На главную

Глава VII

Основные сведения о высокопроизводительном точении

Резцы, оснащенные твердыми сплавами, допускают значительно большие скорости резания по сравнению с резцами из быстрорежущей стали. Высокая твердость, теплостойкость и износостойкость современных твердых сплавов способствовали внедрению в машиностроение обработки металлов с большими скоростями резания. В настоящее время часто применяется точение на скоростях 150—1000 м/мин, в отдельных случаях скорости резания могут быть и выше.

При работе на больших скоростях резания, во-первых, значительно увеличивается количество выделяющегося тепла и, во-вторых, сокращается время на его отвод. Вследствие этого происходит сильное нагревание стружкой рабочей части режущего инструмента; температура ее при скоростном резании может достигать 800— 1000° и выше. Так как резцы из быстрорежущей стали теряют режущие свойства при значительно меньшей температуре (560—600°), то они оказываются не пригодными для скоростного резания. Этому требованию вполне удовлетворяет инструмент, режущая часть которого оснащена пластинками твердого сплава, допускающего работу при 900—1000°. Удовлетворяют этому требованию также и резцы, оснащенные минералокерамическими пластинками, температурная стойкость которых равна 1100—1200°.

1. Геометрия резцов для высокопроизводительного резания

Передний угол резца. Для предотвращения выкрашивания режущей кромки резца ее требуется упрочнить, иначе она выкрошится и выломается раньше, чем успеет затупиться. С этой целью передний угол у твердосплавных резцов выбирают меньшим, чем у резцов из быстрорежущей стали. При обработке

очень твердых и закаленных сталей, а также при прерывистой ударной работе применяют даже отрицательные передние углы γ = (-5) - (-10°).

На рис. 56, а показан резец с положительным передним углом, а на рис. 56, б — с отрицательным. Из сопоставления этих резцов видно, что у резца с отрицательным передним углом угол заострения β больше, чем у резца с положительным углом. Это повышает его прочность и улучшает отвод тепла от режущей кромки в тело резца. Кроме того, у резца с положительным передним углом (рис. 56, а) центр давления стружки находится в точке а. Стрелкой показано направление силы Р давления стружки на резец. Эта сила стремится изогнуть и сколоть конец пластины вместе с режущей кромкой. У резца с отрицательным передним углом (рис. 56, б) центр давления отодвигается от режущей кромки в точку b. Сила Р в этом случае стремится прижать пластину к телу резца. Такое направление силы весьма благоприятно для пластины твердого сплава.

Однако из сказанного не следует делать вывода, что применение резцов с отрицательным передним углом целесообразно во всех случаях скоростного резания. Опыт лучших токарей-скоростников, а также исследования наших ученых показали, что резцы с отрицательным передним углом следует применять только при скоростном точении и растачивании твердой стали (σb > 80 кг/мм2),

при скоростной обработке стальных деталей по окалине и корке (штамповки, поковки и литье), при точении закаленных сталей и при обработке прерывистых поверхностей, когда резец подвергается ударам. Резец, имеющий положительный передний угол, воспринимает удар вершиной (рис. 57, а), поломка пластины в этом случае неизбежна. При отрицательном переднем угле (рис. 57, б) удар будет восприниматься не вершиной резца, а более упрочненной частью пластины.

Резцы с положительным передним углом следует применять при скоростной обработке мягких и средней твердости углеродистых сталей (марки 20, 30, 45 и др.), не-закаленных легированных сталей (20Х, 40Х и др.), серого чугуна и цветных металлов.

Чтобы избежать недостатков резцов с плоской передней поверхностью и положительным передним углом (рис. 58, а) при обработке твердых металлов, была разработана и внедрена улучшенная форма передней поверхности — плоская с фаской (рис. 58, б). Резцы с такой формой передней поверхности имеют узкую фаску вдоль режущей кромки (шириной примерно 0,8 величины подачи), наклоненную под углом γ2 = —5°, и основную переднюю поверхность, наклоненную под углом γ= 15 — 20°. Опытами установлено, что такая фаска значительно упрочняет режущую кромку, способствует нормальному износу резца, исключает возможность выкрашивания режущей кромки, как это бывает у резцов с положительным передним углом без фаски. Стойкость таких резцов значительно выше (в два раза и более) стойкости резца с плоской передней поверхностью.

