Проектирование режущего инструмента

• на чистовых операциях: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 1-1,5 м/мин, глубина шлифования 0,02-0,03 мм/дв.ход;

• на доводочных операциях: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 0,5— м/мин, глубина шлифования 0,005-0,01 мм/дв.ход.

В зависимости от конструктивных особенностей и требований производства восстановление работоспособности инструментов может осуществляться путем замены режущих элементов (многогранных пластин); заточкой; наплавкой инструментального материала на изношенные участки с последующей заточкой; перешлифовкой на меньшие размеры.

Первый способ наиболее характерен для инструментов, работающих в условиях автоматизированного производства — станков с ЧПУ, ГПМ, автоматических линий. Наплавкой новых твердосплавных пластин обычно осуществляется восстановление напайных инструментов после окончательной потери ими работоспособности.

Перешлифовке на меньшие  размеры подвергаются сменные многогранные пластины и точный мерный инструмент.   Пластины   обычно   перешлифовываются на меньшую длину и ширину с сохранением толщины, при этом полностью удаляются изношенные и выкрошенные участки. Эти участки можно удалить, уменьшая толщину пластины. В этом случае на ней формируется стружколомающий порожек. Поскольку прочность таких пластин ниже, их лучше в дальнейшем использовать на чистовых операциях.

Перешлифовку мерного  инструмента на меньший размер производят в случае катастрофического износа его калибрующей части. Например, развертки перешлифовываются на другое поле допуска или на меньший нестандартный диаметр; метчики перешлифовывают на меньший диаметр с тем же шагом.

Наиболее широко практикуется восстановление работоспособности путем переточки инструмента. Она производится для всех инструментов, кроме оснащенных сменными твердосплавными пластинами.

 

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА

 

1. Выбор типа инструмента

 

По форме поперечного  сечения расточные резцы делятся  на круглые и квадратные. Круглые  расточные резцы просты в изготовлении, но менее удобны в эксплуатации, поэтому преимущественное распространение получили резцы квадратного сечения. Такие резцы обеспечивают более высокую производительность, точность обработки, прочность и жесткость крепления.

Применение многогранных твердосплавных неперетачиваемых пластин на резцах обеспечивает:

-повышение стойкости  на 20-25% по сравнению с напаянными  резцами;

-возможность повышения  режимов резания за счет простоты  восстановления режущих свойств  многогранных пластин путем их  поворота;

-сокращение затрат  на инструмент в 2-3 раза, потерь  вольфрама. и кобальта в 4-5 раз,  вспомогательного времени на  смену и переточку резцов;

-упрощение инструментального  хозяйства.

В данном курсовом проекте  выбран резец токарный расточной резец.

Зазор между нижней опорной поверхностью гнезда державки и опорной пластиной не допускается. Зазор между рабочей и опорной поверхностями не допускается. Контролировать на просвет.

- опорная пластина  не должна выступать за пределы  гнезда больше, чем на 0,5 мм

-шероховатость рабочей поверхности RZ 6,3

     Инструмент: Резец расточной с пластиной из твердого сплава.

    Материал рабочей  части 63...65 HRC, державки резца-40...45 HRC.

    Материал державки  резца Ст 40х-ГОСТ 4543-71.

    На рабочей  части резца не должно быть трещин и выкрашиваний.

       Так  же резец должен удовлетворять  условию наименьшего    растачиваемого отверстия.

В соответсвии с этими  требованиями выбираем (см. табл.2.2).

 

Таблица 2.2. Выбор расточного резца

Резец расточной Т.МАХU S20S-STFCR11 Пластина TРMМ 110306ТR см. рис.1.4. производитель “SANDVIK Coromant”

Державка 191746004 ТУ 2-024-5540-81 см. рис.1.6.

 

 

2. Выбор материала инструмента

 

Материал режущей части  резца выбирается в соответствии с общеизвестными рекомендациями исходя из свойств обрабатываемого материала и требований к обработанной поверхности. Корпуса и вспомогательные элементы изготавливают из сталей 45, 50, 40Х, 45Х, У8, У10, подвергая их, при необходимости улучшению или закалке.

Материал державки.

Делают из стали, тяжелых сплавов на основе вольфрама и твердого сплава. Наиболее популярным материалом является легированная сталь, но некоторые производители используют и углеродистую сталь. Вне зависимости от марки все углеродистые и легированные стали обладают одним и тем же модулем упругости,  МПа. Распространенным заблуждением является то, что оправка из стали с большей твердостью или прочностью лучше противостоит упругим деформациям. Как видно из формулы для расчета отжима при растачивании, он не зависит от твердости или прочности материала, а зависит от модуля упругости.

