Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уральский государственный технический университет – УПИ»
Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»
«Выбор режущего
инструмента»
Лабораторная работа
по курсу «Режущий инструмент»
для студентов специальностей:
151001 – Технология машиностроения,
151002 – Металлообрабатывающие станки и комплексы
Авторы:
ст. преподаватель Галактионова О.П.;
студенты: Павлова А.С.
Сенина Е. А.
2006
Лабораторная работа
«Выбор режущего
инструмента»
Цель: подбор инструмента для
обработки заданной детали с учетом
факторов, влияющих на его выбор;
определение проблем и путей их
решения, связанных со стойкостью
инструмента; работа с каталогом.
ВЫБОР
РЕЖУЩЕГО
ИНСТРУМЕНТА
ФАКТОРЫ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЫБОР ИНСТРУМЕНТА
ВЫБОР ДЕРЖАВКИ
ВЫБОР ПЛАСТИНЫ
РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ
КРАТКИЙ КАТАЛОГ ИНСТРУМЕНТА
Факторы, определяющие выбор
инструмента
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Форма детали и требования качеству
обработки
Тип выполняемой операции
Жесткость системы и условия обработки
Станки
Материал заготовки
Экономическая эффективность и
производительность
Номенклатура инструмента
Факторы, определяющие выбор инструмента
Форма детали
 Определяет траекторию движения
инструмента и последовательность
переходов при проведении операции
Качество обработки
 Влияет на геометрию пластины и
режимы обработки
Факторы, определяющие выбор инструмента
Тип выполняемой операции
(черновая, получистовая, чистовая, отрезка, нарезание
резьбы и т.п.)
влияет на выбор
 режущей пластины
 резца
 параметров режима резания
Факторы, определяющие выбор инструмента
Жесткость системы

При прерывистом резании повышаются
требования
К
геометрии пластины
 Марке твердого сплава
 Закреплению пластины на корпусе державки

При склонности к вибрации внимание
уделяют
 Размеру
и вылету инструмента
 Жесткости закрепления инструмента и заготовки
Факторы, определяющие выбор инструмента
Станки

Вносят ограничения по
 Мощности
 Виду
обработки
 Типу инструмента
 Способу закрепления инструмента
 Посадочным размерам
 Количеству позиций револьверной головки
Факторы, определяющие выбор
инструмента
Материал заготовки
Факторы, определяющие выбор инструмента
Экономическая эффективность
Выбор инструмента влияет на:
 Производительность
 Надежность
 Простои
оборудования
 Качество обработки
 себестоимость
Факторы, определяющие выбор инструмента
Номенклатура инструмента



Желательно по возможности не увеличивать
номенклатуру имеющегося на предприятии
инструмента
Широкая номенклатура стандартного
инструмента и возможность изготовления
специальных конструкций влияют на уровень
оптимизации операции
Унификация инструмента влияет на
эффективность капиталловложений
Выбор державки
ВЫБОР ДЕРЖАВКИ

Наружные державки
1.
Зажим пластины
Форма пластины
Тип инструмента
Задний боковой угол пластины
Версия
Высота хвостовика
Ширина хвостовика
Длина инструмента
Длина режущей кромки
Внутренние обозначение
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
 Внутренние державки
1.Тип державки
2. Диаметр хвостовика
3. Длина инструмента
4. Зажим пластины
5. Форма пластины
6. Тип инструмента
7. Задний боковой угол пластины
8. Версия
9. Длина режущей кромки
10. Внутреннее обозначение
Описание зажимов пластины
D державка
Является предпочтительной для универсальной обработки.
Державка используется для негативных платин с центральным
отверстием. Державка конфигурации D отличается особой
прочностью и снабжена самым жестким зажимным устройством.
Пластина закреплена на месте посредством зажима, который
прижимает пластину вниз и внутрь посадочного места.
 Р державка
Предназначена для механической обработки режущими
пластинами малого и среднего размера с отрицательным углом
резания. Державка содержит только 3 части – хвостовик,
подкладку и центральный штифт. Центральный штифт крепит
подкладку и пластину. Нет зажима сверху, обеспечен свободный
ход стружки.




