В действующей нормативно-технической документации используются различные наименования основных частей резца: стержень и рабочая часть — в технических условиях на быстрорежущие и твердосплавные напайные резцы (ГОСТ 10047—62 и ГОСТ 5688—61), державка и режущая пластинка — в технических условиях на резцы сборные (ГОСТ 21067—75 и ГОСТ 21492—76), рабочая часть и корпус — в технических условиях на дисковые резцы (МН 676—64—МН 679—64). Для того чтобы можно было бы использовать единую терминологию, касающуюся этих составных частей инструмента, при изложении дальнейшего материала будем использовать термины: рабочая часть и корпус. Под рабочей частью будем понимать часть резца, с помощью которой осуществляется резание и размеры которой определяют ресурс работы резца при переточках или заменах режущих кромок. Под корпусом дри этом будем понимать тело резца, независимо от его
Основные типы и размеры резцов
Исполнение 1 |
Резцы из быстрорежущей стали
Резцы токарные проходные прямые (ГОСТ 18869—73) HXBXL = 16X10X100 — 32Х 20 X 170 мм; <р = 45 или 60°
Резцы токарные проходные отогнутые (ГОСТ 18868—73) HXBXL = 16X10X100—
Тип 2 |
40X25X200 мм; <р = 45°
Резцы токарные проходные упорные отогнутые (ГОСТ 18870—73) HXBXL = 16X10X100— 40X25X200 мм; <р = 90°
Резцы токарные подрезные торцовые (ГОСТ 18871—73) HXBXL = 16X10X100— 40X25X200 мм
рис |
Исполнение 1 |
Тип 1 |
Резцы токарные отрезные (ГОСТ 18874—73) DWXHXBXL = 12Х10Х X 10X60—60X32Х20Х 170 мм; Ф = 90 или 100°
Резцы расточные державоч — ные (ГОСТ 10044—73)
Тип 1 и 2 (для прямого крепления) — HXBXL = 6Х6Х Х20—16Х 16X80 мм; тип 3 и 4 (для косого крепления): тип 3 — HXBXL = 6X6X20—16Х X 16X80 мм; ф = 45 или 55°; тип 4 —HXBXL = 8Х8Х 20— 16Х 16X80 мм; ф = 60 или 40°
Резцы строгальные проходные изогнутые (ГОСТ 18887—73) НХ BXL = 25X16X220— 40X25X340 мм
Резцы, оснащенные твердым сплавом
Тип 1 |
Резцы токарные проходные прямые (ГОСТ 18878—73) HXBXL = 16X10X100 — 40X25X200 мм; <р = 45 или 60°; у = 0 или 10°
Резцы токарные проходные упорные (ГОСТ 18879—73) с Ф = 90°
Тип 1 (прямые) — HXBXL = = 20Х 12Х 100—32Х20Х 140мм; тип 2 (отогнутые) — НХВХ XL = 16X10X100—32Х25Х X 170 мм
Резцы токарные проходные отогнутые (ГОСТ 18877—73) HXBXL = 16X10X100— 50X 32X 240 мм; Y = 0 или 10°
Резцы токарные подрезные отогнутые (ГОСТ 18880—73) HXBXL = 16X12X100— 40X25X200 мм; у = 0° или 10°
Исполнение 2 |
Резцы токарные отрезные (ГОСТ 18884’—73) DmpXHXBXL = 30Х16Х ХЮХ100—70X40X25X200 мм; ф = 90 или 100°
Резцы расточные цельные со стальным хвостовиком для сквозных отверстий (ГОСТ
18062—72)
Тип 1 (для координатно-расточных станков) — D издХ DXLX XI = 3X6X40X10—8Х12Х X 70X40 мм; тип 2 (для токарных автоматов) — 0ИздХ£>Х XL = 3X10X70—8Х15Х X100 мм; тип 3 (для токарных станков) — HXBXL = 12Х X 12X120—12X12X140 мм
Тип 1 |
Тип 1
Резцы расточные цельные со стальным хвостовиком для глухих отверстий (ГОСТ
18063—72)
Тип 3 П а |
Тип 1 (для координатно-расточных станков) —ОиздХОХ XLXI = 3X6X40X10—8Х X12X70X40 мм; тип 2 (для токарных автоматов) — DX XLXI = 3X10X70—8Х15Х X100 мм; тип 3 (для токарных станков) НХ BXL = 12Х 12Х X120—12X12X140 мм
Исполнение 2 |
Резцы токарные расточные для обработки сквозных отверстий, тип 1 (ГОСТ 18882—73) Исполнение 1 — ЯХ BXL = = 16X16X120—25Х25Х X 240 мм; исполнение 2 — HXBXL = 16X12X170—
32X25X280 мм
Резцы токарные расточные для обработки глухих отверстий, тип 1 (ГОСТ 18883—73) Исполнение 1 — HXBXL = = 16Х 16Х 120—25Х 25 X 240мм; исполнение 2 — НХ BXL = = 16X12X170—32X25X280 мм
Тип 1 |
Резцы строгальные проходные изогнутые, тип 1 (ГОСТ 18891—73)
HXBXL = 20X16X190— 40X32X340 мм; <р = 45°
Резцы строгальные проходные прямые, тип 2 (ГОСТ 18891—73)
Є |
HxBxL =20X16X170—40х X32X300 мм; <р = 45°
Резцы строгальные подрезные прямые, тип 2 (ГОСТ 18893—73)
ЯХ BXL = 20X16X170— 40X32X300 мм
Резцы сборны пластинкам
е с н е п е р е т а ч и в а е м ы м и и из твердого сплава |
Тип 3 |
Резцы токарные проходные (ГОСТ 21066—75)
Тип 1 —HXBXL= 16Х14Х X120—32X22X140 мм; <р = = 45°, а = 10°, уф = —10°; у = 10 или 15°, пластинки квадратные по ГОСТ 21070—75; тип 2 — ЯХBXL = 20X20Х X 120—40X28X200 мм; ф=. = 45°, а = 10°, уф = —10°, у = 10°, пластинки шестигранные по ГОСТ 21072—75; тип 3— HXBXL = 20X20X120-
40X28X200 мм; ф = 60°, а = 8°, уф = —8°, у = 12°, пластинки‘пятигранные по ГОСТ 21071—75; тип 4 — HXBXL = 16X14X120 —
40X25X200 мм; ф = 92°, а = = 7° 30′, 7ф = —7° 30′, у = — 17° 30′ или 12° 30′, пластинки трехгранные по ГОСТ 21069—75
Резцы токарные проходные с опорной пластинкой (ГОСТ 21151—75)
Тип 3 |
CQ |
Тип 1 — HXBXL = 16Х16Х X120—36X32X170 мм; ф = = 45°, а = 7°, уф = -7°, у = 18 или 13°, режущие пластинки — квадратные по ГОСТ 19051—73 и ГОСТ 19052—73; опорные пластинки — квадратные по ГОСТ 19076—73, тип 2 — ЯХ BXL = 24Х20Х X 120—45X32X200 мм; ф = = 45°, а = 7°, 7ф == -7°, у = = 13°, режущие пластинки шестигранные по ГОСТ 19067— 73 и ГОСТ 19068—73, опорные пластинки шестигранные по ГОСТ 19081—73, тип 3 — HXBXL = 24X20X120 — 45X32X200 мм; ф = 60°, а = = 6°, 7Ф= -6°, у = 14°, ре — жущиё пластинки пятигранные по ГОСТ 19064—73 и ГОСТ 19065—73, опорные пластинки
Тип 4 |
пятигранные по ГОСТ 19080—73; тип 4 — ЯХ ВХ L = = 20Х20Х 120—40 X 32 X X 200 мм; ф = 92°, а = 5° 30′, Уф = —5° 30′, у = 19° 30′ или 14° 30′, режущие пластинки трехгранные по ГОСТ 19047— 73 и ГОСТ 19048—73, опорные пластинки трехгранные по ГОСТ 19075-73
Тип 1 |
Резцы токарные для контурного точения (ГОСТ 20872—75) Тип I — НХ BXLX Вг = = 20 X 20X140X 25—63 Х40Х X 240X50 мм; ф = 93°, а = = 6° 50′, у = —6° 50′, режущие пластинки параллелограм — мные по ГОСТ 19062—73; тип ‘2 — HXBXLXBi = 25Х20Х X 140X25—32 X 32 X 170 X Х40 мм; ф = 93°, опора на штифт, режущие пластинки по ГОСТ 19062—73; тип 3 — ЯХ X BXLX Вг = 20Х20Х140Х X 25—63X40X240X40 мм; ф = 63°, режущие пластинки по ГОСТ 19062—73; тип 4 — ЯХ BXLX Вх = 25Х20Х 140Х X 25—32X32X170X32 мм; ф = 63°, опора на штифт, режущие пластинки по ГОСТ 19062—73; тип 5 — HXBXLX X = 16Х 16Х 120Х 20—63Х X 40 X 240X 50 мм; ф = 93°, а = 7°, Y = —7°, режущие пластинки правильной трехгранной формы по ГОСТ 19046—73; тип 6 — НХ ВХ LX XBt = 16X16X120X10—
63X40X240X25 мм; ф = 63°, а = 7°, Y = —7°, режущие пластинки по ГОСТ 19046—73
о А |
||
у |
L |
Резцы токарные автоматноревольверные (ГОСТ 20875—75) Тип 1 — ЯХ BXL = 16Х12Х Х50 — 25X20X110 мм; <р = = 45°, а = 7°, 7Ф == —7°,
V = 18 или 13°, режущие пластинки квадратной формы по ГОСТ 19052—73; тип 2 — HXBXL = 12X12X50—20Х Х20Х110 мм; ф = 60°, а = = 7°, 7ф = —7°, 7=18 или 13°, режущие пластинки квадратной формы по ГОСТ 19052— 73; тип 3 — HXBXL = 16Х X 12Х 50—25Х 20X 110 мм; ф = = 90°, а = 5° 30′, уф =
= —5° ЗО’, V = 19° 30′ или 14° 30′, режущие пластинки трехгранной неправильной формы по ГОСТ 19048—73
Тип 2 |
Резцы токарные расточные (ГОСТ 20874—75)
Тип 2 |
