Обрабатывающий инструмент

4WuGieil

Обрабатывающий инструмент

Конспект  лекций

 

Лекция  1

Металлорежущий инструмент (общие сведения)

Металлорежущий  инструмент – орудие производства для изменения формы и размеров обрабатываемой металлической заготовки  путём удаления части материала  в виде стружки с целью получения готовой детали или полуфабриката.

Рисунок 1 – Металлорежущий инструмент:

1 – резец с механическим  креплением пластинки твёрдого сплава; 2 – винтовое сверло; 3 – зенкер с коническим хвостовиком, оснащенный твердосплавными пластинками; 4 – торцевая насадная фреза со вставными ножами, оснащенными твёрдым сплавом; 5 – машинная развёртка с твердосплавными пластинками; 6 – плашка; 7 – винторезная головка с круглыми гребёнками; 8 – червячная фреза; 9 – шлицевая протяжка; 10 – резцовая головка для обработки конических колёс с круговым зубом; 11 – метчик; 12 – зуборезный долбяк со спиральными зубьями.

 

Состав  металлорежущего инструмента. Различают станочный и ручной металлорежущий инструмент. Основными частями металлорежущего инструмента являются рабочая часть, которая может иметь режущую и калибрующую части, и крепёжная часть.

Режущей называется часть металлорежущего инструмента, непосредственно внедряющаяся в материал заготовки, или срезающая часть металлорежущего инструмента. Режущая часть состоит из ряда конструктивных элементов: одного или нескольких лезвий; канавок для отвода стружки, стружколомателей, стружкозавивателей; элементов, являющихся базовыми при изготовлении, контроле и переточках инструмента; каналов для подвода смазочно-охлаждающей жидкости.

Назначение  калибрующей части металлорежущего  инструмента – восполнение режущей  части при переточках, окончательное  оформление обработанной поверхности и направление металлорежущего инструмента при работе.

Крепёжная часть  служит для закрепления металлорежущего  инструмента на станке в строго определённом положении или для удержания  его в руках и должна противодействовать возникающим в процессе резания усилиям. Крепёжная часть может выполняться в виде державок, хвостовиков или иметь отверстие для крепления на оправках.

Станочный металлорежущий инструмент. В зависимости от технологического назначения станочный металлорежущий инструмент делится на следующие подгруппы: резцы, фрезы, протяжки, зуборезный металлорежущий инструмент, резьбонарезной инструмент, для обработки отверстий, абразивный и алмазный инструмент.

Резцы, применяемые  на токарных, токарно-револьверных, карусельных, расточных, строгальных, долбёжных и других станках (за исключением резьбовых и зуборезных резцов), служат для обточки, расточки отверстий, обработки плоских и фасонных поверхностей, прорезания канавок.

Фрезы – многолезвийный вращающийся металлорежущий инструмент, который используют на фрезерных станках для обработки плоских и фасонных поверхностей, а также для разрезки заготовок.

Протяжки –  многолезвийный инструмент для обработки  гладких и фасонных внутренних и  наружных поверхностей.

Для образования  и обработки отверстий используют свёрла, зенкеры, зенковки, развёртки, цековки, расточные пластины, комбинированный инструмент, который применяют на сверлильных, токарных, револьверных, расточных, координатно-расточных станках.

Зуборезный  инструмент предназначен для нарезания и обработки зубьев зубчатых колёс, зубчатых реек, червяков. Резьбонарезной инструмент служит для получения и обработки наружных и внутренних резьб. Номенклатуру резьбонарезного инструмента составляют также резьбовые резцы и фрезы, метчики, плашки и тд.

К абразивному  инструменту относятся шлифовальные круги, бруски, хонинговальные головки, наждачные полотна, применяемые  для шлифования, полирования, доводки  деталей, а также для заточки  инструмента. Алмазный инструмент составляют круги, резцы, фрезы с алмазными пластинами.

Ручной  металлорежущий инструмент. К ручным инструментам относятся зубила, напильники, надфили, ножовки, шаберы и другий, используемые без применения металлорежущего оборудования. Получили распространение ручные машины с электрическим, гидравлическим и пневматическим приводом, рабочим органом которых являются ручные инструменты.

Выбор металлорежущего инструмента. Форма и углы заточки режущей части металлорежущего инструмента (см. Геометрия резца), от которых зависят его стойкость, производительность, экономичность, качество обработки, выбираются с учётом свойств обрабатываемого материала, смазывающе-охлаждающей жидкости, жёсткости системы станок – приспособление – инструмент – деталь. Режущая способность металлорежущего инструмента определяется свойствами материала, из которого изготовлена его режущая часть. Наиболее существенным показателем является красностойкость материала.