В настоящее время при обработке вязких металлов распространенной формой передней плоскости резцов является радиусная с фаской (рис. 58, в). Сохраняя все преимущества плоской передней поверхности с отрицательной фаской, она способствует еще завиванию стружки, а в некоторых случаях ее ломке.

В табл. 1 (стр. 74) указаны рекомендуемые передние углы γ. Для твердосплавных резцов в зависимости от формы передней поверхности резца и механических свойств обрабатываемого материала.

2. Конструкция резцов для высокопроизводительного резания

Широкое применение для высокопроизводительной обработки металлов нашли резцы, разработанные и внедренные новаторами производства, работниками научно-исследовательских институтов и др. Ниже рассмотрено несколько конструкций резцов, зарекомендовавших себя на практике.

Резец токаря П. Быкова. На рис. 59 показан проходной резец П. Быкова, применяемый при обтачивании сталей марок 35, 45 и др. Резец оснащен пластинкой твердого сплава Т15К6 или Т30К4 и имеет небольшой положительный передний угол на фаске в 2—3°, задний угол 4—5° и главный угол в плане 45°; угол наклона главной режущей кромки равен 0°. На передней поверхности имеется небольшая радиусная канавка, обеспечивающая хороший отвод стружки. Между режущей кромкой и канавкой оставляется небольшая фаска шириной 0,2 — 1,5 мм.

Резец Н. Подвезько. В поисках наиболее рациональной геометрии резца для скоростного точения сталей токарь-новатор т. Подвезько пришел, как и П. Быков, к резцу с радиусной канавкой (рис. 60) R = 2 мм и шириной 1,5—2 мм; ширина фаски 0,3—0,5 мм. Канавка способствует завиванию стружки и дроблению ее на небольшие завитки.

Резец оснащен пластинкой твердого сплава Т15К6.Он успешно используется для получистового и чистового точения стали.

Резцы КБЕК. При обработке высоколегированных и закаленных сталей успешно применяют резцы КБЕК - Эти резцы (рис. 61, а) оснащены пластинками твердого сплава Т15К6 и характеризуются тем, что имеют малые углы в плане (φ=10-20°, φ1 = 10°) и не имеют закругления вершины (r = 0).

КБЕК — инициалы авторов резца: Кривоухов, Бруштейн, Егоров и Козлов.

Применение резцов с малыми углами в плане способствует упрочнению твердосплавной пластинки, улучшает отвод тепла от режущей кромки, повышает стойкость резца. Благодаря этим особенностям резцы КБЕК при обработке высокопрочных и труднообрабатываемых металлов, например закаленных на высокую твердость сталей, допускают скорости резания в 2—4 раза большие, чем существующие скоростные резцы. Например, такие труднообрабатываемые металлы, как нержавеющие стали и закаленный хромансиль, можно обрабатывать резцами КБЕК со скоростью резания 200-300 м/мин, а углеродистую сталь марки 45 — со скоростью до 1500 м/мин.

Нужно, однако, иметь в виду, что при работе резцами КБЕК сильно возрастает радиальная сила Ру, следовательно, возможны вибрации и прогиб детали. Вот почему резцы КБЕК успешно могут быть использованы для получистовой и чистовой обработки на проход при наличии жесткой системы станок — деталь — резец.

При наличии малого угла в плане невозможно работать с большой глубиной резания. Для устранения этого недостатка предложена конструкция резца КБЕК с главной режущей кромкой 1, вспомогательной кромкой 2 и переходной режущей кромкой 3 шириной 1—2 мм, (рис. 61, б), наклоненной под углом 10—20° к оси станка. Такой резец имеет следующие углы: φ = 45 - 75°; φ1 = 10°; γ = —5°; α = 12°; α1 = 12°; r = 0. Резцы такого типа при наличии мощного станка и достаточной жесткости системы станок — деталь — резец позволяют вести обработку с любой глубиной резания, допускаемой длиной главной режущей кромки 1.