Тип 1 (для сквозных отверстий, отогнутые) — Du3AXDXL = = 35Х 26X 240,50X 32Х 340 мм; ф = 45°, а = 7°, у = —7°, режущие пластинки квадратной формы по ГОСТ 19051—73; тип 2 (для сквозных отверстий) — Dn3nXDXL = 35Х X 26X240; ’50X32X340 мм; ф = 60°, а = 7°, уф = -7°; у = 18 или 13°; режущие пластинки квадратной формы по ГОСТ 19052—73; тип 3 (для глухих отверстий отогнутые) — DmjJXDXL = 35X26X240, 50X32X340 мм; ф = 92°, а = = 7° 40′, уф = —7° 40′, у = = 17° 20′ или 12° 20′, режущие пластинки трехгранной неправильной формы по ГОСТ 19048—73; тип 4 (прямоугольного сечения для сквозных отверстий) — DmjJXHXBXL = 75X35X32X320—87Х50Х X 32X400 мм; ф = 60°, а = = 10°, уф = -10°, у = 10°, режущие пластинки пятигранной формы по ГОСТ 19065—73;
тип 5 (прямоугольного сечения ДЛЯ глухих отверстий) — £>издХ XHXBXL = 75Х35Х32Х X 320—87X 50 X 32 X 400 мм;
Тип 4 (левый) |
<р= 92°, а =* 7° 30′: Уф = = _7° 30′, у = 12° 30′, режущие пластинки трехгранной неправильной формы по ГОСТ 19048—73
Резцы отрезные сборные пластинчатые
HXBXL = 31,5X19X105— 35X19X105 мм
Резцы отрезные сборные — (конструкция новатора Аникина, ОН 035—15—68)
HXBXL = 30X18X130 — 30X18X175 мм
Резцы токарные, сборные, оснащенные минералокерамикой
н |
Резцы проходные HXBXL = 25X25X150 — 40X25X200 мм; <р = 45° или 75°, режущие пластинки квадратной формы
Резцы токарные, оснащенные сверхтвердыми синтетическими материалами
Резцы проходные прямые сборные с механическим креплением цилиндрической вставки с режущим элементом: из композита 01 — НХ ВХ L = = 20X 16Х 125, 25Х 16Х 170 мм из карбонадо — HXBXL = = 16X12X100 — 32Х20Х X170 мм
Резцы проходные прямые цельные, оснащенные композитом 01
HXBXL = 8X8X50; 20X12X150; ср = 45°
і |
||
…………………………………………………………………………………………… с L —1 |
Резцы подрезные отогнутые сборные с механическим креплением цилиндрической вставки с режущим элементом из композита 01
HXBXL = 20X16X120;
25X20X140 мм
Резцы токарные расточные сборные для обработки сквозных отверстий с косым креплением цилиндрической вставки с режущим элементом: из композита 01 — HXBXL = = 20X 16Х 120, 25Х20Х 170 мм из карбонадо — HXBXL = = 16X12X100—32X20X170 мм
Резцы токарные расточные сборные для обработки сквозных отверстий с прямым креплением цилиндрической вставки с режущим элементом из карбонадо
HXBXL = 16X12X100— 32X20X170 мм
Наименование, тип и основные размеры |
Эскиз |
Резцы расточные цельные круглого сечения для обработки сквозных отверстий с режущим элементом из композита 01 DXL == 12X70—18X90 мм, /Эраст = 8 мм |
— |
Примечание. Здесь Оизд — наибольший диаметр отрезанной заготовки или наименьший диаметр расточки. |
формы (стержень или диск), выполняющее функцию державки как с точки зрения крепления к ней рабочей части, так и с точки зрения закрепления резца при эксплуатации и изготовлении.
Кроме этих основных частей резец может содержать стружколомы и стружкозавиватели, крепежные детали для механического соединения рабочей части и стружколомов с корпусом, подкладки н опорные пластинки, регулировочные и установочные детали для регулировки положения установочных поверхностей резца относительно его режущих кромок.
Рабочая часть. При помощи рабочей части инструмента осуществляются срезание припуска на обраіботку заготовки, калибровка поверхности обрабатываемого изделия. Характеризуется она инструментальным материалом, твердостью, формой и размерами, способами присоединения к корпусу. В качестве материала для рабочей части используются быстрорежущие стали, твердые! сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы. Характеристика этих материалов приведена в гл. 2.
Твердость рабочей части резцов из быстрорежущей стали определяется режимами термообработки и химическим составом сталей и для. вольфрамовых и вольфрамомолибденовых сталей должна! быть HRC 62—65, а для кобальтовых, ванадиевых и кобальтованадиевых быстрорежущих сталей с массовой долей ванадия не менее 3% и кобальта не менее 5% — HRC 63—67. Твердость рабочей части резцов из твердых сплавов, минералокерамики и сверхтвердых материалов определяется свойствами этих материалов.
Форма и размеры рабочей части резцов определяются типом резца и его назначением. При назначении формы стремятся к про стоте и универсальности, снижению металлоемкости и т. д. Так, форма рабочей части цельных резцов определяется действующими[5] стандартами на резцы (см. табл. 4.1). Форма рабочей части резцов с напайными пластинками 1 определяется, с одной стороны, типом
резца и его назначением, а, с другой стороны — формой и размерами выпускаемых пластинок, которые стандартизованы. Форма, размеры и назначение пластинок из быстрорежущих сталей определяются ГОСТ 2379—77, пластинок из твердых сплавов — ГОСТ 2209—69. Пластинки из быстрорежущих сталей и твердосплавные толщиной до 2,5 мм имеют упрощенную форму, которая после напайки и заточки принимает требуемую конструкцией резца форму. Пластинки из твердых сплавов толщиной свыше 2,5 мм имеют более сложную форму, близкую к требуемой, с предварительно образованными углами резания и с фасками, облегчающими установку и соединение с корпусом резца. Наличие предварительно образованных углов снижает расход твердого сплава, припуски на заточку резца, а значит и затраты на изготовление резцов.
Пластинки характеризуются тремя основными размерами: длиной /, шириной Ь, толщиной S. Длина I определяет длину режущей кромки и зависит от припуска на обработку и угла в плане ф. Рассчитанная с учетом припуска и угла а плане эффективная длина режущей кромки должна бвпъ меньше длины режущей кромки стандартной пластины в 1,5—2 раза. Ширина b определяет число переточек резца по задней грани и площадь опоры пластинки. С точки зрения срока службы резца следует выбирать пластинки с возможно большим значением ширины, однако это может привести к увеличению габаритных размеров корпуса, повышению остаточных напряжений при пайке или клейке. Толщина 5 оказывает сильное влияние на прочность пластинки, а также на число переточек по передней грани. При наиболее распространенном расположении вдоль передней грани или под небольшим углом к ней прочность пластинки в наибольшей степени определяется толщиной и в меньшей степени шириной и длиной. Это связано с влиянием толщины на момент сопротивления пластинки при изгибе, который пропорционален толщине, возведенной в куб. Поэтому увеличение толщины способствует снижению растягивающих напряжений при изгибе, а значит и увеличению изгибной прочности. Однако увеличение изгибной прочности происходит до какого-то предельного значения толщины, за пределами которого прочность пластинки будет определяться не изгибными, а сжимающими нормальными напряжениями и касательными напряжениями сдвига. Увеличение в этом случае толщины не будет сопровождаться заметным повышением прочности, а расход инструментального материала будет возрастать. Увеличение числа переточек пластинки по передней грани при увеличении толщины тоже наблюдается до некоторого предела, определяемого равенством числа переточек по передней и по задней граням. Увеличение толщины сверх этого предела будет способствовать лишь увеличению отходов твердого сплава. Толщина пластинок выбирается в зависимости от высоты корпуса Н резца и равна (0,18*0,25) Н.
