Методика выполнения работы. Анализ конструкции режущего инструмента

Анализ конструкции режущего инструмента. Разработка общих принципов проектирования типовых технологических процессов на базе технологической клас­сификации инструментов позволяет сократить разнообразие тех­нологических процессов и появляется возможность разработки оптимальных технологических процессов для различных условий производства. Унификация технологических процессов основана на классификации инструментов и на общих принципах разра­ботки технологических процессов. Классификация представляет собой разделение инструментов на классы, имеющие общие тех­нологические признаки.

Классы подразделяют на типы инструментов, близкие по своей конфигурации и размерам. Изготовление типового инструмента осуществляется на однородном оборудовании с применением однотипных приспособлений. Все осевые инструменты по технологическим признакам можно разбить на классы: стерж­невые; насадные.

Характерным признаком стержневого инструмента является форма рабочей части в виде круг­лого стержня и цилиндрический или конический хвостовик. К насадному инструменту относят инструменты с цилиндрическим или коническим отверстием. Инстру­менты подразделяют на: цельные, составные, сборные и специальные [2, 3, 4].

Выбор заготовки. Методы выполнения заготовок в инструментальном производстве определяется назначением и конструкцией инструмента, материалом, техническими требованиями и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления (таблица 1). Исходными материалами для получения заготовок в инструментальном производстве являются прутки, поковки, профильный прокат, штучные заготовки и литые заготовки. Твёрдые сплавы поставляют в виде режущих пластин для механического закрепления и пластин под пайку [2, 3, 4].

Разработка маршрутного технологического процесса производства инструмента. При производстве металлорежущего инструмента выделяют основные этапы технологии его изготовления. На первом уровне определяют принципиальную схему техно­логического процесса, которая характеризуется составом и после­довательностью циклов обработки инструмента.

Основными циклами производства металлорежущего инстру­мента являются: заготовительные операции; формообразующие опе­рации; термическая обработка; чистовая обработка; операции, повышающие износостойкость инструмента, и операции антикоррозионной обработки и упаковки [2, 3, 4].

Заготовительные операции: правка и калибровка прутков; разделка прутков на заготовки; ковка и объемная штамповка штучных заготовок; подготовка под сварку; термическая обра­ботка после ковки и сварки.

На этапе механической обработки инструменту придается форма, близкая к окончательной. В этот этап входят токарная обработка формы, обработка плоскостей, фрезе­рование стружечных канавок, пазов под ножи сборного инстру­мента и гнезд под пайку пластин твердого сплава и др. На этом же этапе осуществляют фрезерование, долбление и протягивание элементов крепления инструментов.

Таблица 1 – Выбор заготовки

Вид инструмента	Мелко-, среднесерийное или единичное производство	Крупносерийное или массовое производство
Стержневой инструмент диаметром до 10 мм	Горячекатаный прокат
Стержневой инструмент диаметром от 10 до 20 мм	Холоднотянутый прокат
Стержневой инструмент диаметром от 20 до 50 мм	Горячекатаный прокат	Штамповка
Стержневой инструмент диаметром более 50 мм	Горячекатаный прокат или штамповка	Литьё
Насадной инструмент диаметром от 20 до 50 мм	Горячекатаный прокат
Насадной инструмент диаметром более 50 мм	Штамповка	Литьё

Термо­обработка — одна из важнейших по своему влиянию на качество инструментов операция, когда создаются такие основные харак­теристики инструментов, как твердость, прочность, красностой­кость, т. е. обеспечивается необходимая режущая способность инструмента.

Шлифовально-заточные операции можно подразделить на шлифовальные операции, специальные шлифовальные операции и заточные операции. Для повышения износостойкости инструмента рекомендуется включать в технологический процесс дополнительную термообработку и нане­сение износостойкого покрытия.

В некоторых случаях может видоизменяться содержание циклов или их последовательность. В соответствии с основными этапами строят производственный процесс, определяют структуру цехов и участков, систему транс­портирования и подачи заготовок и изделий, систему учета про­изводства инструмента.

Второй уровень — проектирование маршрутного технологи­ческого процесса, включающего определение состава и последова­тельности операций, выбор баз и группы оборудования, на ко­тором выполняется каждая операция.