Тяжелые сплавы на основе вольфрама получают методом порошковой металлургии из порошков вольфрама, никеля, железа и меди и др. Модуль упругости таких материалов  МПа. Отжим оправок из этих материалов на 50-60% меньше чем у стальных при одинаковом вылете и диаметре оправки и остальных параметрах.

Расточные оправки из твердого сплава обеспечивают наименьший отжим благодаря высокому модулю упругости. Обычно расточные оправки  из твердого сплава состоят из 90-94 процентов  карбида вольфрама и 10-6 процентов кобальта, соответственно. Модуль упругости таких твердых сплавов  МПа.

Материалы режущих пластин.

Режущие пластины для  растачивания изготавливают из различных  материалов: твердого сплава, керамики, кермета, поликристаллического алмаза и кубического нитрида бора.

На твердосплавные пластины наносят покрытия химическим или  физическим методом. Примером покрытия, нанесенного физическим методом  является TiN, которое подходит для  обработки жаропрочных сплавов  и аустенитных нержавеющих сталей и TiAlN, которое широко используется для большинства сталей, титановых сплавов, серого чугуна и цветных металлов.

Эти два типа покрытия наносятся на карбидные основы, которые  обладают высокой температурной  стойкостью и стойкостью к выкрашиванию. Карбидная основа как правило состоит из 94 процентов карбида вольфрама и 6 процентов кобальта. Такие сплавы соответствуют группам применения по ISO K10-K20, M10-M25, P10-P20.

Твердосплавные пластины с химическим нанесением покрытия используются для обработки большинства сталей и чугунов. Химически наносимые покрытия – это многослойные сочетания TiN, оксида алюминия, TiCN и TiC. Каждый слой служит определенной цели, а комбинации слоев обладают стойкостью к различным видам износа. Типичными твердыми сплавами являются сочетания карбида вольфрама, тантала и титана и кобальтовой связки. Такие сплавы соответствуют группам применения по ISO K10-K30, M10-M45, P05-P45.

Режущие пластины из керамики изготавливают на основе оксида алюминия Al₂O₃ и нитрида кремния Si₃N₄. Керамика на основе оксида алюминия изготавливается без покрытия или с покрытием, наносимым физическим методом. Непокрытая керамика обладает повышенной прочностью и износостойкостью. Она рекомендуется для растачивания легированных сталей, инструментальных сталей и мартенситных нержавеющих сталей закаленных до 60 HRC. Покрытые пластины из керамики используются для чистовой обработки закаленных сталей, чугунов (45 HRC и более) и сплавов на никелевой и кобальтовой основах.

Керамика на основе нитрида  кремния изготавливается с покрытием, наносимым химическим методом со слоем TiN и слоем Al₂O₃, и без покрытия. Покрытая керамика обеспечивает превосходное сочетание прочности и износостойкости. Она рекомендуются для обработки серого и высокопрочного чугуна. Одни непокрытые пластины из керамики обладают повышенной стойкостью к термическим трещинам  и стойкостью к абразивному изнашиванию, а другие хорошо воспринимают легкие ударные нагрузки и обеспечивают высокую износостойкость. Керамика этого типа подходит для обработки жаропрочных сплавов.  Непокрытая керамика с максимальной прочностью подходит для черновой обработки или прерывистого резания серого чугуна.

Керметы – это безвольфрамовые  твердые сплавы, а точнее карбид титана и никелевая и кобальтовая  связка. Керметы изготавливаются как с покрытием, так и без. Непокрытые керметы обладают высокой твердостью и хорошо противостоят появлению наростов и пластической деформации.  Они используются при чистовой обработке легированных сталей для получения высокой чистоты поверхности. Керметы с многослойными покрытиями, наносимыми физическим методом, со слоем TiCN между слоями TiN, применяются для высокоскоростной чистовой и получистовой обработки большинства углеродистых, легированных и нержавеющих сталей. Керметы также используют для обработки серого и высокопрочного чугуна с получением высокого качества поверхности.

Поликристаллический алмаз  – чрезвычайно твердый материал, его получают из алмазного порошка  и связки с использованием катализатора при высокой температуре и  давлении. Вставку из поликристаллического алмаза напаивают на пластину из твердого сплава. Наиболее эффективной областью применения для инструмента из поликристаллического алмаза является обработка заэвтектических алюминиевых сплавов (содержание кремния больше 12.6 процента).

