характеристика алмаз- Чистовая заточкаДоводка
ного круга для обработки поверхностей:
переднейАСР 100/80 М 100% АСР 50/40 Б 50% заднихАСР100/80 М 100% АСР 63/50 Б 50%
лунки АСР80/63 М 100%—
Заточку рекомендуется производить на следующих режимах: Вид заточки ЧистоваяДоводка
Скорость круга, м/с 18—2020—25
Продольная подача, м/мин . . . 1,0—1,50,5
Поперечная подача, мм/дв. ход. 0,01—0,0150,005
Резцы с механическим креплением минерапокерамических пластин
Применение минералокерамики для токарной обработки металлов с каждым годом расширяется. Накопленный в этой области опыт показывает, что замена твердосплавных резцов на резцы, оснащенные минералокерамикой, повышает в 1,3—2,5 и более раз производительность труда на многих операциях при одновременном увеличении стойкости в 1,5—3 раза.
Особенно эффективно использование таких резцов при обработке отбеленных, высокопрочных и высоколегированных чугунов и закаленной стали, где стойкость и производительность твердосплавных резцов весьма низки.
В связи с такими свойствами минералокерамики, как высокая хрупкость и низкая сопротивляемость ударным нагрузкам, к конструкции резцов и условиям их эксплуатации предъявляются особые требования.
Державки для минералокерамических пластин должны изготавливаться из высококачественной легированной стали и термообрабатываться. Опорная поверхность гнезд под пластины должна обеспечивать беззазорное прилегание пластин, а боковые базовые поверхности — исключать возможность малейшего смещения пластины в процессе обработки. Базовые поверхности рекомендуется изготавливать шлифованными даже в случае применения сменных твердосплавных или стальных подкладок. Для закрепления режущих пластин применяются такие же механизмы, как и для закрепления твердосплавных пластин (см. рис. 49).
Централизованно выпускаются проходные и расточные резцы с механическим креплением трех- и четырехгранных МНП из минералокерамики В0К60, ВЗ, ВО 13 и ВШ75, а также из кортинита. Основные размеры выпускаемых резцов HxBxL следующие, мм: 20 X 20 X X 125; 25 X 20 X 150; 32 X 25 X 170; 32 X 32 X 170-
Многие предприятия применяют резцы с механическим креплением минералокерамических пластин конструкции новаторов производства. На рис. 58 показана гамма таких резцов. Державка / выполнена из термообработанной качественной конструкционной стали. Особенность резцов состоит в том, что опорная поверхность Б под пластину выполнена в виде плоскости, легко обрабатываемой шлифованием. Боковые же базовые поверхности В и Г образованы в каленой планке 4, прикрепленной к державке винтами 6. Поверхности В и Г также шлифуют. Закрепление режущей пластины 2 производится двуплечим прижимом 3 с помощью гайки 5. После износа под действием сходящей стружки одного плеча прижим поворачивают другим плечом. Двуплечий прижим обеспечивает надежное крепление пластины, он является унифицированной деталью для закрепления пластин различной формы.
Промышленность выпускает минералокерамические пластины без задних углов и с плоской передней поверхностью. Задний угол о=7—8° обеспечивается соответствующей установкой пластины в державке. При этом передний угол получается отрицательным и равным заднему углу. С целью упрочнения режущей кром-
ки затачивают фаску шириной 0,2—0,4 мм с отрицательным передним углом у = 25—30°.
При использовании минералокерамики для обработки незакаленных сталей рекомендуется не затачивать упрочняющей фаски [10].
Установлено, что резцы без упрочняющей фаски имеют стойкость в 1,5—2 раза выше, чем с упрочняющей фаской.
Рис, 58. Резцы с механическим креплением МНП из минералокерамики.
Наибольшая эффективность минералокерамических резцов достигается при обработке в определенных пределах режимов резания (табл. 22).
Нижний предел подачи в зависимости от материала детали колеблется от 0,05 до 0,2 мм/об, что обусловлено недостаточной остротой режущей кромки. Однако применение сравнительно больших подач для чистовой обработки не препятствует получению высокой степени" шероховатости поверхности и точности обработки.
Глубину резания нецелесообразно устанавливать выше 2 мм при обработке отбеленного чугуна и закаленной стали, хотя предельные значения глубины — 3— 126
Таблица 22. Рекомендации по выбору марки минералокерамики и режимов резания для различных условий обработки
Вид обработки
Обрабатываемый материал
Марка керамики
Режимы резания
<7, М/МИИ
/, мм
S, мм/об
Получи- стовое
Закаленные стали, HRC > 45
Серый чугун
Отбеленный чугун, НВ 400— 700
Закаленная сталь, HRC > 45
ВЗ, В0К60
70-150
0,5-1,0
0,08-0,3
точение
ВЗ, В0К60
150-300
0,5-5,0
0,1-0,5
В36, В0К60
30-70
0,5-3,0
0,08-0,3
Чистовое точение
ВЗ, В0К60
100—200
0,1-0,3
0,05-0,2
Серый чугун, НВ 240
Отбеленный чугун, НВ 400— 700
ВЗ, В0К6О
200-400
ОД—1,0
0,05—0,3
ВЗ, В0К60
70—150
0,1—0,5
0,08-0,15
Чистовое и полу-
Стали нетермо- обработаиные
В013
150-500
0,5-2,0
0,2-0,5
чистовое точение
Ковкие и серые чугуны НВ < <200
В013
150-500
0,5-2,0
0,2-0,5
5 мм. Обработку незакаленной стали и серого чугуна рекомендуется производить с глубиной до 2 мм.
В связи с высокими скоростями резания при эксплуатации резцов, оснащенных режущей керамикой, весьма важное значение приобретает надежное стружколомание и отвод стружки. Достигается это применением накладных стружколомов, которые должны быть регулируемыми. Регулируется как расстояние от режущей кромки до стружколома, так и угол расположения стружко- лома по отношению к режу£цей кромке.
Расположение стружколома под углом 30° к режущей кромке предотвращает выкрашивание сходящей стружкой режущей кромки, не участвующей непосредственно в работе.
Резцы, оснащенные композитом
Особенности конструкции резцов
Выпускаемые инструментальными заводами страны резцы, оснащенные композитом, можно разделить на три разновидности: 1) резцы и вставки с неразъемным соединением режущих поликристаллов; 2) сборные рез-
цы с механическим креплением вставок с неразъемным соединением поликристаллов; 3) резцы с механическим креплением круглых и многогранных пластин из композита.
Резцы и вставки с неразъемным с оеди* нением поликристаллов. В этих резцах поликристаллы из композита крепятся одним из трех методов: горячей завальцовкой, вакуумной пайкой или методом порошковой металлургии. Выпускаются расточ-
Рис. 59. Резец с механическим креплением вставок, оснащенных композитом
ные резцы с цилиндрическим хвостовиком для координатно-расточных станко», державочные резцы и вставки к токарным сборным резцам.
Сборные резцы с механическим креплением вставок. Типовая конструкция этих резцов показана на рис. 59. В стальном корпусе 4 выполнено цилиндрическое гнездо, в которое устанавливаются сменные вставки /, оснащенные композитом. Закрепляются вставки обычным прижимом 2 с помощью винта 3. Расположение вставок в корпусе зависит от вида резца. В проходных и резьбовых резцах вставки расположены параллельно по оси корпуса (рис. 60, а, биг), в подрезном и расточном — под углом к оси корпуса (рис. 60,е и д), а в расточном резьбовом (рис. 60,е) — под прямым углом. На рис. 60, ж показан расточной резец с креплением вставки торцовым винтом. Основные размеры резцов приведены в табл. 23.
Резцы с механическим креплением круглых и многогранных пластин из композита. Применяется несколько конструктивных испол-
Рис. 60. Формы рабочей части резцов с механическим креплением вставок, оснащенных композитом.Рис. 60. Формы рабочей части резцов с механическим креплением вставок, оснащенных композитом.
Рис. 60. Формы рабочей части резцов с механическим креплением вставок, оснащенных композитом.
Рис. 60. Формы рабочей части резцов с механическим креплением вставок, оснащенных композитом.
Таблица 23. Основные размеры сборных резцов с механическим креплением вставок, оснащенных композитом
Вид резца
Основные размеры, мм
И
В
L
Прямые проходные, подрезные и расточные
16
16
125
(см, рис. 60, а, б, », д)
20
16
125
25
20
140
32
25
170
Резьбовые (см. рис. 60, г, е)
16
20
16
125
Расточные (см. рис. 60, ж)
16
16
125
нений резцов. На рис. 61 в качестве примера показана схема резца с механическим креплением круглой пластины. Опорой для режущей пластины служит плоскость
1291295 А, П Драгун
129
129
6 в корпусе 1, выполненная открытой, что позволяет шлифовать ее после термической обработки. Режущая пластина 2 устанавливается на опорную плоскость и фиксируется по цилиндру в ложементе 7, выполненном с тем же радиусом, что и цилиндрическая поверхность пластины. Закрепляется пластина накладным прижимом 3 с помощью винта 4. Пружина 5 поднимает прижим при отвинчивании винта.
Освоен также выпуск резцов с механическим креплением квадратных, ромбических и трехгранных пластин
Рис. 61. Схема резца с механическим креплением круглой пластины нз композита.
из композита 01, 05 и 10Д. Размеры резцов ^НхВхЦ, мм: 20 X 20 X 125; 25 X 25 X 150; 32 X 25 X 170 и 32 X X 32 X 170.
Геометрические параметры режущей части резцов
Геометрические параметры резцов и вставок с неразъемным креплением композита можно изменять в широких пределах путем заточки и соответствующей установки относительно обрабатываемой поверхности (рис. 62). Установка обеспечивает два угла: главный и вспомогательный углы в плане ф и фь Значения этих углов определяются по следующим формулам:
? = ?в + ю и ?1 = ?1в — ю»
где фв и ф1в ~ главный и вспомогательный углы в плане вставки;
о — угол установки вставки относительно обрабатываемой поверхности.
Геометрические параметры режущей части вставок, рекомендуемые ВНИИинструмент, приведёны в табл. 24. 130
Рис. 62, Геометрические параметры резцов, оснащен* них композитом.
Таблица 24. Рекомендуемые геометрические параметры резцов из композита
Обрабатываемый материал
1°
О
а0 =8 а#
Vе
0
г, мм
Стали конструкционные легированные, подшипниковые, инструментальные закаленные, HRC 40-70
(-10Н-15)
10-20
30—45
10-20
ОД—0,6
Чугуну серые и ковкие НВ 160-270
(-3)-(-5)
8-12
45-60
до 15
0,3-1,0
Чугуны высокопрочные отбеленные НВ 300-600
(—5)-(—10)
8-12
30-60
до 15
0,3—1$0
Твердыесплавы
группы ВК с твердостью HRA 88—90
(—10)—(—15)
6—8 1
30—45
6-10
0,6—03
Геометрия резцов с механическим креплением круглых и многогранных плаетин обеспечивается всецело за счет установки пластин в корпусе. Положительный задний угол образуется при установке пластины с наклоном, а передний угол получается равным по величине заднему углу, но отрицательным по значению. В выпускаемых резцах приняты следующие абсолютные значения переднего и заднего углов:
для проходных резцов — а = (— 7) = 8—12°,для расточных резцов — а = (— 7) = 12—15°.
Переточка пластин возможна и должна производиться сошлифовкой передней и опорной плоскостей.
Большие значения отрицательных передних углов у (от —5 до —15°) и задних углов а и ai (от 10 до 20°) при относительно малых углах в плане ф (30—45°) рекомендуются для обработки закаленных сталей твердостью HRC 50—70 и высокопрочных отбеленных чугунов. Серые чугуны обрабатываются резцами с меньшими углами у (от —3 до —5°) и а (от 8 до 12°).
С целью упрочнения режущей кромки при обработке твердых сплавов задние углы уменьшают до 6—8° и несколько увеличивают радиус при вершине г.
Режимы резания и особенности эксплуатации резцое из композита
Выбор режима резания резцами из композита состоит в определении Наиболее выгодного сочетания скорости резания, глубины и подачи в пределах возможностей инструментального материала. Так, глубина резания для поликристаллов из композитов 01 и 02 не превышает 1,5 мм, из композита 10 — 2 мм, а композита 05 — 3 мм.
Тонкое точение закаленных сталей рекомендуется производить при малых сечениях среза £=0,05—0,2 мм и 5 = 0,02—0,08 мм/об, но с достаточно высокими скоростями резания и=80—180 м/мин. При получистовом точении глубина и подача увеличиваются до следующих значений: £=0,6—1,2 мм; 5 = 0,08—0,2 мм/об, а скорость резания о соответственно уменьшается до 40— 80 м/мин. В связи с низкой прочностью обработку лучше производить с большей глубиной резания, нос меньшей подачей.
При тонком и чистовом точении деталей из серых чугунов допуекаются высокие скорости резания (300— 900 м/мин и более). Для получистовой обработки целе- 132
сообразно использовать' инструмент из композита 05, допускающего возможность работы с глубиной резания 1—3 мм.
Отбеленные и ковкие чугуны рекомендуется обрабатывать со скоростью 100—200 м/мин.
Резцы, оснащенные композитом 01, могут быть успешно использованы также при обраоотке незакаленных сталей, но на определенных режимах резания. Сравнительные испытания резцов, оснащенных композитом и твердым сплавом Т30К4, при обработке деталей из стали 45 показали следующее [4}. При скоростях резания 140 м/мин (S = 0,04 мм/об; / = 0,2) и 130 м/мин (S=0,16 мм/об; <=0,2) стойкость обоих резцов одинакова. С увеличением скорости стойкость резца, оснащенного композитом, ниже, чем резца, оснащенного твердым сплавом Т30К4, а при скоростях ниже указанных — наоборот, значительно выше. Таким образом, выигрыш в стойкости от применения резцов из композита 01 достигается при обработке в области нцзких скоростей резания. Однако экономический эффект в этом случае значительно больше и достигается за счет уменьшения шероховатости поверхности на 1—2 класса.
Высокие режущие эксплуатационные свойства резцов из композита (малые силы резания и высокая износостойкость) позволяют при точении получать шероховатость поверхности с Ra=0,16—1,25 мм и точность обработки 6—7-го квалитетов.
Шероховатость зависит от жесткости и виброустойчивости системы СПИД, твердости обрабатываемого материала, режимов резания и других условий обработки. С увеличением точности и жесткости станка на один класс высота микронеровностей, получаемая после обработки резцами из композита, уменьшается в 3—4 раза. Примерно вдвое уменьшается шероховатость при увеличении твердости обрабатываемого материала свыше HRC 35—40 на каждые 10—15 единиц.
Подача существенно влияет на шероховатость. При S=0?01—0,04 мм/об можно получить шероховатость с Ra = 0,32—0,16 мкм, при величине радиуса при вершине г=0,1—1,0 мм. Увеличение подачи до 0,08 мм/об увеличивает Ra до 1,25 мкм. Глубина и скорость резания влияют на шероховатость незначительно.
Особенностью обработки резцами из композита является отсутствие каких-либо структурных Изменений в поверхностном слое. Более того, после точения в поверхностном слое глубиной до 70 мкм создаются сжи-
мающие напряжения, что повышает эксплуатационные свойства деталей из Закаленных сталей.
Применение СОЖ при точении и растачивании не является обязательным, но оно положительно влияет на качество обработанной поверхности и повышает размерную точность. В качестве СОЖ можно использовать как водные раствора эмульсола, так и масляные жидкости.
Наибольший эффект резцы из композита обеспечивают при обработке деталей на токарных станках повышенной (П), высокой (В) и особо высокой (А) точности, обладающих высокой жесткостью и имеющих максимальную частоту вращения шпинделя 2000— 3000 об/мин и более.
На токарных станках нормального класса точности (Н) можно также выполнять обработку резцами из композита, при условии, что жесткость технологической системы составляет не менее 2000 кг/мм.
Заточка резцов из композита
Заточку резцов рекомендуется производить алмазными кругами на органической связке АСО 80/63— 125/100 Б1 100% с охлаждением, а доводку — кругами АСМ 28/20—14/10 Б1 100% (передней поверхности) и АСМ 3/2 Б1 100% (задних поверхностей) без охлаждения, Режимы заточки и доводки таковы:
Заточка ■а°®°д‘
Скорость круга, v м/с ...... .2525
Продольная подача Snp> м/мин*. . ,10,5
Глубина резания t, мм/дв. ход . • . 0,01—0,02 0,005
Предварительную заточку по стальной державке производят кругами Э9А25СМ2К при ц = 25 м/с, 5Пр= = 3 м/мин, /=0,04 мм/дв. ход.
Оборудование для заточки — универсально-заточные станки модели ЗБ642, ЗВ642 или ЗА64М.
ФРЕЗЫФРЕЗЫГЛАВАГЛАВА
ФРЕЗЫ
ФРЕЗЫ
ГЛАВА
ГЛАВА
IV
Фреза — это многолезвийный инструмент, предназначенный для обработки плоскостей, уступов, различных пазов, фасонных поверхностей, а также нарезания зубьев, обработки резьбы.
Применение фрезерования вместо строгания во многих случаях значительно повышает производительность и точность обработки. В последние годы в связи с появлением минералокерамики и сверхтвердых материалов стало возможным производить фрезерованием чистовую и финишную обработку деталей, в том числе закаленных до высокой твердости (HRC 60), и тем самым заменять шлифование.
В соответствии с принятой классификацией и структурой типажа [26] различают следующие разновидности фрез в зависимости от назначения и характера процесса резания: цилиндрические, торцовые, концевые, шпоночные, дисковые для пазов и уступов, шлицевые и отрезные, фрезы для пазов под сегментные шпонки и Т-образных пазов, фасонные и угловые. В каждой из указанных разновидностей имеются фрезы цельные из быстрорежущей стали и оснащенные твердым сплавом, сборные и т. д.
Общие сведения о процессе фрезерования
Одной из особенностей процесса фрезерования является прерывистый характер резания. Каждый зуб участвует в резании лишь на определенной части оборота фрезы, а остальную часть проходит вхолостую, что обеспечивает дробление стружки и способствует охлаж-
дению режущего лезвия. Другая особенность состоит в том, что толщина слоя, срезаемого каждым зубом фрезы, переменна и изменяется от некоторого минимального до максимального значения.
На рис. 63 показан характер изменения толщины срезаемого слоя металла при встречном и попутном фрезеровании. Теоретически резание начинается с нулевой толщины срезаемого слоя, который по мере вращения фрезы увеличивается до максимального значения Стах, а затем опять падает до нуля. При встречном фрезеровании (рис. 63, я) увеличение толщины срезаемого слоя происходит постепенно и режущая кромка, имею-
Рис. 63. Характер изменения толщины срезаемого слоя металла при встречном и попутном фрезеровании.
щая радиус округления q равным, например, 0,03 мм, на некотором угле поворота не режет, а скользит без снятия стружки. При этом создаются значительные деформации сжатия в контактном слое металла, приводящие к его наклепу, повышенному истиранию режущего лезвия и возникновению значительной радиальной силы резания, часто являющимся причинами вибраций и плохого качества обработанной поверхности.
При попутном фрезеровании (рис. 63,6) врезание также начинается с нулевой толщины, но она возрастает быстро, что способствует более стабильной работе фрезы, а шероховатость улучшается как минимум на один класс. Особенно эффективно попутное фрезерование при обработке вязких материалов, склонных к наклепу и налипанию. Недостатком попутного фрезерования является возможность подрывания детали (стола) из-за имеющегося зазора в механизме подачи стола. Для подачи стола в фрезерных станках используются беззазорные шарико-винтовые пары, а также' гидравлические приводы, которые исключают указанный недостаток.
Поверхности, которые при торцовом фрезеровании формируются переходной и вспомогательной режущими кромками, т. е. поверхности, перпендикулярные оси вращения фрезы, могут быть обработаны с меньшей шероховатостью. Здесь наибольшее влияние на шероховатость оказывают подача на оборот фрезы и вспомогательный угол в плане фь Почему подача на оборот, а не подача на зуб? Деле в том, что высота неровностей Rx
Рис. 64. Обозначение ширины фрезерования, глубины резания и глубины срезаемого слоя при различных случаях обработки.
при чистовой обработке обычно меньше, чем величина допустимого торцового и радиального биения зубьев, следовательно в образовании шероховатости участвуют не все, а часть наиболее выступающих зубьев фрезы.
При фрезеровании глубина резания определяется не так, как при точении, сверлении и других видах обработки. Здесь глубина резания t — это величина слоя металла, срезаемого зубом фрезы на длине дуги резания / (см. рис. 63), измеренная в направлении, перпендикулярном к оси вращения фрезы. Кроме глубины резания для процесса фрезерования введены два дополнительных технологических параметра — ширина фрезерования В и глубина срезаемого слоя /0. Под шириной фрезе-
рования следует понимать ширину обрабатываемой поверхности в направлении, параллельном оси вращения фрезы, а под глубиной срезаемого слоя—слой металла, снимаемый за один проход в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности.
На рис. 64 приведены обозначения ширины фрезерования, глубины резания и глубины срезаемого слоя для различных случаев обработки, из которых следует, что в одном случае глубина срезаемого слоя совпадает с глубиной резания (/— /0), в других — с шириной фрезерования (В = /о).
Влияние подачи на зуб Sz и глубины резания t на толщину а и ширину b срезаемого слоя определяется следующими зависимостями.
Для цилиндрических, дисковых и концевых фрез с прямыми зубьями В=Ь, а с винтовыми зубьями 6шах= =В/sin со, где ф — угол наклона винтовых зубьев. Максимальная толщина срезаемого слоя длй этих фрез определяется по формуле:
йтах " Sg sin. ф,
где ф— максимальный угол контакта зуба фрезы с заготовкой.
Для торцовых фрез с.углом в плане ф=90° В = = В/сО8Х И amax=Oi, а С ф<90° 6 = В/8ШфС08Х и &max “ Sz Sin ф.
Влияние размерных и геометрических параметров фрез
на производительность обработки
Рациональное использование фрез в значительной мере зависит от правильного выбора их размерных и геометрических параметров 'для конкретных условий обработки.
Д и а м е т-р ф р е з ы D. Его влияние на производительность обработки носит весьма сложный характер. С увеличением диаметра фрезы повышается расчетная скорость резания при постоянной стойкости. Это объясняется в основном двумя факторами — уменьшением средней толщины срезаемого слоя аср и лучшим охлаждением зубьев, так как удлиняется время нахождения их вне зоны резания. Степень влияния диаметра на скорость можно выразить формулой:
/ DeMe
( ^)
где Dx и D2— сравниваемые диаметры фрез;
«1 и о2— расчетные скорости резания, соответствующие Dx и D2;
qT— показатель степени, характеризующий влияние диаметра фрезы на скорость резания при одинаковой стойкости.
Согласно нормативам режимов резания [18] q имеет следующие значения для обработки стали пв = = 75 кгс/мм2
Материал режущей’части ......Р18Т15К6
Показатель степени q^ для фрез: борцовых 0,250,2
дисковых . . 0,250,2
цилиндрических 0,450,17
концевых 0,450,44
Как видно из приведенных данных, для концевых фрез влияние диаметра на скорость резания наибольшее. Так, если при увеличении диаметра торцовых фрез в 2 раза скорость увеличивается примерно в 1,13—1,18 раза, то при таком же увеличении диаметра концевых фрез она возрастает в 1,4 раза.
Обозначив в формуле ф^фхУ» через Кт и подсчитав его значение для различных отношений D^Dx и qT, получим данные, приведенные в табл. 25, которыми можно пользоваться при выборе диаметра фрезы.
Таблица 25. Значения коэффициентов Кщ при фрезеровании в зависимости от отношения DiID2 и у,,
D^
0,2
0,25
0,45
1,25
1,04
1,06
1,10
1,50
1,08
1,11
1,20
2,00
1,15
1,19
1,36
2,50
1,20
156
1,51
3,00
1,25
UI
1,64
Казалось бы, с целью повышения производительности обработки нужно выбирать фрезы большего диаметра, однако этому препятствует прямо пропорциональная зависимость скорости и частоты вращения фрезы. С увеличением скорости резания во столько же раз увеличивается частота вращения фрезы п, об/мин.
и следовательно — минутная подача SM, определяющая производительность обработки. Если бы при этом в такое же число раз увеличивалось число зубьев фрезы, то при одинаковой подаче на 1 зуб минутная подача не зависела бы от диаметра, а производительность в результате увеличения диаметра фрезы возрастала бы за счет повышения скорости резания.
Согласно действующим стандартам не у всех фрез соотношение чисел-зубьев и диаметров пропорционально. Как правило, первое соотношение меньше второго. Чтобы установить, при каком диаметре (в определенном допустимом диапазоне) производительность фрезы выше, необходимо подсчитать минутную подачу для сравниваемых фрез по формуле:
С _ С » ЮООи
При подсчете скорость резания для фрезы большего диаметра необходимо увеличивать на коэффициент К» (см. табл. 25).
Рис..65. ФормыРис..65. Формыспинки зуба цельных быстрорежущих фрез.спинки зуба цельных быстрорежущих фрез.
Рис..65. Формы
Рис..65. Формы
спинки зуба цельных быстрорежущих фрез.
спинки зуба цельных быстрорежущих фрез.
При выборе фрезы следует учитывать также, что увеличение ее диаметра влечет за собой некоторое удлинение пути врезания и перебега, что снижает производительность.
Возможности увеличения диаметра фрезы часто ограничиваются мощностью и жесткостью станка и размерами инструментального отверстия в шпинделе станка.
Форма зубьев фрез. Фрезы общего назначения выполняются с остро заточенной задней поверхностью. Спинка зуба может быть одноугловой, двухугловой -и криволинейной (рис. 65). Одноугловая форма наиболее проста и технологична и применяется на торцовых зубьях цельных фрез, на зубьях фрез малых размеров и 140
фасонных фрез. Двухугловая форма обеспечивает большую прочность зуба. С такой формой изготавливают дисковые фрезы, а также фрезы, оснащенные твердым сплавом. Криволинейная форма применяется на концевых фрезах, гдеч)чень важно обеспечить высокую прочность зуба при достаточно большом объеме стружечных канавок.
Высота зубьев h и радиус впадин г — важные размерные параметры фрез, влияющие на прочность зуба, количество допустимых переточек и на размещение стружки во впадине. Для нормального размещения стружки при обработке конструкционных сталей должно соблюдаться следующее условие:
r>VsJ
Стандартные фрезы выполняются с нормальным (мелким) и крупным зубом. Параметры А и г этих фрез соответствуют назначению и рекомендуемым режимам резания. Фрезы с нормальным зубом имеют меньшие значения h и г, чем фрезы с крупным зубом, и поэтому обычно предназначены для работы на более легких режимах резанйя. Благодаря большему числу зубьев производительность их выше. Фрезы с крупным зубом применяются при обработке глубоких пазов, уступов и плоскостей в деталях из цветных металлов и алюминиевых сплавов, когда требуется большая вместимость стружки в стружечных канавках, а также при обработке стали на нежестких станках и при недостаточной мощности главного привода.
Число зубьев г. Как было отмечено ранее, число зубьев влияет на производительность (минутную подачу SM). Минимальное число зубьев должно быть таким, чтобы при заданной глубине резания в работе постоянно находилось не менее двух-трех зубьев и тем самым была обеспечена плавность процесса фрезерования. Особенно важно это условие при работе твердосплавными фрезами, так как неравномерность процесса резания может привести к выкрашиванию режущих кромок.
Геометрические -параметры фрез. На рис. 66 показано обозначение режущих элементов и геометрических параметров торцовых фрез, сочетающих в себе основные элементы других разновидностей фрез. Все параметры, относящиеся к периферийным режущим кромкам, являются главными (у, а, ф, ю), а к торцовым режущим кромкам — вспомогательными (у, аь «pi).
Конструкция фрез такова, что такие основные геометрические параметры, как передний угол у, главный угол в плане ф, угол наклона режущей кромки и или к, закладываются в конструкцию инструмента и после его изготовления не меняются. Поэтому эффективность фрезерной операции в значительной мере зависит от конструкции фрезы. В последние годы номенклатура фрез расширилась за счет фрез для обработки легких сплавов и труднообрабатываемых материалов, в том числе цельнотвердосплавных фрез.
Рис. 66. ГеометрическиеРис. 66. Геометрическиепараметры торцовых фрез,параметры торцовых фрез,
Рис. 66. Геометрические
Рис. 66. Геометрические
параметры торцовых фрез,
параметры торцовых фрез,
Влияние геометрических параметров фрез на процесс резания в основном такое же, как и других видов инструментов, и соответствует общим законам теории резания (см. гл. II).
Величина переднего угла у влияет на характер деформации срезаемого слоя, усадку стручки, прочность режущего лезвия. При большем у процесс резания протекает легче, меньше температура в зоне резания и возникающие силы, но менее прочна режущая кромка. С уменьшением у, наоборот, возрастают усилие и температура резания, однако упрочняется режущая кромка. В связи с этим основным критерием для назначения переднего угла является обрабатываемый материал, его пластические и прочностные свойства.
Главный задний угол а для фрез принимается несколько большим, чем для резцов, что обусловлено худшими условиями трения и износа со стороны задней поверхности зуба. Назначение заднего угла рекомендуется производить в зависимости от толщины срезаемого слоя «max. При атах>0,08 мм а выбирается в пределах 12—15°, при атах<0,08 мм — 18—20°. Меньшие значения о принимаются для более прочных обрабатываемых материалов.
Вспомогательный задний угол ai для цельных фрез из быстрорежущей стали и фрез с напайными пластинами из твердого сплава принимается в пределах 8— 10°. Для торцовых фрез с механическим креплением многогранных пластин щ обеспечивается установкой пластин в корпусе.
Главный угол в плане ф влияет на ширину Ь и толщину а срезаемого слоя, величину и соотношение составляющих усилий резания, прочность вершины зуба, что в свою очередь определяет стойкость и производительность обработки. С уменьшением угла в плане увеличивается активная длина режущей кромки, участвующей в работе (ширина 6), но уменьшается толщина срезаемого слоя а (см. рис. 10). Стойкость при этом повышается, а если стойкость оставить постоянной, то можно увеличить подачу или скорость резания, тем самым увеличив.производительность обработки. Установлено, например, что изменение угла в плане ф с 90 до 45° повышает стойкость примерно в 2 раза, а до 30° — в 4 раза.
В связи с тем, что с уменьшением угла в плане ф увеличиваются усилия резания, работу фрезами с малыми углами ф рекомендуется проводить на станках высокой жесткости при небольшой глубине срезаемого слоя.