Третий уровень — проектирование технологических опера­ций. Детализацию технологического процесса доводят до опре­деления состава и последовательности переходов в операции, выбора режущего, вспомогательного и измерительного инструмента, расчета режимов резания и норм времени.

Четвертый уровень характерен для операций, выполняемых на станках с программным управлением, для которых необходимо довести степень детализации до определения отдельных элементарных составляющих траектории режущего инструмента второго порядка и обрабатываемого инструмента, а также для команд уп­равления оборудованием в кодах системы программного управления [2, 3, 4].

Ниже приведена общая последовательность изготовления режущего инструмента:

1.Получение заготовки, включая заготовительные операции отрезки, ковки, литья, штамповки, сварки.

2.Отжиг после горячей обработки.

3.Обработка технологических баз.

4.Обработка заготовки инструмента, обработка посадочных мест и элементов крепления.

5.Обработка стружечных канавок, обработка мест под пластинки или ножи для инструмента с приваренными или припаянными пластинками и сборного инструмента.

6.Обработка затылка.

7.Обработка отверстий для подвода охлаждающей жидкости.

8.Термическая обработка.

9.Исправление технологических баз.

10.Сборка.

11.Исправление посадочных мест сборного инструмента.

12.Затачивание передней поверхности.

13.Шлифование профиля.

14.Шлифование задней поверхности.

15.Обработка стружкоразделительных канавок.

16.Доводка передней и задней поверхностей.

17.Улучшение поверхностного слоя инструмента.

Также можно более подробно представить общую последовательность производства металлорежущего инструмента в зависимости от его конструктивных особенностей (таблица 2).

Выбор оборудования и режущего инструмента. Выбор оборудования при разработке технологического процесса зависит от характера и масштаба производства. Всё оборудование делится на станки общего назначения, высокой производительности, специализированные, агрегатные, специальные, станки с программным управлением и обрабатывающие центры [2, 3, 4].

Станки общего назначения применяются в единичном и мелкосерийном производстве. Специализированные станки изготавливают на базе станков общего назначения или станков высокой производительности и они применяются в крупносерийном и массовом производстве. Агрегатные станки, оборудованные агрегатными головками и предназначенные для выполнения отдельных операций при обработке определённых заготовок или поверхностей, применяют в крупносерийном и массовом производстве. На этих станках можно одновременно обрабатывать несколько поверхностей, расположенных в различных плоскостях. Специальные станки применяются в тех случаях, когда изделие невозможно обработать на станках общего назначения. К специальным станкам относят станки для обработки сложных поверхностей.

Таблица 2 – Последовательность изготовления режущего инструмента

Инструмент цельной конструкции	Инструмент составной сварной конструкции	Инструмент составной с напайными пластинами
Получение заготовки, включая заготовительные операции отрезки, ковки, литья, штамповки.
	Соединение хвостовой и режущей частей
Отжиг после горячей обработки.
Обработка технологических баз (выполнение центровых отверстий, обработка отверстия и т.д.)
Обработка наружных поверхностей заготовки инструмента, обработка посадочных мест и элементов крепления.
Обработка стружечных канавок.
	Обработка мест под пластинки.
Обработка задней поверхности зубьев.
Термическая обработка.
Исправление технологических баз.
	Исправление посадочных мест под пластинки.
	Присоединение пластинок режущих.
Затачивание передней поверхности зубьев.
Затачивание задней поверхности зубьев.
Шлифование профиля инструмента.
Обработка стружкоразделительных канавок.
Доводка передней и задней поверхностей.
Улучшение поверхностного слоя инструмента.
Контроль параметров инструмента.

В единичном и мелкосерийном производстве выбирают такие станки, которые соответствуют выбранному методу обработки, размерам заготовки и необходимой мощности.

Станки с программным управлением сочетают точность специализированных станков и имеют более высокую производительность, чем станки общего назначения. Область применения станков с программным управлением достаточна широка как по характеру технологических операций, так и по типам производства, для которых они предназначены. По последнему признаку в настоящее время созданы станки как для единичного и мелкосерийного, так и для крупносерийного и массового производства деталей.

Выбор режущего инструмента чаще всего определяется методом обработки и типом станка, на котором будет производиться та или иная операция. Каждый из режущих инструментов имеет свои достоинства и недостатки, поэтому при выборе инструмента необходимо стремится к применению наиболее производительного инструмента.

