iCNC > Блог > Особенности обработки растачиванием

Особенности обработки растачиванием

05.08.2015

 

3_value

На тему обра­бот­ки метал­ла тех­ни­кой рас­та­чи­ва­ния напи­са­но огром­ное коли­че­ство лите­ра­ту­ры и тех­ни­че­ских ста­тей. Неко­то­рые источ­ни­ки доста­точ­но каче­ствен­ны, одна­ко есть сре­ди них и те, кото­рые вво­дят начи­на­ю­щих тока­рей в заблуж­де­ние. Что­бы эффек­тив­но спра­вить­ся с этой рабо­той сле­ду­ет раз­ве­ять неко­то­рые рас­про­стра­нен­ные мифы. Итак, рас­та­чи­ва­ни­ем назы­ва­ет­ся метод внут­рен­ней токар­ной обра­бот­ки. Для ее осу­ществ­ле­ния при­ме­ня­ют спе­ци­аль­ные рас­точ­ные рез­цы, при этом обра­бот­ка рас­та­чи­ва­ни­ем может быть чисто­вой и полу­чи­сто­вой. Любой совре­мен­ный рас­точ­ной резец вклю­ча­ет в себе три части, а имен­но: смен­ную непе­ре­та­чи­ва­е­мую пла­сти­ну, кото­рая после полу­че­ния пла­но­вых повре­жде­ний долж­на быть заме­не­на на новую, тело рас­точ­ной оправ­ки и хво­сто­вик. Хво­сто­вик мож­но пози­ци­о­ни­ро­вать как важ­ную состав­ля­ю­щую рас­точ­но­го инстру­мен­та, так как на его осно­ве про­из­во­дит­ся бази­ро­ва­ние и фик­са­ция режу­ще­го инстру­мен­та. Рас­сто­я­ние от хво­сто­ви­ка до самой пла­сти­ны при­ня­то назы­вать выле­том – это часть рез­ца, кото­рая при­ни­ма­ет непо­сред­ствен­ное уча­стие в обра­бот­ке дета­лей.

Сто­ит отме­тить, что имен­но вылет опре­де­ля­ет глу­би­ну, на кото­рую будет погру­жать­ся резец во вре­мя обра­бот­ки и его мож­но пози­ци­о­ни­ро­вать в каче­стве одно­го из самых важ­ных раз­ме­ров любо­го рас­точ­но­го инстру­мен­та. Если исполь­зо­вать инстру­мент с чрез­мер­но боль­шим выле­том, то это при­ве­дет к появ­ле­нию избы­точ­но упру­гих дефор­ма­ций тела рас­точ­ной оправ­ки, что тем самым спро­во­ци­ру­ет появ­ле­ние виб­ра­ций. В конеч­ном ито­ге это ока­жет нега­тив­ное вли­я­ние на пока­за­тель чисто­ты обра­бот­ки поверх­но­сти. Если рас­точ­ные инстру­мен­ты будут подо­бра­ны оши­боч­но, то это при­ве­дет к их преж­де­вре­мен­но­му изно­су. В боль­шин­стве слу­ча­ев в токар­ном деле при­ме­ня­ют рас­точ­ные инстру­мен­ты, име­ю­щие рас­точ­ную оправ­ку с мак­си­маль­ны­ми пока­за­те­ля­ми ста­ти­че­ской и дина­ми­че­ской жест­ко­сти. Под опре­де­ле­ни­ем ста­ти­че­ской жест­ко­сти в дан­ной ситу­а­ции под­ра­зу­ме­ва­ет­ся воз­мож­ность оправ­ки про­ти­во­сто­ять дефор­ма­ци­ям упру­го­го типа при воз­дей­ствии на нее силы реза­ния. Дина­ми­че­ская стой­кость оправ­ки рез­ца – его спо­соб­ность погло­щать появ­ля­ю­щи­е­ся в ходе обра­бот­ки виб­ра­ции.

Сила реза­ния

Пока­за­тель силы реза­ния, кото­рая воз­дей­ству­ет на резец во вре­мя обра­бот­ки заго­тов­ки, доста­точ­но про­сто изме­рить. Она состо­ит из несколь­ких состав­ля­ю­щих, а имен­но: тан­ген­ци­аль­ной, осе­вой и ради­аль­ной. При рас­че­те силы реза­ния тан­ген­ци­аль­ная состав­ля­ю­щая ока­зы­ва­ет наи­боль­шее зна­че­ние. Дело в том. Что она ори­ен­ти­ро­ва­на пер­пен­ди­ку­ляр­но тор­це­вой поверх­но­сти пла­сти­ны, чем обес­пе­чи­ва­ет свое­вре­мен­ный отжим рез­ца в вер­ти­каль­ной плос­ко­сти. При­ме­ча­тель­но, что имен­но тан­ген­ци­аль­ная состав­ля­ю­щая при опре­де­ле­нии силы реза­ния в каж­дом слу­чае будет при­ло­же­на к вер­шине режу­щей пла­сти­ны инстру­мен­та и при этом она не будет про­хо­дить непо­сред­ствен­но через ось оправ­ки. Итак, мож­но сде­лать вывод, что при усло­вии нали­чии силы на пле­че, будет появ­лять­ся момент, спо­соб­ству­ю­щий закру­чи­ва­нию оправ­ки отно­си­тель­но ее соб­ствен­ной оси.

drehen1

Осе­вая состав­ля­ю­щая сила реза­ния может быть рас­смот­ре­на как вто­рая состав­ля­ю­щая по вели­чине сво­е­го зна­че­ния. Сто­ит отме­тить, что в отли­чие от тан­ген­ци­аль­ной состав­ля­ю­щей ее дей­ствие направ­ле­но парал­лель­но оси оправ­ки, а зна­чит, что она не будет вызы­вать отжим. Обра­ти­те вни­ма­ние, что толь­ко ради­аль­ная состав­ля­ю­щая силы реза­ния все­гда направ­ле­на пер­пен­ди­ку­ляр­но отно­си­тель­но оси оправ­ки режу­ще­го инстру­мен­та, что поз­во­ля­ет вызы­вать отжим.