Не на всех фрезах можно изменять угол ф. Концевые, дисковые, пазовые и другие фрезы имеют угол Ф=90°, поэтому упрочнение режущей вершины зубьев на этих фрезах может быть достигнуто заточкой переходной режущей кромки (фаски /) с углом ф/, равным 30 или 45°. Такую же фаску с ф/<ф с целью повышения стойкости затачивают и на торцовых фрезах, имеющих угол ф=60° и более.
Вспомогательный угол в плане ф1 в основном влияет на прочность режущей вершины зубьев и шероховатость обработанной поверхности. Обычно он не превышает 10°. Для обработки углеродистых и легированных кон-
струкционных сталей и чугуна твердосплавными фрезами рекомендуется ф1 = 2—5°, для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей — ф1 = 10°. Значение угла ф1 для концевых фрез принимается в пределах от 1 до 4°.
С целью повышения шероховатости обработанной поверхности на торцовых зубьях рекомендуется затачивать зачистную кромку шириной, превышающей значение подачи на оборот фрезы с углом ф/ = 0°.
Угол наклона зубьев. Выполнение зубьев по винтовой линии или с наклоном к оси фрезы под углом го обеспечивает плавность их врезания в снимаемый слой металла и равномерность фрезерования. Кроме того, наклон зубьев увеличивает фактический передний угол фрезы, измеряемый в направлении схода стружки при сохранении прочности зубьев, что облегчает процесс резания и способствует повышению стойкости инструмента. Так, с изменением угла наклона зубьев от 10 до 60° стойкость фрезы возрастает в 3—5 раз [29]. Особенно эффективно применение фрез с большими углами со для обработки легких сплавов, нержавеющих и жаропрочных сталей.
Цельные фрезы из быстрорежущей стали и твердого сплава
Концевые фрезы. Области применения этих фрез весьма разнообразны. Концевыми фрезами обрабатывают плоскости, всевозможные уступы, выборки, прямоугольные пазы, призматические (с углом 90°) и криволинейные поверхности и т. д.
Выпускаются фрезы общего назначения для обработки углеродистой и легированной стали и чугуна, а также фрезы специализированные, предназначенные для обработки легких сплавов и труднообрабатываемых материалов. В последние годы находят все более широкое применение цельные твердосплавные фрезы. Основные типы концевых фрез показаны на рис. 67.
Концевые фрезы из быстрорежущей стали с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 17025—71 выпускаются от 2 до 28 мм, с коническим хвостовиком по ГОСТ 17026—71 — от 10 до 63 мм. И те и другие имеют две градации чисел зубьев: тип 1 — с нормальным зубом, тип 2 — с крупным зубом. Число зубьев в зависимости от диаметра фрезы следующее:
Фрезы с цилиндрическим хвостовикомДиаметр D, мм. .2 и 2,53—11 12 и 14 16—28
Число зубьев z: тип 1 24б6
тип 2 ♦ • . . . 2344
Фрезы с коническим хвостовикомДиаметр D, мм 10—1820—2832—5056—63
Число зубьев z: - тип 1 4568
тип 2 3345
Конус МорзеКонус МорзеииКонус Морзе /Конус МорзеКонус Морзе /Конус Морзе/Конус Морзе/Конус Морзе/КоКус Морзе/КоКус Морзе/Конус Морзе/Конус МорзехКо ну с МорзехКо ну с Морзе
Конус Морзе
Конус Морзе
и
и
Конус Морзе /Конус Морзе
Конус Морзе /Конус Морзе
/Конус Морзе
/Конус Морзе
/КоКус Морзе
/КоКус Морзе
/Конус Морзе
/Конус Морзе
хКо ну с Морзе
хКо ну с Морзе
Рис^ 67. Основные типы концевых фрез.
На рис. 68 показаны типовая конструкция и геометрические параметры стандартных концевых фрез из быстрорежущей стали для обработки стали и чугуна. Фрезы выполняются со спиральными канавками и с неравномерным окружным шагом. Угол наклона спирали о)=30—35° для фрез типа 1 и и — 35—45° для фрез типа 2.
Фрезы каждого типа изготавливают в двух исполнениях: Л— с цилиндрической ленточкой по диаметру; Б — остро заточенные по задней поверхности. Задний угол в сечении, перпендикулярном главной режущей кромке о=14°, передний угол у=15°. Вспомогательные углы на торцовых зубьях: yi = 6 , ai = 8°; ф1=1—2°.
Рис. 68 Конструкция и геометрические параметры концевой фрезы
Ширина ленточек по передней поверхности f, по задней поверхности торцовых зубьев f2 и по задней поверхности цилиндрических зубьев fi имеет следующее значение в зависимости от диаметра фрезы Di
Диаметр фрезы D, мм 3—910—26 28-42 42-63
Ширина ленточек»
мм:
/ ......1,01,52,02,5
А 0,3-0,71,0-1,51,5-2,02,0-3,0
/20,2-0,50,6-1,21,5-1,81,8-0,8
Для чернового фрезерования широких поверхностей и пазов с болншими припусками под механическую обработку предназначены концевые обдирочные (кукурузные) фрезы по ГОСТ 15086—69..
Особенность фрез — разделительные канавки на зу-
бьях, расположенные в шахматном порядке, обеспечивающие разделение стружки по ширине и способствующие гашению вибраций.
Стандартом предусмотрены следующие размеры обдирочных фрез (DxlXzy 25 X (50, 80) X 3; 32 X (55, 85, 130) X 4; 40 X (65, 100, 160) X 4; 50 X (70, 120, 180) X 4; 63 X (80, 125, 200) X 5; 80 X (90, 140, 220) X 7.
Концевые твердосплавные фрезы выпускаются с прямыми и винтовыми пластинами. Фрезы с прямыми пластинами предназначены для фрезерования неглубоких пазов и уступов в чугунных и стальных деталях. Они имеют следующие геометрические параметры: передний угол у = 0°, главный задний угол а=15°, передний угол на торцовых зубьях Yi = 0°, задний угол а=15°, угол наклона зубьев го = 5°. Фрезы оснащаются пластинами из твердого сплава марок Т5КЮ, ВК8 и ВК6.
Основные размеры фрез фх1ХгУ 15 X 16X4; (20, 25) X 20 X 5; 32 X 20 X 5; 40 X 25 X 6; 50 Х.32 X 6.
Основное назначение фрез с винтовыми твердосплавными пластинами — фрезерование пазов и уступов в деталях из углеродистых легированных и высоколегированных сталей и чугунов. Благодаря спиральной форме зубьев с большим углами (со = 20—40°) обеспечиваются равномерность фрезерования и увеличенные передние углы в направлении схода стружки.
Геометрические параметры фрез: главный передний угол у=—5°, задний — а=18°, передний угол на торцовом зубе у=—5°.
Цельные твердосплавные фрезы. При обработке деталей из нержавеющих и жаропрочных сталей повышенной прочности, жаропрочных и титановых сплавов и высокопрочных сталей использование быстрорежущих фрез, малоэффективно, а в некоторых случаях и невозможно. Поэтому для обработки указанных материалов выпускаются цельные твердосплавные фрезы диаметром от 3 до 12 мм по ГОСТ 18372—73.
Фрезы имеют специальные зубья с неравномерным окружным, шагом с углом со, который для фрез с числом зубьев 3 равен 30—40°, а для фрез с числом зубьев 4 и 5 — 30—35°. Основные размеры фрез такие же, как и фрез из быстрорежущей стали с цилиндрическим хвостовиком.
Геометрические параметры цельных твердосплавных фрез, выпускаемых централизованно, следующие: главный передний угол у = 5°, главный задний угол а=15°, вспомогательный угол в плане ф=1—3°, вспомогатель-
ный передний угол у=6°, задний ai = 10°. Такие-геометрические параметры фрез рекомендуются для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей с ов^ ^75 кгс/мм2. При обработке углеродистых легированных сталей и жаропрочных сталей и сплавов с ов = =75—110 кгс/мм2 на передней поверхности вдоль режущей кромки по спирали рекомендуется затачивать фаску
Рис. 69 Торцовая и цилиндрические фрезы
с передним углом у/ = 0°, а при обработке высокопрочных и закаленных сталей с ов>110 кгс/мм2 — с у/= =—5°.
Шпоночный цельные твердосплавные фрезы с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 16463—80 выпускаются диаметром 2—12 мм, с углом наклона зубьев со = 20°. Передний угол на торцовом зубе у=20°, задний а=15°. При обработке труднообрабатываемых материалов передний угол у=0°.
Торцовые насддные фрезы из быстрорежущей стали по ГОСТ 9304—69 (рис. 69, а) выпускаются с мелким зубом (тип 1) и с крупным зубом <48
(тип 2). Фрезы типа 1 предназначены для фрезерования уступов и плоскостей, а также неглубоких пазов в деталях из стали и чугуна. Фрезы 2-го типа позволяют -производить те же работы в деталях из алюминиевых сплавов, меди и цветных сплавов.
Фрезы с мелким зубом имеют винтовые зубья с углом наклона со=25 - 30°, с крупным зубом — <о= = 35—40°. Передний угол в нормальном сечении к главной режущей кромке (на цилиндре) у= 15°, к вспомогательной режущей кромке (на торце) Yt = 12°. Задние углы в соответствующих сечениях а=14° и oi = 8°.
Размеры выпускаемых фрез (DXdXLXz), мм: 40X16X 32X10; 50X22x36X12; 63Х27Х40Х (14; 8); 80Х32Х45Х (16; 10); 100Х32Х50Х (18; 12).
Цилиндрические фрезы. Цилиндрические фрезы менее универсальны, чем торцовые, поэтому их применяют в основном в наборах из двух и более фрез для обработки ступенчатых поверхностных деталей.
Централизованно выпускаются цельные фрезы из быстрорежущей стали по ГОСТ 3752—71 (рис. 69,6). В промышленности нашли применение также цилиндрические фрезы, оснащенные -винтовыми пластинами _из твердого сплава по ГОСТ 8721—69 (рис. 69,в).
Цилиндрические быстрорежущие фрезы изготавливают с мелким зубом (тип 1)'ис крупным зубом (тип 2). Первые применяются для чистовой и получистовой обработки плоскостей, вторые —для черновой обработки. Фрезы с крупным зубом имеют неравномерный шаг между зубьями, что повышает их виброустойчивость.
Передний и задний углы у обоих типов фрез одинаковы: у = 15°, а=16°. Угол наклона винтовых канавок со у мелкозубых фрез равен 30—35°, а у фрез с крупным зубом — 40°.
Фрезы, оснащенные твердым сплавом, выполняются с меньшим числом зубьев. Передний угол у этих фрез отрицательный, у=—5°, задний угол о=18°. Угол наклона зубьев <в = 24° для фрез диаметром 63 мм, ®=30° для фрез диаметром 80 и 100 мм и со = 36° для фрез диаметром 125 мм.
Геометрические параметры (углы у и а) в процессе эксплуатации фрез могут быть изменены при переточках в соответствии с конкретными условиями обработки.
Размеры изготавливаемых фрез (DxLXz):- фрезы из быстрорежущей стали с мелким зубом — 50х(50; 63; 80)Х12; 63Х(50; 63; 80; 100) X14; 80Х(63; 80; 100; 125) X16; 100Х(80; 100; 125; 160) X18; те же фрезы
с крупным зубом имеют соответственно число зубьев г, равное 6; 8; 10; 12; фрезы, оснащенные винтовыми пластинами из твердого сплава, — 63Х(45; 70; 96) X 8; 80Х (45; 70; 96) Х8; 100Х (45; 72; 100) X10 и 125X (70; 100) X12.
Дисковые цельные фрезы из быстрорежущей стали. Основные разновидности этих фрез показаны на рис. 70. Дисковые трехсторонние фрезы предназначены для фрезерования пазов 9-го квалитета точности и уступов в стальных и чугунных деталях.
Размерный ряд ширины фрез стандартизован и состоит из следующих.значений, мм: от 4 до 10 через 1 мм, от 10 до 20 через 2 мм, а также 22, 25, 28.
Фрезы с прямыми зубьями по ГОСТ 3755—78 изготавливают диаметром от 50 до 125 мм, а с разнонаправленными по ГОСТ 9774—78 — от 63 до 125 мм. Фрезы с разнонаправленными зубьями выполняются с наклоном зубьев под углом о =15°.
Геометрические параметры трехсторонних фрез: передний угол у=15°; задний — а = 20°; вспомогательный угол ai=60. Наличие вспомогательных задних углов oi на торцовых зубьях улучшает шероховатость обрабатываемой поверхности и создает более благоприятные условия для резания. Недостатком этих фрез является сложная и трудоемкая Заточка, которая выполняется как по диаметру, так и по торцам, а также потеря размера при переточках.
Пазовые фрезы по ГОСТ 3964—69 более просты в изготовлении. Они не требуют заточки по торцам. Выполнение торцовых режущих кромок на ширине 1 мм без вспомогательного угла в плане обеспечивает сохранение размера по ширине. При этом переточка фрез производится только по передней и задней главным поверхностям.
Затылованные пазовые фрезы ио ГОСТ 8543—71 позволяют длительное время сохранять постоянство их ширины при переточках. Зубья фрез более прочны, что дает возможность работать с большими подачами на зуб. Переточку фрез осуществляют только по передней поверхности.
Угловые фрезы предназначены для обработки винтовых поверхностей на режущем инструменте, а также для фрезерования различных пазов и скосов.
Одноугловые фрезы выполняются диаметром 40, 50 и 63 мм с углами <р, равными 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85. 90, 100, 105, ПО н 120°, Двухугловые выпол*
Рис. 70. Типы дисковых цельных фрез из
быстрорежущей стали.
Ш
няются с углом р, равным 15, 20 и 25°, и углом <р от 50 до 100°.
Для фрезерования полукруглых впадин и выступов служат полукруглые выпуклые и вогнутые фрезы по ГОСТ 9305—69. Их диаметр — от 50 до 130 мм. Фрезы имеют следующий размерный ряд радиусов профиля г, мм: 1,6; 2; 2,5; 3: 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 14; 16; 18; 20; 25.
Зубья фрез затылованы по задней грани, что обеспечивает сохранение их профиля при переточках, производимых по передним поверхностям.
Прорезные (шлицевые) и отрезные фрезы
Прорезные и отрезные фрезы — это инструменты, работающие в весьма сложных условиях резания. Нежесткая рабочая часть, наличие двух вспомогательных режущих кромок при весьма короткой главной режущей кромке, стесненные условия образования и отвода стружки — все это является причиной частых поломок инструмента, появления вибраций и работы при весьма низких подачах. Поэтому весьма важно выбрать оптимальное число зубьев фрезы, назначить рациональные режимы резания, правильно заточить фрезу.
Особенности конструкции и условий эксплуатации стандартных фрез
В настоящее время выпускается широкая номенклатура прорезных и отрезных фрез по ГОСТ 2679—73 (в дальнейшем их будем именовать просто «отрезные фрезы»), которые отличаются диаметром D (от 20 до 315 мм), шириной В (от 0;2 до 6,0 мм) и числом зубьев г. В зависимости от числа зубьев отрезные фрезы разбиты на три типа: 1-й — фрезы с мелким зубом; 2-й — фрезы со средним зубом; 3-й — фрезы с крупным зубом. Фрезы с крупным зубом в свою очередь имеют две градации чисел зубьев.
Фрезы с мелким зубом. Характерной особенностью этого типа фрез является большой число зубьев. Передняя и задняя поверхности зубьев образованы канавкой с углом 60° (рис. 71,а), а впадина выполнена с малым радиусом (г=0,1—0,5 мм) для всего диапазона фрез. При такой конструкции зубья имеют неоптимальный задний угол, превышающий 60°, что уменьшает прочность режущей части. Поэтому фрезы с мелким зубом предназначены для работы с глубиной фре-
верования, не превышающей ширины фрезы, т. е. для фрезерования мелких пазов и шлицев или же для отрезки тонких листовых материалов. Увеличению глубины резания препятствует также малый объем канавок для размещения стружки. По тем же причинам подачи на 1 зуб 5г для этих фрез имеют весьма малые значения. Для фрез диаметром от 20 до 25 мм рекомендуемые подачи на зуб не превышают 0,002 мм/зуб, до 40 мм — 0,01 мм/зуб, до 315 мм — 0,02 мм/зуб.
Фрезы со средним зубом. Число зубьев данных фрез примерно в два раза меньше, чем у фрез
Рис. 71. Форма зубьев отрезных фрез.
типа 1, а следовательно фрезы имеют более емкую стружечную канавку. Стандартом предусмотрены две формы профиля зуба. Первая форма такая же, как у фрез с мелким зубом, во второй (рис. 71,6) предусмотрена ленточка по задней поверхности с задним углом а = 20°. Ширина ленточки для фрез диаметром 50 мм составляет 0,5—0,9 мм и увеличивается с увеличением диаметра фрезы. Фрезы со второй формой зуба благодаря упрочнению режущей части допускают работу с большими глубиной и подачей, чем с первой.
Фрезы с крупным зубом. Они имеют число зубьев примерно в 2 раза меньшее, чем фрезы типа 2, что позволяет использовать их для прорезки глубоких пазов в деталях из вязких материалов, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
Особенностью формы зуба и впадины фрез являются увеличенные радиус впадины и объем стружечной канавки.
В серийно выпускаемых фрезах с мелким зубом и фрезах со средним и крупным зубом шириной В<1,6мм
зубья не имеют переходных режущих кромок (рис. 72',а). Их главная режущая кромка имеет длину, равную ширине фрезы. Две вспомогательные кромки в пересечении с главной образуют угловые точки (вершины).
Для фрез со средним и крупным зубом предусмотрены две формы заточки переходных режущих кромок: форма 1 и форма 2 (рис. 72,6 и в). Зубья формы 1 выполняются с двумя переходными режущими кромками. Одна кромка представляет собой фаску 0,3X45°, другая— фаску с, ширина которой равна примерно 0,3 В, причем на двух смежных зубьях фаски с снимаются
Рис. 72. Формы заточки режущих кромок;
с разных сторон, что в процессе фрезерования делит стружку по ширине — каждый зуб срезает стружку шириной, равной В — С мм. Соответственно на участке режущей кромки каждого зуба, равном с, толщина стружки а удваивается, но зато обеспечивается свободное образование размещения во впадине зуба и отвод ее из фрезеруемого паза. Такая заточка зубьев повышает в 2—2,5 раза производительность обработки по сравнению с обычной заточкой, дает возможность фрезеровать более глубокие пазы, исключает поломки фрез из-за пакетирования стружки.
Заточка зубьев формы 2 по сравнению с обычной заточкой несколько повышает стойкость за счет обеспечения лучшего отвода тепла от угловых точек, но не улучшает процесса образования и отвода стружки.
Для фрез с крупным зубом предусмотрена форма 3 заточки зубьев, показанная на рис. 72, г. Особенностью заточки является расположение смежных зубьев на разных диаметрах, отличающихся на величину 2ft. Кроме того, на одном из смежных зубьев (прорезном) имеется широкие фаски с, а на другом (защищающем) — не- 154
большие фаски Ср При фрезеровании происходит деление стружки на три части по ширине, равные */з В каждая, что повышает производительность обработки, особенно при отрезке заготовок большой толщины.
Размеры переходных режущих кромок зубьев отрезных фрез даны в табл. 26.
Таблица 26. Размеры переходных режущих кромок зубьев отрезных фрез по ГОСТ 2679—78
Размеры, мм
Ширина фрезы В, мм
с
Ct
й
Форма 1
Форма 2
Форма 3
Форма 3
1,6
о^
0,3
0,5
0,15
0,12
2,0
0,6
0,4
0,6
0,20
0,15
2,5
0,8
0,5
0,8
0,25
0,20
3,0; 3,5
1.0
0,6
1,0
0,30
0,25
4,0;4,5
1,2
0,8
1,2
0,40
0,30
5,0; 5,5
1.5
1,0
1,5
0,50
0,40
6,0
13
1,2
1,8
0,60
0,50
Режимы резания при работе отрезными и прорезными фрезами
Рекомендуемые режимы резания отрезными и прорезными фрезами с обычной заточкой зубьев при обработке стали 45 твердостью НВ’ 160—190 приведены в табл. 27.
Скорость резания для отрезных фрез имеет относительно высокие значения, достигающие для фрез с мелким зубрм диаметром 20—40 мм 90—100 м/мин. Это обусловлено фрезерованием с малыми глубинами резания и подачами. Для отрезных фрез типов 2 и 3 уровень скоростей и подач примерно такой же, как и для фрез типа 1, а глубина резания значительно больше.
соответство-соответство-СтойкостьГ, мин6075120, 150СтойкостьГ, мин6075120, 150Скорости резания при обработке деталей из чугуна в 1,2—1,5 раза выше, чем из стали 45. При обработке фрезами с указанными в табл. 27 режимами резания и применением СОЖ стойкость фрез должна вать следующим значениям:
соответство-
соответство-
СтойкостьГ, мин
60
75
120
, 150
СтойкостьГ, мин
60
75
120
, 150
Диаметр фрезы D, мм
От 20 до 63
От 63 до 100'
От 100 до 160
160 и свыше
Таблица 27. Рекомендуемые режимы резания отрезными и прорезными фрезами при обработке стали 45 твердостью НВ 160—190
Диаметр фрезы D, мм
Скорость резания и, м/мин
Глубина t, мм
Подача S, мм/зуЪ
Тип фрезы
1
2 и 3
1
2 и 3
1
2 и 3
20 и 25
32
80-100 50-90
—
t ^В
—
0,004- 0,008
—•
40
40-80
50
40-70
3-10
0,003—0,01
0,003- 0,012
0,005— 0,012
63
5-15
80
40—75
10-25
100
125
35-60
30-60
0,005— 0,015
160
20-45
200
25-50
20-50
25-70
250
30-80
0,005- 0,015
315
20-40
40-100
0,005-0,02
0,01-0,02
Примечание: 1. Большему значению глубины резания соответствует меньшее значение подачи. 2, Меньшему значению подачи соответствует большее значение скорости резания.
Фрезы, зубья у которых заточены по форме 1 и 3, допускают подачи в 2—2,5 раза больше, чем фрезы с обычной заточкой.
Повышение производительности и стойкости отрезных фрез
Недостатками стандартных фрез являются отсутствие задних углов на вспомогательных поверхностях зубьев и весьма малые вспомогательные углы в плане Фь Поэтому даже при незначительном износе по уголкам зубьев hv на вспомогательных поверхностях образуются широкие площадки, трения hB (рис. 73), вызывающие повышение температуры резания, заклинивание 156
стружки и самой фрезы в обрабатываемом пазу, что препятствует применению более высоких подач. Не случайно рекомендуемые для стандартных фрез подачи не превышают значений 0,02 мм/зуб, а допускаемый износ составляет самые малые значения (0,15—0,2 мм).
В свою очередь работа на малых подачах является причиной возникновения вибрации при отрезке и прорезке пазов, особенно в деталях из нержавеющих и труднообрабатываемых сталей и сплавов, так как радиус округления режущей кромки оказывается намного большим, чем толщина срезаемого слоя. Более того, при
"М"МададРис. 73. Схема износа отрезных фрез.Рис. 73. Схема износа отрезных фрез.прорезке пазов зуб фрезы начинает работу с нулевой толщины срезаемого слоя и некоторое время не режет, а скользит по обрабатываемой поверхности. При этом возникает значительная радиальная сила Ру, переменная по значению: в момент' скольжения она резко возрастает, а когда начинает образовываться стружка — уменьшается, тем самым вызывая виб
"М
"М
ад
ад
Рис. 73. Схема износа отрезных фрез.
Рис. 73. Схема износа отрезных фрез.
рацию.
Чтобы повысить работоспособность отрезных фрез, необходимо прежде всего устранить отмеченные выше недостатки или уменьшить их отрицательное влияние на процесс резания. Так, обеспечение свободного образования и отвода стружки путем подточки одной стороны зубьев (поочередно слева и справа) отрезных фрез шириной 1,6 мм и менее на величину 0,05—1 ж уменьшает тангенциальную силу резания на 30—50%, что позволяет повысить на столько же подачу.
Стойкость и производительность отрезных фрез шириной 2 мм и более можно повысить, если наряду с разделением стружки по ширине разгрузить угловые участки режущей кромки. Такая фреза показана на рис. 74. Особенность ее состоит в- том, что на одном из каждой пары смежных зубьев имеется канавка, ширина которой равна */з В, на другом — режущая кромка, обниженная с обеих сторон на величину 0,2—0,3 мм. Обнижение производится сошлифовкой вспомогательных поверхно-
ААРис. 74,- Отрезная фреза с разделительными канавками на зубьях.Рис. 74,- Отрезная фреза с разделительными канавками на зубьях.
А
А
Рис. 74,- Отрезная фреза с разделительными канавками на зубьях.
Рис. 74,- Отрезная фреза с разделительными канавками на зубьях.
стей под углом 30'—1°. Глубина канавки должна быть примерно равной ее ширине.
В процессе обработки данной фрезы происходит перераспределение нагрузки на зубья, как показано на рис. 75, а. Зуб, имеющий канавку, профилирует паз. Чтобы уменьшить износ по уголкам, этот зуб на Уз от обычной нагрузки разгружен. Он снимает две стружки шириной а. и лишь на участках шириной 0,2—0,3 мм толщина стружки равна 2а. Образующаяся стружка свободно размещается в пазу и беспрепятственно удаляется из зоны резания.
Рис. 75. Схема распределения стружки на зубьях и форма образующейся стружки.
Второй зуб, который занижен с двух сторон, не профилирует стенок паза. Этот зуб в средней части снимает стружку толщиной, равной 2а. Таким образом, если на первый зуб приходится Уз объема стружки, снимаемой двумя зубьями вместе, то на второй зуб — 2/з< Ширина образующейся стружки меньше ширины паза, и поэтому она свободно сходит, свиваясь в крутые завитки, а не задерживается в стружечных канавках фрезы. Характер стружки, получаемой на смежных зубьях, показан на рис. 75,6.
Испытания и внедрение фрез с описанной формой заточки показали, что они работают плавно, без вибраций при прорезке пазов как в конструкционных, так и в легированных и труднообрабатываемых сталях. Производительность и стойкость эти» фрез в 1,5—2 раза 158
выше по сравнению со стандартными. Так, например, при фрезеровании пазов в заготовке из стали 45 фрезой диаметром 160 мм, шириной 2,5 мм при подаче 0,05 мм/зуб й скорости резания 30 м/мин стойкость фрезы составила 180 мин. Даже при подаче 0,13 мм/зуб стойкость была равной 100 мин. Особенно эффективно применение данных фрез при прорезке глубоких пазов, где использование стандартных фрез затруднено из-за весьма малой подачи и возникающих вибраций.
Заточка канавки и обнижений не представляет сложности и может выполняться на обычном заточном станке или вручную. Незначительные колебания ширины и глубины канавки, а также величины Обнижений не влияют на условия резания. После нескольких переточек фрезы по задним поверхностям зубьев канавки необходимо углубить до исходного значения.
Сборные фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали и ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава
Сборные дисковые и торцовые фрезы обеспечивают уменьшение расхода дефицитных инструментальных материалов, возможность достаточно просто изменять геометрические параметры при переточках в зависимости от условий обработки и большой срок службы корпуса и деталей крепления. Возможность быстрой замены как всех, так и отдельных режущих ножей позволяет принимать меньшие периоды стойкости, но зато работать с большей скоростью резания и подачей.
Наибольшее распространение получили сборные дисковые трехсторонние и торцовые фрезы. Стандартизованы и производятся централизованно следующие сборные фрезы: фрезы трехсторонние со вставными ножами из быстрорежущей стали диаметром от 80 до 315 мм и шириной от 12 до 50 мм по ГОСТ 1669—78; фрезы торцовые насадные со вставными ножами из быстрорежущей стали по ГОСТ 1092—80 диаметром 80—250 мм; дисковые трехсторонние со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава диаметром 100—315 мм и шириной 14—40 Мм по ГОСТ 5348—69; торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными твердым сплавом диаметром 100—630 мм по ГОСТ 24359—80 и др.
Сборные фрезы состоят из стального корпуса, режущих ножей с цельной или напайной частью, имеющих
гладкую или рифленую опорную поверхность, и кдина для закрепления ножей в корпусе.
В качестве примера на рис. 76 показана конструкция и геометрические параметры дисковой и торцовой фрез с ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава. Режущие кромки дисковых трехсторонних фрез выполняются с наклоном к оси фрезы под углом у = 10°,
Рис, 76. Сборные фрезы со вставными ножами, оснащенными пластинами нз твердого сплава.
Выпускаемые фрезы имеют такие геометрические па* раметры: передний угол у=15°, задний угол а= 12°, задний угол на вспомогательных режущих кромках ai=4°. Торцовые фрезы изготавливаются с главными углами в плане ф, равными 45, 60, 75 и 90°. Переходную кромку затачивают под углом фп,- равным половине угла ф. Передний угол у получается за счет установки ножей и равен 5°. Задний угол а=15°.
Фрезы с механическим креплением многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластин
Фрезы с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин (МНП) широко применяются на промышленных предприятиях. Эффективность этих фрез по сравнению с фрезами со вставными ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава состоит 160
в повышении стойкости в 1,5—2 раза, снижении машинного времени обработки на 25—50%, сокращении в 2— 3 раза количества фрез, находящихся в обращении, снижении времени на восстановление инструмента после износа в 1,5—2 раза. Исключение операций пайки и заточки ножей снижает количество брака, открывает возможность использования новых марок твердого сплава, в том числе трудно поддающихся пайке и наиболее хрупких.
Инструментальными заводами централизованно выпускаются стандартные фрезы с круглыми, квадратными и пятигранными пластинами диаметром 60, 63 и 80 мм с коническим хвостовиком, а диаметром 80, 100, 125, 160 и 200 — с отверстием. Кроме этих фрез выпускаются концевые фрезы диаметром 25, 32, 40, 50 и 63 мм с механическим креплением ромбических пластин, ступенчатые торцовые фрезы с механическим креплением квадратных, пяти- и Шестигранных пластин и др.
Конструкция и геометрические, параметры фрез с МНП
На рис. 77 схематически показана типовая конструкция стандартной фрезы с МНП. В корпусе / фрезы имеются, пазы с установленными державками 6 со штифтами 7, на которые надеты режущие пластины 8. На корпусе расположено кольцо 2, имеющее отверстия для зажимных винтов 5, ввернутых в хвостовик державок. Для более удобной сборки фрезы предусмотрены пружины 3 и шайбы 4, поджимающие режущую пластину к базовым поверхностям корпуса и державки. Окончательно пластины закрепляются винтом 5 при втягивании державки, которая штифтом прижимает режущую пластину к специально выполненным в кольцевом желобке 10 фаскам 9. Форма желобка соответствует форме пластины.