М державка
Державка предназначена для больших режущих пластин с
отрицательным углом резания (негативная пластина). Оснащена
двойным зажимом. Режущая пластина и подкладная пластина
зажимаются как в державке типа Р, с добавлением зажима,
оказывающего давление сверху на верхнюю часть режущей
пластины. Державка может также использоваться только с
зажимом в качестве удерживающего элемента.
С державка
Пластина зажата на месте посредством прижима, который
оснащен твердосплавной пластиной. Используется для крепления
пластин без отверстий (PCBN).
S державка
Используется для наружных и внутренних токарных обработок с
позитивными пластинами (положительный угол резания).
Пластина закрепляется на месте центральным винтом.
Выбор пластины
Выбор пластины
Обозначение
1. Форма
2. Задний боковой угол
3. Допуски
4. Тип
5. Длина режущей кромки
6. Толщина
7. Пластина с угловыми фасками/радиусом носка
8. Обозначение режущей кромки
9. Версия
10. Внутреннее обозначение
11. Выбор производителей
12. Внутреннее обозначение

Сплавы пластин





Покрытые сплавы (CVD-химическое осаждение
покрытия и PVD-физическое осаждение покрытия)
Сплавы без покрытия
Кермет
PCBN
PCD
CVD и PVD


CVD - в зависимости от количества покрытий и их
химического состава эти сплавы применяются для
обработки простых, легированных, нержавеющих
сталей, а также серого и ковкого чугунов (ТР1000,
ТР200, ТК1000 и т.д.).
PVD – предназначен для обработки жаропрочных
суперсплавов, основанных на Ni, Co, Fe, Ti, чистого
титана, термостойких суперсплавов, нержавеющих
сталей (СР200, СР250, СР500).
Область применения пластин CVD
Сплавы без покрытия. Кермет.


Сплавы без покрытия – предназначены для обработки
суперсплавов, основанных на Ni, Co, Fe, упрочненных
сталей, чугуна, цветных металлов (Al, Cu и т.д.),
жаропрочных суперсплавов (890, 883, НХ, КХ).
Кермет – предназначен для чистовых операций по
простой и нержавеющим сталям, к которым
предъявляются повышенные требования по частоте
обработанной поверхности, обладает очень высокой
износостойкостью (СМ, СМР)
PCBN
PCBN – поликристаллический кубический нитрид
бора. Этот материал по свойствам близок к алмазу.
Он обладает высокой прочностью, высокой
твердостью в горячем виде, сопротивлением к
окислению.
 Предназначен для обработки твердых ферритных
материалов, упрочненных сталей, белого и серого
чугуна, марганцевой стали, цементированного
карбида, спеченных сталей, суперсплавов на основе
никеля.
Это сплавы: CBN050C, CBN10, CBN100, CBN100P,
CBN150, CBN200, CBN300, CBN300P, CBN350.








Рекомендации по геометрии.
Всегда предпочтительны прочные
конфигурации режущей кромки.
Геометрия с отрицательным
углом резания
Режущая кромка с фаской
Большой радиус закругления
вершины
Острая геометрия режущей
кромки с положительным углом
резания может дать
преимущества при следующих
видах обработки:
Чистовая обработка небольших
поверхностно-упрочненных
рассверленных отверстий без
прерываний
Чистовая обработка
неоднородных деталей без
прерываний
Чистовая обработка перлитного
серого чугуна
PCD







PCD – поликристаллический алмаз получается при
спекании частичек алмаза при высокой
температуре и высоком давлении. PCD режущие
инструменты сочетают в себе твердость,
износостойкость и теплопроводность алмаза и
прочность твердого сплава (PCD10, PCD20,
PCD30).
Пластины PCD пригодны для обработки:
Цветных металлов (Al, Cu, латунь, бронза)
Карбид вольфрама
Графит
Керамика
Армированные пластмассы

