Растачивание — распространённый метод работы с заготовкой, о котором как в открытых, так и в специализированных печатных источниках содержится множество познавательного, и не очень, материала. В то же время относительно этого вида металлообработки существует большое количество заблуждений и мифов. Чтобы внести ясность, рассмотрим некоторые способы и особенности выполнения такой операции.
Растачивание: взгляд изнутри
В первую очередь стоит отметить, что растачивание — это один из основных способов выполнения внутренней токарной обработки заготовки. Её исполняют либо чистовым, либо получистовым методом, для чего применяют специальные расточные инструменты — резцы, которые состоят из трёх частей:
- тела (или расточной оправки);
- сменной пластины;
- хвостовика.
Несмотря на то, что хвостовик является частью тела (или расточной оправки), в структуре резца его выделяют по причине выполняемых им функций, а именно — закрепления конструкции инструмента. При определении достаточной меры длинны закрепления следует исходить из расчёта, что она должна быть не менее четырёх диаметров оправки. Та часть инструмента, которая составляет длину от хвостовика до пластины, называется вылет.
Вылет является одним из основных параметров. В зависимости от значения его длинны соответственно определяется и максимальная глубина растачивания, а также другие особенности обработки. При выборе вылета слишком большой длины на расточную оправку будут оказываться избыточные деформационные нагрузки, которые в свою очередь станут причиной вибрации инструмента. Это вызовет падение качества обработки контактного участка заготовки, может стать основной причиной преждевременного износа и выхода пластины из строя.
Для успешной обработки следует использовать расточные оправки (тела) с максимальным значением статической и динамической жёсткости. В свою очередь параметры статической жёсткости зависят от способности инструмента противостоять упругим деформационным нагрузкам, возникающим во время обработки, например — отжиму, а значения динамической жёсткости определяются способностью инструмента гасить возникающую при обработке вибрацию.
Особенности определения силы резания
Сила резания, прикладываемая к основному резцу, легко поддаётся измерению и вычислению. Она определяется суммой значений тангенциального, радиального и осевого давления, зависящего от направления инструмента.
Наибольшее значение для эффективности обработки имеют тангенциальные значения показателя силы, оказываемой на заготовку в перпендикулярном поверхности пластины направлении. Этим обеспечивается отжим резца вдоль вертикальной оси плоскости оправки при выполнении работы. Сила резания правильно прилагается на вершину пластины инструмента.
Осевое значение силы резания проявляет себя давлением, оказываемым на заготовку, и направлено параллельно оси расточной оправки. Оно не является причиной увеличения силы отжима инструмента.
В то же время радиальное значение силы направлено перпендикулярно оси расточной оправки и выступает основной причиной увеличения силы отжима расточного резца.
До недавнего времени существовало мнение, что и радиальные, и осевые значения в сравнении с тангенциальными параметрами соотносились как 25 и 50 процентов соответственно. Но последние исследования показали, что эти значения колеблются в зависимости от свойств твёрдости обрабатываемого материала, радиуса и других условий выполнения растачивания. Важнейшим для определения силы резания являются расчёты силы отжима.
Подбор инструментов
Правила подбора определены исходя из формулы расчёта силы отжима расточного резца и инерционного момента, наблюдаемого в поперечном сечении оправки. Вот их основные положения:
- вылет резца должен быть минимальным от необходимого значения;
- увеличение вылета приводит к увеличению силы отжима;
- диаметр инструмента должен быть максимальным от требуемого размера;
- чем выше значение модуля упругости материала, тем меньше сила отжима.
Так, при увеличении длины вылета на 25% от необходимой, при условии соблюдения общих параметров обработки, сила отжима увеличивается на 95%, то есть практически в два раза. В то же время увеличение диаметра оправки вызывает увеличение инерционного момента поперечного сечения, за счёт которого сила отжима уменьшается. Так, увеличение диаметра оправки на 25% приводит к уменьшению силы отжима инструмента почти в 2,5 раза.
Краткое описание материалов оправки
В большинстве случаев для изготовления оправок используют различные стали, сплавы вольфрама, а также тяжёлых металлов и других твёрдосплавных материалов.