По этому же принципу устроены двух- и трехступенчатые фрезы с МНП, предназначенные для скоростного фрезерования с большими припусками. Ступенчатые фрезы отличаются от неступенчатых тем, что их зубья расположены волнообразно как в радиальном, так и в осевом направлении (рис. 78). Фреза снабжена дополнительным кольцом / с пазами и внешней ступенчатой конусной ловерхностью. Аналогичные прорези и внутреннюю ступенчатую поверхность имеет корпус 2. Вместе со ступенчатой поверхностью на кольце пазы образуют ступенчатые гнезда под режущие пластины. После установки пластин режущие кромки смежных зубьев 3
и 4 оказываются смещенными в радиальном направлении на 1 мм, в осевом — на величину Ко. В ступенчатых фрезах Ко = 7—9 мм, в трехступенчатых — 6,5 мм.
Рис. 77. Торцовая фреза с механическим креплением пятигранных неперетачиваемых пластин^Рис. 77. Торцовая фреза с механическим креплением пятигранных неперетачиваемых пластин^Рис. 78. Торцовая фреза со сту- пенчатым расположением четырехгранных неперетачиваемых пластин.Рис. 78. Торцовая фреза со сту- пенчатым расположением четырехгранных неперетачиваемых пластин.
Рис. 77. Торцовая фреза с механическим креплением пятигранных неперетачиваемых пластин^
Рис. 77. Торцовая фреза с механическим креплением пятигранных неперетачиваемых пластин^
Рис. 78. Торцовая фреза со сту- пенчатым расположением четырехгранных неперетачиваемых пластин.
Рис. 78. Торцовая фреза со сту- пенчатым расположением четырехгранных неперетачиваемых пластин.
Геометрические параметры фрез зависят от типа применяемых МНП и их расположения в державке и корпусе фрезы.
162
Углы в плане ф и фь Для круглых пластин углы в плане не задаются. Их средние значения определяются глубиной резания. Углы ф и ф1 для многогранных пластин с различным числом граней следующие:
Число граней пластины .. 456
Главный угол в плане <р° 7567 55
Вспомогательный угол в плане <р”.... 1555
Передний угрл у. Этот угол образуется в результате наклона пластины в державке под углом уу=—11° и смещения положения пластины относительно диаметральной плоскости с образованием Х=7—8°. При такой установке пластины с плоской передней поверхностью имеют передний угол в сечении, перпендикулярном главной режущей кромке, равный примерно —10°. Пластины со стружколомающей канавкой и углом уп = 20° после установки будут иметь передний угол у = 10°.
Фрезы с положительным передним углом рекомендуется применять: а) для обработки нежестких деталей или на нежестких станках; б) в условиях обработки на станках с недостаточной мощностью; в) при обработке вязких материалов, например нержавеющих и жаропрочных сталей.
При обработке чугуна и особо твердых материалов, а также в условиях больших ударных нагрузок на зубья необходимо применять фрезы с отрицательным передним углом.
Задний угол о получается за счет установки режущей пластины в корпусе. Для всех типов фрез задний угол равен примерно 10°.
Получение высокой степени шероховатости (Ra = = 1,25—2,5 мкм) поверхности при чистовой обработке торцовыми фрезами диаметром 100—200 мм может быть обеспечено-енециальными пластинами, имеющими Зачистные фаски.
Высокой производительностью и жесткостью обладают фрезы, разработанные ленинградским новатором С. Г. Карповым, который впервые предложил крепить пластины с центральным отверстием клиновым прижимом со стороны передней поверхности. На рис. 79 показана насадная торцовая фреза с механическим креплением пятигранных пластин. В корпусе / фрезы выполнены пазы под клиновые прижимы 3 и гнезда под режущие пластины 2.
Установочными базами для режущей пластины являются поверхность твердосплавной или стальной подкладки 5, боковая поверхность гнезда и цилиндриче-
ская поверхность кольца 6, закрепленного винтами 7. Режущая пластина вместе с подкладкой крепится клиновым прижимом с помощью дифференциального винта 4. Использование дифференциального винта значительно облегчает съем и установку пластины. Затраты времени на перестановку одной пластины или поворот на новую грань не превышают 15—20 с.
Данные фрезы-позволяют в зависимости от обрабатываемого материала и мощности станка снимать за один проход припуск до 12-мм. Рекомендуются следую-
Рис. 79. Торцовая фреза конструкции С. Г. Карпова.
щие зажимы резания: и = 300—200 м/мин и 5Мин= = 700—350 мм/мин при обработке отожженной конструкционной стали; и =120 м/мин при обработке чугуна (НВ 170—220) и и = 40—60 м/мин при обработке нержавеющей и жаропрочной стали. Стойкость одной режущей кромки пластины —45—90 мин.
При использовании нешлифованных по граням пластин их целесообразно сортировать по размерам от базовых поверхностей до режущих кромок с точностью ±0,03 мм.
На многих предприятиях используется предложение С. Г. Карпова не выбрасывать изношенные пяти- и шестигранные твердосплавные пластины, а перешлифовывать их на круглые пластины для дальнейшего применения на фрезах. После перешлифовки получается волнообразная режущая кромка с положительным перед- 164
ним углом. Фрезы с такими пластинами показали хорошую работоспособность при обработке нержавеющих и жаропрочных сталей и титановых сплавов. Особенно эффективно использование перешлифованных пластин на трех- и четырехступенчатых фрезах конструкции С. Г. Карпова, показанных на рис. 80. Трехступенчатая фреза позволяет снимать припуски до 16 мм, четырехступенчатая— до 24 мм.
Характерными особ^ннрстями этих фрез являются плавность резания и меньшие усилия резания, что позволяет производить обработку на станках с ограниченной мощностью (^12 кВт).
Рис. 80. Торцовые ступенчатые фрезы с механическим креплением круглых пластин конструкции С. Г. Карпова.Рис. 80. Торцовые ступенчатые фрезы с механическим креплением круглых пластин конструкции С. Г. Карпова.
Рис. 80. Торцовые ступенчатые фрезы с механическим креплением круглых пластин конструкции С. Г. Карпова.
Рис. 80. Торцовые ступенчатые фрезы с механическим креплением круглых пластин конструкции С. Г. Карпова.
Торцово-концевые фрезы конструкции М. А. Зайцева (рис. 81) отличаются минимальным количеством зажимных элементов. Закрепление режущих пластин 2 производится пружинящим коническим штифтом 4. Благодаря некоторому смещению оси отверстия под штифт в сторону опорной боковой базы корпуса 1 по отношению к оси отверстия в пластине при заколачивании штифта его головка изгибается, создавая упругую силу зажима пластины. В качестве боковых баз используются поверхность коничеекой втулки 3 и боковая поверхность гнезда в корпусе.
Фреза имеет геометрические параметры: передний радиальный угол ур = 3°; передний осевой угол уо = И°; задний угол а=3°. Фрезы изготавливаются диаметром 40, 50 и 63 мм с числом зубьев 4 и 5 и оснащаются не- псретачиваемыми пятигранными пластинами из твердого сплава марок ВК8, Т5К10, Т15К6 или безвольфра- мовых твердых сплавов марок ТН-20, КНТ-16.
Опыт эксплуатации фрез показал, что благодаря высокой точности изготовления и жесткости они могут работать на повышенных режимах резания. Так, например, при обработке стали 45 рекомендуется применять режимы, приведенные ниже:
ЧерноваяобработкаЧерноваяобработкаПолучисто-вая обра-ботка
Черноваяобработка
Черноваяобработка
Скорость резания г, м/мин ♦ ♦ • 220—250Подача Sz, мм/зуб0,05—0,08Глубина резания £ мм ♦ • , , е 1—3Скорость резания г, м/мин ♦ ♦ • 220—250Подача Sz, мм/зуб0,05—0,08Глубина резания £ мм ♦ • , , е 1—3180-220 0,1-0,15 6-8180-220 0,1-0,15 6-8Рис. 81. Торцово-концевая фреза конструкции М. А. Зайцева.Рис. 81. Торцово-концевая фреза конструкции М. А. Зайцева.
Скорость резания г, м/мин ♦ ♦ • 220—250
Подача Sz, мм/зуб0,05—0,08
Глубина резания £ мм ♦ • , , е 1—3
Скорость резания г, м/мин ♦ ♦ • 220—250
Подача Sz, мм/зуб0,05—0,08
Глубина резания £ мм ♦ • , , е 1—3
180-220 0,1-0,15 6-8
180-220 0,1-0,15 6-8
Рис. 81. Торцово-концевая фреза конструкции М. А. Зайцева.
Рис. 81. Торцово-концевая фреза конструкции М. А. Зайцева.
Замену затупившейся грани пластины можно производить на станке, для чего необходимо выбить штифт 4, снять пластину, продуть сжатым воздухом гнездо и отверстие в корпусе; повернуть пластину другой гранью, а затем, прижав ее к базовым поверхностям, вставить штифт и легкими ударами по нему медным молотком закрепить пластину. Полную замену всех пластин целесообразно производить вне станка, на верстаке.
Рекомендации по рациональной эксплуатации фрез
Одним из первых вопросов, с которыми приходится сталкиваться фрезеровщику, приступающему к выпол- 166
нению той или иной операции, является выбор конструкции и размера фрезы.
В том случае, если от размеров фрезеруемой поверхности зависят способ ее обработки и диаметр фрезы, например при фрезеровании закрытых пазов и уступов, фреза выбирается в соответствии с условиями чертежа. Если же обрабатываемая поверхность допускает использование фрез нескольких разновидностей (плоскости, сквозные прямоугольные пазы и уступы), выбор фрезы производится в зависимости от технологических условий выполнения операции (типа станка, размеров, точности и шероховатости обрабатываемой поверхности, материала детали и т. д.).
При работе на вертикально-фрезерных станках открытые плоскости целесообразно обрабатывать торцовыми фрезами, оснащенными твердым сплавом. При этом диаметр фрезы должен быть в 1,2— 1,5 раза больше Ширины плоскости, фрезеруемой за один проход. Фрезерование пазов и уступов производится концевыми быстрорежущими или твердосплавными фрезами.
На горизонтально-фрезерных станках для фрезерования плоскостей используют цилиндрические фрезы, а пазов и уступов — дисковые трехсторонние и пазовые фрезы.
Диаметр цилиндрических фрез рекомендуется выбирать в зависимости от ширины фрезерования В и глубины резания £ из следующих соотношений:
Глубина резания t, мм . . .25810
Диаметр фрезы D, мм при В:
70 мм 506380100
100 мм 808080100
150 мм 100100125125-150
На выбор диаметра дисковых фрез в основном влияет глубина резания. При глубине, равной 5, 10, 20, 50 и 100 мм, и ширине, равной 10 мм, диаметр фрез выбирается равным соответственно 50, 63, 100, 160 и 200 мм. С увеличением В диаметр фрез при тех же значениях / принимается несколько большим.
Глубина резания / назначается по технологическим соображениям и в зависимости от числа зубьев и диаметра фрезы, а также мощности станка. Для обеспечения равномерности процесса фрезерования необходимо, чтобы в работе одновременно участвовало два и более зубьев.
Подача на 1 зуб фрезы Sz. Черновая подача выбирается с учетом ширины и глубины фрезерования, проч-
пости зубьев фрезы и мощности станка. На ее значение влияют свойства обрабатываемого материала и материала режущей части инструмента.
Ниже приведены рекомендации по выбору черновой подачи для некоторых разновидностей фрез:
Торцовые твердосплавные фрезы
Конструк-Нержавею-
ционная Чугун щая стальсталь
Марка твердого сплава ..Т15К6 ВК8 ВК8
Подача Sz, мм/зуб0,09—0,220,20—0,45 0,12—0,18
Цилиндрические твердосплавные фрезы
СтальЧугун
Ширина фрезерования В, мм До 30 Св. 30 До 30 Св. 30
Подача SZ1 мм/зуб . . . . 0,2—0,3 0,15-0,20 0,25-0,35 0,20-0,25
1-35-8121-35-8120,10-0,07 0,08-0,03-0,15-0,10 0,12-0,06 0,09-0,050,20-0,10 0,15-0,08 0,10-0,060,10-0,07 0,08-0,03-0,15-0,10 0,12-0,06 0,09-0,050,20-0,10 0,15-0,08 0,10-0,06Концевые фрезы с винтовыми твердосплавными пластинами
1-35-812
1-35-812
0,10-0,07 0,08-0,03-
0,15-0,10 0,12-0,06 0,09-0,05
0,20-0,10 0,15-0,08 0,10-0,06
0,10-0,07 0,08-0,03-
0,15-0,10 0,12-0,06 0,09-0,05
0,20-0,10 0,15-0,08 0,10-0,06
Глубина резания /, мм
Подача Sz> мм/зуб, при D, мм: 20 30 50
Концевые быстрорежущие фрезы (фрезерование пазов)
СтальЧугун
Глубина резания /, мм • • • Подача Sz, мм/зуб, при D, мм: 10 16Глубина резания /, мм • • • Подача Sz, мм/зуб, при D, мм: 10 16203220325—155-15
Глубина резания /, мм • • • Подача Sz, мм/зуб, при D, мм: 10 16
Глубина резания /, мм • • • Подача Sz, мм/зуб, при D, мм: 10 16
20
32
20
32
0,025-0,0150,05-0.02
0,08-0,040,11-0,05
0,10-0,040,16-0,07
0,14-0,060,18-0,09
Дисковые трехсторонние фрезы с пластинами из твердого сплава
До 30 Св. 300,10-0,12 0,08-0,10До 30 Св. 300,10-0,12 0,08-0,10Глубина резания Л мм . .
До 30 Св. 300,10-0,12 0,08-0,10
До 30 Св. 300,10-0,12 0,08-0,10
Подача Sz, мм/зуб .
При чистовой обработке назначается подача на 1 оборот фрезы So в зависимости от шероховатости обработанной поверхности. Рекомендуются следующие значения подачи:
0,800,25-0,200,30-0,200,800,25-0,200,30-0,20Параметр шероховатости Ra, мкм .............3,21,6
0,80
0,25-0,20
0,30-0,20
0,80
0,25-0,20
0,30-0,20
Подача So, мм/об, приз, кгс/мм2:
<70 0,80-0,500,55-0,40
>70 1,00-0,700,60-0,45
Скорость резания и. На скорость резания при фрезеровании влияет материал обрабатываемой детали и режущей части инструмента, глубина резания и подача, величина принятой стойкости и ряд других факторов.
В табл. 28 и 29 приведены нормативные значения скоростей резания для основных разновидностей фрез из быстрорежущей стдли и оснащенных твердым сплавом, а в табл. 30 — для торцовых фрез с механическим креплением МНП из твердого сплава.
Таблица 28. Ориентировочные значения режимов резания при фрезеровании деталей из конструкционных углеродистых сталей (ав = 75 кгс/мм2)
Разновидность фрез
Материал инструмента
Диаметр фрез Z>, мм
Глубина резания /, мм
Подача S, мм/об
Скорость резания V, м/мин
Торцовые со вставными ножами
Р18
3,0
10,0
0,05—0,18
49-33 43-29
Т15К6
80-125
1,5-5,0
0,07-0,13
0,18-0,33
352-249
249-173
160-320
5,0—16,0
0,07—0,11
0,18—0,33
316-200 220-140
Цилиндрические со вставными ножами
Р18
Т15К6
80—125
3,0—13,0
0,05—0,13
0,18—0,33
96-35
69-26
2,0—3,0
4,4-6,5
0,12-0,30
265-169
197-125
Концевые (фрезерование плоскостей и уступов)
Р18
16-32
40-63
3,5-5,5
3,5-8,0
0,06-0,12
0,06—0,20
78-46
84-31
Т15К6
20
50
3,4—9,0
0,03-0,10
0,03-0,20
230-134
230-101
Дисковые трехсторонние (фрезерование уступов)
Р18
63-125
160-250
12,0—18,0
18,0-40,0
0,03-0,13
0,03-0,18
57-31
54-27
Т15К6
100,0
10,0
23,0
0,04—0,20
520-324
407-217
200,0
15,0
23,0
397-210
253с-188
Таблица 29. Ориентировочные значения режимов резания при фрезеровании деталей из серого чугуна (НВ 190)
Разновидность фрез
Материал инструмента
Диаметр фрез D, мм
Глубина резания t, мм
Подача S, мм/об
Скорость резания V, м/мии
Торцовыесо
вставными ножами
ВК6
80—125
150-320
1,5-7,5
1,5-3,5
7,5-16,0
0,10-0,18
0,10-0,18
0,26—0,36
260-141
228-136
126-85
Цилиндрические со вставными ножами
Р18
ВК6
80-125
2,8-16
2,5-11,0
0,06-0,15
0,20-0,36
0,13-0,20
0,24-0,35
76-32
53-19 250-128
209-98
Концевые (фрезерование плоскостей и уступов)
Р18
16-32
40-63
3,5-5,5
3,5-8,0
0,05-0,13
0,05-0,13
0,18-0,30
52-41
64-43
51-38
Дисковые трехсторонние
Р18
63-125
160-250
10,0-25,0
18,0-60,0
0,07-0,18
0,07-0,33
53—27
47-14
Таблица 30. Скорости резания, рекомендуемые при работе фрезами с механическим креплением МНП из твердого сплава, м/мин
Обрабатываемый материал
Марка твердого сплава
Подача S, мм/об
углеродистая сталь, ав = 85— 90 кгс/мма
нержавеющая сталь
чугун серый, НВ 180-250
0,05
160
180
Т15К6
0,10
130
140
0,20
100
—
0,05
150
150
Т14К8
0,10
110
130
0,20
60
120
—
0,10
120
160
Т5К10
0,20
100
130
0,30
70
100
—
0,10
100
90-120
ВК6
0,20
80
70-90
0,30
—
60
60-50
В качестве смазочно-охлаждающих жидкостей при фрезеровании рекомендуется применять Укринол (3— 10%), сульфофрезол и масло И-12А. СОЖ в основном используется для фрез из быстрорежущей стали.
Заточка и доводка фрез производится на универсально-заточных станках такими же абразивными кругами, как и заточка резцов. Ручная заточка фрез не допускается.
Фрезы с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин из минералокерамики
Современные марки оксидно-карбидной минералокерамики ВЗ и ВОК 60 обладают достаточно высокими эксплуатационными свойствами (аи=60—75 кгс/мм2, высокое сопротивление термодинамическим нагрузкам и износостойкость), чтобы использовать их для фрезерования деталей. Однако в существующих конструкциях фрез для твердосплавных пластин минералокерамические пластины не могут быть использованы эффективно. Причин здесь несколько.
Во-первых, во многих конструкциях фрез опорные поверхности под пластины не шлифуются после термической обработки, в результате чего не может быть обеспечено плотное прилегание пластины в гнезде. Поэтому при зажиме пластины и в процессе обработай в ней возникают большие изгибающие напряжения, которые приводят к преждевременным поломкам инструмента.
Во-вторых, конструкции зажимных клиньев и прихватов не обеспечивают равномерного распределения усилий зажима по площади пластин, и это нередко является причиной преждевременной их поломки.
В-третьих, при закреплении пластин непосредственно в корпусе фрезы твердость опорной поверхности гнезда недостаточно высокая для эксплуатации минералокерамических пластин.
Все перечисленные недостатки конструкций фрез учтены и устранены в фрезах, разработанных специально для закрепления минералокерамических пластин.
Одна из таких фрез показана на рис. 82. В ней опорная и боковые поверхности гнезда под пластину выполнены так, что после термической обработки корпуса 3 их шлифуют, обеспечивая высокие плоскостность и точность расположения. С целью повышения твердости
опорной поверхности в гнездо установлены закаленные подкладки 2, соединенные с корпусом винтами 7. Режущие пластины 1 закрепляются качающимися прижимами 5. При завинчивании гайки 6 прижим втягивается и, взаимодействуя с шариком 4 поверхностью своей радиусной канавки, отклоняется, закрепляя пластину.
Геометрические параметры фрезы: передний радиальный угол — 8°"; передний торцовый угол — 5°; задний угол — 8°; угол в плане — 85°.
»»А-АА-АРис. 82. Торцовая фреза с механическим креплением четырехгранных пластин из минералокерамики.Рис. 82. Торцовая фреза с механическим креплением четырехгранных пластин из минералокерамики.
В»
В»
А-А
А-А
Рис. 82. Торцовая фреза с механическим креплением четырехгранных пластин из минералокерамики.
Рис. 82. Торцовая фреза с механическим креплением четырехгранных пластин из минералокерамики.
Применение фрез с механическим креплением минералокерамических пластин наиболее целесообразно при получистовой и чистовой обработке закаленных сталей и чугунов. Рекомендуемые режимы фрезерования приведены в табл. 31.
При достижении износа по задней поверхности 0,4 мм пластину необходимо повернуть другой гранью.
По сравнению с твердосплавными эти фрезы позволяют работать с большей в 2—2,5 раза скоростью резания при значительно большей стойкости.
Таблйца 31. Режимы резания, рекомендуемые при фрезеровании стали и чугуна торцовыми фрезами с механическим креплением МНП из минералокерамики
Марка минералокерамики
Обрабатываемый матернат
Скорость резания и, М/МИИ
Подача 5, мм/о б
Глубина резания /,мм
ВОК-60 вз
ВШ-75
Сталь 40Х, HRC 35—45
150-200
120—180
100-150
0,03-0,05
0,02-0,04
0,02-0,04
0,5-1,0
0,5-1,0
0,5-1,0
ЪОК-60 ВЗ
ВШ-75
Серый чугун, НВ 190—210
350-400
250-350
250-350
0,12-0,15
0,04—0,10
0,03-0,08
0,5—2,0
0,5-1,5
0,5-1,5
9, Фрезы, оснащенные композитом
В последние годы все более широкое распространение в металлообработке получают фрезы, оснащенные композитом. Эффективными областями их применения являются предварительная и окончательная (в том числе тонкая) обработка деталей из серых и высокопрочных чугунов с твердостью НВ 150—300 и закаленных сталей практически любой твердости.
Обработка фрезами, оснащенными композитом, обеспечивает высокое качество поверхности деталей, во многих случаях заменяет шлифование и в 2—3 раза увеличивает производительность труда.
Практическое применение нашли две разновидности фрез: фрезы сборные с механическим креплением ножей (вставок), оснащенных композитом, и фрезы с механическим креплением пластин из композита.
Фрезы с механическим креплением ножей, оснащенное композитом 01
На рис. 83 показана многозубая торцовая фреза.
Ножи 1 расположены в корпусе 3 под углом 10° к оси фрезы и закреплены с помощью винта 4 и втулки 5, имеющей угловую лыску. При завинчивании винта втулка, перемещаясь, заклинивает вставку в отверстии. Для упрощения заточки и уменьшения припуска при заточке предусмотрены регулировочные винты 2, которыми нож1 выставляют по индикатору при сборке с точностью 0,1—0,2 мм. Более точное взаимное расположение режу-
щих кромок в пределах 0,02—0,04 мм получают заточкой фрезы в сборе.
Геометрические параметры фрезы: передний угол — 5°, задний угол 8°, главный угол в плане 35°, вспомогательный угол в плане 15°. Особенностью фрезы является наличие зачистной кромки длиной 0,2—0,3 мм с нулевым углом в плане, т. е. угол между зачистной кромкой и осью фрезы должен быть равным 90°
Рис. 83. Торцовая фреза с механическим креплением ножей,Рис. 83. Торцовая фреза с механическим креплением ножей,оснащенных композитом.оснащенных композитом.
Рис. 83. Торцовая фреза с механическим креплением ножей,
Рис. 83. Торцовая фреза с механическим креплением ножей,
оснащенных композитом.
оснащенных композитом.
Изготавливаются фрезы пяти типоразмеров:
D, мм80100125160200250
d, мм .. . 273240505050
z, (числозубьев)81012141820
Фрезы поставляются с 4 или 8 комплектами запасных, предварительно заточенных ножей.
Рекомендуемые режимы резания фрезами, оснащенными композитом, приведены в табл. 32. Режимами резания можно варьировать в пределах, указанных в таблице, в зависимости от конкретных условий обработки: размеров фрезеруемой поверхности, жесткости станка, требуемой шероховатости поверхности и т. д. При этом необходимо помнить, что на шероховатость поверхности и стойкость фрез наибольшее влияние оказывает подача на 1 зуб фрезы. В качестве критерия износа принимается ширина ленточки износа по задней поверхности величиной не более 0,4 мм.
Таблица 32. Рекомендуемые режимы резания фрезами, оснащенными композитом 01 и 10 [10]
Обрабатываемый материал и характер фрезерования
Режим резания
У, м/мин
5, мм/об
/, мм
Стали, закаленные до
HRC 50:
получистовое ♦ , . .
150-200
0,07-0,15
0,5-1,5
чистовое .,,.,♦..
200-300
0,01-0,04
ОД-0,2
Стали, закаленные до
твердости HRC 50—60:
80-120
0,07-0,15
получистовое « . . .
0,5—1,5
чистовое
100-140
0,01-0,04
0,1-0,2
Стали, закаленные до
твердости HRC 60—70:
0,02—0,12
0,5—1,0
получистовое . . . .
70-90
чистовое .......
80—120
0,01-0,03
0,05-0,15
Чугуны серые и высоко-
прочные твердостью НВ 150-270:
получистовое ....
400—600
0,07-0,15
1,0-2,0
чистовое * ......
600—1200
0,01-0,04
0,1-0,2
Чугуны отбеленные, эака-
ленные до твердости НВ 400-600:.
получистовое . . . .
80—150
0,07-0,1
0,5-1,0
чистовое .
120-250
0,01—0,04
0,05-0,15
Совместное фрезерование закаленной стали и твер-
дого сплава ВК15, ВК20 или ВК25:
получистовое ...
10-20
0,05-0,10
0,3—0,5
чистовое **
20-30
0,01-0,03
0,05-0,1
тельность: сначала заточить фаску на передней поверхности под углом —5°, затем заднюю поверхность по вспомогательной режущей кромке под углом 10° и далее главную поверхность на 2 мм под углом 8°. Зачистную фаску затачивают последней.
Эксплуатационные свойства фрез из композита могут быть значительно повышены, если после заточки произвести Доводку по передней грани и зачистной кромке. Доводку следует выполнять алмазным кругом зернистостью 28/20 с подачей не более 0,5 м/мин и глубиной резания 0,005—0,01 мм/дв. ход
Фрезы, торцовые с механическим креплением пластин из композита 05
Разработаны и серийно выпускаются торцовые оДио- и двухступенчатые фрезы с механическим креплением круглых пластин из композита 05. Эти фрезы позволяют вести черновую, получистовую и чистовую обработку плоскостей в деталях из серых и высокопрочных чугунов, а также других хрупких материалов.
Преимущество этих фрез по сравнению с твердосплавными фрезами состоит в повышении в 2—4,5 раза производительности обработки и улучшении качества обработанной поверхности.
В настоящее время освоено производство фрез следующих размеров:
Фрезы одноступенчатые с коническим хвостовиком
D, мм 40506380
z ................681012
Фрезы одноступенчатые насадные
D, мм 100125160200
Z................16202430
Фрезы двухступенчатые с коническим хвостовиком
D> мм 506380
Z................ 468
Фрезы двухступенчатые насадные
D, мм 100125 160 200 315
г 10 14 18 22 32
Конструкция одноступенчатой фрезы с коническим хвостовиком показана на рис. 84. Фреза состоит из корпуса /, цилиндрических пластин 2 и унифицированных зажимных узлов, включающих прижим 3, гайку 4 и шайбу 5. Прижим выполнен в виде винта со специаль-
ной конической головкой, которая заклинивает пластину в гнезде корпуса при завинчивании гайки.
Очень важными элементами в конструкции подобных фрез являются опорные и боковые базирующие поверхности гнезда под пластину. Они должны быть весьма точными после термической обработки. В описываемой конструкции фрез гнезда под пластины образованы пересечением двух сквозных пазов, что позволяет шлифовать базы напроход, тем самым добиваясь точного расположения их во всех гнездах, и обеспечивать радиальное и торцовое биение режущих пластин, непревышающее 0,04 мм.
Рис. 84. Торцово-концевая фреза с механическим креплением круглых пластин из композита.
В корпусе насадных фрез вместо хвостовика выполнено посадочное отверстие для закрепления их на оправке.
В двухступенчатых фрезах пластины расположены в два ряда (рис. 85), а упорные поверхности гнезд смещены на 1,5 мм. Закрепление пластин обоих рядов осуществляется одним прижимом. Пластины 1 внешнего ряда производят черновую обработку, а пластины 2 внутреннего ряда — получистовую обработку.
Выполнение гнезд в корпусе обеспечивает следующую геометрию режущей части:
передний радиальный угол ^р.10°
передний торцовый угол ?т — 5°
задний угол а « • • • . 10°
7 А. П. Драгун177
Рассмотренные узлы крепления имеют малые габариты, надежны и удобны в эксплуатации. Подобные узлы могут быть успешно использованы для закрепления круглых пластин из твердого сплава и минералокерамики.
Рекомендуемые режимы резания при фрезеровании серого чугуна в НВ 190—200 приведены в табл. 33.
Рис. 85, Торцово-концевая фреза со ступенчатым располо-» жением круглых пластин цз композита.
Таблица 33. Режимы резания, рекомендуемые для фрезерования чугуна НВ 190—200 фрезами с механическим креплением круглых пластин из композита 05
Тип фрезы
Вид фрезерования
Скорость резания с, м/мин
Подача 5, мм/о б
Глубина резания /> мм
Одноступенчатая
Чистовое Получисто- вое
500—1800
400—800
0,005-0,02
0,05-0,08
0,1-0,4
1 Д-2,5
Двухступенчатая
Чистовое Получисто- вое Черновое
. 500—1800 400-600
300-500
0,005—0,02 0,03—0,05
0,05-0,07
0,1—0,4 3,0—4,0
4Д-5Д
В процессе фрезерования необходимо следить за степенью затупления пластин. Нельзя допускать затупления по задней поверхности более 0,4 мм (ширина ленточки затупления). После достижения износа указанного значения пластины необходимо ослабить и повернуть на угол 45—90° в зависимости от глубины резания. При износе всей режущей кромки пластину следует по-
вернуть на другую сторону. Число условных граней на одной стороне составляет 5—6, следовательно вся пластина имеет 10—12 граней. После полного использования режущих кромок пластину можно переточить путем сошлифовки торца на величину ленточки'износа по задним граням.
Фрезы, оснащенные композитом, следует эксплуатировать на металлорежущих станках повышенной, высокой и особо высокой точности и имеющих высокий верхний предел частоты вращения шпинделя (3000 об/мин и более). Допускается использовать фрезы на плоскошлифовальных" и продольно-шлифовальных станках.