Материал режущей части инструмента выбирается исходя их следующих соображений: твёрдосплавные инструменты применяют при скоростном резании для получения высокого класса чистоты поверхности и при обработке заготовок из твёрдых и закалённых материалов; инструменты, оснащённые однокарбидными твёрдыми сплавами, применяют для обработки чугуна и цветных металлов, двухкарбидными – для обработки сталей; инструменты из быстрорежущей стали применяют в тех случаях, когда нельзя применить твёрдые сплавы или конструкции инструмента более сложная: сталь Р6М5 применяют для всех инструментов, которые обрабатывают материалы с твёрдостью 62 – 65 HRC; сталь Р9К10 применяют для всех инструментов для обработки материалов с твёрдостью 63 – 66 HRC; сталь Р8М3К5 применяют для всех видов инструмента для обработки материалов с твёрдостью 68 – 70 HRC.

Все материалы в соответствии с их основными свойствами, назначением и химическим составом разбиты на 14 групп (таблица 3), каждая из которых разделена на подгруппы, объединяющие материалы, близкие по свойствам [10].

Материал режущей части инструмента выбирается исходя из точности обработки поверхностей и свойств обрабатываемого материала деталей. Рекомендации по выбору инструментального материала в зависимости от группы материала представим в таблице 4. Марки инструментальных материалов выбираются по физико-механическим свойствам инструментальных материалов [10].

Особенности обработки металлорежущего инструмента. Стружечные канавки на инструментах обрабатывают фрезерованием или вышлифовывают. Прямые канавки фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках, винтовые — на универсально-фрезерных или специальных станках. При фрезеровании используют делительные головки и делительные приспособления. В серийном производстве применяют многошпиндельные делительные головки. В крупносерийном производстве фрезерование стружечных канавок производят на специальных фрезерных станках, полуавтоматах и автоматах [2, 3, 4].

Стружечные канавки в зависимости от их формы, обрабатывают фасонными или угловыми фрезами. Прямые стружечные канавки зубьев на цилиндрической поверхности фрезеруют одноугловыми, двухугловыми или фасонными фрезами. При фрезеровании винтовых канавок профиль фрезы и ее положение относительно заготовки определяется в процессе профилирова­ния.

Для изготовления канавок и спинок сверл в зависимости от типов сверл и масштаба производства используют: фрезерование, глубинное шлифование, продольно-винтовой прокат, горячую вальцовку с последующей завивкой, прессование, литье в оболочковые формы и комбинированные способы обработки.

Фрезерование — наиболее универсальный способ получения винтовых канавок и спинок сверл. Его используют во всех типах производства. Характеризуется он тем, что профиль канавок и спинок образуется фасонными канавочными и спиночными фрезами. В условиях крупносерийного производства сверл диаметром 0,5—60 мм применяют фрезерные автоматы и полуавтоматы. Для фрезерования канавок и спинок сверл на автоматах и полуавтоматах применяют фрезерование одной канавки и одной спинки, фрезерование двух канавок затем двух спинок, одновременное фрезерование двух канавок и двух спинок.

Таблица 3 – Классификация материалов по обрабатываемости резанием

№ группы материалов	Наименование материалов	Коэффициент обрабатываемости резанием
I	Магниевые сплава	0,9-3,0
II	Алюминиевые сплавы	0,6-2,5
III	Медь и медные сплавы	0,8-4,0
IV	Чугуны	0,66-1,45
V	Углеродистые стали	0,34-2,2
VI	Легированные стали	0,17-1,83
VII	Теплоустойчивые стали	1,2-2,0
VIII	Коррозионно-стойкие стали	0,24-1,3
IX	Жаропрочные деформируемые стали	0,45-1,3
X	Коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные деформируемые стали	0,43-1,4
XI	Жаропрочные и жаростойкие деформируемые сплавы на никелиевой основе	0,15-0,45
XII	Жаропрочные литейные сплавы на никелиевой основе	0,1-1,2
XIII	Сплавы на титановой основе	0,4-1,2
XIV	Высокопрочные стали	0,2-0,44

При фрезеровании канавок на торцовых и конических поверхностях режущего инструмента для получения фаски одинаковой ширины по всей длине зуба ось заготовки располагают под некоторым углом, величину которого определяют расчётом в зависимости от угла в плане и переднего угла.