Учитывая взаимное влияние толщины и ширины пластинки на эффективность использования резцов, придерживаются следующих соотношений между ними: b/S — 1,6 [49] или b/S = 1-М,2 [57]. Эти соотношения выведены для размеров Ь и S у готовых к употреблению резцов. В стандартных пластинках отношение b/S колеблется от 1,5 до 3, однако при этом не учитываются припуски на шлифовку и заточку после напайки и связанные с этим изменения размеров b и 5. С учетом припуска на шлифовку и заточку стандартные пластинки будут иметь соотношения между Ъ и S в пределах 1,2—2,8.
Расположение вдоль задней грани резца (или под некоторым острым углом к ней) обеспечивает увеличение толщины пластинки до трех раз при одновременном уменьшении во столько же раз ее ширины. Благодаря этому предельно допустимая подача увеличивается до 1,5 раз, увеличивается число периодов стойкости резца, снижается вероятность поломки пластинки. Вместе с тем при достаточно большом износе по задней грани, а также при съеме с задней грани в результате переточек достаточно большого слоя возможно возникновение горизонтальных сил, изгибающих пластинку, и ее разрушение под действием этих сил. Поэтому при выборе пластинок для крепления со стороны задней поверхности корпуса отношение ширины пластинок к толщине следует принимать в пределах 1,5—2.
Для экономии твердого сплава при уменьшенном отношении b/S (за счет увеличения толщины) целесообразно несколько снижать длину / и более полно использовать длину режущей кромки (в настоящее время считается нормальным, когда в работе участвует не более 60% длины главной режущей кромки).
Кроме размерных параметров, на стойкость и прочность на — пайных резцов оказывает влияние правильность геометрической формы опорной поверхности пластинок. Погрешности формы опорной пойерхности пластинки зависят от ее размеров и степени точности. В табл. 4.2 приведены предельные отклонения на выпуклость и вогнутость стандартных пластинок. Наличие выпуклости и вогнутости опорной поверхности приводит к неравномерной толщине слоя припоя между пластинкой и опорной поверхностью гнезда корпуса, неравномерному распределению напряжений, а выпуклость опорной поверхности способствует еще и возникновению изгибных деформаций. Поэтому при применении пластинок нормальной степени точности и пластинок с выпуклой опорной поверхностью целесообразно исправлять их геометрическую форму, что можно осуществить правкой (с нагревом) или шлифовкой. Обычно применяют шлифовку. При применении пластинок повышенной степени точности отклонения достаточно малы, поэтому исправлять форму не требуется. Форма и размеры рабочей части резцов, оснащенных неперетачиваемыми пластинками, определяются формой и размерами пластинок, которые
Предельные отклонения по выпуклости и вогнутости пластинок, мм
При м е ч а и в е. В числителе указаны отклонения пластинок нормальной, в знаменателе —■ лоьышенной степеней ТОЧНОСТИ. |
для твердосплавных пластинок регламентируются следующими нормативными документами: ГОСТ 19043—73—ГОСТ 19072—73 и ГОСТ 21069—75—ГОСТ 21072—75, а для минералокерамических — ТУ 48-19-65—73. Схема построения и обозначения пластинок приведена на рис. 1.13.
Из всего многообразия пластинок в стандартных резцах используются пластинки с центральным отверстием и стружечными канавками на одной стороне: правильной трехгранной формы, неправильной трехгранной формы, квадратной, пятигранной и шестигранной формы, а также параллелограммные и ромбические без отверстия. Пластинки правильной трехгранной формы наиболее универсальны, могут использоваться в резцах, работающих с врезанием и с продольным рабочим перемещением в прямом и обратном направлениях, а с точки зрения удельного расхода твердого сплава на одну режущую кромку наиболее экономичны (при одинаковых длинах режущих кромок). Недостатком пластинок этой формы является малая прочность вершины.
Пластинки неправильной трехгранной формы имеют усиленную (по сравнению с правильными трехгранными) вершину, но уменьшенную длину режущей кромки, а также увеличенный удельный расход твердого сплава. Пластинки квадратной формы достаточно универсальны при среднем удельном расходе сплава на одну режущую кромку, производительны и эффективны. Пластинки пятигранной и шестигранной формы не эффективны при работе врезанием, используются для черновых проходных резцов, удельный расход твердого сплава на режущую кромку достаточно велик, но в проходных резцах он компенсируется повышенной стойкостью резцов. Последнее объясняется высокой прочностью вершин (углы при вершинах у этих пластинок равны соответст — ственно 108 и 120°). Интересно отметить, что в зарубежной прак-
тике пятигранные пластинки практически не применяются (в каталогах ряда фирм они отсутствуют), а шестигранные имеют весьма ограниченное распространение. Отсутствуют резцы с пятигранными и шестигранными пластинками и в общемашиностроительных нормативах режимов резания резцами с механическим креплением многогранных твердосплавных пластинок при обработке на станках с ЧПУ [34].
Пластинки ромбической и параллелограммной форм используются для контурной обработки и в этом случае оказываются достаточно оффективными, хотя с точки зрения рационального использования длины режущей кромки (в резании участвует 0,35— 0,6 ее длины) и удельного расхода твердого сплава они уступают пластинкам других форм.
Кроме пластинок по ГОСТ 19043—73—ГОСТ 19072—73 в резцах находят применение пластинки по ГОСТ 21069—75— ГОСТ 21072—75. Эти пластинки неправильной трехгранной, квадратной, пятигранной и шестигранной форм с отверстиями и канавками на одной стороне отличаются несколько большими размерами и имеют собственное обозначение. Это обозначение состоит из двух групп цифр (при цифровом обозначении) или группы из двух букв, за которой следует группа цифр. Первые две цифры или буква указывают форму пластинки: неправильная трехгранная — 02, или F, квадратная — 03, или S, пятигранная— 10, или Р, шестигранная — 11, или Н. Третья цифра (4) или буква (М) означает конструктивную особенность пластинки — наличие отверстия и канавок с одной стороны. Вторая группа — группа из шести цифр, которые характеризуют: первые две цифры — диаметр описанной окружности в целых числах в мм, вторые две цифры — толщину пластинки в целых числах в мм, третьи две цифры — радиус при вершине в мм, увеличенный в 10 раз. Пластинка трехгранной формы с отверстием и канавками на одной стороне, диаметром описанной окружности 18 мм, толщиной 5 мм, с радиусом закругления при вершине 0,8 мм в цифровом виде обозна — ‘ чаться будет 024-180508, в буквенно-цифровом виде — FM-180508.
Трехгранные и квадратные пластинки имеют достаточно широкое применение, пятигранные и шестигранные пластинки применяют только в токарных проходных (реже расточных и то только пятигранные) резцах.
Форма и размеры пластинок из минералокерамики марок ВЗ, ВОКбО и ВОК63 приведены в гл. 1 и ТУ 48-19-65—73. Наибольшее распространение в резцах получили пластинки минералокерамические четырехгранной формы. Кроме типоразмеров, приведенных в гл. 1, централизованно выпускаются пластинки и других форм из оксидной керамики марки ЦМ 322, например, пятигранные для механического крепления или под напайку (наклейку), по форме, близкой к форме твердосплавных пластинок. Однако область их применения ограничена, и ниже рассматриваются только пластинки по ТУ 48-19-65—73.
Креме формы пластинки характеризуются основными размерами: диаметром вписанной окружности dBUf пластинки но ГОСТ 19042—73—ГОСТ 19072—43, диаметром описанной окружности don — пластинки по ГОСТ 21069—75—ГОСТ 21072—75, толщиной S, радиусом при вершине г. Предельные значения этих размеров приведены на рис. 1.13. Диаметры описанной окружности для пластинок по ГОСТ 21069—75, ГОСТ 21072—75 равны 14, 18, 22 и 26 мм.