СВЕРЛА
ГЛАВА
V
Сверла предназначаются в основном для получения отверстий в сплошном материале, но используются и для обработки (рассверливания) ранее просверленных отверстий. Сверлением можно обработать отверстия не-
Таблица 34. Диаметры сверл (ГОСТ 885—77), мм
0,25
0,35
0,45
0,55
0,65
0,75
0,85
0,95
0,28
0,38
0,48
0,58
0,68
0,78
0,88
0,98
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0,32
0,42
0,52
0,62
0,72
0,82
0,92
От 1,00 до 3,00 через 0,05 мм
От 3,00 до 13,70 через 0,1 мм
13,75
16,75
20,00
23,50
27,25
31,00
35,75
42,50
13,80
17,00
20,25
23,75
27,50
31,25
36,00
43,00
13,90
17,25
20,50
23,90
27,75
31,50
36,25
43,50
14,00
17,40
20,75
24,00
28,00
31,75
36,50
44,00
14,25
17,50
20,90
24,25
28,25
32,00
37,00
44,50
14,50
17,75
21,00
24,50
28,50
32,25
37 ДО
45,00
14,75
18,00
21,25
24,75
28,75
32,50
38,00
45,50
15,00
18,25
21,50
25,00
29,00
33,00
38,50
46,00
15,25
18,50
21,75
25,50
29,25
33,25
39,00
46,50
15,40
18,75
22,00
25,75
29,50
33,50
39,50
47,00
15,50
19,00
22,25
26,00
29,75
34,00
40,00
47,50
15,75
19,25
22,50
26,25
30,00
34,50
40,50
48,00
16,00
19,40
22,75
26,50
30,25
35,00
41,00
48,50
16,25
19,50
23,00
26,75
30,50
35,25
41,50
49,00
16,50
19,75
23,25
27,00
30,75
35,50
42,00
49,50
От 52,00 до 80,00 через 1 мм
высокого класса точности (Н12—Н14) с шероховатостью У?2 = 40 мкм и грубее.
В нашей стране принята единая градация диаметров сверл, регламентируемая ГОСТ 885—77 (табл. 34) и охватывающая практически все размеры отверстий до 80 мм, встречающиеся в деталях машин и приборов.
Выпускаются следующие разновидности сверл: спиральные, перовые, одностороннего резания (пушечные), кольцевые, комбинированные. В последние .годы появились весьма эффективные сверла с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин. Наиболее широко применяются спиральные сверла.
Типы и размеры спиральных сверл общего назначения из быстрорежущей стали
Согласно ГОСТ 2034—80Е спиральные быстрорежущие сверла изготавливаются четырех классов точности: Al, А, В1 и В. К классам А1 и А относятся сверла повышенной точности, а к классам В1 и В — нормальной. Сверла классов А1 и В1 имеют Знак качества. Сверла классов А1 и А выполняются с допуском по наружному диаметру по А8, классов В1 и В — по А9.
Для изготовления сверл используется быстрорежущая сталь по ГОСТ 19265—73 марок Р18, Р12, Р9, Р6АМ5, Р6АМ5ФЗ, Р6М5К5 и Р9М4К8.
Спиральные сверла из быстрорежущей стали выпускаются с цилиндрическим или коническим хвостовиком. Сверла диаметром от 0,25 до 20 мм изготавливают с цилиндрическим хвостовиком, а диаметром от 5 до 80 мм — с коническим хвостовиком.
В зависимости от длины рабочей части сверла с цилиндрическим хвостовиком разделены на три основные серии: короткую (ГОСТ 4010—77), среднюю (ГОСТ 10902—77) и длинную (ГОСТ 12122—77). 'Значения длин в зависимости от диаметра сверл указанных серий приведены в табл. 35.
Для обработки, в труднодоступных местах предусмотрены сверла диаметром от 6,1- до 10 мм с цилиндрическим хвостовиком сверхдлинной серии по ТУ2—035— 600—77. Эти сверла имеют такие размеры:
Диаметр свер
ла, мм . . , 6,1—6,5 6,6—6,9 7,0—7,9 8,0—10,0 Общая длина,
мм < . . . . 290; 320; 350 310; 350; 370 320; 370; 410 400; 450; 500 Длина рабочей
части, мм . 100-230 110-260 100-260 100-350
Таблица 35. Основные размеры стандартных сверл с цилиндрическим хвостовиком, мм
D
Серия
короткая
средняя
длинная
L
1
L
i
L
1
1,00-1,30
26-30
6-8
34-38
12г—16
48-52
25-28
1,35-1,90
32-36
9-11
40-46
18-22
55—62
32-38
1,95-2,65
38-43
12-14
49-57
24-30
65-70
40-45
2,70-3,70
46—52
16-20
61-70
33-39
75—85
48-55
3,80—5,30
55-62
22-26
75-86
43-52
90-105
60-70
5,40—7,50
68-74
28-34
93-109
57-69
115-130
80-90
7,60-10,60
79^-89
37-43
117-133
75-87
10,70-14,00
95-109
47-54
142-160
94—108
14,25-17,00
111-119
56-60
169-185
114-120
17,25-20,00
123-131
62-70
195-205
130-140
—
Сверла с коническим хвостовиком выпускаются с нормальной длиной (ГОСТ 10903—77), удлиненные (ГОСТ 2092—77) и длинные (ГОСТ 12121—77), Их размеры даны в табл. 36.
Промышленностью освоен выпуск сверл повышенной стойкости и производительности: сверла с износостойким покрытием и с термомеханическим упрочнением. Выпускаются также сверла с цилиндрическим хвостовиком с износостойким покрытием нитридом титана диаметром 5—12 мм. Такие сверла превосходят по стойкости сверла без покрытия и за счет этого позволяют вести обработку с большей скоростью резания. Весьма эффективны сверла, которые в процессе изготовления (прокатки) подвергаются термомеханическому упрочнению по методу, разработанному на Сестрорецком инструментальном заводе имени И. П. Воскова. Новый способ позволяет повысить прочность и режущую способность сверл, а также сократить производственный цикл их изготовления.
Так, при обычной технологии изготовления сверл из стали Р6М5 достигается твердость HRC = 63—64, при 182
Таблица 36. Основные размеры стандартных сверл с коническим хвостовиком
Dt мм
Тип сверл
«1 U
И О м
S'®
о о ЕЙ
нормальные
удлиненные
длинные
L
1
L
1
L
1
6,00-14,00
138—189
57-108
160-230
80-150
225-265
145-185
1
14,25-23,00
212-253
120-155
260-295
160-195
245—340
195-240
2
23,25-31,80
276—301
155-180
320-350
200-230
360-395
240-275
3
32,00-50,50
334-339
185-220
—•
—
—
W-
4
51,00-80,00
412—514
225-260
—-
•W
5
новой — HRC = 64,5—66. Термомеханическая обработка повышает также теплостойкость.
Средняя стойкость сверл, изготовленных по новой технологии, в 2,6 раза выше стойкости сверл, выпускаемых по ГОСТ 10903—77. Это значит, что при одинаковой стойкости скорость резания сверл с термомеханическим упрочнением может быть в 1,2 раза выше, чем обычных сверл.
Согласно ТУ 2—035—779—80 выпускаются сверла с термомеханическим упрочнением с коническим хвостовиком диаметром от 32 до 60 мм. Длина этих сверл соответствует сверлам по ГОСТ 10903—77,
Конструкция и геометрические параметры спиральных сверл
Спиральное сверло состоит из двух основных конструктивных элементов; рабочей части и хвостовика.
Рабочая часть сверла осуществляет процесс резания и отвод стружки из отверстия, формирует поверхность обрабатываемого отверстия и направляет сверло при обработке. Она выполняется в виде двух зубьев / и 3 (рис. 86), образованных спиральными канавками 2 и 4 и связанных между собой сердцевиной диаметром d. Рабочая часть изготавливается из инструментальной стали, что дает возможность многократно перетачивать
Рис. 86. Рабочая часть спирального сверла.
сверло в процессе его эксплуатации. Режущая часть сверла имеет пять режущих кромок: две главные 6 и 7, поперечную (перемычку) 9 и две вспомогательные (по ленточкам) 5 и 3.
Передними поверхностями резания чаще всего являются поверхности канавок, но иногда их специально затачивают, создавая определенные передние углы. Задние поверхности сверла могут быть плоскими, коническими, цилиндрическими или винтовыми в зависимости от способа их заточки. Вспомогательные задние поверхности выполняются цо цилиндру в поперечном сечении в виде ленточек.
Главные режущие кромки образуют между собой угол- 2ф (угол в плане каждой режущей кромки), а по 184
отношению к основной плоскости они наклонены под углом Л, имеющим положительное значение.
От значения угла 2ф зависят толщина и ширина срезаемого слоя и соотношение между радиальными и осевыми силами резания. С увеличением угла 2ф возрастает осевая сила Рх (сила подачи), но снижается сила Pz (уменьшается крутящий момент резания). Ширина срезаемого слоя b при этом уменьшается, а толщина а увеличивается, что повышает температуру в зоне резания.
С изменением угла 2ф изменяется значение переднего угла, форма главной режущей кромки, а также передние углы поперечной режущей кромки. Поэтому оптимальный угол 2ф зависит от обрабатываемого материала. Рекомендуются следующие значения угла 2ф, град.:
Сталь углеродистая конструкционная . . . . 116—120
Нержавеющая сталь, стали высокой прочности, жаропрочные сплавы125—130
Титановые сплавы 140
Чугун средней твердости и твердая бронза . 90—100
Чугун твердый120—125
Латунь, алюминиевые сплавы, баббит . . , . 130—140
Медь 125
Пластмассы80—110
Мрамор80—90
Передний угол у в каждой точке режущей кромки имеет разное значение, так как переменным является и угол наклона спирали. Для наиболее удаленной точки режущей кромки угол у может быть рассчитан по формуле tgy = tg(d/sin ф.
Передний угол может быть изменен и выполнен равнозначным по всей длине режущей кромки путем подточки передней поверхности.
Передние углы на поперечной режущей кромке отрицательны и равны примерно —60°. При таких значениях углов поперечная кромка практически не режет, а выдавливает, скоблит металл. Длина поперечной режущей кромки сверл в значительной степени влияет на осевое усилие резания. Поэтому с целью уменьшения осевого усилия резания и улучшения условий работы поперечную кромку уменьшают путем подточки.
Наклон перемычки под углом ф получается в результате заточки задних поверхностей. Обычно ф = 55°.
Задний угол а, так же как и передний, меняется по всей длине режущей кромки. Характер изменения угла а определяется способом образования задних поверхностей.
Наиболее простой вид заточки — одноплоскостная (рис. 87,а), которая не требует специального заточного оборудования или сложных приспособлений. Недостатком этого способа является то, что при определенных размерах сверл может отсутствовать достаточный спад от точки / до точки 2 и возможно трение поверхностей сверла и детали.
Двухплоскостная заточка (рис. 87,6) исключает вышеуказанный недостаток. Она применяется как при изготовлении сверл, так и при их переточке. Первая пло-
Рис. 87. Формы заточки задних поверхностей спиральных сверл.
скость 3, образующая главную режущую кромку, затачивается под углом а = 5—15°, вторая 4— под углом 20—30°. И первая, и вторая задние плоскости формируют поперечную режущую кромку и ее передние поверхности.
Достоинством двухплоскостной заточки кроме ее простоты является то, что поперечная кромка имеет пирамидальную форму, способствующую самоцентрированию сверла в работе, и можно затачивать любые оптимальные задние углы сверла.
Наибольшее распространение получил метод заточки, при котором задняя поверхность представляет собой участок конической поверхности 5 (рис. 87,в).
Известны также методы, при которых задняя поверхность формируется участком цилиндра или винтовой поверхности.
Все методы получения криволинейной задней поверх-
ности требуют для заточки специального оборудования или приспособлений.
Задний угол а обычно рассматривается в сечении, параллельном оси сверла. Его оптимальное значение для стали и чугуна может быть рассчитано по формуле) 0,13,0,15
sin а = -7^5- или sin а = -„у
Для сверл общего назначения а=10—15°
Необходимым условием при заточке сверл является обеспечение симметричности режущих кромок относительно оси сверла. Допуски осевого биения в средней части режущих кромок, регламентируемые ГОСТ 2035—80Е, указаны в табл. 37.
Таблица 37. Допуски осевого биения режущих кромок спиральных быстрорежущих сверл
Диаметр сверла, мм
Допуск осевого биения для сверл классов точности, мм
А1
А
В1
В
сверла с цилиндрическим хвостовиком
сверла с коническим хвостовиком
6—10 •••*•«*•>«•
0,05
0,10
0,13
0,13
0,18
Свыше 10 ••••••••
0,06
0,20
0,15
0,23
0,30
Ленточки сверла служат для формирования поверхности обрабатываемого отверстия и направления (центрирования) сверла, а также обеспечивают возможность многократной переточки сверла, тем самым удлиняя срок его службы.
Ширина ленточек f имеет значения 0,2—3 мм (большее значение / соответствует большему диаметру сверла). По ленточкам сверла имеют обратную конусность, величина .которой на 100 мм длины составляет 0,03— 0,08 мм для сверл диаметром до 10 мм, 0,04—0,10 мм для сверл диаметром от 10 до 18 мм и 0,05—0,12 мм для сверл диаметром свыше 18 мм.
Наиболее напряженными участками сверла являются точки перехода главных режущих кромок во вспомогательные (ленточки). Они наиболее подвержены износу, основная причина которого — возникновение там высо-
кой температуры. Чтобы уменьшить выделение тепла вблизи уголков и улучшить его отвод, рекомендуется затачивать переходные режущие кромки с углом 70—75° (рис. 88,а). Такая заточка увеличивает общую длину главных режущих кромок, упрочняет переходные участки и уменьшает толщину срезаемого слоя на переходных режущих кромках, что повышает стойкость сверла или, при одинаковой стойкости, позволяет увеличить на 25—35% скорость резания.
Рис. 88. Формы заточкиРис. 88. Формы заточкирежущих кромок спиральных сверл.режущих кромок спиральных сверл.
Рис. 88. Формы заточки
Рис. 88. Формы заточки
режущих кромок спиральных сверл.
режущих кромок спиральных сверл.
Для сверл малых размеров заточка переходных режущих кромок не дает заметного результата; ее рекомендуется применять для сверл диаметром более 10 мм.
Значительно облегчает процесс резания и увеличивает стойкость инструмента подточка поперечной режущей кромки (перемычки), целью которой является, с одной стороны, уменьшение отрицательного переднего угла у перемычки, с.другой — ее укорочение. В результате такой подточки примерно на одну четверть уменьшается осевое усилие резания, улучшается процесс стружкообразования и повышается стойкость сверла. Одна из рекомендуемых форм подточки перемычки и ее параметры приведены на рис. 88,6, и в табл. 38.
Таблица 38. Параметры подточки поперечной режущей кромки сверл (см. рис. 88, ff), мм
D
1
а
D
1
а
12-15
3
1,5
40-50
9
4,5
15-20
4
2,0
50-60
11
5,5
20-25
5
2,5
60-70
13
6,5
25-г-ЗО
6
3,0 -
70-80
15
7,5
30-40
7
3,5
Повышению работоспособности сверл способствует также подточка ленточек (см. рис. 88,в). Дело в том, что, выполняя функцию направляющих "для сверла в процессе работы, ленточки на длине, равной 0,5 So, работают в качестве вспомогательных режущих кромок с задним углом ai=0°, неблагоприятно влияя на процесс сверления — повышая силы трения, температуру резания и интенсивность износа. Подточка ленточек уменьшает их вредное влияние на процесс сверления.
Рекомендуются следующие параметры подточки: длина подточенной части'/= 1,5—4,0 мм, задний угол а — = 6—8°, ширина цилиндрической части ленточки на этой длине fi—0,1—0,3 мм.
На рис. 88, г, изображена форма подточки передней поверхности и перемычки, обеспечивающая не только облегчение процесса резания, но и дробление стружки. Особенность подточки состоит в образовании на передней поверхности желобка шириной к=4 мм с передним углом у = 20—25° и радиусом г=3 мм. Наибольший эффект такая форма подточки дает при обработке вязких материалов, в том числе нержавеющих сталей аустенитного класса.
Широкое применение получила форма подточки перемычки (рис. 88, д), сущность которой состоит в том, что перемычка одновременно подтачивается и подрезается. В результате образуются две выступающие кромки и тем самым устраняется неблагоприятная геометрия перемычки. При обработке отверстий в чугунных деталях такая заточка в 2 раза уменьшает осевую силу резания и на 30—40% позволяет увеличить подачу. Стойкость сверл возрастает в 1,5 раза. Для сверления отверстий в стальных деталях данную подточку применять не рекомендуется в силу недостаточной прочности образующихся кромок и, как следствие, понижения стойкости инструмента.
При обработке отверстий в деталях из вязких материалов на главных режущих кромках в шахматном порядке затачивают канавки (рис. 88, е), которые разделяют стружку в процессе сверления и способствуют ее дроблению. Канавки образуют на передних поверхностях сверла шлифовальным кругом на заточном станке.
Режимы резания и условия эксплуатации спиральных сверл
Назначение рационального режима резания цри сверлении заключается в наиболее выгодном сочетании скорости резания и подачи, обеспечивающих наибольшую производительность сверления при нормативной стойкости инструмента и правильном использовании эксплуатационных возможностей станка.
Подача S, мм/об. При сверлении и рассверливании подачд выбирается в зависимости от шероховатости и точности обработки, диаметра отверстия, обрабатываемого материала, материала инструмента и жесткости станка, детали и приспособления.
Для сверл из быстрорежущей стали установлено три группы подач (табл. 39). Подачи из группы I назначаются при сверлении отверстий в жестких деталях без допуска или с допуском 12-го квалитета точности под последующую обработку сверлом, зенкером или резцом. Сверление отверстий в деталях средней жесткости (тонкостенные детали коробчатой формы, тонкие выступающие части деталей и т. п.) без допуска или с допуском 12-го квалитета точности рекомендуется производить на меньших подачах (группы II). Подачи группы III применяются при сверлении точных отверстий (П-го квалитета точности) под развертывание и нарезание резьбы метчиком, сверлении отверстий в нежестких деталях, а также при работе центровочными сверлами.
Сверление отверстий в чугунных деталях сверлами с пластинами из твердого сплава рекомендуется производить с меньшими подачами, чем сверлами из быстрорежущей стали. Здесь используются две группы подач (табл. 40): группа I для обработки отверстий 12—14.-го квалитетов точности под последующую обработку зенкером или резцом, группа II для сверления более точных отверстий под развертывание и нарезание резьбы.
Обработка отверстий в’ деталях из нержавеюпких сталей и жаропрочных и высокопрочных сталей, жаро-
1М .
Таблица 39. Подачи, рекомендуемые для обработки отверстий сверлами из быстрорежущей стали, мм/об [18]
Обрабатываемый материал
Группа подач
Диаметр сверла, мм
2—3
от 8 до 20
от 20 до 60
Сталь, «в < 80 кгс/мм2
I
0,05-0,22
0,22-0,43
0,33-0,70
II
0,04-0,17
0,16-0,32
0,29-0,55
III
0,03-0,11
0,11-0,22
0,20-0.35
То же, ав > 80 ксм/мм2
I
0,04—0,15
0,17-0,32
0,29—0,50
II
0,03-0,11
0,13—0,24
0,22-0,35
III
0,02—0,08
0,08—0,17
0,14-0,25
Чугун, НВ <229; медные
I
0,09—0,44
0,47-0,86
0,78—1,2
и алюминиевые сплавы
II
0,06—0,30
0,35-0,64
0,58-0,90
III
0,05—0,22
0,23—0,43
0,39-0,60
Чугун, НВ > 229
I
0,05-0,26
0,28-0,53
0,47—0,80
II
0,04-0,20
0,21-0,40
0,35-0,60
III
0,03—0,13
0,13—0,26
0,23-0,40
Таблица 40. Подачи, рекомендуемые для обработки отверстий сверлами с пластинами из твердого сплава ВК8 в чугунных деталях, мм/об [18]
Диаметр сверла D, мм
Чугун ковкий и серый, НВ<229
Чугун серый, НВ>229
Группа подач
I
II
I
II
8
12
16
20
24
26
30
0,22-0,28
0,30—0,36
0,35-0,40
0,40-0,48
0,45-0,55
0,50-0,60
0,55-0,65
0,18—0,22 0,22-0,28 0,25-0,30 0,27-0,33
0,33-0,38 0,37-0,44 0,40-0,50
0,18-0,22
0,25-0,30
0,28-0,30
0,32-0,38
0,38—0,45
0,40—0,46
0,45-0,50
0,13-0,17 0,18—0,22 0,20-0,25 0,23-0,28 0,27-0,32 0,32—0,38 0,36-0,44
прочных и титановых сплавов ведется на небольших подачах. Для теплостойких, нержавеющих и кислотостойких сталей с ив<120 кгс/мм2 и титановых сплавов с ов<100 кгс/мм2 подачи примерно соответствуют группе III подач, рекомендуемых для обработки стали с ав>80 кгс/мм2. При обработке тех же материалов, но
«И
c <rB> 120 кгс/мм2 и ав>-100 кгс/мм2 подачи примерно в 1,5 раза меньше.
Приведенные в табл. 39 и 40 рекомендуемые значения подач соответствуют глубине обрабатываемого отверстия, равной 3D (D— диаметр сверла). При большей длине сверления на величину подачи необходимо вводить следующие коэффициенты К8‘. при длине сверления 5D Ка=0,9 и при 7D Кв=0,8.
Скорость резания и, м/мин. На скорость резания при сверлении наибольшее влияние оказывают свойства обрабатываемого материала, подача и диаметр сверла. При обработке легированных сталей скорость резания на 10—30% ниже, чем при обработке углеродистых сталей, а при обработке нержавеющих, жаропрочных и титановых сплавов скорости резания не превышают 15—20 м/мин.
Подача существенно влияет на скорость резания. С увеличением подачи повышаются температура в зоне резания и удельное давление стружки на передние поверхности, а следовательно и износ сверла. Увеличение диаметра сверла, наоборот, благоприятно влияет на процесс резания (улучшает условия образования и отвода стружки и тепла из зоны резания) и позволяет производить обработку на более высоких скоростях резания.
От правильного выбора скорости резания зависят стойкость и долговечность инструмента, а также качество обрабатываемых отверстий.
Таблица 41. Скорости резания, рекомендуемые для обработки отверстий сверлами из быстрорежущей стали, м/мин
Подача S, мм/об
Диаметр сверла, мм
до 10
до 20
до 80
до 60
Обработка стали ав = 75 кгс/мм2
0,11—0,16
24—32
32
—*
0,20-0,27
18-24
24-28
28-32
32
0,36-0,49
18—21
21-24
24-37
0,66-0,88
—
13-15
15-17
17-20
Обработка чугуна НВ 223—229
0,16—0,24
25-31
31
0,30-0,53
17-25
22-28
26-29
0,70-0,95
—
17-20
—
21-23
Рекомендуемые скорости резания при сверлении стали и чугуна приведены в табл. 41.
Твердосплавные сверла
Основное назначение твердосплавных сверл — обработка отверстий в деталях из чугуна, закаленных углеродистых, нержавеющих, жаропрочных и кислотостойких сталей, титановых сплавов, а также из цветных металлов и неметаллических материалов. При правильной эксплуатации твердосплавных сверл их стойкость в 10— 40 раз выше стойкости быстрорежущих сверл при одновременном увеличении производительности труда в 2— 4 раза.
Рис. 89. Типы твердосплавных сверл.
Мелкоразмерные, диаметром до 5 мм, сверла изготавливают цельнотвердосплавными, сверла диаметром от 5 до 12 мм — как цельнотвердосплавными, так и с напайной пластиной, диаметром от 12 до 30 мм — с твердосплавной напайной пластиной.
Типы твердосплавных сверл, выпускаемых централизованно, приведены на рис. 89. Сверла, оснащенные твердосплавной пластиной диаметром от 6 до 12 мм, имеют цилиндрический хвостовик, а диаметром от 10 до 30 мм — конический хвостовик.
Рабочая часть сверл представляет собой впаянную в стальное тело твердосплавную пластину по ГОСТ 25399—82 (тип. 14), на которой заточены режущие элементы. Нашли применение различные формы заточки рабочей части: обычная (рис. 90,а), с переходными режущими кромками (рис. 90,6), с подточкой перемычки (рис. 90, в, гид).
Изготавливают сверла следующих размеров: сверла с цилиндрическим хвостовиком, (DXL), мм: 6,0x93; 6,5ХЮ1; (7,0 и 7,5)ХЮ9; (8,0 и 8,5)Х117; (9,0 и 9,5)X Х125; (10,0 и 10,5)Х 133; 11,0X142; 11,5X143; 12,0X151.
Сверла с коническим хвостовиком (DX/X конус Морзе), мм: (10,0—10,5)Х87Х1; (10,8—11,8)Х94Х11
(12,0-13,0)ХЮ1Х2; (13,1-14,0)Х108Х2; (14,25-15,0)Х ХП4Х1; (15,25—16,0)Х 120X2; (16,25-17,0) XI25X2; (17,25-18,0)Х130Х2; (18,25-19,0)Х 135X3; (19,25- 20,0)Х140ХЗ; (20,25-21,0)Х 145X3; (21,25-22,25)Х Х150ХЗ; (23,75-25,5)Х 160X3; (25,25-26,5)Х 165X3; (26,75—27,0)Х 170X3; (27,25—28,0)Х 170X4; (28,25- 30,0)Х175Х4.
Цельнотвердосплавные сверла. Централизованно выпускаются четыре разновидности цельных стандартных твердосплавных сверл. Сверла диаметром от 1,5 до 6,5 мм по ГОСТ 17273-71 имеют твердосплавную рабочую часть, впаянную в цилиндрический стальной хвостовик большего диаметра, Длина их рабочей части 1= (3—5)D.
Сверла по ГОСТ 17274—71 изготавливают диаметром от 1,0 до 12,0 мм, а сверла по ГОСТ 17275—71 — от 3,0 до 12,0 мм. Эти сверла технологичны, удобны в эксплуатации и позволяют работать с применением кондукторных Втулок при сверлении отверстий глубиной до 3—4 диаметров и более. Твердосплавные сверла с коническим хвостовиком (D=6—12 мм) лучше центрируются в шпинделе при большей жесткости их крепления. .
Для сверления отверстий в печатных платах (ГОСТ 22093—76) предусмотрены цельнотвердосплавные сверла диаметром от 0,4 до 2,5 мм.
В связи с тяжелыми условиями работы и повышенной хрупкостью цельные твердосплавные сверла имеют утолщенную сердцевину, равную примерно 0,35 диаметра и увеличивающуюся по направлению к хвостовику. В связи с этим перемычку сверл необходимо подтачивать до размера а (рис. 90, д) с плавным сопряжением с винтовой поверхностью канавки. Значения а в зависимости от диаметра сверла следующие:
D, мма, мм
От 1 до 3 .... .0,16
От 3 до 60,15
От 6 до 10 0,14
‘ От 10 до 120,13
Геометрические параметры режущей части цельных твердосплавных сверл: угол при вершине 2<р, задний угол а и передний угол у/ упрочняющей фаски выбираются в зависимости от обрабатываемого материала и его прочности. Рекомендуемые значения углов приведены в табл. 42.
Для эффективного использования цельных твердосплавных сверл очень важно правильно выбрать режим обработки *и соблюдать определенные условия эксплуатации. Общие рекомендации по назначению скорости резания и подачи даны в табл. 43. Большие значения скоростей следует применять при меньших подачах и больших диаметрах сверл. Так как эти сверла очень чувствительны к резкому изменению нагрузок, при сверлении сквозных отверстий скорости резания и подачу необходимо снижать на 15—20% или на выходе сверла под деталью ставить подкладку из легкообрабатывае- мого материала.
Обработку стеклопластиков, алюминия и его сплавов лучше производить сверлами с малым углом наклона спирали и с полированной канавкой.
Таблица 42. Рекомендуемые геометрические параметры цельных твердосплавных сверл
Обрабатываемый материал
Углы, град
if
а
7/
Углеродистые и легированные конструкционные стали:
НВ 150-200
НВ 200-300
Св. НВ 300
118-120
125-130
150
12-15
10-12
7-10
Без фаски
Нержавеющие и кислотостойкие стали:
НВ 150—200
НВ 400 и более
118 125-135
15 10-12
Без фаски 0-15
Жаропрочные стали и сплавы:
<jb 120 кгс/мм2
ств 160 кгс/мм2
130-140
127-130
12-15
10-12
0-5 (—12)—(—15)
Титановые сплавы, вв > ПО кгс/ /мм2 ..
120-140
12-14
0-3
Чугун:
НВ до 170
НВ 170-250
НВ 300 и более
90-100 118
120-135
12-15 10-12 5-7
0
Сверление отверстий в металлических заготовках следует производить при обильном охлаждении. В качестве СОЖ можно применять эмульсол Укринол-1 (5%) или масляные СОЖ ОСМ-3, МР-1 и др.
В процессе эксплуатации сверл необходимо следить за износом режущих кромок и своевременно перетачивать сверла. Допускаемый износ по уголкам и ленточкам не должен превышать следующих значений:
Диаметр сверла, мм124б812
Износ по уголкам, мм 0,150,200,300,350,400,50
Износ по ленточкам, мм. . . .. 0,040,080,160,240,320,48
Закрепление и центрирование сверл на станке должно быть точным. Лучше использовать цанговые патроны. При ручной подаче сверла механизмы подачи дол- 196
Табл н ц л 43. Режимы резания, рекомендуемые дли сверления отверстий цельными твердосплавными «■перлами
обрабатываемый материал
Твердость
Режим резания
у, м/мин
5, мм/о б
конструкционные углеродистые, легированные и инструментальные стали: сталь 20; 45; У8; У10; У12
сталь ХВГ; Х12М; 3X2138; 9ХС; Г13Л; 40Х; 45Г17103
HRC < 50
HRC > 50
HRC < 50
HRC > 50
15-40 4—15
10-25 4-15
0,01 — 0,04 до 0,02
0,02—0,07 до 0,02
Нержавеющие и кислотостойкие стали:
1Х18Н9Т;1Х17Н2Т;
0Х20Н4АГ10;
0Х16Н4ДЗЛ
Закаленные сырые
2-10
10-25
0,03
0,04
Труднообрабатываемые стали типа: 45Х14Н14В2М (ЭП69) . ХН77ТЮР (ЭИ437Б) .
НВ 150-240
HRC 30-40
10-40 10-15
0,01-0,06
0,01-0,03
Титановые сплавы ВТ-1;
ВТЗ-1; ВТ-5; ТС-5 . . , .