Наиболее распространены оправки из легированных сталей и сплавов, однако использование в этих целях углеродистой стали также встречается довольно часто. Независимо от своего материала изготовления все оправки обладают одинаковым модулем упругости, или МПа. Не стоит доверять сведениям, что стальная оправка демонстрирует большую успешность в противостоянии упругой деформации, это неверно. При выполнении растачивания сила отжима зависит от значения модуля упругости, а не от показателя прочности. Оправки на основе сплавов вольфрама и других тяжёлых металлов (медь, никель, железо) изготавливают с использованием технологии порошковой металлургии. Применение таких оправок при соблюдении одинаковых условий обработки демонстрирует уменьшение силы отжима в среднем на 50-60% в сравнении со своими стальными аналогами.
Использование для оправок твёрдосплавных материалов позволяет минимизировать влияние, оказываемое силой отжима, так как подобные изделия обладают высокими показателями модуля упругости. Эти оправки включают в свой состав сплав кобальта (около 10% в зависимости от особенностей) и карбид вольфрама (около 90% в зависимости от особенностей).
Режущие пластины: материалы для изготовления и особенности применения
Для изготовления режущей пластины, которую применяют для обработки путём растачивания, используют поликристаллические алмазы, кубические нитриды элемента бора, керамику и металлокерамику (кермет), а также твёрдосплавные материалы. На пластины, изготовленные из твёрдосплавных материалов, может наносится покрытие, обладающее определёнными свойствами.
При нанесении покрытия физическим способом наибольшее распространение получили технологии TiN и TiAIN. Первая разновидность нашла широкое применение при выполнении обработки нержавеющей стали и различных жаропрочных сплавов, вторая — при обработке изделий из титана и его сплавов, а также чугуна, стали и сплавов цветных металлов.
Покрытие, наносимое химическим способом, представляет собою сочетание:
- нанесения материалов методом TiN в несколько слоёв;
- использование оксида алюминия;
- наслоений материалов методом TiCN и TiC.
Каждый из наносимых слоёв демонстрирует свои, присущие только ему, свойства износостойкости, а комбинация таких наслоений значительно повышает эффективность обработки. Для производства керамических режущих пластин используют оксид алюминия и нитрид кремния.
В первом случае пластины, на которые не нанесено покрытие, демонстрируют более высокие показатели износостойкости в сочетании с прочностью, они применяются при растачивании заготовок из легированных, инструментальных и мартенситных сталей. Керамическое покрытие, наносимое на пластины из оксида алюминия, используют в тех случаях, когда необходима чистовая обработка стальных и чугунных заготовок, а также изделий из сплавов кобальта и никеля.
Керамические пластины из нитрида кремния также выпускаются как с химическим покрытием, наносимым методом TiN, так и без него. Так, изделия без покрытия демонстрируют повышенную стойкость к образованию термических трещин, их часто применяют для растачивания чугунных заготовок независимо от типа материала, а также для резания в условиях прерывистости и черновой обработки серых чугунов. Изделия с покрытием хорошо переносят лёгкую ударную нагрузку, отличаясь высокой износостойкостью и прочностью, они применяются для обработки заготовок из жаропрочных материалов и сплавов.
Пластины на основе металлокерамики (кермет) представляют собою сплавы на основе карбида титана, никеля и кобальта. Элементы вольфрама в таких сплавах не используются. Керметы без покрытия хорошо сопротивляются эффекту пластической деформации и применяются для чистовой обработки стальных поверхностей. Керметы с покрытием используют для обработки легированных, углеродистых и нержавеющих сталей в случае их получистовой обработки. Применение керметов при расточке чугуна позволяет добиться превосходного состояния обработанных поверхностей.
Поликристаллический алмаз отличаются невероятной прочностью. Его наносят на пластину в виде напайки и используют для растачивания различных алюминиевых сплавов.
Кубический нитрид элемента бора немного уступает по твёрдости поликристаллическому алмазу. Его применяют для чистовой обработки быстрорежущей и инструментальной стали, чугунных и твёрдосплавных изделий. Независимо от температуры нагрева кубический нитрид сохраняет свою исключительную прочность, что позволяет применять его для растачивания на высоких скоростях.
Перейти к списку статей >>