Механическое крепление пластинок накладывает определенные требования к их точности изготовления. В зависимости от точности изготовления твердосплавные пластинки выпускаются четырех степеней: нормальной степени точности (обозначаемой U) — шлифованные по ленточкам и опорным поверхностям; повышенной степени точности (М) — тоже, что и нормальные, но с более жесткими допусками на некоторые размеры; высокой степени точности (G) — шлифованные по опорным и боковым поверхностям; особо высокой степени точности (С) — шлифованные по опорным и боковым поверхностям с более жесткими допусками. В стандартных резцах применяются твердосплавные пластинки нормальной степени точности; в резцах, оснащенных минералокера — микой,—пластинки степеней точности U и G. Сопоставление номенклатуры неперетачиваемых пластинок, представленных на рис. 1.13, с номенклатурой пластинок, используемых в стандартных резцах, показывает, что имеется достаточно широкая номенклатура разновидностей пластинок, не нашедших применение в стандартных резцах, но позволяющих повышать эффективность металлообработки при создании специального инструмента. К таким неиспользуемым формам следует отнести пластинки с задними углами, пластинки со стружколомающими канавками с двух сторон, пластинки степеней точности М и С. Целесообразность более широкого использования пластинок с задними углами показывают рекомендуемые в табл. 4.4 области применения различных исполнений неперетачиваемых твердосплавных пластинок в резцах для станков с ЧПУ. Как видно из таблицы, такие пластинки могут успешно применяться при получистовой и чистовой обработке широкого круга обрабатываемых материалов.
Пластинки со стружколомающими канавками с двух сторон обладают удвоенным числом режущих кромок по сравнению с пластинками, имеющими стружколомающие канавки с одной стороны, т. е. увеличенной в два раза стойкостью. Вместе с тем при тяжелых работах наличие стружечных канавок на опорной поверхности может привести к выкрашиванию участков пластинки, соприкасающихся с гнездом корпуса.
, Применение пластинок более высокой, чем (/, степени точности целесообразно в резцах для автоматизированного производства, когда за счет повышения точности изготовления как пластинки, так и корпуса резца без подналадок обеспечивается высокая точность расположения режущих кромок резца относительно баз станка. К сожалению, в стандартах отсутствуют пластинки, предназначенные для тангенциального (вдоль задней грани) закрепления на корпусе резца. Эффективность использования таких пластинок уже отмечалась. Пластинки такой формы широко используются в конструкциях резцов ряда иностранных фирм.
Режущие и калибрующие элементы входят в число основных конструктивных элементов рабочей части резца и характеризуются рядом геометрических параметров. К таким параметрам относятся: углы режущей части, радиусы закругления вершины резца и главной режущей кромки. Влияние каждого из этих параметров на процесс резания многосторонне и различно, зависит от обрабатываемого и инструментального материалов, их физико-механических свойств, размеров сечения срезаемого слоя, режимов резания, состояния системы СПИД. В каждом реальном случае обработки с целью получения нужного экономического эффекта параметры должны определяться индивидуально. Приводимые ниже значения параметров стандартных резцов рассчитаны на достаточно широкую область применения и могут быть использованы как ориентировочные значения для последующих корректировок при эксплуатации. Геометрические параметры резцов, рассматриваемые ниже, не являются углами резания, так как последние кроме геометрических параметров резца характеризуются взаимным расположением резца и обрабатываемого изделия (углы резания в статике) или траекторией взаимного перемещения резца и обрабатываемого изделия (кинематические углы резания). Значение геометрических угловых параметров резцов будут соответствовать углам резания в статике в случае, когда вершина резца рассматривается на высоте центра вращения, а корпус резца перпендикулярен обработанной поверхности. При несоблюдении этих условий углы резания будут отличаться от углов резца. Это нужно иметь в виду при рассмотрении особенностей конструкции резцов вне связи с положением относительно обрабатываемого изделия и использовать за счет корректировки положения резца относительно обрабатываемого изделия для получения более рациональных углов резания. Это одна из особенностей, присущих данной конструкции инструмента, — резцам, которая позволяет при эксплуатации стандартных резцов использовать два пути оптимизации углов резания — переточку рабочей части резца и выбор рационального положения резца относительно обрабатываемой поверхности.
Учитывая эту особенность резцов, будем и в дальнейшем считать, что резец установлен относительно обрабатываемого изделия должным образом, и углы резца совпадают с углами резания в статике. Это дает право рассматривать влияние каждого геометрического параметра резца непосредственно на процесс резания.
Для анализа влияния геометрических параметров резца на силы резания целесообразно несколько преобразовать формулу, определяющую величину составляющей Рг равнодействующей силы резания, приведенной в гл. 1, и представить ее в виде
Pz = Ostsgi [COS у + Jil sin у — k (sin a — cos a)J.
Напомним, что коэффициент k определяет отношение силы, дейэтвующей на заднюю грань, к силе, действующей на переднюю грань.
Передний угол у предназначен для обеспечения оптимального стружкообразования при наименьших нагрузках на режущий инструмент по передней поверхности в процессе резания.
Как следует из формулы, сила Р с увеличением угла у уменьшается (cos у с увеличением у уменьшается), с уменьшением Y — увеличивается. Прочность режущего клина, наоборот, с увеличением угла у уменьшается, с уменьшением у — увеличивается. В зависимости от инструментального и обрабатываемого материалов, условий и режимов обработки передний угол изменяется от —20 до +25°. Большие передние углы (до +25°) назначаются при обработке металлов, дающих сливную стружку, при этом стружка легко завивается и отводится из зоны резания. Меньшие значения (+8—15°) переднего угла назначаются при обработке чугуна, бронз. При обработке сталей повышенной прочности, закаленных сталей, углы у уменьшаются до —20°.
Уменьшение передних углов целесообразно и при переменных нагрузках (обработка прерывистых поверхностей, ударная нагрузка, например, при строгании), при обработке хрупких материалов (нагрузка на переднюю поверхность расположена в непосредственной близости от режущей кромки, так как уменьшение передних углов способствует упрочнению режущей кромки). С этой же целью уменьшаются передние углы и у резцов, рабочая часть которых выполнена из инструментальных материалов с высокой твердостью, но малой прочностью и ударной вязкостью (твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы). Одним из средств упрочнения режущего клина является ленточка (фаска), расположенная вдоль главной режущей кромки; ширина ее / зависит от подачи. Для резцов из быстрорежущих сталей передний угол по ленточке изменяется от 0 до +8°, для резцов из твердых сплавов — до —10°, у минералокерамики и сверхтвердых материалов — до —20°. Упрочнение режущего клина при уменьшенных и в особенности отрицательных значениях переднего угла объясняется изменением соотношения сил, действующих на режущий клин за счет увеличения радиальной составляющей силы резания. При этом в клине перераспределяются нагрузки, возникают преобладающие сжимающие напряжения, допускаемые значения которых у хрупких инструментальных материалов значительно превышают допускаемые напряжения на изгиб и растя^ жение. Вместе с тем увеличение радиальной составляющей приводит к повышению деформации системы СПИД, что необходимо учитывать при назначении режимов обработки. Значения передних углов стандартных резцов приведены в табл. 4.1, а рекомендуемые для некоторых условий эксплуатации значения передних углов — в табл. 4.15—4.17.
Изменение положения вершины резца при его установке относительно обрабатываемого изделия приводит к изменению переднего угла в статике уС7 на Avy, определяемого из выражения
sin Avy = h/R,
где h — разница между расстоянием вершины резца от основной плоскости и расстоянием оси вращения заготовки от основной плоскости резца, мм; R — радиус обработанной поверхности, мм.
Если вершина резца выше оси вращения, Л > О, если вершина резца ниже оси вращения, h < 0.
Передний угол резания в статике при смещении вершины резца будет равен
?ст = У + ЛТу.
При h > 0 Д-уу > 0; при h < 0 Ауу < 0.
Главный задний угол а обеспечивает свободное взаимное перемещение резца и обрабатываемого изделия в процессе обработки. Обычно угол а принимается равным 6—12°. При малых толщинах среза, когда износ резца осуществляется в основном по задней поверхности, увеличение угла увеличивает срок службы резца за счет снижения сил трения задней поверхности резца. об обработанную поверхность. Увеличение заднего угла способствует и снижению силы резания что видно из приведенной выше формулы для Р2 (выражение в круглых скобках этой формулы, учитывающее влияние заднего угла а, с увеличением угла а увеличивается, а сила Рг — уменьшается). Чем выше прочность материала режущей части резца, тем большее значение можно придать заднему углу. С увеличением угла а уменьшается шероховатость обработанной поверхности, что следует учитывать при чистовом точении. С увеличением подачи s возрастают силы резания, вызывающие выкрашивание режущей кромки, и поэтому угол а целесообразно уменьшать.
Задний угол оказывает влияние на величину и форму участков износа задней поверхности: с уменьшением заднего угла площадка износа (при одном и том же износе в радиальном направлении) захватывает большие участки задней поверхности, с увеличением заднего угла — площадка износа уменьшается. Задний угол оказывает также влияние и на возникающие при резании колебания, в особенности высокочастотные, и создание на задней поверхности площадки с уменьшенным задним углом может способствовать демпфированию таких колебаний. Изменение положения вершины резца приводит к изменению главного заднего угла в статике аст на величину Дау = — Ауу, т. е. аот = а + Дау.
При установке вершины резца выше оси задний угол в статике будет меньше заднего угла режущей кромки, а при установке вершины резца ниже оси — больше заднего угла режущей кромки.