Применяют следующие  основные группы материалов: инструментальные стали (углеродистые, быстрорежущие, легированные), твёрдые сплавы, минералокерамические сверхтвёрдые материалы. Инструмент из углеродистых сталей (красностойкость 200–250°C) используют для обработки обычных материалов при небольших скоростях резания. Быстрорежущие стали, легированные вольфрамом, позволяют увеличить скорость резания в 2–4 раза. Для обработки заготовок из жаропрочных сплавов и сталей повышенной прочности применяют инструмент из стали с увеличенным содержанием ванадия, кобальта, молибдена и пониженным содержанием вольфрама. Красностойкость этих сталей достигает 600–620 °С, но одновременно возрастает их хрупкость.

В системе «станок – приспособление – инструмент - деталь» режущий инструмент непосредственно путем удаления стружки производит формообразование обрабатываемой поверхности в заданных чертежом размерах. В настоящее время в машиностроении нет единой классификации режущего инструмента. Условно все многообразие применяемого режущего инструмента можно разделить на следующие группы:

• однолезвийный инструмент для обработки цилиндрических наружных и внутренних поверхностей (резцы);
• многолезвийный режущий инструмент для обработки отверстий различной формы;
• режущий инструмент для обработки наружных и внутренних резьбовых поверхностей;
• многолезвийный инструмент для обработки плоских поверхностей, пазов, канавок и уступов (фрезы);
• многолезвийный режущий инструмент для протягивания отверстий и шпоночных пазов (протяжки и прошивки).
• абразивный инструмент для шлифовальных операций;
• многолезвийный зубообрабатывающий инструмент.

Выбор и применение того или иного вида режущего инструмента в технологических процессах механической обработки зависят от многих факторов. Основные из них следующие:

Тип производства оказывает влияние на выбор инструмента через экономические показатели. Так, в массовом производстве экономически целесообразно применять специальные многолезвийные инструменты, так как затраты на их изготовление окупаются большой программой выпускаемых изделий. И наоборот, в единичном и серийном производстве следует применять стандартный режущий инструмент, как более дешевый по сравнению со специальным.

Вид технологического оборудования влияет на применяемый режущий инструмент через принятый метод технологической обработки. Так например, обработка шпоночного паза на протяжном станке может производиться только протяжкой, а не фрезой. И наоборот, на фрезерном станке нельзя использовать протяжки.

Метод обработки. Различные технологические схемы выполнения операций по разному определяют использование того или иного типа инструмента. Например, при одном варианте обработку отверстий можно произвести сверлом или зенкером, а при другом обработку этого же отверстия можно выполнить сверлом и расточным резцом.

Размеры и форма обрабатываемой детали определяют размеры и конструкцию необходимого режущего инструмента.

Качество  обработки в основном влияет на выбор конструкции инструмента и режим обработки этим инструментом. Например, при обдирочном фрезеровании, когда шероховатость поверхности не имеет существенного значения применяют фрезы большого диаметра с крупным зубом. При чистовом фрезеровании предпочтительнее фрезы с мелким зубом.

Точность  обработки определяет выбор типа и конструкции отделочного инструмента. Например, в зависимости от требуемой точности отверстия окончательная обработка может выполняться сверлом, зенкером, разверткой или резцом.

Материал  обрабатываемой детали влияет на выбор материала режущей части инструмента и геометрические параметры.

 

Лекция  2

Материалы режущей  части инструментов

 

Все виды режущего инструмента состоят  из двух основных частей – рабочей (или режущей) части и крепежной части. Рабочая часть осуществляет непосредственно процесс резания. Крепежная часть предназначена для установки и закрепления инструмента в технологическом оборудовании или приспособлении

Конструктивно большинство металлорежущего инструмента является составным – рабочая часть из специальных материалов или сплавов, крепежная – из обычных конструкционных сталей (сталь 45, сталь 40Х). Исключение составляют мелкоразмерные инструменты, изготавливаемые цельными из углеродистых и инструментальных сталей или твердых сплавов.

Основные качественные характеристики материалов и сплавов режущей  части -это прочность, износостойкость  и термостойкость. Чем выше у режущего сплава эти показатели, тем большую скорость, глубину и подачу можно задавать при механической обработке резанием.