НВ 170-300
9-8
0,016—0,03
Чугуны:
серый
высокопрочный . • ♦ •
НВ 17.0—217
НВ 330—510
20—45 5-7
0,06—0,18
0,04—0,08
жны быть чувствительны, чтобы перемещение инструмента было плавным.
Для сверления отверстий малого диаметра целесообразно применять патроны и приспособления.
Шнековые сверла
Сверла с большим углом наклона стружечных канавок (to = 60°), называемые шнековыми, позволяют сверлить отверстия глубиной, равной более 30 диаметров,
за один проход без периодических выводов из отверстия для удаления стружки.
Особенностями конструкции шнековых сверл являются специальный профиль канавок, обеспечивающий лучший отвод стружки, и повышенная, жесткость за счет увеличения диаметра сердцевины сверла.
Централизованно выпускаются шнековые сверла диаметром от 5 до 10 мм с цилиндрическим хвостовиком и диаметром от 10 до 14 мм с коническим хвостовиком (рис. 91). Основные размеры сверл приведены в табл. 44.
Таблица 44. Основные параметры шнековых сверл
Тип сверла
Размеры, мм
D
L
1
Сверла шнековые с цилиндрическим хвостовиком
5,0-6,0 6Д—8,5 8,6-10,0
130—140
150-155
165-185
85-90 100 110-115
Сверла шнековые с коническим хвостовиком
10,0-11,8
11,9-14,0
250-255
260—265
170—176 180-185
Примечание. В пределах приведенных интервалов имеются сверла диаметром через каждые 0,1 мм.
198
Шнековые сверла имеют специальную геометрию заточки (рис. 92): плоскую заточку передней и задней поверхностей со стружколомающей канавкой на передней поверхности.
Для обработки стали и чугуна рекомендуются следующие параметры заточки: угол в плане 2q>= 118°; передний угол у=15°; задний угол а=12°; угол наклона переходной площадки yi = 15°; ширина передней поверхности С равна 1,2—1,8 мм для диаметров от 5 до 8,5 мм и 8,6-14 мм для диаметров 2,4—3,0 мм.
6-Ь
Рис. 92. Геометрические параметры шнековых сверл.
Ширина переходной площадки Сх; для диаметров от 5 до 8,5 мм — 0,8—1,2, от 8,6 до 14 мм—1,6—2,0.
Значения С и Ci при обработке других материалов подбираются экспериментально такими, чтобы было обеспечено дробление стружки.
Благодаря большому углу наклона стружечных канавок и специальной геометрии стружка легко удаляется из отверстия, не препятствуя процессу резания, что повышает стойкость сверла и позволяет значительно увеличить подачу.
Рекомендуемые значения подач для сверления отверстий в стальных и чугунных деталях шнековыми сверлами приведены в табл. 45.
Скорость резания при сверлении шнековыми сверлами назначается в зависимости от обрабатываемого материала и длины сверления и подачи. При обработке
Таблица 45. Подачи 5, рекомендуемые для сверления стали и чугуна шнековыми сверлами, мм'об
Сталь, ав = 75 кгс/мм2|
Чугун, НВ 163 - 229
Диаметр сверла d,
Глубина сверления, мм
мм
54
154
зо4
54
154
304
5
0,08
0,06
0,04
0,15
0,10
0,05
6
0,12
0,10
0,06
0,20
0,12
0,08
8
0,16
0,12
0,08
0,25
0,15
0,12
12
0,25
0,18
0,14
0,30
0,20
0,15
14
0,25
0,20
0,16
0,35
0,25
0,20
отверстий длиной, равной 15d, сверлами диаметром d=8—16 мм рекомендуемые скорости резания имеют примерно следующие значения, м/мин:
Сталь Чугун
Подача S, мм/мин;
0,06 30,0-36,5—
0,08 26,0- 34,433,0-36,0
0,12 20,0- 22,428,0-33,0
0,20 19,322,0-26,0
0,30 —17,0-22,0
Приведенные значения скоростей соответствуют стойкости сверл Г=200 мин при обработке стали и Т=300 мин при обработке чугуна.
Перовые сверла
Перовые сверла предназначены для обработки сравнительно коротких отверстий. Они значительно проще в изготовлении, чем спиральные, и обладают большей жесткостью.
Рабочая часть перового сверла (рис. 93) выполняется в виде тонкой пластины, у которой под углом 2ф заточены две главные режущие кромки. Перовые сверла, как и спиральные, имеют поперечную кромку и калибрующую часть ленточки шириной / по цилиндру с обратной конусностью по длине.
Обычно углы в плане 2ф выбираются в пределах 116—118°, однако их значения могут быть и другими, например для торцовых сверл 2ф=180°. Передний угол у у перовых сверл отрицательный и зависит от толщины пера h. С увеличением толщины пера абсолютное значение угла у увеличивается, что ухудшает условия ре-
зания. Чтобы сохранить достаточную прочность и жесткость сверл при большем значении А, переднюю поверхность подтачивают, а плоскости пера выполняют с утолщением к хвостовику под некоторым углом д. Задние углы а получают одноплоскостной заточкой задних по-
Рис. 93. Режущая часть перового сверла.
верхностей. Значение а обычно равно 10 — 15°. Ширина ленточки для малоразмерных сверл (при d до 1 мм) принимается равной 0,ld. Для сверла большего диаметра f= (0,03 -0,1) d.
Рис. 94. Перовое сверРис. 94. Перовое сверлоло
Рис. 94. Перовое свер
Рис. 94. Перовое свер
ло
ло
Известны цельные и сборные перовые сверла.
Цельные сверла из быстрорежущей стали получили применение в основном в приборостроении при обработке гладких, ступенчатых и фасонных отверстий в деталях из сыпучих материалов (латуни, бронзы и пластмасс). Их широко используют на токарно-револьверных автоматах и автоматах продольного точения. На рис. 94
показано типовое сверло (левое), применяемое на автоматах продольного точения, для обработки гладких отверстий до 14 мм.
Основные размеры перовых сверл приведены в табл. 46.
dDL1Лг/От 0,4 до 0,51,23,56,50,150,5—От 0,5 до 0,80,250,07От 0,8 до 1,22,0100,401,00,08От 1,2 до 2,040120,500,10От 2,0 до 3,03,00,700,15От 3,0 до 4,04,0201,002,0;0,20От 4,0 до 6,06,050243,00,25От 6,0 до 9,09,070351 уИ V0,30dDL1Лг/От 0,4 до 0,51,23,56,50,150,5—От 0,5 до 0,80,250,07От 0,8 до 1,22,0100,401,00,08От 1,2 до 2,040120,500,10От 2,0 до 3,03,00,700,15От 3,0 до 4,04,0201,002,0;0,20От 4,0 до 6,06,050243,00,25От 6,0 до 9,09,070351 уИ V0,30Таблица 46. Основные размеры перовых сверл, ммТаблица 46. Основные размеры перовых сверл, ммДиаметр сверла D, ммПодача S, мм/об10,02-0,02720,035-0,045з0,050-0,06240,063-0,07550,080-0,10060,100-0,1207-120,100-0,120Диаметр сверла D, ммПодача S, мм/об10,02-0,02720,035-0,045з0,050-0,06240,063-0,07550,080-0,10060,100-0,1207-120,100-0,120Таблица 47. Рекомендуемая подача при обработке отверстий глубиной до 5d в деталях из латуни Л62 цельными перовыми сверламиТаблица 47. Рекомендуемая подача при обработке отверстий глубиной до 5d в деталях из латуни Л62 цельными перовыми сверлами
d
D
L
1
Л
г
/
От 0,4 до 0,5
1,2
3,5
6,5
0,15
0,5
—
От 0,5 до 0,8
0,25
0,07
От 0,8 до 1,2
2,0
10
0,40
1,0
0,08
От 1,2 до 2,0
40
12
0,50
0,10
От 2,0 до 3,0
3,0
0,70
0,15
От 3,0 до 4,0
4,0
20
1,00
2,0;
0,20
От 4,0 до 6,0
6,0
50
24
3,0
0,25
От 6,0 до 9,0
9,0
70
35
1 уИ V
0,30
d
D
L
1
Л
г
/
От 0,4 до 0,5
1,2
3,5
6,5
0,15
0,5
—
От 0,5 до 0,8
0,25
0,07
От 0,8 до 1,2
2,0
10
0,40
1,0
0,08
От 1,2 до 2,0
40
12
0,50
0,10
От 2,0 до 3,0
3,0
0,70
0,15
От 3,0 до 4,0
4,0
20
1,00
2,0;
0,20
От 4,0 до 6,0
6,0
50
24
3,0
0,25
От 6,0 до 9,0
9,0
70
35
1 уИ V
0,30
Таблица 46. Основные размеры перовых сверл, мм
Таблица 46. Основные размеры перовых сверл, мм
Диаметр сверла D, мм
Подача S, мм/об
1
0,02-0,027
2
0,035-0,045
з
0,050-0,062
4
0,063-0,075
5
0,080-0,100
6
0,100-0,120
7-12
0,100-0,120
Диаметр сверла D, мм
Подача S, мм/об
1
0,02-0,027
2
0,035-0,045
з
0,050-0,062
4
0,063-0,075
5
0,080-0,100
6
0,100-0,120
7-12
0,100-0,120
Таблица 47. Рекомендуемая подача при обработке отверстий глубиной до 5d в деталях из латуни Л62 цельными перовыми сверлами
Таблица 47. Рекомендуемая подача при обработке отверстий глубиной до 5d в деталях из латуни Л62 цельными перовыми сверлами
Обработка отверстий перовыми сверлами обычно ведется с многократным выводом сверла. Подача назначается в зависимости от материала детали, глубины отверстия и диаметра сверла. В табл. 47 приведены значения подач при обработке латуни Л62 и максимальной глубине отверстия 5d.
Скорость резания и принимается такой же, как для спиральных сверл.
Сборные перовые сверла предназначены для обработки отверстий в деталях из конструкционных сталей и чугунов на станках сверлильно-фрезерно-расточной группы с ЧПУ, а также на универсальных токарных, сверлильных и расточных станках. Они изготавливаются диаметром от 20 до 130 мм.
Режущей частью сборного сверла (рис. 95) является плоская пластина /, изготовленная из быстрорежущей стали. Своими присоединительными элементами пластина вставляется в паз корпуса 2 и закрепляется винтом 3 за счет деформации стенок паза. Перовые сверла выполняются с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 25524-82 и ГОСТ 25525-82 (для станков с ЧПУ) и с коническим — по ТУ 2—035 — 741 — 81. Основные размеры сверл с коническим хвостовиком даны в табл. 48, 202
Сверла комплектуются сменными режущими пластинами (рис. 96) по ГОСТ 25526 — 82 с унифицированными присоединительными местами и размерами b, bb d и I
Рис. 95. Первое сборное сверло
Таблица 48. Основные размеры сборных перовых сверл с коническим хвостовиком, мм
Диаметр пластин D
1
А
Номер конуса Морзе
25-31
190
91
3
32—39
230
106
А
40-50
260
136
51-63
320
164
65-80
350
194
5
82-102
380
224
105-130
400
182
6
(табл. 49). Плоскости пластин, прилегающие к режущей части, выполнены наклонными с углом ю, равным 11 — 20° (меньшие значения для пластин большего диаметра). Передние поверхности подточены по криволи-
нейной поверхности радиусом г, тем самым созданы более благоприятные условия резания и образования стружки.
Очень важно обеспечить образование ломаной стружки. Для этой цели на режущих кромках также
LаБ-Б
Рис. 96. Режущая пластина к перовому сверлу.
Таблица 49. Размеры пластин для перовых сверл, мм
Диаметр пластин D
ь
61
d
L
/
а
at
25-31
6
20
7
35,0
10
1,6
0,7
31-39
7
27
8
40,5
12
40-50
8
32
10
50,0
17
2,0
0,9
52-63
10
44
12
58,5
21
2,8
1,3
65—80
11
52
14
68,5
22
3,8
1,8
82-102
14
70
18
83,5
29
4,8
2,2
105-130
18
90
22
99,0
32
5,5
2,5
предусмотрены канавки шириной 1,20 мм, расположенные в шахматном порядке.
К изготовлению пластин и их переточке предъявляются следующие основные требования: 1) пластины должны иметь равномерную обратную конусность по ленточкам величиной 0,08—0,12 мм на 50 мм длины; 2) режущие кромки пластин должны быть симметричны относительно оси присоединительного паза. Допуск осе-
вого биения режущих кромок, проверяемый вблизи внешних угловых точек, не должен быть более 0,06 мм; 3) допускаемое радиальное биение по ленточкам сверла в сборе относительно хвостовика — 0,12—0,16 мм для сверл повышенной точности и 0,20—0,25 для сверл нормальной точности; 4) параметры шероховатости передних и задних поверхностей, а также поверхности ленточек Ra 0,63 и менее.
Сборные перовые сверла позволяют обрабатывать отверстия глубиной до 2D с точностью Н12—Н14 и Rz 40.
Для обработки отверстий в деталях из сталей марок 45 и 50 и серого чугуна с НВ 179—229 рекомендуются следующие режимы рез-ания:
скорость и, м/мин: по стали 10—15
по чугуну15—20
подача S, мм/об: по стали0,2—0,4
по чугуну0,4—0,8
Обработку рекомендуется производить с применением СОЖ—5%-ного раствора эмульсола в водесрасходом не менее 10 л/мин.
При указанных условиях обработки стойкость сверла должна быть следующей:
Диапазон диаметров сверл D, мм25—3031—5051—130
Стойкость Т, мин: по стали40—5055—6580—90
по чугуну 80-90100-110115-120
Центровочные комбинированные сверла
Центровочные комбинированные сверла позволяют одновременно обрабатывать цилиндрическую и коническую части центровых отверстий.
Выпускаются четыре типа центровочных комбинированных сверл по ГОСТ 14952—75: тип А (рис. 97, а)— для центровых отверстий с углом 60°; тип В (рис. 97, б) — для центровых отверстий с двойным углом конуса (60 и 120°); тип С (рис. 97, в)—для центровых отверстий с углом 75°; тип Р (рис. 97, а)—для центровых отверстий с радиусной поверхностью. Основные размеры выпускаемых сверл приведены в табл. 50.
Режущая часть центровочных сверл образована двумя прямыми, наклонными или винтовыми канавками и 205
Таблица 50. Основные размеры выпускаемых центровочных сверл, мм
Тип сверла
а
D
Di
L
1
А
1,0-10,0
3,15-25,0'
-
33,5-103,5
1,9-14,2
В
4,0-31,5
2,12-21,20
37,5—128/)
С
0,8-2,5
3,15-6,30
21,0-47,0
1Д-3,1
Р
1,0-10,0
3,15-25,0
—•
33,5-103,5
3,0-26,5
состоит из цилиндрического и конического участков. Цилиндрический режущий участок имеет такие же элементы, как и обычное спиральное сверло: две режущие кромки, расположенные под углом 2<р = 118°, и поперечную режущую кромку. Задние поверхности цилиндриче-
Рис. 97. Центровочные сверла.Рис. 97. Центровочные сверла.
Рис. 97. Центровочные сверла.
Рис. 97. Центровочные сверла.
ской и конической частей имеют углы соответственно 11 и 6°. Ленточка на цилиндрическом участке отсутствует, а его спинка затылуется со спадом, обеспечивающим задний угол по цилиндру, равный 1—2°, и обратной конусностью, равной 0,05-0,1 мм на 25 мм длины.
Заточка цилиндрического участка производится по главным режущим кромкам (по задним поверхностям), конического участка — по передним поверхностям. Величина допустимого стачивания цилиндрического участка по длине увеличивается с увеличением диаметра сверла и составляет от 0,4 до 1,4 мм.
Ж
Кроме сверл стандартных конструкций применяются также сверла усовершенствованных конструкций.
ДЛЯ > изДЛЯ > изудаления обычногоудаления обычногоРис. 98. сборноеРис. 98. сборноеЦентровочное сверло.Центровочное сверло.На рис. 97, д, показано сверло, особенностью которого является разделение потоков стружки от цилиндрического и конического режущих участков [29]. В отличие от стандартного в новом сверле цилиндрический участок режется кромкой 1, а конический — кромкой 2. Отвод стружки осуществляется по соответствующим канавкам. При такой конструкции не требуется многократного вывода сверла из стружки. Оно может быть i сверла, для чего необходимо занизить противоположные режущие кромки цилиндрического и конического участков, выключив их из резания.
ДЛЯ > из
ДЛЯ > из
удаления обычного
удаления обычного
Рис. 98. сборное
Рис. 98. сборное
Центровочное сверло.
Центровочное сверло.
На рис. 98 показано сборное центровочное сверло, состоящее из трех частей: зенковки /, имеющей осевое отверстие и вырез, сверла 2 и
сухаря 3. В зенковке с двух сторон выфрезерованы канавки 4, образующие режущие кромки 5, затылованные по задним поверхностям 7. Сверло своим цилиндрическим хвостовиком установлено в отверстие зенковки так, что его утолщенная часть 6 находится с внешней стороны и служит для сверления цилиндрического отверстия. Режущая кромка зенковки образует конусную часть центрового отверстия. Сверло и зенковка скрепляются сухарем с помощью винта или кулачка патрона и вместе образуют сборное центровое сверло. Переточка обоих инструментов производится отдельно, что значительно проще, чем переточка цельного сверла. Кроме того, зенковка допускает значительно больше переточек, а сверло может быть после полного износа заменено другим.
Сверла с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин
Использование многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластин для сверл — новое прогрессивное направление в области обработки резанием. Сверла с механическим креплением таких пластин позволяют обрабатывать отверстия глубиной до двух диаметров в сплошном материале на скоростях, в 5 —10 раз пре-
вышающих скорости при работе обычными сверлами из быстрорежущей стали и в 3—5 раз превышающих скорости при работе твердосплавными сверлами. Такие сверла допускают также обработку при значительно больших подачах.
Конструкция сверла с механическим креплением трехгранной пластины показана на рис. 99. Пластины 1 и 2 расположены в корпусе 4 так, что перекрывают всю глубину резания и обеспечивают примерное равенство сил резания, предотвращая тем самым увод сверла.
Рис. 99. Сверло с механическим креплением трехгран-ной неперетачиваемой пластины.
Закрепление пластин осуществляется специальным отклоняющимся винтом 7 с конической головкой и шлицем на торце или обычным винтом (см. рис. 55). Твердосплавная пластина соответственно имеет отверстие с коническим участком.
В корпусе сверла выполнены две выборки б для выхода стружки и два отверстия 3 для подачи СОЖ в зону резания; сверло имеет цилиндрический хвостовик 5 с лыской под зажимной винт.
В настоящее время освоен выпуск сверл диаметром 20; 25; 30; 38; 40 и 50 мм с механическим креплением пластин из сплавов марок Т5К.10, Т15К6 и ВК8.
Рекомендуемые режимы резания данными сверлами приведены в табл. 51.
Сверла с механическим креплением твердосплавных пластин требуют интенсивного охлаждения эмульсолом (5%) с расходом СОЖ не менее 15-20 л/мин и давле-
Таблица 51. Рекомендуемые режимы резания сверлами с механическим креплением многогранных пластин
Обрабатываемый материал
Скорость резания, м/мин
Подача, мм/об
Сталь:
углеродистая конструкционная . .
100—180
0,06-0,25
хромомолибденовая
80-150
0,06-0,2
хромоалюминиевая
70-130
0,06-0,2
нержавеющая
65-120
0,06-0,12
Титановые сплавы
30-50
0,06-0,12
Чугун
70-100
0,06-0,35
нием до 2 кгс/см2. Обработку отверстий необходимо производить на токарных и сверлильных станках с мощностью главного привода не менее 10—15 кВт.
Неполадки, встречающиеся в процессе эксплуатации сверл
Сверла, как и другие инструменты, подвержены возникновению различных неполадок в процессе обработки, что является следствием неблагоприятных условий образования и отвода стружки, недостаточной жесткости и прочности инструмента, затруднительного подвода СОЖ, ручной заточки сверл и др.
При сверлении могут иметь место следующие неполадки: интенсивный износ по задним поверхностям, выкрашивание главных и вспомогательных режущих кромок (ленточек), поломка сверла, разбивка отверстия, увеличение осевого усилия резания, увод сверла, прижим, налипание обрабатываемого материала на режущие элементы сверла и др.
20»20»Интенсивный износ по задним поверхностям приводит к снижению стойкости сверла. Он может произойти при недостаточной величине задних углов, отпуске режущей кромки при заточке, неправильном назначении режима резания (завышенных значениях скорости и подачи) и состава СОЖ- Для устранения этого недостатка необходимо в первую очередь проверить соответствие режима резания, рекомендуемого для данного размера сверла, и обрабатываемого материала. Если режим резания выбран правильно, то следует проверить задние углы сверла и при необходимости переточить его или заменить другим.
20»
20»
8 А, П. Драгун
Выкрашивание главных режущих кромок. Причинами выкрашивания могут быть слишком большой задний угол, чрезмерный износ сверла, пакетирование стружки, работа на завышенной подаче, некачественная заточка по задним поверхностям. Особенно опасно защемление сверла при выходе его из отверстия из-за резкого увеличения подачи. Устранить эту причину можно следующими мерами: досверливанием отверстия на ручной (пониженной) подаче; уменьшением осевого усилия резания путем подточки перемычки; повышением жесткости системы станок — приспособление — инструмент — деталь.
Выкрашивание ленточек в основном происходит из-за увода сверла, несовпадения осей вращения заготовки и сверла (при работе на токарном станке) и др.
У Ио д сверла имеет место в следующих случаях: режущие кромки заточены несимметрично; неравномерен износ режущих кромок; оси сверла и вращающейся заготовки не совпадают.
Налипание частиц обрабатываемого металла на ленточки сверла. Чаще всего это происходит из-за пониженной твердости режущих лезвий (неправильная термическая обработка или прижоги при шлифовании и заточке), большой ширины ленточки, отсутствия или недостаточной величины обратной конусности. При обработке вязких материалов причиной может быть неправильно подобранная СОЖ.
Поломка сверла может происходить из-за ранее описанных неполадок, если они своевременно не устранены, а также при работе на подачах выше допустимых, особенно при сверлении глубоких отверстий, при несвоевременных выводах сверла из отверстия для удаления стружки и при выходе сверла из отверстия в результате его защемления.
К числу неполадок можно отнести также сильное разбивание отверстий и низкую шероховатость обработанной поверхности. Причины этих отрицательных явлений— неправильная заточка сверла, чрезмерный износ по уголкам и ленточкам, налипание частиц металла на поверхности ленточек, повышенное биение лезвий сверла и др.
Для устранения или сокращения до минимума приведенных выше неполадок работу рекомендуется производить на оборудовании, имеющем необходимый диапазон скоростей вращения шпинделя и подач, достаточные
мощность электродвигателя и жесткость. Поверхности посадочных конусов шпинделя желательно периодически проверять с целью выявления и устранения повреждений (забоин, надиров, рисок) и загрязнений. Выключение или переключение вращения шпинделя нужно производить только при выведенном из отверстия сверле, иначе возможны заклинивание сверла в отверстии и поломка (особенно твердосплавного сверла). Нельзя применять зажимные патроны, допускающие проворот или осевое смещение сверла в процессе обработки.
Повысить износостойкость сверл и уменьшить налипание частиц металла на режущие элементы можно путем химико-термической обработки сверл — жидкостного цианирования, тонкослойного хромирования, а также нанесения износостойкого покрытия карбидом или нитридом титана.
ЗЕНКЕРЫ, ЗЕНКОВКИ И РАЗВЕРТКИЗЕНКЕРЫ, ЗЕНКОВКИ И РАЗВЕРТКИГЛАВАVIГЛАВАVI
ЗЕНКЕРЫ, ЗЕНКОВКИ И РАЗВЕРТКИ
ЗЕНКЕРЫ, ЗЕНКОВКИ И РАЗВЕРТКИ
ГЛАВА
VI
ГЛАВА
VI
Зенкеры, зенковки и развертки - это многолезвийные размерные режущие инструменты, которые предназначены для предварительной или окончательной обработки отверстий, полученных на предшествующих операциях. Общими конструктивными элементами зенкеров и разверток являются рабочая часть, присоединительная 'часть, которая выполняется в виде либо конического хвостовика, либо конического отверстия, и канавки, образующие зубья и режущие лезвия. Отличаются зенкеры и развертки в основном количеством зубьев, геометрическими параметрами заточки, точностью наружного диаметра, а также условиями эксплуатации.
Зенковки предназначены для подрезки торцов в отверстиях и обработки фасок.
В промышленности нашли широкое применение комбинированные зенкеры различных конструкций и назначения: сверла-зенкеры, зенкеры-развертки, ступенчатые зенкеры и развертки и др.
По конструкции и инструментальному материалу зенкеры и развертки делятся на цельные из быстрорежущей стали, оснащенные напайными пластинами из твердого сплава, и сборные с механическим креплением ножей. В последние годы появились и успешно применяются зенкеры с механическим креплением твердосплавных многогранных пластин.
В зависимости от способа крепления зенкеры и развертки разделяют на концевые, с коническим или цилиндрическим хвостовиком, и насадные.
Конструкция и размеры зенкеров общего назначения
С помощью зенкеров обрабатывают цилиндрические отверстия, полученные сверлением, отливкой, ковкой или штамповкой, с целью придания им более правильной геометрической формы, а также необходимой точности размера и шероховатости поверхности.
а) е)
Рис. 100. Основные разновидности цельных зенкеров.
Зенкеры используют большей частью для промежуточной обработки между сверлением и развертыванием, а также для окончательной обработки с допусками по НИ. Для этих случаев предусматриваются зенкеры с разными исполнительными размерами, в зависимости от которых они соответственно подразделяются на зенкер № 1 и зенкер № 2 (табл. 52).
Основные типы и размеры стандартных зенкеров, выпускаемых централизованно, приведены на рис. 100 и в табл. 53.
Зенкеры цельные с коническим хвостовиком выполняются трехзубыми, насадные - четырехзубыми. Число зубьев у сборных зенкеров с коническим хвостовиком диаметром от 30 до 38 мм — 3, от 40 до 50 мм — 4; у сборных насадных зенкеров диаметром от 50 до 55 мм — 4 и от 58 до 100 мм — 6.
Таблица 52, Предельные отклонения стандартных зенкеров
Зенкер № 1
Зенкер >6 2
Номинальный диаметр зенкеров, мм
Отклонение диаметра, мкм
верхнее
нижнее
верхнее
нижнее
От 10 до 18
Oj 10 до 30
От 30 до 50
От 50 до 80
От 80 до 100
-210
-245
-290
-350
-420
— 245
-290
-340
-410
-490
4-70
4-85
4-100 4-120 4-140
+35 +40 +50 +60 +70
Таблица 53. Основные размеры стандартных зенкеров
Наименование зенкеров
Размеры, мм
d
Номер конуса Морзе
D
1
Зенкеры цельные быстрорежущие с коническим хвостовиком (см. рис. 100, а)
10-13
14-29
29-30
32-40
80-100
95-150
120-175 140 -200
1
2
3
4
Зенкеры, оснащенные пластинами из твердого сплава с коническим хвостовиком (см. рис. 100, ^)
14-19
20-27
28-50
85-125 100-150 120-210
—
2
3
4
Зенкеры цельные насадные быстрорежущие и оснащенные пластинами из твердого сплава (см. рис. 100, гид)
32-34
35-38
40-48
50—55
58-70
72-80
30/40
34/45
38/50
42/55
48/60
82/65
13
16
19
22
27
32
Зенкеры со вставными ножами, оснащенныепластинами из
твердого сплава с коническим хвостовиком (см, рис. 100, в)
30—50
262 - 308
—
4
Зенкеры насадные со вставными быстрорежущими ножами и ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава (см. рис. 100, е и ж)
50—55
58—70
72-80
85-100
60/58
65/64
70/69
76/74
22
27
32
40
—
Примечание. Значение / в числителе - для зенкеров из быстрорежущей стали, в знаменателе — для твердосплавных.
Базирование ножей в сборных зенкерах осуществляется рифлениями (размеры рифлений - по ГОСТ 2568-71), выполненными на опорных поверхностях ножей и на стенках пазов, а закрепление - клиньями. После полного износа зенкеров по наружному диаметру ножи переставляются на 1 зуб выше и вновь шлифуются и затачиваются до требуемого размера.
Стандартизованы однотипные зенкеры для обработки трех групп материалов: конструкционных углеродистых и легированных сталей; нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов; легких сплавов. Отличаются эти зенкеры друг от друга формой и углом наклона канавок, а также геометрией заточки.
Рабочая часть цельных быстрорежущих зенкеров и ножей к сборным зенкерам изготавливается из быстрорежущей стали по ГОСТ 19265 —73.
Для твердосплавных зенкеров используются пластины из следующих марок твердого сплава: В Кб, ВК8, ВК6М, ВК60М, ВК100М, ВК8В, Т15КЮ, Т14К8, Т15К6. Выбор марки твердого сплава для обработки деталей из различных материалов необходимо производить в соответствии с рекомендациями (см.табл. 10).
Геометрические параметры зенкеров
Рабочая часть зенкеров (рис. 101) характеризуется следующими основными геометрическими параметрами: углом наклона стружечных канавок или вставных ножей ®, передним углом у, задним углом а, главным углом в плане ф и шириной ленточки f.
Зенкеры обычно имеют правый наклон канавок, что обеспечивает хороший отвод стружки из обрабатываемого отверстия и положительный передний угол у-Приняты следующие значения углов о:
Тип инструментаи, град.
Зенкеры из быстрорежущей стали: с коническим хвостовиком .,,.••♦• 20 насадные 15
Зенкеры, оснащенные пластинами из твердого сплава:
наклон пластины . • • • •*. * 10
наклон канавки ......15
Зенкеры со вставными ножами (наклон ножей) 10
Главный угол в плане ф влияет на толщину а и ширину b срезаемого слоя, составляющие усилия резания и условия отвода тепла от угловых точек зубьев.
При малых углах ф зенкер работает с меньшей толщиной срезаемого слоя а, но большей шириной Ь, что положительно отражается на стойкости инструмента. Однако с увеличением 6 при ф<45° зенкер имеет склонность к вибрациям из-за повышения крутящего момента. В стандартных зенкерах угол ср = 60°. С целью упрочне-
Рис. 101. Рабочая часть зенкеров.
ния вершины зуба и повышения стойкости зенкера затачивают дополнительную режущую кромку с углом Фд=30°.