Вспомогательный задний угола1 предназначен для уменьшения трения обработанной поверхности детали о вспомогательную поверхность резца. Для проходных, расточных и подрезных резцов ос; = а. Для отрезных и прорезных резцов аг = 1ч-29. Большее значение ах назначается при ширине отрезки более 5 мм.
Главный угол в плане <р выбирается в зависимости от жесткости станка и заготовки, а также типа и конструкции резца. Его значения находятся в пределах 10° с ф с 100°.
С уменьшением угла в плане увеличивается длина активной части главной режущей кромки резца, удельная нагрузка на единицу ее длины уменьшается, что обусловливает увеличение стойкости. Уменьшается при этом и шероховатость обработанной поверхности. Но наряду с этим увеличиваются сила Ру, отжим резца от заготовки, а при недостаточной жесткости системы СПИД снижается точность обработки и возникают вибрации. У токарных проходных резцов при обработке в условиях особо жесткой системы СПИД и малых глубинах резания ф = 10-г-30°. При достаточно жесткой системе СПИД угол в плане <р = 45°. При работе с ударами, неравномерным припуском, нежесткой системой СПИД и многорезцовом точении ф = 60-*-75°. При обработке длинных и тонких заготовок, обработке ступенчатых деталей, растачивании глухих отверстий и отверстий малого диаметра ф = 80-ь90°. Для подрезных резцов, работающих на проход от периферии к центру, главный угол в плане назначается в пределах ф=30*70°. Для прорезных и отрезных резцов ф = 90°, для резцов со скошенной режущей кромкой ф = 80 или 100° (токарно-револьверные и автоматные резцы). У отрезных резцов при отрезке заготовок без бобышки на торце ф = 80°.
Для повышения механической прочности вершины резца переход от главной к вспомогательной режущим кромкам осуществляют через переходную кромку длиной 1—5 мм. Угол в плане дополнительной кромки обычно находится в пределах
0 <: Фо < ф/2.
При фо — 0 переходная кромка располагается параллельно направлению подачи (длина кромки должна при этом быть несколько больше подачи на оборот), что позволяет работать с повышенными подачами (до 12 мм/об) и хорошим качеством обработанной поверхности (чистовая и получистовая обработка).
Угол в плане ф изменяется также и в зависимости от установки резца в резцедержателе станка. Так, при установке вершины резца выше или ниже центра вращения угол в плане фу изменяется на величину
А (і—cos Ay) ctg ф e ctg* v + cos Ду ’
где Ау — изменение переднего угла при смещении вершины резца.
Тогда
Ф* = Ф ± Афу,
где фу — угол в плане при смещении вершины резца.
Знак плюс в формуле принимают в случае, если вершина резца ниже центра, знак минус — в случае, если вершина резца выше центра.
При повороте резца в основной плоскости на угол Дф0 главный угол в плане становится равным
ФуО — ф ± Лф0.
Знак плюс в формуле принимают в случае, если корпус резца разворачивается относительно вершины резца против направления подачи, знак минус — в случае, если этот разворот осуществлен по направлению подачи.
Угол фу оказывает прямое влияние на толщину среза (при постоянных значениях глубины и подачи). Действительно, толщина среза а — s sin ф. Откуда следует, что при увеличении фу толщина среза а возрастает, а при уменьшении фу — уменьшается. Критическое значение толщины среза определяется прочностью режущей кромки резца. Поэтому при постоянном ее значении для конкретного резца, равном атах, возможно повышение производительности труда за счет сокращения угла фу и соответствующего увеличения подачи. Значение подачи при этом определяется из выражения s = amax/sin ф.
Однако уменьшение угла ф требует увеличения длины режущей кромки, что для каждого конкретного резца и постоянной глубины резания возможно в довольно узких пределах.
Угол наклона главной режущей кромки “К влияет на направление схода стружки и прочность главной режущей кромки. Его значения находятся в пределах —15° < % < +45°.
При положительном значении угла % стружка отводится в направлении обработанной поверхности и увеличивает ее шероховатость, при отрицательном значении стружка отводится в сторону обрабатываемой поверхности. Поэтому для чистовых резцов рекомендуется принимать % < 0 — тогда стружка направляется в сторону обрабатываемой поверхности, а для черновых резцов, когда главное значение имеет прочность режущей части, угол наклона рекомендуется принимать равным Я, > 0.
Угол наклона главной режущей кромки % считается положительным, если вершина резца является наинизшей точкой главной режущей кромки. При положительном значении % врезание резца в металл осуществляется не вершиной резца, а участком главной режущей кромки, удаленной от вершины, что предохраняет вершину резца от ударов в момент врезания и способствует более плавному врезанию. При угле Я > 6° резко возрастают силы Ру и Рг (а Рх — уменьшается), что предъявляет повышенные требования к жесткости системы СПИД. Поэтому большие значения угла X (до +45°) можно назначать при высокой жесткости системы СПИД, в условиях прерывистого резания, неравномерного припуска и обработки высокопрочных сталей, когда нагрузка на режущую кромку велика. В условиях нежесткой системы СПИД рекомендуются отрицательные значения угла X (до —15°), во избежание появления вибраций. При малых значениях угла X влияние его на работу резца незначительно, поэтому для токарных проходных, подрезных и других резцов в обычных условиях работы угол Я = 0.
Иногда с целью дробления стальной стружки при у = —5-г* — т-100 и ф = 60—70° угол X выбирают равным 10—15°. С увеличением угла X шероховатость обработанной поверхности увеличивается.
При прерывистом резании (при строгании, съеме неравномерного припуска и т. д.) с целью переноса точки первоначального контакта режущей кромки с обрабатываемой поверхностью от вершины резца угол X принимают равным 10—15°.
Вспомогательный угол в плане фх влияет на шероховатость обработанной поверхности, прочность вершины резца и его стойкость. Значения угла фх находятся в пределах 1—2° < фх « 45°. С уменьшением угла фх вспомогательная режущая кромка принимает все большее участие в калибровке и зачистке обработанной поверхности. Это вызывает большое тепловыделение и износ резца, а следовательно, и снижение его стойкости. С увеличением угла фх ухудшается шероховатость обработанной поверхности, но повышается стойкость резца. Обычно угол фх выбирается равным 10— 15° в условиях жесткой системы СПИД и 20—30° — в менее жестких условиях.
Для проходных прямых резцов значения угла фх находятся в пределах 5° < фх с 15°. При обработке с подачей в обе стороны (без перестановки резца) и при обработке с предварительным радиальным врезанием угол ф достигает значений 30—45° в зависимости от условий работы). У подрезных отогнутых резцов угол Фі = 20-^45°, для прорезных и отрезных резцов угол фх = 1 н-2°.
Так же, как и угол ф, вспомогательный угол в плане фх зависит от положения резца на станке.
Расчет действительного угла ф1у в зависимости от положения резца производится аналогично приведенному выше расчету для угла фу.
Радиус закругления при вершине резца г влияет на работу резца примерно так же, как и углы ф и фх. С увеличением радиуса т прочность режущей кромки у вершины резца возрастает, а его стойкость повышается при одновременном уменьшении шероховатости обработанной поверхности. Но увеличение радиуса т вызывает резкое возрастание силы Ру, особенно при работе с глубинами резания, не превышающими радиуса г, что увеличивает отжим резца от заготовки и способствует возникновению вибраций. Рекомендуются следующие значения радиуса г при грубой
и получистовой обработке для быстрорежущих и твердосплавных резцов в зависимости от сечения резца: при грубой обработке г = 1,0+ 3,0 мм (сечение резцов от 12 X 12 до 63×40 мм), при полу — чйстовой обработке г — 1,5 + 5,0 мм для тех же сечений резцов; для строгальных резцов радиус г увеличивают в 2—2,5 раза. Для алмазных резцов радиус г = 0,3+1,5 мм. Резцы из композита, гексанита и карбонадо имеют г = 0,6+ 2,0 мм, а резцы из режущей керамики — г = 1,0+ 1,5 мм.
Рис. 4.1. Влияние шероховатости передней и задней поверхностей на состояние режущей кромки |
Радиус округления режущей кромки р (радиус сопряжения передней и задней поверхностей) оказывает влияние на работоспособность резцов, особенно из хрупких инструментальных материалов. С увеличением радиуса р стойкость инструмента сначала повышается, а затем падает, т. е. существуют области его экстремальных значений. В зависимости от назначения скруглення можно выделить два критерия оценки рационального значения радиуса р: наибольшая прочность
кромки и наибольшая стойкость.
Радиусы скруглення в соответствии с этими критериями обозначают соответственно Рр и рт и выражают следующими зависимостями от толщины среза [57 ]:
рр = 160а0-5; рг = 110а,
где а — толщина среза, мм; рр, рт — радиусы скруглення, мкм.