Прочность режущего инструмента характеризуется обычными механическими показателями прочности – допускаемым напряжением при изломе - s_изл и ударной вязкостью. Режущий инструмент должен выдерживать переменную и ударную нагрузки в несколько сотен килограммов на своей передней режущей грани (кромке). Передняя режущая кромка подвергается выкрашиванию и излому. Кроме того, прерывистые поверхности обработки вызывают вибрации, усиливающие величины переменных нагрузок.  Для закаленной инструментальной углеродистой стали s_изл = 240кг/мм², быстрорежущей стали- 400 кг/мм², для твердых сплавов- 100¸150 кг/мм².

Износостойкость материала режущей части. Передняя и задняя поверхности режущей части инструмента, находясь под значительным нормальным давлением, испытывают при движении стружки большие усилия трения. Исходя из этого, материал режущей части должен обладать высокой износостойкостью. Износостойкость в большей степени зависит от твердости режущего сплава, которая измеряется в единицах HRA и HRC (испытание вдавливанием гладкого конуса под нагрузкой 60 и 150 кг). Твердость закаленной углеродистой и быстрорежущей стали составляет HRC63-65, твердых сплавов- HRA 85-92. Износостойкость режущего материала также зависит от структуры его и свойств его структурных составляющих. Для упрочнения поверхностного слоя режущего материала применяют науглераживание, цианирование, хромирование и другие виды химико-термической обработки.

Термостойкость  режущего инструмента определяется температурой, за пределами которой твердость режущего материала начнет резко снижаться вследствии разложения его структуры. Критическая температура составляет: для быстрорежущей стали -600°С; для твердых сплавов-800¸900°С.

Кроме трех рассмотренных основных свойств режущих материалов следует отметить еще одно свойство – прилипаемость, которая возникает на поверхности контакта режущего инструмента и обрабатываемой поверхности. Прилипаемость способствует появлению частых налипов и наростов, которые увеличивают силы трения.

В качестве материала режущей части применяются инструментальные и быстрорежущине стали, твердые и минералокерамические сплавы.

Марки быстрорежущих  сталей: Р9, Р18, Р9К5, Р9Ф5, Р9К10 (первая цифра  обозначает процентное содержание вольфрама, вторая- кобальта или ванадия). Эти стали рекомендуются для обработки вязких и в тоже время прочных сталей (жаропрочных), а также малотеплопроводных сталей (титановых), в первую очередь для резьбонарезного и рассверливающего инструмента. Углеродистые стали У10, У12 применяются для сверл, метчиков, плашек; для протяжек и фрез используются стали ХВ5, ХВГ.

Марки твердых  сплавов: вольфрамокобальтовых- ВК2, ВК3, ВК6, ВК8 (цифра- процентное содержание кобальта); титанокобальтовых- Т5К10, Т15К6, Т15К10 (первая цифра обозначает процентное содержание титана, вторая- кобальта). Присадки кобальта уменьшают степень хрупкости сплава, а присадки титана увеличивают термостойкость. Рекомендуется вольфрамокобальтовые сплавы применять в режущих инструментах для обработки чугуна, титанокобальтовые – для обработки стали. Наиболее часто применяемые марки твердых сплавов: ВК6, ВК8 и Т15К6, Т15К10. Твердые сплавы имеют износостойкость и термостойкость в 1,5 раза выше, чем быстрорежущая сталь. Стоимость инструмента из твердого сплава в 6-8 раз дороже стоимости инструмента из быстрорежущей стали. Несмотря на это, расходы на твердые сплавы быстро окупаются за счет сокращения в 2-3 раза машинного времени на обработку.

Высокая стоимость  твердых сплавов вызвала необходимость поиска более дешевых материалов. После многочисленных исследований получили минералокерамические сплавы: микролит (ЦМ332) и термокорунд (ЦВ14). Несмотря на высокую износостойкость и термостойкость, они имеют низкую прочность на изгиб. Поэтому минералокерамически сплавы получили применение при чистовой обработке жестких заготовок из чугуна и стали.

Рабочую часть  инструментов в виде пластин или  стержня соединяют сваркой с крепежной частью. Для соединения твердых сплавов используют пайку или сварку токами высокой частоты. Многогранные твердосплавные пластины закрепляют винтами, прихватами, клиньями. Малоразмерные твердосплавные инструменты (концевые и шпоночные фрезы, сверла, развертки) изготавливают в виде припаеваемых к хвостовикам твердосплавных стержней или целиком из твердого сплава.