Общие рекомендации:

Применяется нейтральный или положительный
передний угол (5-10°) для цветных металлов и
композитных материалов
Отрицательный передний угол должен использоваться
для очень твердых материалов заготовки
По возможности применять острую режущую кромку (тип
F). При черновой прерывистой обработке требуется
небольшое хонингование (Е).
Инструментальная система должна быть максимально
жесткой
Обычно следует использовать СОЖ. Сухая обработка
может применяться при необходимости, если скорость
резания небольшая. Когда используются пластины с
наконечниками, превышение глубины резания может
вызвать выпаивание, если не применяется СОЖ.




Сплавы пластин и материалы,
которые они обрабатывают.
CVD
 ТР1000 – обычные и легированные сплавы
 ТР2000 - обычные и легированные сплавы
 ТР3000 – нержавеющие стали
 ТР200 – простые нержавеющие стали, чугун
 ТР400 – аустенитные и феррито-аустенитные
(дуплексные) нержавеющие стали
 ТР40 – все типы нержавеющих сталей
 ТК1000 – серый и ковкий чугун, твердые абразивные
стали
 ТК2000 – серый ковкий чугун, обычные упрочненные
и легированные высокопрочные стали
PVD
 СР200 – чистовые операции по жаропрочным
суперсплавам (на Ni, Co, Fe, Ti), чистому титану
 СР250 – черновая обработка термостойких
суперсплавов
 СР500 – нержавеющие стали
Сплавы без покрытия
 890 - суперсплавы на Ni, Co, Fe, упрочненные стали,
чугун, цветные сплавы (Al, Cu)
 883 – жаропрочные суперсплавы
 НХ – чугун, упрочненные стали, алюминий и другие
цветные металлы
 КХ – алюминий и другие цветные металлы
Кермет
 СМ – чистовые операции по стали
 СМР – чистовые операции по простой нержавеющей
сталям
Стружколом



Стружколомы предназначены для того, чтобы
направлять или ломать стружку при токарной
обработке длинностружечных материалов.
Маркировка стружколома указывает область
применения следующим образом:
Буква: F – чистовая обработка
M – получистовая обработка
R – черновая обработка
Цифра: 1 – для низких скоростей подачи и легких
режимов
2 – для больших подач и тяжелых условий
Выбор режимов
резания
Режимы резания

ap-глубина резания

D-диаметр заготовки
f-подача
h-толщина стружки
k-константа
1,4 для сталей и нержавеющих сталей, 1,0 для чугуна
kc-удельная сила резания
kc1.1-сила резания
mc-экспонента
n-частота вращения шпинделя
Pc-потребляемая мощность
Q-скорость снятия металла
Ra-чистота поверхности
r ε-радиус вершины
Rt-глубина профиля
Ry-максимальная высота профиля
Vc-скорость резания
к-установочный угол
η-КПД
γo-передний угол

















Глубина резания

Максимальная глубина резания
зависит от ряда факторов.
Мощность станка, стабильность,
материал заготовки, радиус
носка, стружколом, сплав и угол
установки. Начинают с выбора
размера режущей пластины,
переходя затем к рекомендациям
выбора стружколома. Это
определит выбор максимальной
глубины резания. Глубина
резания должна быть больше
радиуса закругления вершины.
Подача

Максимальная скорость подачи зависит
от ряда факторов: мощности станка,
стабильности, материала заготовки,
размера и формы пластины, радиуса
носка, стружколома, сплава и угла
установки. Очень важный фактор-это
требуемая чистота обрабатываемой
поверхности. Начинают с просмотра
рекомендаций по выбору стружколома.
Затем смотрят в таблицу характеристик
качества поверхности, чтобы убедиться
в возможности получения требующегося
качества чистовой обработки
поверхности. Максимальная величина
подачи всегда должна быть значительно
меньше, чем радиус закругления
вершины. Слишком низкая величина
подачи может привести к снижению
качества стружкообразования и ресурса
стойкости инструмента.
Чистота поверхности