При обработке высоколегированных сталей, а также при недостаточной жесткости СПИД радиус р необходимо увеличивать в 1,25 раза, а при точении низкоуглеродистых сталей — уменьшать на эту же величину.
Качество обработки передних и задних поверхностей режущего клина влияет на качество обработанной поверхности и срок службы’ резца. Качество поверхностей, непосредственно прилегающих к режущим кромкам, оказывает влияние на остроту режущих кромок, их прямолинейность. При чистовой обработке эти параметры определяют качество обработанной поверхности, так как все неровности режущей кромки переносятся на обрабатываемую поверхность. Влияние шероховатости передних и задних поверхностей на состояние режущей кромки можно выразить зависимостью, получаемой при рассмотрении параллелограмма A BCD (рис. 4.1),
— жр VR + 2 R? Ra cos р + Rl,
где Rl{t Ryt Ra — высота неровностей соответственно режущей кромки и на передней и задней поверхностях режущего клина, мкм.
Из формулы видно, что чем выше высота неровностей на поверхностях каждой грани, тем больше неровностей на режущей кромке. Так, при угле заострения резца р = 90° и при Rv — = Ra = 1 мкм высота неровностей режущей кромки больше высоты неровностей каждой из поверхностей и составляет 1,4 мкм. С уменьшением угла заострения р эта разница резко возрастает и при Р = 60° (а = у = 15°) RK « 2Ry « 2Ra.
Для централизованно выпускаемого инструмента установлены следующие предельные значения параметра шероховатости поверхностей рабочей части: для передних и задних поверхностей быстрорежущих и твердосплавных доведенных резцов Ra = = 0,32 мкм, для недоведенных быстрорежущих резцов Ra = = 0,63 мкм, для твердосплавных резцов недоведенных Ra — = 1,2-*-5 мкм. Параметр шероховатости поверхностей неперетачиваемых пластинок не должен превышать по ленточкам и по опорным поверхностям — Ra = 1,25 мкм, по периферии у пластин степеней точности С и G — Ra = 0,32 мкм, по периферии и стружечным канавкам у остальных пластин — Ra = 2,5 мкм.
Приведенные требования по шероховатости должны выдерживаться и при переточках резцов. Вместе с этим следует отметить данные ряда фирм, в частности фирмы «Карболой» (США), из которых следует, что при обеспечении достаточной точности формы твердосплавных пластинок после спекания (за счет ужесточения требований к технологии изготовления пластин, пресс-оснастке) нецелесообразно подвергать режущие кромки пластинок шлифованию, особенно пластинок для получистовых и черновых работ. Объясняется это тем, что поверхность пластинок после спекания имеет равномерную мелкозернистую структуру, достаточно хорошо сопротивляющуюся нагрузкам и хорошо удерживающую смазку. В результате шлифования поверхность сглаживается, но при этом возникают поверхностные дефекты: микротрещины, выкрашивания, микросколы, заостренные кромки. Все это способствует снижению работоспособности пластинок, повышению затрат на их эксплуатацию. Опыт применения нешлифованных по передней и задней грани пластинок твердого сплава имеется и на отечественных предприятиях, что подтверждает возможность использования таких пластинок для оснащения резцов.
Корпус резца. Характеризуется корпус резца формой поперечного сечения, материалом, твердостью, размерно-геометрическими параметрами. Материалом корпуса служат: сталь марок 45, 50 по ГОСТ 1051—73 или ГОСТ 1050—74, а также сталь марки 40Х по ГОСТ 4543—71. Форма поперечного сечения корпусов резцов — прямоугольная, квадратная, круглая. Размеры поперечного сечения корпуса определяются назначением и видом резца, характером нагрузок. Поперечное сечение корпуса резца задается в зоне крепления его в резцедержателе станка (в зоне крепления режущей части к корпусу, называемой головкой резца, форма и размеры поперечного сечения могут не совпадать с поперечным сече — ниєм крепежного его участка) и размеры его определяют размеры поперечного сечения резца. Ориентировочные значения размеров поперечного сечения резцов с углом в плане ф = 45°, применяемых при обработке стали средней твердости с ов = 750 МПа, в зависимости от площади сечения срезаемого слоя приведены в табл. 4.3. Размеры сечения строгальных резцов отличаются от токарных большими (до 1,5 раз) значениями размеров сторон Я и В при съеме металла одинакового сечения, что обусловлено динамическим характером прилагаемых к резцу нагрузок во время резания. С целью сокращения типоразмеров резцов с различными значениями поперечного сечения, эти размеры, так же как и длина,
Таблица 4.3 Размеры (мм) поперечного сечения резцов (НХВ и Н) с углом в плане <р = 45° в зависимости от площади сечения срезаемого слоя [30]
|
унифицированы и образуют параметрические ряды. Прямоугольная форма сечения с отношением сторон Н : В = 1,6 применяется для чистовых и получистовых резцов. Для черновых резцов применяются резцы с соотношением Н : В = 1,25. Квадратная форма применяется преимущественно в автоматно-револьверных и расточных резцах, а также в случае недостаточного расстояния от опорной поверхности резцедержателя до линии центров станка. Круглая форма сечения применяется для расточных и резьбовых резцов. Она позволяет корректировать углы резания в статике за счет некоторого разворота корпуса вокруг своей оси.
Размеры корпуса связаны с размером и формой рабочей части, видом резца. Так, для токарных резцов стремятся, чтобы вершина рабочей части резца располагалась на уровне верхней границы крепежной части; у строгальных резцов стремятся к тому, чтобы вершина рабочей части располагалась на уровне опорной плоскости резца. Наиболее опасным участком корпуса резца с точки зрения его прочности является участок сопряжения корпуса и рабочей части. Этот участок находится в непосредственной близости от зоны резания и обычно ослаблен пазами под напайные пластинки, гнездами под неперетачиваемые пластинки, заниженными размерами (например, у отрезных резцов), необходимыми для осуществления обработки, скосами, обеспечивающими облегчение заточки режущих и калибрующих элементов, и т. д.
На рис. 4.2 показано влияние формы корпуса у режущей части на прочность отрезного резца, оснащенного пластинкой из твердого сплава Т5КЮ [57]. Прочность резца характеризуется при этом значением ломающей подачи sn. Как видно из рисунка, выпуклая форма прилегающего к задней грани участка корпуса (форма б) снижает прочность резца (ломающая подача снижается по сравнению с формой а на 15%), вогнутая форма этого же участка (форма в) повышает прочность резца (ломающая подача sn возрастает по сравнению с формой а на 15%).
Увеличению прочности корпуса в опасных участках способствуют: изогнутая форма корпуса, увеличение габаритных размеров корпуса на опасных участках (высоты, ширины), увеличение
Рис. 4.2. Влияние формы корпуса и режущей части на прочность отрезного резца, оснащенного пластинкой из твердого сплава Т5К10 |
расстояния от опорной плоскости корпуса резца до гнезда под пластинку. Наличие таких усиленных участков у стандартных резцов можно заметить на рисунках, приводимых в табл. 4.1. Противоречия между стремлением увеличить габаритные размеры корпуса на опасных участках и требованиями условий обработки в части уменьшения некоторых габаритных размеров разрешаются путем увеличения размеров корпуса, не примыкающих к зоне обработки. Так, в отрезных резцах снижение прочности участков корпуса, находящихся в непосредственной близости от зоны резания, определяющих наибольший диаметр отрезки и поэтому имеющих ширину меньшую, чем ширина разрезки, компенсируется увеличением габаритных размеров корпуса на участках, лежащих за пределами зоны наибольшего диаметра отрезки.
В проходных резцах высоту корпуса Н в зоне соединения его с пластинкой увеличивают за счет выступа так, чтобы расстояние от опорной плоскости до верхней части пластинки превышало высоту корпуса. Такие резцы с усиленным корпусом обладают повышенной прочностью, что позволяет увеличить предельную подачу до 20%. Увеличению срока службы корпуса способствует
термическая обработка как самого корпуса, так и опорных (под пластинку) его участков.
Стойкость резцов с напайными твердосплавными пластинками и закаленным корпусом с HRC 50 повышается до двух раз, увеличивается и его прочность. Закалку для напайных резцов рекомендуется осуществлять, подстуживая разогретую при напайке зону до закалочных температур, а затем охлаждая резец в воде. В процессе такой закалки в твердосплавной пластинке создаются сжимающие напряжения, способствующие повышению прочности соединения пластинки с корпусом, увеличению срока службы резца. Закаленные корпуса можно применять и в резцах с механическим креплением твердосплавных режущих пластинок. В этом случае можно отказаться от опорной пластинки.