Дополнительную режущую кромку рекомендуется затачивать на зенкерах, оснащенных титанокобальтовым твердым сплавом, а также при обработке нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
У зенкеров, предназначенных для обработки глухих отверстий, режущая кромка расположена перпендикулярно оси зенкера (угол ф=90°)
Передний угол у при отсутствии подточки по перед-
ней поверхности обычно не указывается. Он получается за счет наклона винтовой канавки и для наиболее удаленных от оси зенкера точек режущей кромки может быть определен по формуле:
т = arct?
При угле <р = 60° рередний угол у для принятых углов с» 10°, 15° и 20° будет иметь следующие значения: 11°20'; 15° и 20°.
У зенкеров, оснащенных твердым сплавом, передний угол получается путем .заточки передней поверхности параллельно главной режущей кромке. Для твердых сплавов титанокобальтовой группы с целью упрочнения режущей кромки рекомендуется отрицательный передний угол у=—5°, для вольфрамокобальтовой группы — положительный у = 5—8°.
Задняя поверхность зенкеров плоская. Учитывая, что зенкеры работают с достаточно большими подачами, оптимальное значение угла о равно 6—10° при обработке стали и чугуна. И передний и задний углы рассматриваются в сечениях, перпендикулярных к режущей кромке. На вспомогательных режущих кромках задние углы такие же, как и на главных.
Ленточка на калибрующей части зенкеров шлифуется по цилиндру. Она служит для направления зенкера и обеспечивает получение требуемого размера обрабатываемого отверстия. Ширина ленточки для инструментов из быстрорежущей стали принимается в пределах от 1,0 до 2,0 мм (большие значения имеют зенкеры большего диаметра). Зенкеры, оснащенные твердым сплавом, выполняются с более узкой ленточкой' (0,5—0,9 мм). Калибрующая часть зенкеров по ленточкам должна иметь равномерную обратную конусность.
Цельные зенкеры из быстрорежущей стали выполняются с обратной конусностью, равной 0,04-0,08 мм для зенкеров диаметром до 18 мм и 0,08—0,10 мм для зенкеров диаметром свыше 18 мм. Обратная конусность для твердосплавных зенкеров диаметром от 14 до 30 мм составляет 0,05—0,08 мм, для зенкеров диаметром свыше 30 мм —0,08—0,10 мм.
Режимы резания, износ и стойкость зенкеров
Выбор режимов резания при зенкеровании заключается в определении глубины резания, подачи и скорости резания.
Глубина резания t определяется как половина припуска по диаметру обработки. Рекомендуются следующие предельные значения припусков 2/ в зависимости от диаметра зенкеров D, мм:
ууо
у
у
До 182,5-3,5
От 18до304,0-4,5
От 30до505.5-8,0
От 50до807,0-10,0
От 80 до 100 .. 8,0-12,0
Подача S назначается с учетом требований к шероховатости и точности обработки и в зависимости от прочностных свойств материала. Рекомендуются две группы подач (табл. 54). Подачи группы I назначаются при зенкеровании отверстий без допуска или с допуском по 12-му квалитету, а также при предварительном зенкеровании отверстий для последующей обработки несколькими инструментами. Подачи группы II имеют несколько меньшие значения и назначаются в тех слу-
Таблица 54. Подачи, рекомендуемые для обработки сквозных отверстий в заготовках из стали и чугуна зенкерами из быстрорежущей стали и оснащенных твердым сплавом, мм/об
Дваметр зенкера О,
ММ
Сталь, а8 — 75 кгс/мм1
Чугун твердостью НВ
ДО 229
свыше 229
Группа подач
I
II
I
II
п
15
0,50-0,60
0,40 — 0,45.
0,70-0,90
0,55-0,65
0,50—0,65
0,40-0,45
20
0,60-0,70
0,45-0,50
0,90-1 ДО
0,60-0,70
0,60-0,75
0,50—0,55
30
0,80-1,00
0,60-0,70
1,10-1,30
0,80-0,90
0,80-0,90
0,60 -0,70
40
0,90-1,20
0,70 -0,80
1,40-1,70
1,00-1,10
1,00-1,10
0,70-0,80
50
1,00-1,30
0,80-0,90
1,60-2,00
1,10-1,30
1,20-1,40
0,85-1,00
60
1,10—1^0
0,85-0,90
1,80-2,20
1,20-1,40
1,30-1,50
0,90-1,10
80 и более
1,20-1^0
0,90-1,10
2,00—2,40
1,40-1,60
1,40-1,70
1,00-1,20
чаях, когда необходимо обработать отверстие с допуском по 10—11-му квалитету под последующую тонкую расточку или чистовое развертывание. При зенкеровании сталей, имеющих сгв больше 75 кгс/мм2, интервалы подач уменьшаются: примерно в 1,3 раза при ав = 90—
НО кгс/мм2 и в 1,5 раза при ав НО кгс/мм4. Зенкерова- ние глухих отверстий рекомендуется производить с подачей в пределах 0,2—0,6 мм/об.
Скорость резания и назначается после определения глубины резания и выбора подачи. Значения скоростей резания, рекомендуемые для обработки стали и чугуна зенкерами из стали Р18, приведены в табл. 55.
Таблица 55. Скорость резания е, м/мин, рекомендуемая для обработки стали и чугуна в зависимости от диаметра зенкера D, глубины резания / и подачи S
D, мм
t, мм
Подача S, мм/об
0,30
0,42
0,56
0,75
1,0
1,3
1,
2,4
Обработка стали sB = 75 кгс/мм2
15-35
0,5-1,0
1,1-2,0
Св. 2,0
29,5
21,0
23,5
25,5
22,5
20,5
22,0
19,3
17,3
19,0
16,7
15,0
16,4
14,4
12,4
14,1
12,4
11,1
12,2
10,7
9,6
10;5
9,3
8,3
36-80
0,5- 1,0
27
23
19,9
172
143
123
11,0
9,5
1,1-2,0
23,5
20,5
17,5
15,1
13,0
112
9,7
8,4
Св. 2
21
18
15,6
13,4
11,6
10,0
8,6
7,5
Обработка чугуна НВ 143—229
15-35
0,5-1,0
1,1-2,0
35,0 33,0
31,0
29,0
27,5
21,0
24,5
23,0
22,0
20,5
14,5
182
17,3
162
15,4
14,2
36- 80
1,0-2,0
2,1-3,0
31,5
30,0
28,0
27,0
25,0
24,0
22,0
21,0
19,7
18,8
17,5
16,7
15,5
14,8
13,8
13,2
Примечание. Зенкеры диаметром 15-35 мм — цельные, диаметром 36— 80 мм — насадные.
Производительность твердосплавных зенкеров значительно выше, чем быстрорежущих. Это достигается за счет увеличения скорости резания. Значения скоростей резания в зависимости от глубины резания и подачи приведены в табл. 56 и 57.
Износ зенкеров происходит по передней и задней поверхностям и по ленточке. В качестве критерия затупления принимается износ по задней поверхности 0,9— 2,0 мм для быстрорежущих зенкеров и 0,4-0,6 мм для
Таблица 56. Скорость резания ^ при обработке отверстий в деталях из конструкционной и легированной стали а, = 71 — 80 кгсмм2 зенкерами, оснащенными пластинами из твердого сплава Т15К6, с охлаждением (подача $ = 0,38—1,2 мм/об), м/мнн
Глубина резания t, мм
Диаметр зенкера D, мм
20
30
40
50
60
30
1,0
50-71
57-81
62-89
67-96
72-103
80-114
1,8
44-63
51-72
55-79
60-86
64-92
71-101
3,3
39-56
45-64
49-70
53-76
57-81
63-90
6,0
34-50
40-57
44-62
47-67
51-72
56-80
Таблица 57. Скорость резания v при обработке отверстий в чугунных заготовках НВ» 182 - 200 зенкерами, оснащенными пластинами из твердого сплава ВК8 (диаметр зенкера 14—80 мм), м/мин
Глубина резания t, мм
Подача 5, мм/об
0,35
0,46
0,59
0,77
1,00
1,30
1,70
2,20
0,6
175
156
138
123
109
97
86
77
1,3
156
138
123
109
97
86
77
68
2,7
138
123
109
97
86
77
68
61
6,0
123
109
97
86
77
68
61
54
13,0
109
97
86
77
68
61
54
—
твердосплавных зенкеров. При этом средние периоды стойкости имеют такие значения:
Диаметр зенкера, D,
ммДо2021-30 31—40 41-50 51—60 61-80,
Период стойкости Т,
мм • * . 3040506080100
Зенкеры для обработки деталей из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов
Для обработки деталей из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов (ГОСТ 21540— 76-ГОСТ 21545 — 76) применяются твердосплавные зенкеры. Эта группа инструментов включает зенкеры: с напайными пластинами из твердого сплава с коническим хвостовиком диаметром 12-50 мм и насадные диаметром 32—
220
80 мм; сборные с коническим хвостовиком диаметром 30—50 мм и насадные диаметром 50—80 мм; цельные твердосплавные с цилиндрическим хвостовиком диаметром 3—10 мм и с коническим хвостовиком диаметром 7,8—12 мм.
Особенностью данных зенкеров является то, что они оснащаются пластинами из твердого сплава (ВК60М, ВКЮ0М. и ВК8) и имеют соответствующие геометрические параметры. Уменьшен до 15° угол в плане переходной режущей кромки ф' (обозначение по рис. 101) и введен передний угол у в сечении, перпендикулярном цилиндрической режущей кромке. Значение последнего для обработки стали с ов = 55—60 кгс/мм2— 8°, с ств = = 100 кгс/мм2 — 5°.
Применение цельных твердосплавных зенкеров эффективно для обработки отверстий до 12 мм (ранее такие отверстия обрабатывались цельными быстрорежущими зенкерами).
Для обработки отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов рекомендуются следующие режимы резания.
Припуск под зенкерование 2f меньше, чем при обработке конструкционной стали и чугуна. Его значения в зависимости от диаметра зенкера D следующие:
D, ммДо 1818-3030- 5050- 80
2/, мм41,0—1,5 1,5-2,0 2,0-3,5 3.5-5.0
Подачу S следует выбирать в пределах 0,05— 0,25 мм/об (меньшие значения применять для деформируемых и литейных жаропрочных сплавов, большие — для остальных материалов).
Скорость резания и для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей — до 20 м/мин, для обработки жаропрочных сплавов — до 5 м/мин.
Особенности конструкции зенкеров для обработки легких сплавов
Требования к инструментам, предназначенным для обработки легких сплавов, распространяются и на зенкеры. Они касаются как формы зубьев, так и геометрических параметров режущей части и учтены в стандартах на зенкеры для обработки легких сплавов (ГОСТ 21579—76 и ГОСТ 21580—76).
Особенностями конструкции данных зенкеров являются увеличенный до 30° угол наклона стружечных ка-
m
навок 6), а следовательно, и передний угол, увеличенная глубина канавок и радиусная форма выполнения передней поверхности. Этим обеспечиваются благоприятные условия образования и отвода стружки, уменьшение или исключение ее налипания на переднюю поверхность.
Задний угол также увеличен до 15°. С целью уменьшения налипания материала на ленточки ширина их уменьшена до 0,2—0,3 мм, а спинка зуба заточена с углом 20° на площадке f = 1—3,5 мм.
Рис. 102. Двузубый зенкер для обработки легких сплавов.
Для обработки отверстий от 3 до 9 мм предусмотрены двузубые зенкеры с цилиндрическим хвостовиком, конструкция которых показана на рис. 102.
Основные размеры этих сверл (DXLX0 следующие: 3X61X33; 3,5X 70X 395; 4,0X75X 43; 4,5X 80X 47; 5,0Х Х86Х52; 6,0X 93X57; 7,0X109X 69; 8,0X117X75; 9,0Х Х125Х81.
Зенковки
Основные типы зенковок показаны на рис. 103.
Зенковки для обработки опорных поверхностей под крепежные винты по ГОСТ 15601—70 (рис. 103, а и б) выполняются со сменной цапфой, размеры которой выбираются в зависимости от диаметра основного отверстия. Зенковки с цилиндрическим хвостовиком выпус- ш
каются диаметром 15; 18; 20; 22 и 24 мм, зенковки с коническим хвостовиком—15; 18; 20; 22; 24; 26; 30; 32; 33; 34; 36 и 40 мм.
Зенковки, показанные на рис. 103, в и г, предназначены для обработки центровых отверстий и опорных поверхностей под винты с конической головкой. Они выполняются с углом конуса 60, 90 и 120°. Диаметры D зенковок с цилиндрическим хвостовиком — 8; 10; 12; 16; 20 и 25 мм, с коническим— 16, 20; 25; 31,5; 40; 50; 63 и 80 мм.
Рис. 103. Основные разновидности зенковок.
Для подрезки торцов приливов и бобышек в литых корпусных деталях применяют обратные односторонние и двусторонние зенковки из быстрорежущей стали и оснащенные пластинами из твердого сплава (рис. 103, д и е). Они крепятся на специальных оправках с помощью байонетного замка. Диаметры выпускаемых зенковок: 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100 мм.
Кроме описанных выше в промышленности применяют и другие конструкции зенковок, особенно в тех случаях, когда использование стандартных зенковок невозможно.
Для снятия грата (притупления острых кромок) в отверстиях с внешней и внутренней стороны фирма Madison (ФРГ) предлагает зенковки, показанные на
рис. 104. Рабочая часть зенковки двустороннего действия (см. рис. 104, а) разрезана пазом 5 на две части, образующие два упругих лепестка, на которых выполнены заходная часть / и зубья 3 с режущими кромками 2 и 4. Жесткость лепестков можно регулировать, перемещая кольцо 6 по цилиндрической части зенковки и закрепляя его в определенном положении винтом 7, который своим коническим концом заходит в паз 5 и тем самым создает точку защемления лепестков. Чем ближе к передней части закреплено кольцо, теч выше жесткость лепестков.
На рис. 104,6, показана зенковка для снятия грата только на внутреннем торце отверстия (обратной подачей). Она имеет сферическую 8 и цилиндрическую 9 за- ходные части и режущие кромки 10.
Схема работы зенковки по рис. 104, а, показана на рис. 105. В позиции I вращающаяся зенковка своей передней направляющей введена в отверстие и производится снятие грата на внешнем торце отверстия. При дальнейшем перемещении, зенковки (позиция II) ее лепестки сжимаются и свободно проходят в отверстии. Обратным ходом (позиция III) производится снятие грата на внутреннем торце отверстия. Продолжая обратное движение, лепестки, как и в позиции II, сожмутся, а зенковка выйдет из отверстия.
Скорость вращения зенковки такая же, как и при сверлении, подача выбирается в пределах от 0,2 до 0,5 мм/об. Большее значение подачи соответствует большему диаметру зенковки.
Для обработки фаски на внешнем торце и снятия грата на внутреннем торце предлагается зенковка, представленная на рис. 106. Режущие кромки 2 снимают грат, а режущие кромки 3 производят обработку фаски. Заходная часть 1 имеет сферическую форму.
Режущие части зенковок выполняются из быстрорежущей стали в виде приваренных пластин, лепестки и хвостовик —из пружинной стали. Схема заточки зенковок показана на рис. 107. •
В табл. 58 приведены основные размеры зенковок (по рис. 104) диаметром от 6 до 30 мм, выпускаемых фирмой Madison.
На рис. 108 показана конструкция зенковки с откидывающейся резцовой вставкой для подрезки торцов обратной подачей, которую целесообразно применять в тех случаях, когда технически невозможно или затруднительно использование обратных зенковок поМН729—60.
Рис. 104. Зенковки для снятия грата в отверстиях фирмы Madison.
Рис. 105. Схема работы зенковки.
Рис. 106. Зенковка для снятия грата с внутренней стороны отверстия.
Таблица 58. Основные размеры зенковок для снятия грата в отверстиях, мм
Номинальный диаметр зенкера d
Диаметр отверстия детали
D
♦—
4
L
1
к
к
6,0
7,0
6,0-6,4
7,0-7,4
8,5
9,5
6,0
7,0
ПО
5
5
8,0
8,0-8,4
10,5
8,0
6,5
9,0
10,0
11,0
9,0-9,4
10,0-10,4 11,0-11,4
12,0
13,0 15,0
9,0
10,0
11,0
150
6,5
8
40
.12,0 14,0 15,0 16,0
12,0-12,9
14,0—14,9
15,0-15,9
16,0-16,9
16,0
18,0
20,0
21,0
12
200
7
10
60
17,0 18,0 20,0 22,0 24,0
17,0—17,9
18,0-18,9
20,0-20,9
22,0-22,9
24,0-24,9
22
24
26
28
30
Конус Морзе № 2
250
8
12
—
Рис. 107, Схема заточки зенковок для снятия грата.
В оправке 1 имеется выборка 2 и выполнены соосно резьбовое отверстие для винта-центра 5 и центровое отверстие 7, между которыми установлена подвижно режущая вставка 8 с припаянной твердосплавной пластиной 9. Со стороны левого торца вставка сопряжена своим центровым отверстием 6 с конусом винта-центра, со 226
стороны правого торца — своим наружным конусом с центровым отверстием оправки. Натяжёние между сопряженными поверхностями регулируется винтом 7 так, чтобы вставка легко поворачивалась под действием собственного веса. После регулировки винт стопорится с помощью сухарика 4 и винта 3.
Профиль и размеры сечения выборки 2 в оправке выбраны такими, что при повороте вставки влево она, заняв положение 10, не выступает за габариты сечения оправки. В таком положении оправка, установленная в пиноль станка, вводится в отверстие детали до тех пор, пока вставка не выйдет за обратный торец отвер-
Рис. 108. Зенковка с откидывающейся резцовой вставкой.
стия. После этого включают правое вращение пиноли, и вставка под действием собственного веса и сил инерции поворачивается вправо, пока не упрется в плоскость 11. Затем включают обратную подачу шпинделя и производят обработку. При включении же левого вращения пиноли вставка занимает положение 10 и не мешает выводу оправки из отверстия.
В процессе обработки зенковка центрируется по отверстию в детали, поэтому диаметр d цилиндрической части оправки 1 должен иметь небольшой зазор по отношению к диаметру отверстия.
Переточку режущей вставки по задним поверхностям на торце и по периферии производят отдельно от оправки на заточном станке.
Конструкция и размеры разверток
Развертка — это инструмент, с помощью которого можно обрабатывать точные цилиндрические или конические отверстия с высокой степенью шероховатости на
ш
станках токарной, сверлильной и расточной групп или вручную. Нередко развертка является единственным инструментом для обработки указанных отверстий.
Цилиндрические развертки. Цилиндрические развертки позволяют обрабатывать отверстия 6— 11-го квалитетов точности с параметром шероховатости Ra = 0,8—1,6 мкм. Применяются развертки после предварительной обработки отверстий зенкером, расточным резцом или сверлом.
Выпускаются развертки чистовые для обработки отверстий с допусками по К7, Н7, Н8 и Н9 (в централизованном порядке) и по Кб, Js6, Н6, G6, Р7, N7, М7, Js7, G7, F8, F9, Е9, D9, НЮ и НИ (по требованию потребителя) и развертки с припуском под доводку номеров 1—6, которые можно перешлифовать под необходимую посадку и точность отверстия. Кроме того, производятся черновые развертки для обработки отверстий под последующее чистовое развертывание.
Очень важным параметром цилиндрических разверток является их исполнительный диаметр, который согласно ГОСТ 7722—70 задается в виде предельных отклонений от номинального размера (табл. 59).
Таблица 59. Допуски на диаметр черновых разверток
Номинальный диаметр, мм
Отклонения, мкм
Номинальный диаметр, мм
Отклонения, мкм
верхнее
нижнее
верхнее
нижнее
От 1 до 3
-25
-34
От 18 до 30
-60
-74
От 3 до 6
-30
-40
От 30 до 50
-70
— 87
От 6 до 10
-40
-50
От 50 до 80
-80
-105
От 10 до 18
- 50
-62
От 80 до 100
-90
-120
Стандартизованы и выпускаются централизованно развертки общего назначения, а также развертки для обработки деталей из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов и развертки для обработки легких сплавов.
Основные разновидности и типы разверток из быстрорежущей стали и оснащенных твердосплавными пластинами показаны на рис. 109.
Ручные развертки изготавливают из инструментальной стали 9ХС. Стандартом предусмотрены два исполнения ручных разверток: исполнение 1 — развертки с прямыми канавками диаметром от 1 до 40 мм, испол-
некие 2 — развертки с винтовыми канавками диаметром от 6 до 40 мм. Развертки выполняются с цилиндрическим хвостовиком, заканчивающимся квадратом. Особенностью разверток является длинная рабочая часть, что обеспечивает их хорошее направление и центрирование в процессе обработки.
Рис. 109. Основные разновидности разверток.
Машинные развертки из быстрорежущей стали выпускаются цельными с цилиндрическим хвостовиком диаметром 2 — 16 мм, с коническим хвостовиком диаметром 5,5—50 мм и насадными диаметром 25 — 50 мм. Основные размеры данных разверток (обозначение по рис. 109), выпускаемых централизованно, следующие.
Развертки машинные цельные с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 1672—80 (DxiXl\XL), мм: 3,0Х 10X22X60; 3,2X10X22X60; 3,5X18X31X70; 4.0Х19Х Х32Х75; 4,5X21X83 X 80; 5,0X23X34X86; 5.5Х26Х
Х86Х93; 6,0X26X36X93; 7,0X 31X40X109; 3.0Х83Х Х42ХП7; 9,0X34X44X125.
Развертки машинные цельные с коническим хвостовиком по ГОСТ 1672—80 фх1ХЦ, мм: 10X38X168; 10X16X140; 11X41X175; 11X16X140; 12X44X182; 12X18X150; 13X 44X182; 13X18X150; 14X47X189; 14Х Х18Х160; 15X 50X204; 15X18X160; 16X52X210; 16Х X18X160; 18X56X214; 18X20X180; 20X60X228; 20Х Х20Х190; 22X 64X 287; 22x20x260; 24X 68X269; 24Х Х20Х200; 25X60X268; 25x22X220; 28X71X277; 28Х Х22Х240; 30X73X284; 30X25X240; 32X77X317; 32Х Х25Х240. Развертки диаметром 10—15 мм имеют хвостовик с конусом Морзе 1, 16—22 мм — с конусом Морзе 2 и 24—32 мм — с конусом Морзе 3.
Развертки машинные цельные насадные по ГОСТ 1672—80 фХйХЦ, мм: (32, 34, 35)Х16Х50; (36, 37, 38, 40, 42) X19X56; (44, 45, 46, 47, 48, 5О)Х22Х63.
Развертки со вставными ножами из быстрорежущей стали по ГОСТ 883—80 диаметром 32—50 мм выполняются с коническим хвостовиком, а диаметром 40— 100 мм — насадными. Эти развертки более экономичны, чем цельные, так как режущая их часть выполнена из тонких, механически закрепляемых ножей и возможна перестановка ножей в радиальном направлении, что увеличивает срок службы развертки. Централизованно выпускаются сборные развертки следующих размеров.
Развертки со вставными ножами с коническим хвостовиком (DxlXL), мм: 32Х38Х(292, 317); 34Х38Х Х(296, 32); 35Х38Х(296, 321); (36, 37)Х42Х325; (38, 4о)Х329X42; (42, 45) X42X386; (47, 48, 50)Х45X344. Развертки имеют хвостовик с конусом Морзе 4.
Развертки насадные со вставными ножами из быстрорежущей стали (ВхйХЦ, мм: (52, 55) X19X71; (58, 60, 62, 63, 65)Х22Х71; (68, 70, 72, 75)Х27Х80; (77, 80)Х Х32Х80; (85, 90, 95, 100)Х40Х90.
Машинные развертки, оснащенные пластинами из твердого сплава, диаметром от 10 до 82 мм по ГОСТ 11175—80 изготавливаются с коническим хвостовиком, диаметром 32—55 мм — насадными, а диаметром 52— 300 по ГОСТ 11176—71 —насадными с привернутыми ножами.
Основные размеры твердосплавных разверток такие же, как и соответствующих разверток из быстрорежущей стали.
Освоен выпуск цельных твердосплавных разверток диаметром от 6 до 12 мм по ГОСТ 16080—70 и ГОСТ
16087—70. Основное назначение этих разверток — обработка отверстий в деталях из закаленных сталей, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов. Они изготавливаются из твердого сплава марок ВК6,ВК8, ВК6М и ВКЮМ. Цельные твердосплавные развертки с цилиндрическим хвостовиком изготавливают диаметром от 3 до 10 мм, с длиной рабочей части /=12—20 мм и общей длиной £ = 60—100 мм.
Развертки с коническим хвостовиком имеют соответственно D = 6,5—12 мм, /=18—22 мм и L=120—150мм.
Форма и геометрические параметры режущей части разверток
Рабочая часть разверток характеризуется формой и длиной режущей части /ь углом в плане ф, передним углом у и задним углом а, главными углами, шириной ленточки на калибрующей части f, числом зубьев, углом их наклона к оси о и взаимным расположением.
Известны несколько форм заточки режущей части, которые применяются в зависимости от характера и точности обрабатываемого отверстия и материала детали. Наиболее распространенная и универсальная форма имеет угол в плане ф=45° (рис. 110, а). Такую форму заточки црименяют при обработке сквозных и глухих отверстий 8—9-го квалитетов в деталях из вязких и хрупких материалов. Форму заточки с углом ф<45°, показанную на рис. 110, б, применяют для обработки сквозных отверстий 7—9-го квалитетов точности и повышенной степени шероховатости. Благодаря меньшему осевому усилию такая форма заточки используется на ручных развертках. Угол ф принимается в зависимости от обрабатываемого материала. Для обработки вязких материалов рекомендуется ф=15°, хрупких — ф = 5°. На ручных развертках ф=1—2°.
Ниже приведены значения параметров режущей части быстрорежущих и твердосплавных разверток.
Быстрорежущие развертки
Диаметр D, мм
Длина заборной части I, мм:
<р = 15°
Длина фаски С, мм . Ширина ленточки /, мм . . . . Задние углы, град:
3-6
6-9
9-28
28-50
2,0
2,0
4,5
6,5
1,0
1,0
2,5
3,5
1,0
1,0
1,0-1,5
2,0
0,1
0,15
0,2-0,3
0,3-0,35
10
8
15
10
Твердосплавные развертки
Диаметр D, мм
Длина заборной части I, мм: у =Х 15°2,5
ср = 5°..... 4,5
Длина фаски С, мм 1
Ширина ленточки /, мм ....
Задние углы, град: а . . .15
10—1516-30
2,5 4,5
0,15—0,25
10
25
32-50
3,5
6,520,2-0,4
20
Рис, 110. Геометрические параметры разверток.
Форма режущей части, показанная на рис. 110,6 ив, применяется для обработки отверстий 6-9-го квалите- тов точности и выше и рекомендована как основная для твердосплавных разверток при обработке труднообрабатываемых материалов. Особенность ее состоит в том, что переходная режущая кромка длиной /2 выполняется с углами ф=1—3° и, следовательно, снимает тонкий слой металла, а основной припуск снимает режущая кромка с большим углом (ф'>ф). Этим обеспечивается повышение качества обработки без увеличения, длины заборной части /ь Длина переходной режущей кромки /2 принимается в пределах 1—1,5 мм. Для повышения качества обработки рекомендуется переходной участок от режущей части к калибрующей закруглять.
При обработке вязких сталей и легких сплавов применяют развертки с кольцевой заточкой (рис. ПО,г). Диаметры ступеней принимаются равными Di — D— —0,2 мм, D2=D— (0,4—0,5) мм. Развертки с кольцевой заточкой могут работать с бблыдими припусками, чем развертки с обычной заборной частью.
В том случае, когда необходимо обрабатывать глухое отверстие, применяют развертки с заточкой торцовых режущих кромок (рис. 110,6). Заборная часть выполняется на длине 0,3 мм. с углом ф = 45°.
Конические развертки
Конические развертки предназначены для предварительной и окончательной обработки конических отверстий с конусностью 1: 50, 1:30, 1:20, 1 :16 и конусами Морзе. Основные типы конических разверток показаны на рис. 111.
Особенность конических разверток — отсутствие калибрующей части. Главными режущими кромками являются образующие конуса по всей длине зубьев. Они затачиваются по передней и задней граням. Вдоль режущих кромок по конусу оставляется узкая ленточка шириной не более 0,05 мм. Такая ленточка позволяет точно выдерживать конусную поверхность и повышает степень шероховатости обрабатываемой поверхности. Обычно передний угол у — 5°, задний а=10°.
Развертки для отверстий под конические штифты с конусностью 1:50 изготавливаются только чистовыми, остальные — черновыми и чистовыми. На режущих кромках черновых разверток с целью разделения стружки нанесены канавки в виде прямоугольной резьбы.
Рис. 111. Конические развертки
Режимы резания, износ и стойкость разверток
Параметрами режима резания при развертывании являются припуск на диаметр, скорость резания и подача. Они назначаются в зависимости от точности и шероховатости обрабатываемого отверстия и материала детали.
Рекомендации по выбору режимов резания для цилиндрических разверток приведены в табл. 60 и 61.
Таблица 60. Режимы резания, рекомендуемые для обработки стали и чугуна развертками из быстрорежущей стали
Диаметр развертки £>, мм
Подача 5, мм/об
Квалитет точности отверстий
6, 7, 8
9, 10 и 11
V, м/мин
2/, мм
О, м/мин
2/, мм
До 3 3,2-10 11-20
0,20-0,25 0,25—0,30' 0,45-0,75
0,05—0,07
0,06-0,08
0,07-0,08
9-10
8-9
6-8
0,08 ОДО 0,15
21-30
32-50
0,75-1,00
0,75-1,00
2-3
0,07-0,10
0,08-0,12
4-6
0,20 0,25
52-80 85-100
1,10-1,80
1,80—2,10
0,10-0,15
0,30
При развертывании конических отверстий применяются следующие режимы резания: скорость резания о=4—6 м/мин для обработки стали и v=5—8 м/мин для обработки чугуна; подача выбирается в зависимости от характера обработки и диаметра развертки.
Для предварительной обработки отверстий диаметром от 10 до 30 мм в деталях из стали 5 = 0,1— 0,4 мм/об, из чугуна 5=0,15—0,35 мм/об; для окончательной обработки соответственно 5 = 0,08—0,18 мм/об и 5 = 0,10—0,25 мм/об.
Износ развертки приводит к ухудшению шероховатости и потере точности обрабатываемого отверстия.