Вышлифовывание — процесс профильного шлифования кана­вок инструмента, при котором канавки полностью или поэлементно образуются на цельной предварительно закаленной заготовке из быстрорежущей стали или окончательно спеченной заготовки из твердого сплава. Образование стружечных канавок методом вышлифовки применяют на концевом инструменте диаметром до 15 мм. Для вышлифовки канавок концевого инструмента диаметром до 40 мм и насадного инструмента диаметром до 150 мм создают специальное оборудование. Наибольший эффект достигается при вышлифовке канавок методом глубинного однопроходного шлифования.

В условиях крупносерийного производства рекомендуется для инструмента диаметром более 15 мм применять глубинное шлифо­вание профилей канавок после пластической деформации

Шлифование инструмента по задним поверхностям производится двумя способами: на станках или приспособлениях с затыловочным движением; без затыловочного движения при изготовлении сборного инструмента с образованием задней поверхности по поверхности вращения.

Затачивание — это одна из окончательных технологически операций, в процессе которой обрабатывают передние и задние поверхности инструмента. При затачивании обеспечивается заданная форма режущей кромки, геометрические параметры режущего инструмента и качество его поверхности.

Для повышения производительности рекомендуется производить затачивание с непрерывным контактом. Регламентирование поперечной подачи имеет преобладающее применение в заточных станках. Оно обеспечивает повышение жесткости системы СПИД и точность обработки, улучшает условия самозатачивания шлифовального круга и уменьшает зависимость производительности обработки от степени затуплена круга.

Таблица 4 – Выбор материала инструмента

№ группы материалов	Материал режущей части инструмента
I	Быстрорежущие стали нормальной производительности		Быстрорежущие стали высокой производительности
II
III
IV
V
VI
VII		Твёрдые сплавы, минералокерамика и сверхтвёрдые материалы
VIII	Быстрорежущие стали повышенной производительности
IX
X
XI
XII
XIII
XIV

Упругое затачивание режущего инструмента осуществляете введением в систему станок-приспособление—круг-деталь звена пониженной жесткости. Упругое затачивание обеспечивает стабилизацию динамических и тепловых явлений, сопровождающих процесс резания. Для выполнения упругого затачивания следует применять круги на металлических или керамических связках.

При глубинном затачивании съем припуска при заточке инструмента производят по схеме многопроходного, глубинного или врезного шлифования. При многопроходной обработке припуск сни­мают за большое число проходов при малой глубине шлифования и повышенной продольной подаче для алмазных, эльборовых и для кругов из электрокорунда и карбида кремния. При глубинном способе весь припуск снимают обычно за один — три прохода при большой глубине шлифования и низкой продольной подаче.

Большинство заточных операций осуществляется механическим шлифованием, при котором съем припуска происходит в результате процесса резания обрабатываемого материала абразивными зернами. При электрохимической алмазной обработке совмещается анодное растворение и механическое удаление частиц твердого сплава алмазными кругами.

По сравнению с обычной алмазной заточкой электрохимиче­ская заточка обеспечивает повышение производительности обработки и снижение степени затупления шлифовального круга, позволяет обрабатывать инструмент из твердого сплава совместно со стальной державкой. Основным недостатком электрохимической обработки является сложность при обслуживании установки.

Основными видами операций является заточка передней и задней поверхностей, доводка фасок и ленточек, заточка элементов, способствующих разделению, завиванию и дроблению стружки.

Инструмент из быстрорежущей стали затачивают по следу­ющим схемам обработки.

1.Затачивание кругами из электрокорунда.

2.Затачивание кругами из электрокорунда, доводка фасок и ленточек кругами из эльбора.

3.Затачивание кругами из эльбора.

Затачивание инструмента с пластинками из твер­дого сплава выполняют по следующим схемам.

1.Затачивание стального корпуса кругами из электрокорунда; затачивание твердосплавной пластины кругами карбида кремния зеленого; доводка фасок и ленточек алмаз­ными кругами.

2.Затачивание кругами одновременно твердого сплава и стальной державки; доводка фасок и ленточек алмазными кругами.

3.Затачивание одновременно твердого сплава и стальной державки алмазными кругами на металлических связках по методу электрохимического шлифования или алмаз­ными кругами на керамических связках.