Для закрепления режущих пластинок на корпусе резца выполняются гнезда. Наиболее распространенные формы гнезд под напайные пластинки приведены на рис. 4.3. Они выполняются
Рис. 4.3. Форма гнезд под напайные пластинки |
открытыми (рис. 4.3, а), полузакрытыми (рис. 4.3, б), закрытыми (рис. 4.3, в) и врезными (рис. 4.3, г). Наиболее простые и технологичные гнезда — гнезда открытой формы, поэтому они и наиболее распространены. Полузакрытые гнезда применяются для крепления пластинок криволинейной конфигурации. Закрытые гнезда применяются для крепления небольших по размеру пластинок, а также пластинок из минералокерамики и сверхтвердых синтетических материалов.
Расположения и размеры гнезд под пластинки зависят от формы и размеров пластинок, условий их эксплуатации, переточки. С точки зрения рационального использования инструментального материала пластинок наиболее рациональным расположением гнезда будет такое, которое обеспечит равное число переточек одновременно по передней и задней граням. Однако в связи с многообразием условий эксплуатации, характера износа пластинки и связанных с ним способов переточки геометрическое место вершин резца при последовательных его переточках предсказать достаточно трудно. Поэтому гнезда обычно располагаются под углом (называемым углом врезания пластинки), равным углу у + (3 + 5)4. Такое расположение пластинки удобно с точки зрения заточек и переточек резца по передней грани с положительными углами у.
так как затачивается не вся верхняя плоскость пластинки, а только участок, непосредственно прилегающий к режущей кромке, но при этом несколько увеличивается припуск на заточку резца по задней грани. Поэтому при расположении пластинки вдоль задней грани угол ее врезания целесообразнее принимать не меньшим чем а +5°. Для стандартных резцов угол врезания пластинки принимается равным 0;12 или 16° в зависимости от типа резца. Для пластинок из минералокерамики он увеличивается до 60°. Увеличение угла врезания приводит к уменьшению расстояния от опорной поверхности гнезда до опорной поверхности резца, что снижает прочность последнего. Компенсировать это ослабление корпуса можно, как уже говорилось, созданием уступа на корпусе, расположенного со стороны гнезда под пластинку или со стороны опорной части корпуса. При этом расстояние между наиболее близкими точками опорных поверхностей гнезда и корпуса должно в четыре-пять раз превышать толщину пластинки, но при этом оставаться равным не менее 2/3 высоты корпуса И. У резцов, оснащенных сверхтвердыми материалами, гнездо располагается параллельно передней грани (для плоских пластинок и цилиндрических вставок) или перпендикулярно передней грани (для цилиндрических вставок).
Размеры и форма гнезд соответствуют размерам и форме пластинок и вставок. Так, у резцов с пластинками из твердого сплава глубина паза выбирается в зависимости от толщины пластинки: при толщине пластинки до 4 мм, глубина паза равна толщине пластинки; при толщине пластинки от 4 до 7 мм, глубина паза равна пол овине толщины пластинки; при толщине пластинки свыше 7 мм, глубина паза равна 0,4 толщины пластинки. Глубина гнезд под пластинку у отрезных резцов принимается равной толщине пластинки. У резцов с механическим креплением пластинок — толщине пластинки (для резцов без опорных пластинок) или сумме толщин режущей и опорной пластинок (для резцов с опорными пластинками).
С точки зрения точности исполнения гнезд под пластинки особые требования предъявляются к их опорным поверхностям, которые не должны иметь выпуклости и завалов. Точность выполнения базовых поверхностей гнезд резцов с механическим креплением пластинок должна обеспечить кроме того выступание режущих пластинок за габариты опорной плоскости или опорной площади гнезда корпуса не более чем на 0,8 м — при диаметре вписанной окружности до 12,7 мм и не более 1 мм при диаметре вписанной окружности больше 12,7 мм.
Опорная поверхность корпуса резца должна быть выполнена так, чтобы при проверке по контрольной плите резец прилегал к ней без зазоров (резцы с механическим креплением пластинок) или без качки (для остальных резцов). Параметр шероховатости опорных поверхностей гнезда и корпуса не должен превышать Rz = 10 мкм — для опорной поверхности гнезда и Rz — 20 мкм — для опорной поверхности корпуса; параметр шероховатости верхней и боковой поверхностей у расточных резцов, автоматных резцов и у резцов с механическим креплением пластинок должен быть не ниже Rz = 20 мкм.
Элементы стружкодробления. В последнее время неотъемлемой частью конструкции резцов являются элементы стружкодроб — ления. Современный уровень режимов металлообработки, значительный удельный вес обрабатываемых материалов, дающих при обработке сливную стружку, требуют постоянного совершенствования этих элементов. Эффективность элементов стружкозавива — ния и стружкодробления определяется их способностью стабильно завивать стружку в завитки небольшой длины (до трех оборотов стружки) с последующим отламыванием в широком диапазоне режимов резания и на различных обрабатываемых материалах. Стружколомание может быть обеспечено приданием определенной геометрии режущей части, созданием лунок и уступов на передней поверхности, применением накладных стружколомов, специальных стружколомателей и экранов, не являющихся конструктивными элементами резца, кинематическими способами. Ниже будут рассмотрены элементы стружкодробления непосредственно относящиеся к конструкциям резцов.
Из геометрических параметров режущей части резца наиболее сильное влияние на стружкодробление оказывают главный угол в плане ф и передний угол у. С увеличением угла ф стружка становится более толстой и при завивании легко отламывается. Поэтому при обработке вязких материалов целесообразно работать резцами с большими (до 90°) углами ф. Передний угол у способствует стружкодроблению при отрицательных его значениях в пределах — 10—15° за счет увеличенной радиальной силы резания. Иногда (при нежесткой системе СПИД) целесообразно с отрицательным углом выполнять не всю переднюю грань, а лишь ленточку вдоль режущей кромки со стороны передней грани шириной 1,5—2 мм, остальная часть передней грани может при этом иметь положительный передний угол. Стружколомание за счет использования соответствующей геометрии режущей части эффективно лишь в узких пределах, хотя и не требует дополнительных затрат.
Стружколомание за счет создания лунок и уступов на передней грани широко применяется в настоящее время.
Различные формы лунок и уступов, применяемые при заточке быстрорежущих и твердосплавных резцов с цельной и напайной рабочей частью, приведены в табл. 4.15 и 4.16. Различные формы лунок и уступов для стружкодробления на неперетачиваемых пластинках приводятся на рис. 4.4. По способу образования их можно разделить на канавки, полученные прессованием (рис. 4.4, а, б), лунки, полученные вышлифовкой (рис. 4.4, в), и уступы, полученные вышлифовкой (рис. 4.4, г).
Прессованные канавки имеют одинаковые очертания для пластинок всех применяемых в резцах форм. Недостатком пластинок
ХГ |
г А |
6-6 |
Открытая |
*) |
а |
Рпс, 4.4. Формы канавок, лунок и уступов для стружкодробления
с такими канавками является узкий диапазон устойчивого стружкодробления, который определяется как формой, так и размерами канавок. Как видно из рисунка, размер фаски / достаточно велик (от 0,1 до 0,8 мм), а передний угол за фаской равен 20—25°. Для расширения диапазона подач зарубежными фирмами выпускаются пластинки со сдвоенными (рис. 4.4, б), а иногда и со строенными канавками. При чистовых операциях используется первая канавка, при получистовых — вторая, на грубых работах — третья.
Кроме ступенчатой формы, ряд зарубежных фирм рекламирует в последнее время пластинки со сложной (криволинейной в двух плоскостях) формой канавки, гарантирующей стружкодробление в широком диапазоне режимов резания. Однако общим недостатком пластинок с выпрессоваиными канавками является большой разброс размеров канавок, трудность (а иногда и невозможность) получения канавок требуемых размеров. Особенно это касается фаски /, ширина которой должна быть меньше наименьшей подачи при точении и погрешности ее изготовления прямо влияют на область рационального использования пластинок.
Вышлифовка лунок широко применяется на напайных резцах, этим способом рекомендуется образовывать лунки и на неперетачиваемых пластинках с плоской передней поверхностью. Закрытые лунки (рис. 4.4, в) применяются при глубинах резания свыше 1 мм, так как при этой форме лункой не ослабляется вершина пластинки; однако изготовление таких лунок более трудоемко, чем открытых. Открытые лунки можно применять и при больших глубинах, но при положительных углах Я, обеспечивающих врезание пластинки не вершиной, а участком режущей кромки, удаленной от вершины. Предельные размеры лунок (рис. 4.4, б) В = l,5-s-2,5 мм; г = 2-М мм; / = 0,15-ь0,4 мм (для закрытых лунок / = 0,2-ь 0,3 мм). Размеры лунок должны уточняться в зависимости от формы и размеров пластинки, условий обработки.
Вышлифованные уступы также наносятся на пластинки плоской формы; их размеры и расположение приведены на рис. 4.4, г. Вышлифованные уступы — наиболее рациональный вид стружколомающего элемента, так как при его шлифовании возможно образование на пластинке передних углов применительно к условиям работы резца., Пластинки с вышлифованными лунками и уступами имеют наибольшее применение как на чистовых, так и на черновых операциях (табл. 4.4) при обработке широкого круга материалов.