Ориентировочная величина допустимого износа при задней поверхности для быстрорежущих разверток составляет 0,5—0,6 мм. Для разверток, оснащенных твер-
Таблица 61. Режимы резания, рекомендуемые для обработки отверстий развертками, оснащенными твердым сплавом
Диаметр развёртки D^ мм
V, м/мин
S, мм/об
2/, мм
Сталь
Чугун
10-20
10-12
12-15
0,8-1,2
од
21-40
1,0-1,3
42-60
8-10
10-12
1,0-1,5
0,15
62-100
1,5-2,0
Св. 100
6-8
8-10
0,20
дым сплавом, в качестве критерия износа принимается износ ленточки, равный 0,5—0,8 мм.
При обработке труднообрабатываемых материалов допустимый износ следует принимать в пределах 0,2 — 0,3 мм. Особенно внимательно необходимо следить за износом цельных твердосплавных разверток. Он не должен быть больше 0,1—0,25 мм.
Стойкость разверток при работе на рекомендуемых режимах резания в зависимости от диаметра развертки в среднем должна иметь следующие значения:
Диаметр развертки, мм . 10—2020—6060—100
Стойкость при обработке, мин:
стали 30-4060-80 80-100
чугуна 50-60100-120 120-140
Развертывание необходимо производить с применением СОЖ. В качестве СОЖ рекомендуются: 10%-ный раствор эмульсола типа Укринол-1, а также масляные жидкости ОСМ-3, МР-1 и др.
В том случае, если на станке отсутствует подвод СОЖ (координатно-расточные станки), ее необходимо наносить кисточкой. Обычно для этой цели применяют олеиновую кислоту, сульфофренол, керосин, касторовое масло. Применение СОЖ улучшает шероховатость поверхности обработки и повышает стойкость разверток.
Регулируемые развертки
Серьезным недостатком цельных разверток из быстрорежущей стали и оснащенных пластинами из твердого сплава является их сравнительно низкий срок службы, что связано с уменьшением диаметра развертки в результате износа ленточки. В промышленности применяются развертки, у которых можно регулировать диаметр и тем самым удлинять срок их службы, а также более точно настраивать на требуемый размер обрабатываемого отверстия.
Рис, 112. Развертка со смещающимися ножами.
В конструкции ручной развертки, показанной на рис. 112, регулирование размера производится путем осевого перемещения режущих ножей 7 по дну пазов корпуса 3, выполненных с уклоном 1:25. Опорная поверхность ножей имеет тот же уклон.
Перемещение ножей осуществляется двумя гайками / и 5 и шайбами 2 и 4, которые своими конусными поверхностями замыкают ножи, прижимая их ко дну пазов. Для увеличения размера гайку 5 отвинчивают, а гайку 1 завинчивают, т. е. перемещают ножи вправо, а для уменьшения размера операции производят в обратном порядке. Величина регулировки ножей по диаметру составляет от 3 до 4,5 мм в зависимости от номинального диаметра развертки.
Ножи в передней части имеют направляющий участок 6, образующий цилиндрическую поверхность, диаметр которой меньше диаметра развертки на величину припуска на обработку, что предотвращает возможность развертывания отверстия с припуском больше рекомендуемого, так как в такое отверстие развертку просто не завести.
Развертки изготавливают с передним углом у=0° и задними углами по заборной и калибрующей частям а=6—10°.
Выпускаются развертки следующих диаметров (за счет регулировки), мм: 15,25—17,25; 17,25—19,00; 19,00 — 21,00; 21,00 — 23,00, 23,00 — 26,00; 26,00 — 29,50; 29,50 — 33,50; 33,50 — 38,00. Длина разверток от 170 до 310 мм.
ВиЗ АМ2МВиЗ АМ2МКонус МорзеКонус МорзеРис. 113. Цельная регулируе-мая развертка.
ВиЗ А
М2М
ВиЗ А
М2М
Конус Морзе
Конус Морзе
Машинные регулируемые развертки выполняются с разрезанной рабочей частью (подобно цанге) и с цельной.
Конструкции разверток с разрезанной упругой рабочей частью, оснащенной твердым сплавом, показаны на рис. 113. Регулировка диаметра может осуществляться специальным винтом / с коническим участком, взаимодействующим с коническим отверстием в корпусе 2. Продольные прорези в стружечных канавках облегчают деформацию рабочей части. Такие развертки обеспечивают регулировки наружного диаметра (без переточки) в пределах 0,05—0,1 мм. Увеличению пределов регулировки препятствует образование обратной конусности на калибрующей части выше допустимых пределов, что снижает точность и ухудшает шероховатость обрабатываемых отверстий.
Регулируемые развертки с разрезанной рабочей частью изготавливают диаметром от 10 до 40 мм. Они
дают возможность обработки отверстий с точностью 7—9-го квалитетов (Н7, Н8 и Н9).
Регулируемые развертки с цельной рабочей частью обладают большей жесткостью, чем развертки с разрезанной рабочей частью, и обеспечивают постоянство ци- линдричности или обратной конусности калибрующей части при регулировке. При правильном выполнении деформируемых элементов развертки имеют достаточную упругость и позволяют регулировать диаметр в пределах 0,1—0,3 мм.
А
Опыт использования данных разверток показал их высокую эффективность при работе на токарных и сверлильных станках, а также на автоматических линиях. Например, при обработке отверстия диаметром 15,8 и длиной 26 мм в стальной детали с пределом прочности Ou=50 кгс/мм2 стойкость твердосплавной регулируемой развертки была в 3—4 раза выше, чем быстрорежущей.
Для обработки отверстий диаметром 55Н7, 60Н7, 65Н7 на горизонтально-расточных станках успешно применяются насадные цельные регулируемые развертки (рис. 114).
Развертка состоит из оправки 4, двух регулировочных гаек / и 3, рабочей части, собственно развертки 2 и штифта 5. Оправка имеет хвостовик с конусом Морзе 4, два резьбовых участка и конусную посадочную часть с конусностью 1:30. Такая же конусность в отверстии
рабочей части. В корпусе рабочей части выполнены отверстия 6, образующие упругие перемычки 7. При навинчивании гайки 1 рабочая часть перемещается по конусу и увеличивается по диаметру за счет упругой деформации перемычек. Штифт 5 фиксирует рабочую часть в угловом положении и предотвращает проворот ее в процессе обработки.
Основные причины неполадок при работе зенкерами и развертками
В процессе обработки отверстий зенкерами и развертками могут возникать следующие неполадки: выкрашивание режущих кромок или поломка инструмента, низкая стойкость инструмента, увод его в процессе обработки, неудовлетворительные шероховатость и точность обрабатываемого отверстия, заклинивание инструмента в кондукторной втулке и др.
Выкрашивание режущих кромок может происходить вследствие неправильной установки инструмента или детали на станке (переноса или несовпадения их осей), завышенного припуска под обработку и забивания стружкой канавок зенкера и развертки. При обработке вязких нержавеющих сталей возможно заклинивание инструмента в отверстии, причиной которого может быть неправильная заточка зубьев (малые задние углы или слишком широкая ленточка).
Причинами низкой стойкости могут быть работа на завышенных режимах резания, несоответствие марки инструментального материала физико-механическим свойствам обрабатываемого материала, повышенное биение зубьев, прижоги на режущих кромках при заточке, а также недостаточное охлаждение инструмента.
Увод зенкера происходит из-за несовпадения его оси с осью отверстия или неправильной установки детали (ось отверстия не параллельна оси инструмента).
Причинами нарушения точности обрабатываемого отверстия при зенкеровании могут быть несовпадение осей инструмента и обрабатываемого отверстия и образование нароста вследствие неправильного назначения режима резания.
При развертывании кроме упомянутых причин нарушение точности обработки может быть вызвано большим биением шпинделя, налипанием частиц обрабатываемого материала на режущие кромки, а также завышенным размером развертки по диаметру.
Неудовлетворительная шероховатость поверхности обработки получается при некачественной заточке инструмента, грубой предварительной обработке отверстия, повышенном наростообразовании, недостаточном попадании СОЖ в зону резания или неправильном выборе марки СОЖ, а также забивании стружкой канавок инструмента.
При работе разверткой по кондуктору вследствие несовпадения осей развертки и кондукторной втулки, скопления мелкой стружки в канавках и повышенного налипания стружки- может происходить заедание развертки в отверстии кондукторной втулки.
Прежде чем приступить к выполнению той или иной операции, необходимо убедиться в отсутствии вышеперечисленных причин возникновения неполадок, а если они имеются, своевременно устранить их.
О Л. П. Драгуи
ГЛАВАГЛАВАМЕТЧИКИ И ПЛАШКИ
ГЛАВА
ГЛАВА
VII
Одной из разновидностей резьбонарезного инструмента являются метчики и плашки. Изготавливаются они из инструментальных и быстрорежущих сталей» Метчики могут быть оснащены режущей частью из твердого сплава.
Конструкция и размеры этих инструментов, выпускаемых централизованно, стандартизованы. В промышленности применяются также другие, созданные новаторами конструкции метчиков и плашек, обеспечивающие эффективное нарезание резьбы в конкретных производственных условиях.
Метчики. Общие сведения
Метчик предназначен для нарезания внутренней резьбы и представляет собой винт, снабженный одной или несколькими продольными канавками, образующими режущие кромки и передние поверхности на его зубьях.
Общими конструктивными элементами метчиков (рис. 115) являются: заборная часть (режущая часть) 1, калибрующая часть 2 и хвостовик 3 с квадратным концом 4. Резьбовые участки 5, находящиеся между канавками 6, называют зубьями, или перьями, метчика. Зубья режущей части по наружной задней поверхности затылуются под углом а.
Метчики со шлифованной резьбой затылуются также по профилю резьбы. Передняя поверхность зубьев режущей и калибрующей частей затачивается под углом у.
Заборная часть характеризуется длиной 1Х и углом фе
М2
метчика каждым зубом сре-метчика каждым зубом сре-Рис. 115. Конструктивные элементы метчика.Рис. 115. Конструктивные элементы метчика.
метчика каждым зубом сре-
метчика каждым зубом сре-
Рис. 115. Конструктивные элементы метчика.
Рис. 115. Конструктивные элементы метчика.
В процессе работы она снимает основной припуск, который распределяется между зубьями и несколькими витками. Схема нарезания резьбы метчиком показана на
рис; 116. За один оборот зается слой толщиной а, который определяется по формуле:
где г — число зубьев метчика;
Р— шаг нарезаемой резьбы.
Из приведенной формулы видно, что толщина срезаемого слоя зависят от угла ф, шага резьбы Р и числа зубьев метчика г.
Калибрующая часть служит для окончательного формирования профиля резьбы, ее зачистки
и направления метчика.
Кроме того, при переточках по заборному конусу первые зубья калибрующей части переходят в заборную,
т. е. являются резервными.
Рис. 116, Схема нарезания резьбы.
Стружечные канавки могут быть прямыми, расположенными параллельно оси метчика, и винтовыми, с утлом наклона о» к оси метчика. Метчики с винтовыми канавками имеют большую жесткость поперечного сечения и обеспечивают лучший (направленный) выход стружки, что важно при нарезке резьбы в глухих отверстиях.
Хвостовик метчиков — цилиндрический, заканчивающийся квадратом, служащим для передачи крутящего момента.
В соответствии с ГОСТ 16925—71 установлено шесть степеней точности метчиков в зависимости от посадок и точности нарезаемой резьбы.
Для нарезания резьбы скользящих посадок 4Н, 5Н, 6Н и 7Н применяют метчики степеней точности соответственно Н2, Н2, НЗ и Н4. Резьбы с зазором посадок 6G и 7G нарезают метчиками степеней точности G1 и G2 соответственно. Допуски на резьбу предусмотрены ГОСТ 16925—71.
Радиальное биение элементов рабочей части и хвостовика регламентируется ГОСТ 3449—71. Оно не зависит от степени точности метчика и должно быть не более 0,02—0,03 мм для машинно-ручных метчиков и 0,03—0,05 мм для гаечных метчиков.
Шероховатость профиля резьбы, передних и задних поверхностей для шлифованных резьб — Ra=0,63 мкм, для нешлифованных резьб — .Ra=l,25 мкм.
Выбор конструкции и геометрических параметров метчиков
Правильный выбор конструкции и геометрических параметров метчиков имеет очень важное значение для высокопроизводительного нарезания резьбы. Дело в том, что метчики работают в весьма тяжелых условиях резания. Причины здесь следующие:
Все режущие лезвия заборной части (их число равно произведению количества канавок на число ниток на заборной части) снимают стружку одновременно, поэтому возникает значительный крутящий момент.
Контакт инструмента с деталью осуществляется не только по главным задним, но и по вспомогательным поверхностям.
В ряде случаев, при чрезмерном возрастании усилий резания, имеет место недостаточная прочность как отдельных зубьев, так и метчика в целом.
Отвод стружки из зоны резания, особенно при нарезании глухих резьб, затруднителен, что часто приводит к пакетированию стружки и поломкам инструмента.
Возникновение значительных упругих деформаций при обработке вязких материалов вызывает заклинивание метчика в отверстии.
В процессе резания на обработанной поверхности возникает упрочненный слой (происходит наклеп), который снижает стойкость метчика и увеличивает крутящий момент.
Все эти трудности необходимо учитывать, выбирая ту или иную конструкцию инструмента, особенно когда обрабатываемый материал имеет высокие предел прочности и вязкость и когда нарезается глухая резьба.
Следует отметить еще одно отрицательное явление, происходящее при нарезке глухих резьб и часто являющееся причиной повреждения режущих кромок зубьев метчика, — защемление стружки под затылочной поверхностью зубьев. Это происходит потому, что в конце нарезания зубьев перед каждым лезвием остаются не отделенные от основного металла разбухшие корни стружки (рис. 117,а), которые при вывертывании метчика по-
Рис. 117. Схема заклинивания метчика при его вывертывании.
падают под затылочную поверхность лезвия и заклиниваются, в результате чего может произойти скалывание режущей кромки под углом т], примерно равным заднему углу (рис. 117,6).
В практике встречается множество вариантов и условий обработки, отличающихся характером резьбовых отверстий (сквозные, глухие), их длиной (короткие, длинные) и точностью резьбы, обрабатываемым материалом, типом оборудования и технологической оснастки. Поэтому выбор конструктивных и геометрических параметров необходимо производить индивидуально для каждого конкретного варианта обработки, учитывая, что на процесс и условия резания влияют размеры заборной части, количество, форма, размеры и направление стружечных канавок, передний и задний углы, комплектность метчиков и распределение нагрузки между ними, наличие обратной конусности на калибрующей части и профиль резьбы инструмента.
Заборная часть. Из приведенной ранее формулы видно, что угол заборной части ф влияет на подачу на зуб Sz. Следовательно, для увеличения стойкости метчиков желательно работать с меньшим углом ф. Однако в области тонких съемов при обработке вязких материалов нержавеющих и жаропрочных сталей типа 1Х18Н9Т и ХН77ТЮР чрезмерное уменьшение угла ф резко снижает стойкость из-за увеличения степени Наклепа. Например, при нарезании- резьбы М 14X1,5 в стали ХН77ТЮР метчиком с ф=5° (а=0,043 мм) стойкость в 4,5 раза выше, чем с ф = 2°30' (а = 0,022 мм), и в 45 раз выше, чем с ф = Г30' (а=0Д13 мм) [241.
Минимально допустимым значением толщины среза принято считать а=0,02 мм для быстрорежущих метчиков и а = 0,03—0,04 мм для твердосплавных [29]. Максимальное значение а = 0,15 мм для обработки углеродистых конструкционных сталей и чугуна.
Допустимые максимальные значения а для труднообрабатываемых сталей и сплавов приведены в табл. 62.
Таблица 62. Максимальная толщина срезаемого слоя а при нарезании резьбы в труднообрабатываемых материалах
Материал детали
сц мм
№ группы 1
ав, кгс/мм3
I И II
100
100
0,06
0,04
III
60—100
0,06
IV
70-100
0,05
V и VI
80—100
0,04
VII
100
100
0,05
0,04
VIII
210
0,03
1 Номер группы принят по табл. 6.
Обычно угол ф выбирается таким, чтобы толщина срезаемого слоя а не выходила за указанные выше предельные значения. Для сквозных резьб этот угол принимается равным 4—7°, для глухих—12—13°. Гаечные >46
метчики изготавливают с углом ф=3°. Комплектные метчики имеют следующие углы ф: 4—7° черновые метчики и 18—23е чистовые метчики.
При обработке коррозионностойких и жаропрочных сталей рекомендуемые значения ф=7°ЗО', а труднообрабатываемых материалов—ф = 2—2°30* [22].
Комплектность метчиков. При нарезании 'резьбы в сквозных коротких отверстиях глубиной до 1,5 Р нет необходимости работы двумя мадчиками, так как имеется возможность увеличить длину заборной ча? сти и тем самым распределить припуск на большее число режущих лезвий. 'Однако для нарезания точных резьб, а также резьб большой длины, особенно в труднообрабатываемых материалах, применяют комплект метчиков из двух штук (чернового и чистового), а при шаге резьбы 3 мм и более— из трех штук.
При -нарезке резьбы в глухих отверстиях одинарные метчики применяют до шага резьбы 2,5 мм. Резьбу с шагом 3 мм и более нарезают комплектом из двух или трех метчиков.
Количество .метчиков в комплекте при обработке труднообрабатываемых материалов может достигать пяти. Оно зависит от шага резьбы и от прочностных свойств материала (табл. 63).
Передний угол у. Применение положительного переднего угла способствует уменьшению пластической деформации срезаемого слоя и усилий, действующих на зубья, но снижает прочность режущей кромки. Поэтому значение этого угла для различных материалов имеет широкий диапазон: от —3° до +25°. На выбор переднего угла влияет также характер резьбового отверстия. Если нарезается глухая резьба, то необходимо учитывать возможность защемления стружки под затылочной поверхностью метчика. Прочность сечения режущей кромки, воспринимающего усилия защемления Q *, увеличивается с уменьшением переднего угла, как это видно из схемы (рис. 118).
При положительном переднем угле ширина b нагруженного сечения режущего лезвия мала (рис. 1’18, а)', при нулевом переднем угле (рис. 118,6) она больше (bv>b), а если передний угол отрицательный и по абсолютному значению равен заднему (рис. 118, в)’, то сила Q направлена ^параллельно передней поверхности л
1 Направление 'силы Q принято условно, так жж не учитывается сила ярыми меявду задней лове^мностью а :сц>ужкой.
Таблица 63. Количество метчиков в комплекте при обработке труднообрабатываемых материалов
Материал детали
3 Л Л Ф аз
а<
я £ о ф во m ч । о в 5 м Я Зум
Материал детали
и ю
со
°* Я Й* 3<
•
V ф
Я Н
О Ф
М о S
Ч м 3
Зум
3 е
£ с. и
X
За 3
Й
ъ
и а в
2
35 3 О' Й
I и II
<100
0,25-0,40
0,50-1,50
1,75-2,50
1
2
3
VII
<100
0,25-0,50
0,70-1,50
1,75—2,50
1
2
3
>100
0,25-0,40
0,70-1,25
1,50-2,50
2
3
4
100-150
0,25-0,80
1,00-1,50
1,75-2,50
2
3
4
III
60—100
0,25-0,70 0,80-1,5 1,75-2,5
1 2 3
VIII
170
0,25-0,50
0,70-1,25
1,50-2,50
2-3
3
4
IV
80—100
0,25-1,25
1,5-2,50
2
3
170
0,25-0,40
0,50-1,25
1,50-1,75
2,00-2,50
2-3
3
4
5
Уи VI
80—130
0,25—0,50
0,70—1,75
2,00-2,50
2
3
4
Примечание. Номера групп труднообрабатываемых материалов приняты по табл. 6.
Рис. 118. Схема действия заклинивающего усилия при разРис. 118. Схема действия заклинивающего усилия при различных передних углах метчика.личных передних углах метчика.
Рис. 118. Схема действия заклинивающего усилия при раз
Рис. 118. Схема действия заклинивающего усилия при раз
личных передних углах метчика.
личных передних углах метчика.
прочност!) лезвия наивысшая, так как оно испытывает сжимающие напряжения.
Учитывая эти обстоятельства, твердосплавные метчики для глухих отверстий выполняют с отрицательным1
248
передним углом у=—(4—6°), тем самым предотвращая выкрашивание режущей кромки.
Задний угол а и задняя поверхность. Назначение заднего угла, как и у всех инструментов,— уменьшить площадку контакта задней поверхности с обработанной поверхностью детали и силы трения и обеспечить возможность, работы метчика до наступления определенного значения износа по задней поверхности.
У метчиков, работающих на обычной схеме объема припуска (см. рис. 116), задний угол создается затылованием зубьев по заборному конусу. Обычно задний угол для конструкционных углеродистых сталей прини-
А-А
Рис. 119. Схема комбинированной заточки метчика.
мается равным 10—12°, для труднообрабатываемых материалов— 6—8°. При обработке глухих отверстий а назначается несколько меньшим (5—6°).
Установлено [24], что при обычной форме затылка (Архимедова спираль) задний угол ц = 5—6° метчиков для глухих резьб не может гарантировать стабильной их работы из-за попадания корней стружки под затылочную поверхность.
С целью устранения этого недостатка рекомендована комбинированная заточка задней поверхности заборной части. Сущность ее состоит в том, что на участке т (рис. 119) производится затылование, а остальная часть задней поверхности не затылуется, а выполняется по радиусу.
Величина превышения затылованной части над радиусной б устанавливается тако'й, чтобы спинка пера не соприкасалась с обработанной поверхностью даже после нескольких переточек зубьев. Это возможно, если;
8 = 8mln 4" ^нзт
где бтш — минимально допустимый зазор;
бЮн—зазор для компенсации радиального износа зубьев.
Такое выполнение задней поверхности обеспечивает при вывертывании метчика из глухого отверстия отрыв или срезание кромкой спинки зуба недорезанных корней стружки и, следовательно, предотвращение выкрашивания режущих кромок. Срок службы метчиков с двойной задней поверхностью в 3 и более раз выше обычных. Значения б принимаются от 0,06 до 0,1 мм соответственно для шага резьбы от 0,75 до 3 мм.
В промышленности применяются в основном метчики, затылованные по среднему и внутреннему диаметру. По наружному диаметру затылуются только зубья заборной части. Величина затылования определя-
Рис. 120. Схема работы корригированного метчика,
ется по изменению ширины зуба и составляет от 0,015 до 0,02 мм, в результате чего на боковых поверхностях профиля образуются задние углы, равные 15—20'.
Корригирование профиля. Корригированные метчики применяют в основном для нарезания резьбы в жаропрочных и труднообрабатываемых сталях, где весьма значительны упругие деформации и происходит заклинивание зубьев.
Корригированный профиль резьбы метчика от некор- цитированного (нормального) отличается тем, что его угол примерно на 4° меньше профиля нарезаемой резьбы (рис. 120,а). Такой профиль получается путем его шлифовки с обратной конусностью под углом Т| к оси метчика. Схема резания метчиками с корригированным профилем заборной части показана на рис. 120,6. Контакт режущих лезвий с материалом заготовки происходит по главным режущим кромкам, а по боковым поверхностям— лишь на участках, равных толщине срезаемого слоя а.
Преимущества корригированных метчяков состоят в отсутствий налипаний обрабатываемого материала- на боковых поверхностях профиля резьбы, в снижении на 30% крутящего момента и повышении стойкости. Например, при нарезании резьбы М14Х1.5 корригированными метчиками их стойкость в 1,8 раза выше, чем не- корригироваиных (материал— сталь ЗОХГСНА).
Корригированные метчики нельзя применять для глухих отверстий, так как при больших значениях $ образующиеся на поверхностях обработки ступеньки по размерам превышают значения высоты неровностей для заданного класса шероховатости профиля резьбы.
Разновидности и назначение метчиков
В промышленности применяется множество разновидностей метчиков, которые отличаются формой канавок, специальной геометрией, профилем резьбы, длиной заборной части и т. д.
Ручные м;етчики по ОСТ2. И 50—1—73. Особенностью этих метчиков является комплектное выполнение. В комплекте два метчика: черновой и чистовой. Угол заборной части <р для чистовых, метчиков 17— 19°, для черновых 6—7°. Заборная часть затылована под углом, а =6®,
Серийно выпускаются метчики диаметром от 1,0 до 27,0 мм с метрической резьбой и от Vs" до РА" (диаметром от 9,727 до 47,805 мм) с трубной резьбой. Материал метчиков—инструментальная углеродистая сталь УНА и У12А.
Гаечные метчики по ГОСТ 1604—71. Заборная часть этих метчиков длиннее, чем у ручных, что позволяет получать резьбу одним метчиком. Длина заборной чйсти зависит от шага резьбы Р и примерно равна 12Р» Кроме того, данные метчики имеют удлиненный хвостовик, на котором может находиться определенное количества гаек после нарезания в них резьбы (отпадает необходимость вынимать метчик из патрона для освобождения его от каждой нарезанной гайки). Заборный конус у этих, метчиков выполнен с углом ф=3°. Передний угол у= 10°, задний угол а=8°.
В автоматических резьбонарезных устройствах применяют гаечные метчики с изогнутым хвостовикам по ГОСТ 6951—71. Гаечные метчики изготавливаются с диаметром резьбы от М3 до МЗО.
Машинно-ручные метчики по ГОСТ 3266— 71. Это наиболее распространенный тип, охватывающий весь диапазон нарезаемых метчиками метрических и трубных резьб (от 1,0 до 52,0 мм). Метчики выпускаются правые и левые, одинарные и комплектные (из 2 штук и 3 штук в комплекте). В одинарных для сквозных отверстий длина заборной части 1 = 6Р, для глухих Ц = ЗР. Профиль резьбы машинно-ручных метчиков шлифованный. Метчики изготавливают из быстрорежущей стали.
Угол заборного конуса зависит от шага резьбы и изменяется от 6 до 22°. Передний угол у=10°, задний угол на заборной части а = 4°.
Рис. 121. Метчик с укороченными стружечными канавками.
Метчики с винтовыми канавками по ГОСТ 17933—72. Они изготавливаются диаметром от 4 до 12 мм. Рекомендуются для получения резьбы в глухих и глубоких сквозных отверстиях деталей из конструкционных и углеродистых сталей и труднообрабатываемых сталей и сплавов. Особенно целесообразно применять при нарезании резьбы в прерывистых отверстиях.
Угол наклона зубьев со для метчиков диаметром от 3 до 6 мм равен 10°, а диаметром свыше 6 мм — 30°, Метчики изготавливаются с передним углом 10° и задним 4° на заборном конусе.
Метчики с укороченными канавками по ГОСТ 17931—72. Особенность этих метчиков состоит в том, что стружечные канавки выполнены не на всей нарезанной части метчика, а лишь на заборной части под углом 8° к оси метчика, с левым наклоном (рис. 121). Длина стружечных канавок ZK и угол заборного конуса / приведены в табл. 64.
Т а б лица 64. Значения ZK для бесстружечных* метчиков
Шаг резьбы, Р, мм
ZK, мм
Шаг резьбы, Р, мм
ZK, мм
0,2
2,4
0,7
8,4
0,25
3,0
0,75
9,0
0,30
3,6
0,8
9,6
0,35
4,2
1,0
12,0
0,40
4,8
1,25
15,0
0,45
5,4
1,50
18,0
0,5
6,0
1,75
21,0
0,6
7,2
Метчики с шахматным расположением ниток. В тех случаях, когда при нарезании резьбы происходит заклинивание метчика в отверстии, например в деталях из труднообрабатываемых материалов,
Рис. 122. Метчик с шахматным расположением ниток.Рис. 122. Метчик с шахматным расположением ниток.четырехзубых метчиках схема-четырехзубых метчиках схема-применяют метчики, у которых на каждом зубе (пере) через шаг нитки удалены, причем на последующем пере пеудаленные нитки располагают напротив удаленных на предыдущем пере,т. е. в шахматном порядке. Удаление ниток на трех- и
Рис. 122. Метчик с шахматным расположением ниток.
Рис. 122. Метчик с шахматным расположением ниток.
четырехзубых метчиках схема-
четырехзубых метчиках схема-
тически показано на рис. 122.
У метчиков для сквозных отверстий нитки срезаются на всей рабочей части, а для глухих — только на калибрующей части.
Изготавливаются гаечные и машинно-ручные метчики с шахматным расположением зубьев соответственно по ГОСТ 17929—72 и ГОСТ 17927—72, а также метчики для обработки легких сплавов по ГОСТ 17928—72. При отсутствии стандартных метчиков с шахматным расположением зубьев их можно изготовить из обыч-
ного метчика, срезав на заточном станке соответствующие нитки.
На рис. 123 показан метчик большого диаметра с числом канавок 6, у которого через зуб удалены все калибрующие нитки, что позволило значительно уменьшить крутящий момент и повысить качество резьбы. Спиральное выполнение канавок и образующаяся в ре-
зультате удаления зубьев широкая канавка способствуют лучшему отводу стружки и тем самым предотвращают заклинивание стружки. Эти метчики предназначены для нарезания резьбы в труднообрабатываемых материалах.
Твердосплавные метчики. При обработке высокопрочных и закаленных сталей (с ств=180— 210 кгс/мм2 или HRC 48—53), а также чугунов и алю-
Рис. 123. Метчик со снятой через зуб калибрующей частью.
миниевых сплавов с повышенным содержанием кремния применение метчиков из быстрорежущей стали затруднено или невозможно. В настоящее время промышленностью освоено изготовление цельных твердосплавных метчиков размером до М16 и оснащенных пластинами из твердого сплава для метрической резьбы от М14 до М39 и для трубной цилиндрической резьбы Зк — 2 дм.
Для нарезания резьбы в деталях из труднообрабатываемых материалов I—III групп (см. табл. 6) рекомендуются метчики из твердых сплавов ВКЮМ и ВК6М. Стойкость метчиков из этих сплавов почти в 10 раз превышает стойкость метчиков из быстрорежущих сталей.
В процессе эксплуатации твердосплавных метчиков малого диаметра необходимо обеспечивать соосность метчика и отверстия, так как малейший перекос может вызвать поломку инструмента.
Режимы резания, износ и стойкость метчиков
Нарезание резьбы метчиками характеризуется двумя параметрами режима резания: толщиной слоя а, срезаемого одним зубом, и скоростью резания о.
Толщина срезаемого слоя для выбранного типа метчика зависит от угла заборной части ф и количества
1М
зубьев. В процессе эксплуатации метчика она практически не изменяется.