Большой радиус закругления вершины обычно даёт
лучшую чистоту обработки. Таблица даёт
рекомендованные максимальные теоретические
скорости подачи для получения определенных
значений Ra.
Скорость резания

Выбор скорости резания
зависит от трех
факторов: материал
заготовки, сплав
пластины, скорость
подачи.
Рекомендованные
скорости резания
основаны на стойкости
инструмента в течении
15 минут(смотри ниже).
Группы материалов по
классификации Seco.
Радиус носка пластины

Выбор радиуса закругления вершины зависит от
формы заготовки и вида механической обработки.
Радиус закругления вершины влияет на выбор
данных для расчета режимов резания и качество
чистовой обработки поверхности.
Небольшой радиус закругления вершины =
универсальная обработка, слабые силы
резания(пониженная опасность вибрации).
Большой радиус закругления вершины = прочная,
подходит для высоких режимов резания, высокого
качества чистовой обработки поверхности.
Глубина резания должна быть больше радиуса носка.
ПРОБЛЕМЫ,
ВОЗНИКАЮЩИЕ
ПРИ ОБРАБОТКЕ
Проблемы стружкообразования
Слишком длинная стружка


Шаг 1. Увеличить
подачу.
Шаг 2. Используйте
диаграмму внизу для
выбора подходящего
стружколома. Выберите
тот, что слева, или ниже
того, что используется.
Затрудненность
стружкообразования


Шаг 1. Уменьшить
скорость подачи.
Шаг 2. Используйте
диаграмму внизу для
выбора подходящего
стружколома. Выберите
тот, что слева, или ниже
того, что используется.
Таблица стружколомов
Проблемы стойкости
инструментов
Для пластин CVD, PVD, сплавы без покрытия.
Поломка или слишком короткий срок службы
инструмента.
 Шаг 1. Снизить режимы резания (во-первых
подачу, затем глубину).
 Шаг 2. Осмотрите изношенное место
пластины и используйте таблицу,
приведенную ниже, как руководство по
улучшению.


Для пластин PCBN.
Причины износа инструмента










Ударные нагрузки, прерывистое резание
Высокая температура в зоне резания
Родство материалов – влияет на склонность
инструмента к адгезионному износу
Если в структуре материала присутствуют
абразивные частицы, инородные включения,
которые истирают резец
Жесткость станочной системы
Упругие деформации детали и инструмента
Угол установки резца в резцедержателе
Обрабатываемый материал
Плохой отвод стружки и ее тип
Неправильно выбранные режимы резания
(глубина, подача, скорость)
Приложение
Типоразмер державки и форма пластинки
Точение
Типоразмер державки и форма пластинки
Растачивание
Задание
Задание



По заданному профилю детали выбрать
державку, пластину и расшифровать их
обозначения, описать вид зажима, выбрать
режимы обработки.
Произвести сравнительный анализ
эффективности применения двух резцов(при
обработке разными пластинами).
Определить причины износа пластинки и
указать мероприятия по их предотвращению
или компенсации износа.
Варианты профилей деталей
Вариант №1
Легированная сталь

Вариант №2
Нержавеющая сталь

Вариант №3
суперсплав


Вариант №4
Нержавеющая сталь с повышенной чистотой
поверхности
Вариант №5
Алюминиевый сплав

Вариант №6
чугун
Вариант №7
суперсплав
Вариант №8
чугун
Вариант №9
нержавеющая сталь
Вариант №10
суперсплав
Каталог
Наружные
державки
№1
№2
№3
№4
№5
№6
№7
№8
№9
№10
№11
№12
№13
№14
Внутренние
державки
№15
№16
№17
№18
№19
№20
№21
№22
№23
№24
Пластинки