Накладные стружколомающие элементы используются двух типов: нерегулируемые и регулируемые. Нерегулируемые стружко — ломы изготовляются обычно из твердых сплавов и припаиваются к режущей части со стороны передней ее грани. Их недостатки: нетехнологичность в изготовлений, малый срок службы, ограниченная область применения. Регулируемые накладные стружко — ломатели имеют достаточно широкое применение в стандартных конструкциях резцов. В этих конструкциях накладной стружко-
Таблица 4.4 Формы неперетачиваемых пластинок, применяемые в зависимости от условий эксплуатации [34]
Примечания: 1. Пластинки типа 1 применять при большой жесткости системы СПИД. 2. Пластинки типов 1 и 2 при обработке материалов, дающих сливную стружку, применять с устройствами для стружкодробления. 3. Знак + означает рекомендуемые области применения. |
лом из твердого сплава — сменный, его размеры выбираются в зависимости от условий обработки (глубины резания, подачи), формы и размеров режущей пластинки. Схема обозначения струж — коломов, выпускаемых централизованно, приведена на рис. 1.15.
Таблица 4.5 Рекомендации по выбору размеров уступа [48]
|
Размеры стружколомов регламентируются ГОСТ 19084—73 и ГОСТ 19085—73. В зависимости от режимов обработки размер уступа к — расстояния от режущей кромки до стружколома, входящий в обозначение стружколома, может быть выбран по табл. 4.5. Накладные регулируемые стружколомы достаточно универсальны, экономичны, но требуют обеспечения плотного (без зазоров) прилегания к передней грани (при наличии щелей в них может попасть стружка), больших габаритов, увеличения сил резания, повышенного расхода твердых сплавов.
Опорные пластинки. Применяются опорные пластинки для продления срока службы корпуса (а значит и резца) и режущей пластинки. При нагружении силами резания опорные участки корпуса резца под вершиной режущей пластинки деформируются (упруго или упруго-пластично), что приводит к нарушению плотного прилегания режущей пластинки к опорной площадке гнезда корпуса и в последующем — к разрушению режущей пластинки. В этом случае пластинка, разрушаясь, сминает или срезает отдельные опорные участки гнезда корпуса. Опорная пластинка, выполняемая из твердых сплавов или закаленных до высокой твердости сталей, выравнивает нагрузки на опорную площадку, а при разрушении режущей пластинки предохраняет опорную площадку корпуса резца от разрушения. Опорные пластинки из твердых сплавов выпускаются централизованно правильной и неправильной трехгранной, квадратной, ромбической, пятигранной, шестигранной и круглой форм с отверстиями. Размеры пластинок регламентируются стандартами ГОСТ 19073—73—ГОСТ 19083—73. Схема построения обозначения опорных стандартных пластин приведена на рис. 1.14. Соединение корпуса и рабочей части цельных резцов осуществляют различными методами: сваркой, пайкой, наклейкой, механическим креплением. При сварке необходимо обеспечить достаточную прочность сварного шва, отсутствие раковин, трещин, свищей, что обеспечивается выбором необходимых для этого режимов сварки и их соблюдением в процессе сварки. При пайке и наклейке требуется обеспечить прочность соединения корпуса с рабочей частью не только в холодном состоянии, но и при достаточно высоких температурах. Это обеспечивается выбором соответствующих припоев и клеев, соответствующей подготовкой поверхностей, подлежащих пайке и клейке, выбором и соблюдением режимов пайки и клейки, последующей термической обработкой напаянных соединений. Для стандартных напайных резцов в качестве припоя рекомендуется медь электролитическая, сплав латуни марки J168 с добавками никеля (5%) и ферромарганца (5%), а также припои Пр АНМц 0,6-4-2 и ПР МНМц 68-4-2.
Механическое крепление рабочей части в виде пластинок осуществляется различными способами. Основными требованиями к такому соединению являются обеспечение жесткого и надежного крепления, быстрое перезакрепление, простота конструкции. Для резцов автоматизированного производства к указанным требованиям добавляется обеспечение требуемой точности при смене режущих кромок.
Основные схемы механического крепления пластинок, применяемые при изготовлении инструмента, приведены в гл. 1. Различные конструктивные разновидности этих схем приведены на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Некоторые конструкции узлов механического крепления режущих пластинок стинкой и снижает требования к точности изготовления как штифта, так и отверстия в опорной поверхности гнезда корпуса. Аналогичная конструкция крепления изображена на рио. 4.5, б, |
На рис. 4.5, а приведена конструкция крепления, основанная на расклинивании режущей пластинки /, имеющей отверстие,
между скосом корпуса 2 и бочкообразной головкой штифта 3 под действием винта 4 и клиновой планки 5. Бочкообразная форма головки штифта обеспечивает точечный контакт головки g пла-
но в ней между корпусом и режущей пластинкой установлена опорная пластинка 6. На рис. 4.5, в приведена конструкция узла крепления квадратной режущей пластинки 1 с отверстием. Крепление осуществляется за счет некоторого разворота пластинки 1 вокруг штифта <?, закрепленного в корпусе 2. Разворот осуществляется под действием винта 4. При развороте пластинку 1 расклинивает между упорной * поверхностью корпуса, головкой штифта и торцом винта 4. Эта конструкция находит применение в автоматных резцах, выпускаемых промышленностью. На рис. 4.5, г приведена конструкция крепления режущей пластинки 1 без отверстия. Крепление осуществляется прижимом пластинки 1 к опорной плоскости гнезда корпуса 2 под действием прижима 5 и винта 4. Между режущей пластинкой и опорной плоскостью гнезда расположена опорная пластинка 6, прикрепленная к корпусу винтом 3. Резцы с таким креплением пластин применяются при контурном точении. В конструкции резца на рис. 4.5, d, пластинка 1 прижимается к опорной и упорной базам корпуса резца 2 косой тягой 3 при воздействии на нее винта 4. Резцы с таким креплением применяются в автоматизированном производстве.
На рис. 4.5, ей ж режущая пластинка 1 прижимается к опорной и упорной базам корпуса 2 с помощью конической (рис. 4.5, е) или цилиндрической (рис. 4.5, ж) головок винта 3. При ввертывании винта 3 нижний конус винта вступает в контакт с эксцентрично расположенным коническим отверстием корпуса резца и, отталкиваясь от него, перемещается вправо, зажимая пластинку. Между режущей пластинкой 1 и конусом 2 может быть установлена опорная пластинка 4. Эта конструкция применяется в резцах фирмы «Вальтер» (ФРГ); она отличается простотой, но требует создания на режущей пластинке дополнительной фаски (в резцах рис. 4.5, е), контактирующей с головкой винта, а также повышенной точности изготовления элементов конструкции. Более сложная конструкция узла крепления приведена на рис. 4.5, з.
Здесь режущая пластинка 1 прижимается к упорной поверхности корпуса 2 головкой качающегося рычага 3 под действием винта 4. Для закрепления опорной пластинки 5 служит пружинящая втулка 6. Несмотря на некоторую сложность, резцы с подобной конструкцией узла крепления применяются на ряде отечественных предприятий (КамАЗ и др.), а также некоторыми зарубежными фирмами (фирмой «Сандвик Коромант», Швеция и др.).
Для закрепления режущих пластинок без центрального отверстия широкое распространение получила конструкция, приведенная на рис. 4.5, и. Режущая пластинка 1 крепится к корпусу 2 с помощью прижима 3 и винта 4. Для предотвращения разворота прижима при вращении винта 4, на участке прижима 3, контактирующем с корпусом 2, выполняется фиксирующий уступ, входящий в паз корпуса. Резец может быть снабжен накладным стружколомом 5 и опорной пластинкой 6. Приведенная конструкция узла крепления применяется в практике отечественных предприятий и рядом зарубежных фирм [«Видиа Крупп» (ФРГ) и др.!. Конструкция достаточно универсальна, позволяет закреплять пластинки из самых разнообразных инструментальных материалов, в том числе минералокерамики и сверхтвердых материалов, у которых получение отверстий в пластинках технологически чрезвычайно сложно или невозможно из-за особенностей технологии получения самой пластинки или из-за малых габаритных размеров пластинки. Недостаток этого крепления — малое свободное пространство со стороны передней грани, что создает трудности в размещении и свободном отводе стружки. Приведенные выше варианты механического крепления пластинок, имеющих центральное отверстие, не имеют этого недостатка, — передняя поверхность этих пластинок открыта, что обеспечивает свободный сход стружки и ее размещение в стороне от зоны резания. Поэтому наиболее целесообразными конструкциями узлов механического крепления пластинок следует считать конструкции с креплением эа отверстие в пластинке.