Скорость резания и зависит от материала, детали, диаметра и шага нарезаемой резьбы. При обработке чугуна скорость резания ниже, чем при обработке конструкционной углеродистой стали (табл. 65). Резьба вде-
Таблица 65. Скорость резания с (м/мин) и частота вращения п (об/мин), рекомендуемые при нарезании резьбы метчиками со шлифованным профилем
Диаметр резьбы, D, мм
Шаг резьбы, Р, мм
Обрабатываемый материал
сталь углеродистая д'" “ 50—80 кпс/см3
чугун серый, НВ 156 — 229
алюминиевый сплав
У
п
п
п
4
0,50
0,70
7,3
5,4
580
430
2,5
3,9
415
310
—
6
0,75 1,00
8,3
6,4
440
340
5,9
4,6
310
240
14,5
12,6
770
660
8
0,75
1,25
11,8
7,4
470
295
8,4
5,3
335
210
24,6
22,1
977
882
10
1,00
1,50
11,8
8,2
375
260
8,4
5,8
270
186
41,2 I
33,6
1310
1070
12
1,00
1,75
14,5
8,9
385
235
10,5
6,3
280
167
47.8
36,0
1267
956
16
1,5 2,0
14,5
11,1 ;
290
220
10,5
7,9
205
157
35.5
30,5
628
540
20
1,5
2,5
19,0
12,0
300
191
13,4
■ 8,5
210
135
38,6
33,6
615
534
24
1,5
3,0
23,5
12,6
310
167
16,7
8,9
220
118
44,3
38,3
584
509
30
2,0
3,5
23,5
14,3
250
152
11,7
10.2
i 125
108
45,5
484
36
3,0
4,0
20 5
15,8
180
140
14.6
11,3
129
100
—
—
42
3,0
4,0
24,5
17,1
186
129
17,5
12,2
133
93
—
,—
45
3,0
4,5
26,5
18,5
186
131
19,00
13,2
135
93
—
MS
талях из алюминиевых сплавов нарезается на более высоких скоростях резания. С увеличением диаметра резьбы скорость резания возрастает,
В табл. 66 даны значения скоростей резания для обработки труднообрабатываемых материалов. Как видно из данных таблицы, на скорость резания существенное влияние оказывает прочность материала.
Таблица 66, Скорости резания (м/мин), рекомендуемые при нарезании резьбы в сквозных отверстиях деталей из труднообрабатываемых материалов метчиками из быстрорежущей стали
Материал детали
Диаметр резьбы
№ группы
СТВ) кгс/мма
М4—Мб
МЗ-М12
М14-М20
I
<90
5,0-6,0
7,0-8,0
9,0-11,0
II
<120
2,5-4,0
5,0-6,0
6,0-10,0
III
60—120
1,8-2,5
3,5-4,5
4.5-7,0
IV
80-100
1,3-1,5
2,5-3,0
3,0-5,0
V
80-100
110-130
1,0-1,5
0,5-0,8
2,0-2,5
1,2-1,5
2,5-4,0
1,2-2,0
VI
80-100
0,5
1,0-1,5
1,0-1,8
VII
60 80-100 120-140
1,5-2,5 0,8-1,5
0,5—0,8
3,5-4,0 2,0-2,5
1.2-1,5
4,0-6,0
2,5-4,0
1,5-3,0
VIII
150-170
0,3-0,5
1,0-1,5
1,5-2,5
Примечания. 1. Номера групп материалов приняты по табл. 6. 2. При нарезании резьбы в сквозных отверстиях одним метчиком, а таюКе в глухих отверстиях скорости резания, указанные в таблице,, снижаются в 2 раза.
Применение твердосплавных метчиков вместо быстрорежущих для нарезания резьбы в сталях и сплавах 256
V, VI и VIII групп позволяет повысить скорость резания в 4—6 раз.
Метчики работают с неоолыпими толщинами среза, и поэтому лимитирующим является износ по задним поверхностям зубьев заборной части. Износ зубьев калибрующей части при наличии обратной конусности по наружному диаметру практически не влияет на режущие свойства метчиков.
За критерий затуцления метчика принимается величина износа по уголкам h0) выше которой нарушается нормальная работа — происходит ухудшение чистоты нарезаемой резьбы, налипание частиц металла на изношенные участки метчика, появление характерного скрипа.
При обработке углеродистой конструкционной стали метчиками с ф = 7° значения 1г0 следующие:
Диаметр резьбы МбМ8MIOМ12М16 М20
Допускаемый износ, мм♦ , , 0,81,01,31,51,61,8
При обработке труднообрабатываемых сталей и сплавов допустимый износ h0 рекомендуется принимать в пределах от 0,1 до 0,3 мм для диаметров резьбы от 4 до 20 мм.
Стойкость метчиков зависит от диаметра и шага нарезаемой оезьбы (при постоянной скорости резания) и колеблется от 8,5 до 35 мин для метчиков с основной резьбой диаметром от Мб до М22. При этом количество нарезанных отверстий глубиной, равной ЮР, составляет 500—830. Метчики с мелкой резьбой имеют стойкость выше. Так, при шаге Р —0,5 мм стойкость составляет 15—85 мин, что соответствует количеству нарезаемых отверстий 875—1580.
Заточка метчиков
Заточку метчиков после затупления можно производить как по задним, так и по передним поверхностям.
Заточка по задним поверхностям обеспечивает большее количество переточек метчика, чем заточка по передним поверхностям. Однако для такой заточки необходимо иметь специальное приспособление к универсально-заточному станку.
На практике метчики обычно затачивают по передним поверхностям торцом абразивного круга чашечной формы: метчик устанавливается в центрах или в патроне, а деление на зуб производят упоркой.
Заточку зубьев по передней поверхности рекомендуется производить за два перехода: черновой и чистовой, Режимы заточки: скорость абразивного круга 20- 25 м/с; продольна# подача для черновых проходов 3- 5 м/мин, для чистовых— 1—2 'м/мин; поперечная подача 0,05—0,10 мм/дв. ход для черновых проходов и 0,01— 0,02 мм/дв. ход для чистовых проходов.
Заточку твердосплавных метчиков необходимо производить алмазными кругами АСО 80/63 100 Б1 100% при скорости 25 м/с, продольной подаче 150—1,5 м/мин и поперечной подаче 0,015—0,02 мм/дв. ход.
В качестве СОЖ рекомендуется масло «Индустриальное-^», подаваемое в зону заточки в количестве 10—12 л/мин.
Бесстружечные метчики
При обработке вязких материалов (легких и цветных металлов, низкоуглеродистых, конструкционных, легированных и нержавеющих сталей, титановых сплавов) там, где нарезание резьбы обычными метчиками затруднено, находят все более широкое применение бесстружечные метчики. Они не имеют стружечных канавок и режущих элементов и поэтому не нарезают, а выдавливают резьбу в предварительно просверленном отверстии.
Бесстружечные метчики имеют заборную и калибрующую части (рис. 124), причем на обеих частях нарезан полный профиль резьбы. Поперечное сечение метчика представляет собой трех- или четырехгранник, стороны которого имеют овальную форму, а углы скруглены.
Формирование резьбы в отверстии заготовки осуществляется заборной частью метчика. Постепенно внедряясь в заготовку, резьбовые выступы (витки) вытесняют металл во впадины резьбы метчика до полного или частичного их заполнения. При полном заполнении вершины профиля обработанной резьбы принимают форму впадины резьбы метчика, а при неполном — вершины получаются неровными, на них образуется «кратер». Допустимая глубина кратера—не более ОДР, где Р— шаг резьбы.
Применяются три разновидности бесстружечных метчиков для выдавливания метрической резьбы всех степеней точности диаметром от 1,0 до 36,0 мм: машинноручные по ГОСТ 18839—73, гаечные прямые по ГОСТ
18840—73 и гаечные с изогнутым хвостовиком по ГОСТ 18841—73.
Машинно-ручные метчики диаметром до 10 мм имеют трехгранное сечение, а диаметром свыше 10 мм — квадратное. Присоединительные размеры и длины этих метчиков такие же, как у резьбонарезных метчиков по ГОСТ 6357—79.
Гаечные бесстружечные метчики отличаются большой длиной заборной части и общей длиной.
Рис. 124. Бесстружечный метчик.Рис. 124. Бесстружечный метчик.
Рис. 124. Бесстружечный метчик.
Рис. 124. Бесстружечный метчик.
При обработке цветных металлов и сплавов, а также низкоуглеродистых сталей рекомендуется применять бесстружечные метчики из сталей ХВГС, 9ХС и Р6М5; при обработке высокопрочных, жаропрочных сталей и титановых сплавов — из сталей Р18 и Р6М5 с упрочнением сульфоцианированием или карбонитрированием.
Для обеспечения высокого качества и точности резьбы, получаемой бесстружечным метчиком, необходимо правильно выбрать диаметр отверстия заготовки под обработку, скорость резьбовыдавливания и состав СОЖ.
Диаметр отверстия заготовки под обработку da должен быть меньше наружного диаметра резьбы на величину б, которая выбирается в зависимости От шага резьбы. Значения б и допусков на диаметр d3 приведены в табл. 67.
Таблица 67. Значения Ь и допусков на диаметр отверстий под обработку d^ мм
Шаг резьбы
5]Допуск на d3 (+)
Степень точности резьбы
6Н и 7Н
6Н
7Н
0,35
0,170
0,020
0,023
0,50
0,250
0,036
0,040
0,70
0,360
0,042
0,058
1,00
0,520
0,059
0,075
1,25
0,660
0,063
0,089
1,50
0.800
0,071
0,098
2,00
L080
0,090
0,133
Скорость резьбовыдавливания выбирается в зависимости от материала заготовки." Для более мягких материалов скорость выше, чем для твердых. По ГОСТ 18844—73 рекомендуются следующие скорости резьбовыдавливания:
Скорость резь-
Обрабатываемый материалбовыдавлива*
ния, м/мин
Алюминии цегосплавы22—30
Медь 15-22
Ла гунь 10—15
Сгаль шпкоуглеродистая 8—10
При обработке нержавеющих и жаропрочных сталей 2X13, 12Х18ЫЮТ и других рекомендуемая скорость резьбовыдавливания 6 м/мин и менее.
Правильный выбор СОЖ может значительно снизить крутящий момент и улучшить качество резьбы. Из рекомендуемых ГОСТ 18844—73 СОЖ лучшей при обработке стали является олеиновая кислота. Применение ее вместо сульфофрезола почти в 1,5 раза уменьшает крутящий момент выдавливания.
Для резьбовыдавливания рекомендуютсяследующие составы СОЖ
Обрабатываемый материал Наименование (марка) СОЖ
Алюминий и его сплавы В32-К (ТУ 31—1—01—88—70);
олеиновая кислота; сульфо- фрезол
Медь . .,В32-К (ТУ 31—1—01—88—70);
сульфофрезол
ЛатуньВ296 (ТУ 31—1—01—88—70);
сульфофрезол
Сталь ........ . В35, В32-К; (TV—31—1—01 — 88—70); "олеиновая кислота, сульфофрезол
Плашки. Конструкция и размеры
Плашка, как и метчик, является размерным многолезвийным инструментом, но предназначена для нарезания наружных резьб. Она представляет собой гайку (рис. 125), в которой с помощью отверстия 2 образо-
Рис. 125. Конструкция плашки.Рис. 125. Конструкция плашки.
Рис. 125. Конструкция плашки.
Рис. 125. Конструкция плашки.
Рис. 126. Заборная часть плашки.Рис. 126. Заборная часть плашки.
Рис. 126. Заборная часть плашки.
Рис. 126. Заборная часть плашки.
ваны зубья 3. Корпус 1 плашки снабжен элементами для ее базирования и закрепления в патроне или воротке. Наружная поверхность и торцы — базирующие элементы. Конические отверстия 5 служат для закрепления плашки соответствующими винтами плашкодержателя. Их оси смещены на величину С от линий, проходящих под углом 45° к вертикальной оси, чю позволяет выбирать зазоры при закреплении.
У плашек с диаметром резьбы до 3 мм эти отверстия отсутствуют. Плашки с диаметром резьбы до 6 мм имеют три крепежных отверстия, а с диаметром резьбы 8 мм и выше — 4. Призматический паз 4
ориентирует плашку при ее установке в плашкодержа- тель. Кроме того, он облегчает разрезание плашки с целью обеспечения возможности регулировки диаметра нарезаемой резьбы.
На зубьях имеются режущие и калибрующие нитки. Режущая часть получена срезанием ниток под углом ф (рис. 126) и снятием затылка с образованием заднего
угла а = 6—8°. Угол заборной части ф принимается равным: для метрической резьбы диаметром до 2,5 мм—• 30°, диаметром свыше 2,5 мм — 25° и 20° соответственно для резьбы с крупным и мелким шагом.
Режущая часть у плашек выполняется с двух сторон, что удлиняет срок службы инструмента. Профили режущей и калибрующей частей не затылованы.
Передний угол в плоскости, перпендикулярной оси плашки у, принимается равным 30° для плашек с диаметром резьбы до 6 мм и 25° для плашек большего диаметра.
Плашки изготавливаются из инструментальной стали марок ХВСГ, 9XG или из быстрорежущих сталей.
Исполнительные размеры резьбы калибрующей гай-
Рис. 127, Трубчатая плашка.
ки плашек и их точность принимаются такими, чтобы обеспечить нарезание метрических резьб степеней точности б/i и 8й и трубных резьб классов А и Б.
Централизованно производятся плашки для метрической резьбы от Ml до М76 и трубной цилиндрической резьбы от Vs до IV2 дм, конструкция, размеры и технические требования предусмотрены ГОСТ 9740—71.
В гидравлических и пневматических системах широко применяются конические резьбовые соединения. Для нарезания наружной конической резьбы используют плашки по ГОСТ 6228—71.
Размер h от торца до отверстий под зажимные винты унифицирован (несмотря на большую высоту Щ с аналогичным размером плашек по ГОСТ 9740—71, что обеспечивает возможность использования одних и тех же патронов и воротков.
Кроме стандартных на предприятиях применяются плашки других разновидностей.
В приборостроении применяют трубчатые плашки (рис. 127), позволяющие регулировать средний размер обрабатываемой резьбы с помощью разрезного кольца, 262
в. Режимы резания и стойкость плашек
Конструкция плашек не позволяет изменять в широких пределах подачу на зуб, которая, как и у метчиков, определяется в зависимости от угла заборной части и количества зубьев. При нарезании резьбы плашками с целью улучшения качества резьбы и повышения стойкости необходимо стремиться работать с меньшими углами заборной части ф.
Так, например, если угол ф с 30° уменьшить до 25°, стойкость плашки может быть увеличена на 20—25%. Поэтому плашки с углом ф = 45° рекомендуется приме-
Таблица 68. Рекомендуемые скорость резания v (м/мин) и частота вращения п (об/мин) при работе круглыми плашками
Диаметр резьбы
Ол мм
Шаг резьбы Р, мм
Обрабатываемый материат
сталь конструкционная углероди
стая ав = 70 кгс/мм3
алюминиевый сплав
латунь
у
п
V
п
V
п
4
0,50
3,45
275
15,3
1220
7,6
603
0,70
2,30
183 ;
10,2
814
6
0,75
3,45
275
15,3
810
8,1
430
1,00
2,45
130
10,8
573
8
0,75
4,9
195
21,5
855
8,8
350
1,25
2,65
105
11,7
465
10
1.00
4,25
143
20,0
673
9,2
293
1,50
2,75
87
12,3
392
12
1,00
5,65
150
25,0
663
9,6
254
1.75
2,85
76
12,8
340
16
1.50
4,9
97
21,5
428
11,5
229
2.00
3,45
69
15,3
301
20 1
1.50
6,40 I
102
28,0
445
15,0
238
2,50
3,45 ।
55
20,0
318
24
1,5 .
7,90
105
35,0
465
11,5
153
а,оо
3,45
46
15,3
203
Примечание. Значения скорости о даны при стойкости инструмента 7 = 90 мин.
пять только для калибрования или дорезания уже нарезанной резьбы.
Скорость резания и рекомендуется выбирать по нормативам в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра и шага резьбы. Она выше для плашек большего диаметра и с меньшим шагом нарезаемой резьбы. При обработке углеродистой и легированной конструкционной стали скорость резания выбирается в пределах 2,3—9,2 м/мин, а при обработке алюминиевых сплавов и латуни достигает 30—40 м/мин (табл. 68).
При обработке углеродистых сталей, имеющих предел прочности меньше, чем у стали, указанной в табл. 68, а также для высоколегированных сталей скорость резания рекомендуется снижать на 30—50%,
Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при нарезании резьбы метчиками и плашками
Эффективное нарезание резьбы метчиками и плашками невозможно без применения СОЖ. При работе всухую, например на деталях из серого чугуна, износ метчиков по задней поверхности почти в 3 раза выше, чем с применением СОЖ, на 50—80 мкм больше отклонение среднего диаметра резьбы от диаметра метчика и почти в 10 раз больше высота получаемой микронеровности обработанных поверхностей (без СОЖ Rz = — 40—80 мкм, а с применением СОЖ Rz — 4—7 мкм)< Кроме того, при нарезании резьбы без СОЖ на инструмент действует удвоенный крутящий момент.
Применение для обработки чугунов в качестве СОЖ керосина дает наилучшие результаты по стойкости, шероховатости и крутящему моменту. Керосин обладает хорошим моющим эффектом. Недостатками керосина являются его воспламеняемость и испаряемость, что ухудшает условия и снижает безопасность труда.
Для обработки чугуна применяются также керосино- масляные СОЖ в составе сульфофрезол — керосин — сурепное масло и др. Некоторые новые масляные СОЖ оказывают одинаковое с керосином влияние па стойкость: ОСМ-3, сульфофрсзол, MP-I, МР-2. Наилучшей из них является СОЖ OCAV3, которая в ряде случаев даже повышает стойкое и» инструмента. Можно использовать также водоэмульсионные жидкости. Так, применение эмульсии Укрппол-! (3°ч) вместо керосина несколько уменыиае! cionuocib (в 1,2 раза), по способ-
ствует оздоровлению условий труда и снижает пожаро- опаспосгь.
При обработке резьбы в стальных деталях масляные СОЖ, как правило, обладают более высокими технологическими свойствами, чем СОЖ на водной основе. В то же время новые водоэмульсионные жидкости, например 3—8%-ная эмульсия Укринол-1, обеспечивают примерно одинаковую с сульфофрезолом стойкость метчиков. Более высокую стойкость метчиков и плашек обеспечивает применение СОЖ -MP-ЗА, ОСМ-3 при обработке всех марок сталей.
Для повышения эффективности СОЖ, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов, применяют различные добавки: касторовое масло, стеарин, олеиновую кислоту, скипидар и др. Так, например, для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов рекомендуют следующие составы СОЖ: 1) сульфо- фрезол — 65%, керосин — 20%, олеиновая кислота — 15%, 2) олеиновая кислота — 70%, стеарин—15%, сера — остальное.
При нарезании резьбы в алюминиевых сплавах и цветных металлах рекомендуется применять масляные жидкости сульфофрезол и ОСМ-3, а также Укринол-1 (20%)—для обработки деформируемых алюминиевых сплавов. В качестве добавки при использовании минерального масла следует применять касторовое масло в количестве 30%.
Возможные неполадки при эксплуатации метчиков и плашек
Метчики и плашки являются размерными инструментами, поэтому в процессе эксплуатации могут возникать нарушения точности и шероховатости нарезаемой резьбы. Кроме того, могут иметь место такие неполадки, как низкая стойкость, налипание обрабатываемого материала на поверхность метчика, выкрашивание зубьев и др.
Разбивание резьбы. Одна из причин разбивания резьбы состоит в неправильном закреплении инструмента на станке: наличие перекосов и биения при жестком закреплении в патроне; биение патрона и зажимной втулки, дефекты изготовления втулки; несоосность отверстия и метчика. Причиной может быть также большое усилие возвратной пружины в выдвижных патронах.
Если же приведенные выше причины отсутствуют, то необходимо проверить: правильность изготовления метчика или плашки; cZcp; биение рабочей и хвостовой части; наличие обратной конусности по dcp, погрешность шага и длину заборной части (причиной разбивания может быть чрезмерно короткая заборная часть).
Конусность резьбы. Этот недостаток вызывают в основном те же причины, что и разбивание, а также увод метчика из-за разных передних углов заточки на его зубьях.
Тугая резьба получается при заниженном dcp метчика (завышенном dCp для плашек) или завышенном отклонении по углу профиля, чрезмерном износе режущих и первых калибрующих зубьев. Кроме того, причинами тугой резьбы могут быть большие передние углы, низкая скорость резания и неправильно подобранная сож.
Неудовлетворительная шероховатость резьбы. Ухудшение шероховатости могут вызвать следующие причины: чрезмерное биение зубьев при зажиме; односторонняя нагрузка на инструмент из-за неправильной наладки; короткая-Заборная часть; завалы по задним поверхностям у режущих кромок, чрезмерный износ зубьев и др.
Низкая стойкость. Если выбраны оптимальные значения -скорости резания и длины заборной части (т. е. толщина срезаемого слоя а находится в допустимых пределах), то причинами низкой стойкости могут быть неудовлетворительная термическая обработка (обезуглероженный слой, заниженная твердость и наличие прижогов), а также некачественные шлифовка резьбы и заточка зубьев.
Выкрашивание зубьев и поломка метчика. Выкрашивание зубьев может произойти из-за больших значений переднего и заднего углов, отсутствия затылования по профилю, завышенной твердости зубьев, а также защемления стружки под затылочной поверхностью зубьев заборной части.
ЛИТЕРАТУРА
Андреев В. И. Инструментальные материалы и их применение. Обзор, — М.:. НИИМАШ, 1983,
Апраксин С. В., Слесаренко. С. В. Усовершенствование фор?- мы передней, поверхности многогранных неперетачиваемых пластин.— Материалы краткосрочного семинара. «Современный твердо сплавный инструмент и рациональное его использование», — Л.: ЛДНТП, 1980. *
Аршинов В* А, Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент.—М.: Машиностроение, 1976,
Аранзон М* А. Стойкость резцов из сверхтвердых материалов.— Станки и инструмент, 1977, № 2.
Геллер КХ А. Инструментальные стали. — Мл Металлурги^ 1983.
Драгун А. П. и Голубьев В. И. Влияние расположения режущей кромки расточных резцов на их виброустойчивость.— Станки и инструмент, 1962, № 12.
Драгун А. П., Вечко Ю. И., Гусев Б. М., Митрофанов С. С, Технологическая оснастка для металлорежущих станков. — Л.: Лен- издат, 1982.
Захаренко И. П. Эффективность обработки инструмента сверхтвердыми материалами. — М.: Машиностроение, 1982.
Ильин В. М. Стойкость инструментов, обработанных лазерным лучом. — М.: НИИМАШ, ЭИ МРИ, 1980, № 8.
Клячко Л. И., Самойлов В. С. Современные тенденции применения безвольфрамовых инструментальных материалов. — М.: НИИМАШ, 1981.
Кожевников Д. В. и др. Современные конструкции сборного инструмента с многогранными непсретачивасмыми пластинами. — М.: НИИМАШ, 1979.
Лезвийные инструменты из сверхтвердых материалов на основе нитрида бора. Конструкция и эксплуатация резцов из СТМ. Методические рекомендации. — М.: НИИМАШ, 1980.
ЛолаОзе Т Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента.— М.: Машиностроение, 1982.
Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. — М,: Ма- ипшос гроснис, 1970.
Mat лов Л. Р. Современные тенденции развития режущих инструменту — М.: НИИМЛШ, 1984.
Меньшиков В. М.. Урлаков Г. П., Середа В. С. Бесстру>Кеч- иые мс 1 чикп. — М Машишкч роение, 1976.
Музыкат Я. Л, Боровский Г. В. Области применения лез- Ш1 пшлл пне । р у мен i он и j композша. — Сб трудов. М.: ВНИИии- счрумсн!, 1976
()б1цема1В11НОС1рО1пеЛ!>ныо нормативы режимов резания для техническою нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. — М. Машиностроение, 1974.
И), Общемашнностроитсльные нормативы режимов резания для обработки резцами деталей из жаропрочных сталей (временные).— М : НИИМЛШ, 1979.
Применение цельного твердосплавного концевого инструмента Руководящие материалы. — М.: ВНИИинструмент, 1973.
Развитие науки о резании металлов.—М.: Машиностроение, 1967.
Режимы резания труднообрабатываемых материалов. Справочник.— М.: Машиностроение, 1976.
Родин П. Р. Металлорежущие инструменты. — Киев: %Виша школа, 1979,
Соколовский И. А Режущий инструмент для приборостроения.— М.: Машиностроение, 1982.
Технологические свойства новых СОЖ для обработки резанием Под ред. М. И. Клушина.—М.: Машиностроение, 1979. -
Типаж металлорежущего инструмента на 1984—1985 гг.— М : НИИМЛШ, 1980,
'Innиные 1 ихнологические процессы обработки деталей лезвийным иис|румепюм из композита. Методические рекомендации.— М : НИНМХШ, 1980
I или.миров р. Л., Николаев В. II. Механическая обработка пластмасс - М.: Машиностроение, 1975.
Филиппов Г. В. Режущий инструмент. — Л.: Машиностроение, 1981.
Филиппов Г. В., Сергеев Л. К., Онишко Л. В. Конструкции новых режущих инструментов Сестрорецкого инструментального завода имени Воскова и их рациональная эксплуатация. — Л : ЛДНТП, 1982
Хает Л. Г. Упрочнение твердосплавного режущего инструмента поверхностным деформированием. — М.: НИИМАШ, 1981,
581427333645581427333645484851525762656872484851525762656872
5
8
14
27
33
36
45
5
8
14
27
33
36
45
48
48
51
52
57
62
65
68
72
48
48
51
52
57
62
65
68
72
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Общие сведения о процессе резания металлов и режущем инструменте 5
Основные понятия и определения
Общие конструктивные элементы и геометрические пара* метры инструментов
Особенности процесса резания , , , , ж . . , , ,
. Стойкость инструмента
Смазочно-охлаждающие жидкости . , , , ч , ,
Обрабатываемость металлов резанием .«.«,.«
Оптимальные режимы резания , . «««»#«,»
Глава IJ. Инструментальные материалы
Основные свойства инструментальных материалов , .
Углеродистые и легированные инструментальные стали
Быстрорежущие стали
Твердые сплавы «
Минералокерамика * . , ,
Сверхтвердые материалы , , ., .
Напайные и механически закрепляемые пластины из твердого сплава и минералокерамики
Твердосплавные пластины с износостойкими покрытиями
Глава III. Резцы74
L Быстрорежущие и твердосплавные резцы с напайными пластинами*...««♦.•74
Проходные, подрезные и расточные резцы , * , , .75
Отрезные резцы., , , . , ,81
Отрезные и канавочные резцы с механическим креплением твердосплавных пластин88
Резьбовые резцы91
Цельные твердосплавные расточные резцы , , « , .95
Резцы с механическим креплением многогранных непе- ретачиваемых пластин99
Рекомендации по рациональной эксплуатации резцов . 117
Резцы с механическим креплением минералокерамических пластин■•.■■■•■..124
Резцы, оснащенные композитом . , , . . . . • # 127
Глава IV. Фрезы ••■..•*!,■■■••■. 135
Общие сведения -о процессе фрезерования , , , , , 135
Влияние размерных и геометрических параметров фрез на производительность обработки ,138
Цельные фрезы из быстрорежущей стали и твердого сплава ..... 144
- 4. Прорезные (шлицевые) и отрезные фрезы152
Сборные фрезы со вставными ножами из быстрорежущей стали и ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава 159
Фрезы с механическим креплением многогранных непе- ретачиваемых твердосплавных пластин160
Рекомендации по рациональной эксплуатации фрез . . 166
Фрезы с механическим креплением многогранных непе- ретачиваемых пластин из минералокерамики . . , , 171
Фрезы, оснащенные композитом , , . ...... 173
Глава V. Сверла •■•■■■■>>•**■••■■ 180
Типы и размеры спиральных сверл общего назначения из быстрорежущей стали181
Конструкция и геометрические параметры спиральных сверл ......:183
Режимы резания и условия эксплуатации спиральных сверл...............190
Твердосплавные сверла . , . . *....... . 193
Шнековые сверла .... ^.,....,,,, , 197
Перовые сверла . ... ........... . 200
Центровочные комбинированные сверла ,,<.,,, 205
Сверла с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин , 207
Неполадки, встречающиеся в процессе эксплуатации сверл.......209
Глава VI. Зенкеры, зенковки и развертки ....... 212
Конструкция и размеры зенкерор общего назначения . 213
Геометрические параметры зенкеров215
Режимы резания, износ и стойкость зенкеров . . . . 217
Зенкеры для обработки деталей из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов ........... 220
т
Особенности конструкции зенкеров для обработки легких сплавов ................. 221
Зенковки . . ........222
Конструкция и размеры разверток . ,227
Форма и геометрические параметры режущей части разверток ,. , 231
Конические развертки 233
Режимы резания, износ и стойкость разверток .... 235
Регулируемые развертки ,237
Основные причины неполадок при работе зенкерами и развертками 240
Глава VII. Метчики и плашки ........... 242
Метчики. Общие сведения 242
Выбор конструкции и геометрических параметров метчиков ... 244
Разновидности и назначение метчиков ....... 251
Режимы резания, износ и стойкость метчиков . • • . 254
Заточка метчиков 257
Бесстружечные метчики ............. 258
Плашки. Конструкция и размеры 261
Режимы резания и стойкость плашек263
Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при нарезании резьбы метчиками и плашками264
Возможные неполадки при эксплуатации метчиков и плашек 265
Литература . j • . • • . •$ . i • > • в ■ . 267
Драгун А. П.
Д72 Режущий инструмент. — Л.; Лениздат, 1986.— 271 с., ил. — (Для молодых рабочих).
В книге популярно рассказано о наиболее рациональном режущем ипструмеш е, необходимом станочнику на его рабочем месте. Раскрыты особенности конструкции различных инструментов. Даны рекомендации по выбору режимов обработки.
34.67134.671п 2704040000-018„
34.671
34.671
Д М171(03)—86 120 86
АНАТОЛИЙ ПРОКОФЬЕВИЧ ДРАГУН
РЕЖУЩИЙ
ИНСТРУМЕНТ
Заведующий редакцией Л. И. Делюкин Редактор Г. А. Капитонова Художник В. И. Коломейцев.
Художественный редактор В. А. Баканов Технический редактор М. А. Хомич Корректор М. В. Иванова
ИБ № 3434
Сдано в набор 08.10.85. Подписано к печати 07.02.86. М-29533. Формат 84Х108т/з2. Бумага тип. № 3. Гарн. литерат. Печать высокая. Усл. печ. л. 14,28. Усл. кр.-отт. 14,70. Уч.-изд. л. 13,30. Тираж Б0 000 экз. Заказ № 200. Цена 85 коп.
Ордена Трудового Красного Знамени Лениздат, 191023, Ленинград, Фонтанка, 59. Ордена Трудового Красного Знамени типография им, Володарского Лениздата, 191023, Ленинград, Фонтанка, 57<