Проходной резец токаря В. Колесова. Токарь-новатор Средневолжского станкостроительного завода В. Колесов разработал и внедрил метод высокопроизводительного чистового точения металлов, основанный на использовании больших подач — порядка 3 мм/об. Для этих целей применяется разработанный им проходной отогнутый резец новой геометрии (рис. 62). Резец оснащен пластинкой твердого сплава Т15К6 и имеет три режущие кромки. Кромка 1, наклоненная к оси обрабатываемой детали под углом 45°, выполняет основную работу резания. Режущая кромка 2 (шириной на полмиллиметра больше подачи), расположенная параллельно оси обрабатываемой детали, снимает остающиеся гребешки и делает обработанную поверхность чистой. Для облегчения работы кромки 2 и предохранения вершины резца от скалывания вводят переходную кромку 5 (ширина ее около 1 мм) с наклоном ее под углом 20° к оси обрабатываемой детали.

Передний угол на фаске шириной 0,2—0,25 мм отрицательный (—5°), а на остальной части пластинки — положительный (+5°), задний угол а = 5°.

Для ломания получающейся стружки на передней поверхности вытачивают канавку шириной 8—10 мм и глубиной 1—1,5 мм, располагая ее под углом 15—20° к главной режущей кромке.

Практика использования резцов конструкции т. Колесова показала, что при резании с большими подачами значительно сокращается машинное время обработки, повышается производительность труда, уменьшается расход мощности; чистота обработанной поверхности получается 4—6-го класса (4—6).

Чтобы на обработанной поверхности не оставалось гребешков, резец конструкции В. Колесова нужно устанавливать так, чтобы режущая кромка 2 располагалась строго параллельно оси обрабатываемой детали. По отношению к высоте центров станка резец устанавливают так, чтобы его вершина была на 0,02 диаметра обрабатываемой детали ниже центров.

Подрезной резец В. Колесова. Этот резец (рис. 63), как и проходной, оснащен пластинкой твердого сплава Т15К6 и имеет три режущие кромки. Главная режущая кромка 1, выполняющая основную работу, наклонена к оси станка под углом 90°.

Для упрочнения режущей кромки фаска на передней поверхности заточена под углом γ = —5°. Кромка 2 (ширина ее равна 1,1 s), расположенная параллельно оси обрабатываемой детали, служит для снятия остающихся гребешков. Переходная кромка 3 (ширина ее 1 мм), наклоненная к оси детали под углом 20°, предохраняет вершину резца от скалывания. Резец имеет на передней поверхности стружколомательную канавку.

Резец Г. Борткевича. На рис. 64 показан правый подрезной резец Г. Борткевича. Резец оснащен пластинкой твердого сплава Т15К6 и имеет следующие углы: передний угол γ = —2° на фаске шириной 1,5 мм, угол наклона главной режущей кромки λ = 2°, главный угол в плане φ1 = 90°, вспомогательный угол в плане φ1 = 8°, задние углы у пластинки и у державки — соответственно 6 и 8°; радиус закругления вершины 0,5 мм. Резец предназначен для получистового и чистового обтачивания цилиндрических поверхностей и заменяет проходной резец для чистовой обработки деталей с уступами, подрезания торцовых поверхностей, обтачивания конических поверхностей и др.

В процессе резания на передней поверхности резца образуется неглубокая лунка, которая по мере износа приближается к режущей кромке. Ленточка между режущей кромкой и лункой уменьшается, и, когда она становится меньше 0,8 s, режущая кромка разрушается. Чтобы предупредить это разрушение, т. Борткевич внимательно наблюдает за ленточкой и через каждые 15—20 мин. работы резца легко восстанавливает ее мелкозернистым оселком из зеленого карбида кремния, не снимая резца со станка.

При работе такими резцами т. Борткевич достигал скорости резания 700 м/мин и больше.

Резец В. Семинского. Токарь-новатор т. Семинский разработал и внедрил проходной токарный резец с порожком для ломания стружки (рис. 65). Пластинка 1 твердого сплава Т15К6 припаивается к державке 3 на 5 мм ниже верхней поверхности державки. Радиусный уступ 2, выфрезерованный в теле державки и подвергнутый после напайки пластинки 1 электроупрочнению твердым сплавом, выполняет роль стружколомателя. Сходящая стружка, упираясь в уступ, завивается, а в некоторых случаях ломается на кольца небольшой длины. Эти резцы успешно используются при точении заготовок из стали марок 45, 40Х и Ст. 3.