Кубический нитрид бора идет следом за поликристаллическим  алмазом по твердости. Основными  областями применения кубического  нитрида бора являются: чистовая обработка  закаленных сталей, инструментальных и быстрорежущих сталей (45-60 HRC); обработка серого и отбеленного чугуна, а также твердого сплава. Отличительная особенность кубического нитрида бора заключается в том, что его твердость очень слабо снижается при высоких температурах, что сильно увеличивает стойкость и позволяет работать с очень высокими скоростями резания.

Если правильно подобрать  режущую пластину и расточную  оправку, то упругие деформации будут  минимальны и параметры отверстия  будут в поле допуска.

Большинство конструкций  металлорежущего инструмента изготовляют  составными - рабочая часть состоит из инструментального материала, а крепежная из обычных конструкционных сталей (сталь 45, 50, 4ОХ и т.п., в случае тяжело нагруженных корпусов - сталь У10 или 9ХС).

Исключение составляют мелкоразмерные или слесарные инструменты, изготовляемые целиком из инструментального материала, а также инструменты, изготовляемые из углеродистых инструментальных сталей (ГОСТ 1435-74) и легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950-73).

Рабочую часть инструментов в виде пластин или стержней из быстрорежущей стали (ГОСТ 19265-73) соединяют с крепежной частью с помощью сварки. Эксплутационные и технологические свойства и рекомендуемые области применения наиболее распространенных быстрорежущих сталей выбираются из справочников.

В зависимости от режущих  свойств и химического состава быстрорежущие стали делят на две группы: нормальной и повышенной красностойкости. К первой группе отнесены стали Р18, Р9, Р6М5, Р12 и др.

Быстрорежущие стали  – сложнолегированные. В их состав входят: углерод, вольфрам, ванадий, хром, кобальт, молибден, марганец, никель, сера, фосфор, кремний. А у стали Р6М5, кроме того, молибден.

Сталь Р18 имеет удовлетворительную прочность и шлифуемость, широкий  интервал оптимальных температур закаливания, но пониженную пластичность. Ее рекомендуется применять для изготовления всех видов режущих инструментов для обработки деталей из обычных конструкционных материалов.

Основной сталью группы нормальной красностойкости является сталь Р6М5. В ее составе: углерод 0,8-0,88%, вольфрам 5,-6,5%, хром 33,8-4,4%, ванадий 1,7-2,1%, молибден 5-5,5%. Эта сталь по режущим свойствам близка к стали Р18, но имеет повышенную склонность к обезуглероживанию при нагреве. Она значительно дешевле стали Р18. Ее широко применяют для изготовления режущих инструментов, используемых при обработке деталей из конструкционных материалов.

Твердые сплавы в виде пластин соединяют с крепежной  частью с помощью пайки или  специальных высокотемпературных  клеев. Многогранные твердосплавные пластины закрепляют прихватами, винтами, клиньями и т.д.

Применение твердых  сплавов позволяет получить большую  экономию средств. Твердые металлокерамические  сплавы отличаются от быстрорежущей  стали большим содержанием вольфрама (до90%), а в некоторых марках также  наличием титана (от5 до60%), образующих тугоплавкие карбиды,

При правильной эксплуатации инструменты, оснащенные пластинками  из твердого сплава, обеспечивают более  высокую эффективность (от 3 до 5 более  раз) по машинному времени по сравнению  с инструментами из быстрорежущей  стали.

Твердые сплавы по своему химическому составу подразделяются на две группы:

1. вольфрамокарбидные, состоящие из карбида вольфрама и твердого раствора карбида вольфрама в кобальте,
2. титановольфрамокарбидныые, состоящие из карбида вольфрама, карбида титана и твердого раствора их карбидов в кобальте. С повышением содержания кобальта режущие свойства твердых сплавов понижаются, но зато повышается их прочность и вязкость.

Выбирая марку стали  я отдал предпочтение Т15К6.

 

3.  Выбор геометрических параметров

 

Главный угол резца в  плане выбирается в зависимости от условий обработки и формы обрабатываемой поверхности детали. Вспомогательный угол в плане напайных резцов зависит от условий обработки, у неперетачиваемых , где -угол при вершине пластины, определяемый ее формой (ГОСТ 19042-80). Передний и задний углы определяются свойствами обрабатываемого материала и конструктивным исполнением резца.