3. Приспособления для отвода стружки

При обработке с большими скоростями резания пластичных металлов образуется за короткий промежуток времени большое количество сильно разогретой сливной стружки.

Такая стружка загромождает территорию около станка и мешает нормальной работе токаря; она наматывается на деталь и резец, портит обработанную поверхность детали, выкрашивает режущую кромку резца и может быть причиной несчастного случая.

Простейшим средством для отвода сливной стружки являются крючки с предохранительными щитками. Более эффективным средством борьбы со сливной стружкой являются специальные устройства для завивания и ломания стружки.

Резцы с порожком. Иногда для ломания стружки на передней поверхности резца выбирают шлифовальным кругом небольшую ступеньку — порожек (рис. 66, а), глубиной 0,4—0,7 мм и шириной в зависимости от глубины резания и подачи. Резцы с порожком имеют широкое распространение. Если размеры уступа подобраны правильно, такие резцы обеспечивают надежное дробление стружки на небольшие кусочки. Недостатки резцов с порожком — повышенный расход мощности и повышенный расход пластины твердого сплава.

Резцы со стружкозавивательными канавками. На машиностроительных заводах широко используются резцы со стружкозавивательной радиусной канавкой на передней поверхности параллельно режущей кромке (рис. 66, б). При таком устройстве передней поверхности сливная стружка; обтекая профиль канавки, завивается тем круче, чем ближе расположена канавка к режущей кромке и чем меньше радиус ее поверхности, и дробится на отдельные короткие витки при полу-чистовой и чистовой обработке сталей. Резцы со струж-козавивательными канавками расходуют меньше мощности, чем резцы с порожками, и надежность их действия меньше зависит от глубины резания и подачи.

Накладные стружколоматели. Для ломания стружки при скоростном резании вязких металлов успешно применяют также накладные стружколоматели. В настоящее время имеется много конструкций накладных стружколомателей.

На рис. 67 показана конструкция накладного стружколомателя в виде пластинки из пружинной стали, на изогнутом конце которой припаивается пластинка твердого сплава. Стружколоматель накладывается на переднюю поверхность резца и зажимается вместе с резцом болтами резцедержателя.

Расстояние от режущей кромки резца до стружколомателя выбирается от 2 до 6 мм — в зависимости от глубины резания и подачи.

Недостаток стружколомателя — попадание стружки под стружколоматель при неплотном его прилегании к передней поверхности резца.

Одна из надежных конструкций накладного стружколомателя, предложенная учебным мастером Н. Патутиным, показана на рис. 68. Стружколоматель представляет собой пластинку 4 с криволинейным профилем, накладываемую на твердосплавную пластинку 2 и закрепляемую болтом 3 на резце 1. Для надежного крепления стружколоматель имеет рифления. Такие же рифления сделаны на теле резца.

Накладную пластинку изготовляют из стали ШХ15 и для повышения износостойкости на ее рабочую поверхность наплавляют стеллит.

Стружка, встречая на своем пути пластинку, обтекает ее криволинейный профиль в направлении подачи и ломается при этом на мелкие кусочки.

Накладной стружколоматель конструкции Н. Патутина хорошо ломает стружку при точении вязких сталей (марки 20; 35 и др.) с глубиной резания 0,25— 10 мм и подачей 0,08 — 3,0 мм/об.

Экранный стружколоматель. Для ломания и завивания стружки с успехом может быть использован экранный стружколоматель конструкции инж. А. Ф. Антонова (рис. 69). Стружка, сбегая с резца 1, упирается в криволинейный экран 2 и обламывается. Чем больше подача и чем выше скорость резания, тем надежнее производится дробление стружки.

Контрольные вопросы
1. В чем заключается сущность скоростного резания металлов?
2. В каких случаях применяются резцы с отрицательными передними углами?
3. В чем особенности конструкции резца новатора В. Колесова? Какие особенности установки этого резца?
4. Какие вы знаете способы отвода стружки?
предыдущая страница
оглавление
следующая страница
Домашний кинотеатр и DVD - все для Вас не вставая с дивана