Из все­го ска­зан­но­го выше неслож­но сде­лать вывод, что из всех трех состав­ля­ю­щих силы реза­ния толь­ко тан­ген­ци­аль­ная и ради­аль­ная остав­ля­ю­щие могут вызы­вать отжим рез­ца. На про­тя­же­нии более десят­ка лет было при­ня­то пола­гать, что осе­вая и ради­аль­ная состав­ля­ю­щие в дан­ном слу­чае рав­ня­ют­ся 50 и 25% от тан­ген­ци­аль­ной состав­ля­ю­щей. В насто­я­щее же вре­мя такое соот­но­ше­ние вер­ным назвать нель­зя, посколь­ку в боль­шей сте­пе­ни эта про­пор­ция может зави­сеть от физи­че­ских свойств того или ино­го обра­ба­ты­ва­е­мо­го мате­ри­а­ла. На про­цент­ное соот­но­ше­ние всех этих состав­ля­ю­щих силы реза­ния могут ока­зы­вать нема­лое вли­я­ние плот­ность мате­ри­а­ла, а так­же ради­ус по вер­шине, исполь­зу­е­мой в той или иной ситу­а­ции режу­щей пла­сти­ны.

Отжим рас­точ­но­го рез­ца во вре­мя обра­бот­ки рас­та­чи­ва­ни­ем

Если про­из­ве­сти ана­лиз фор­мул для рас­че­та уров­ня отжи­ма исполь­зу­е­мо­го рас­точ­но­го рез­ца, то мож­но заме­тить, что име­ют­ся неко­то­рые пра­ви­ла и осо­бен­но­сти выбо­ра рабо­че­го инстру­мен­та, кото­рые при­ме­ни­мы для обра­бот­ки любых мате­ри­а­лов. Итак, давай­те их рас­смот­рим более подроб­но:

1. При обра­бот­ке заго­тов­ки мето­дом рас­та­чи­ва­ния сле­ду­ет исполь­зо­вать рез­цы с мини­маль­ны­ми зна­че­ни­я­ми выле­та. Дело в том, что по мере уве­ли­че­ния зна­че­ния выле­та изме­ня­ет­ся пока­за­тель отжи­ма рез­ца. Напри­мер, если в ходе выпол­не­ния рабо­ты вылет будет уве­ли­чен в 1.25 раза, то в таком слу­чае и пока­за­тель отжи­ма ста­нет на 1.95 раз боль­ше при усло­вии сохра­не­ния одно­го и того же диа­мет­ра исполь­зу­е­мой оправ­ки и дру­гих нема­ло­важ­ных пара­мет­ров.
2.Диаметр рас­точ­но­го инстру­мен­та дол­жен быть как мож­но боль­шим, посколь­ку по мере уве­ли­че­ния диа­мет­ра оправ­ки будет уве­ли­чи­вать­ся и номи­наль­ный момент инер­ции попе­реч­но­го сече­ния, а так­же умень­шит­ся пока­за­тель отжи­ма. Для более деталь­но­го рас­смот­ре­ния это­го нюан­са при­ве­дем при­мер: Если допу­стить уве­ли­че­ние диа­мет­ра исполь­зу­е­мой оправ­ки в 1.25 раза, то в таком слу­чае пока­за­тель отжи­ма будет уве­ли­чен в 2.44 раза, при этом вылет оправ­ки и все осталь­ные пара­мет­ры оста­нут­ся неиз­мен­ны­ми.
3. Соот­но­ше­ние моду­ля упру­го­сти оправ­ки и отжи­ма при оди­на­ко­вом выле­те оправ­ки сто­ит все­гда брать во вни­ма­ние, то есть чем выше будет пер­вый пара­метр, тем мень­шим ста­нет отжим.

О мате­ри­а­лах опра­вок

В насто­я­щее вре­мя рас­точ­ные оправ­ки в боль­шин­стве слу­ча­ев изго­тав­ли­ва­ют из проч­ной ста­ли, тяже­лых спла­вов или же на базе спла­вов с повы­шен­ным содер­жа­ни­ем воль­фра­ма. Одним из самых рас­про­стра­нен­ных мате­ри­а­лов для про­из­вод­ства опра­вок сего­дня явля­ет­ся леги­ро­ван­ная сталь, но при этом отдель­ные про­из­во­ди­те­ли успеш­но исполь­зу­ют угле­ро­ди­стые ста­ли. При­ме­ча­тель­но, что все леги­ро­ван­ные и угле­ро­ди­стые ста­ли обла­да­ют оди­на­ко­вым моду­лем упру­го­сти, при этом ника­ко­го зна­че­ния не име­ет мар­ка мате­ри­а­ла. Суще­ству­ет доста­точ­но рас­про­стра­нен­ное оши­боч­ное мне­ние, буд­то оправ­ки из ста­ли с мак­си­маль­ной плот­но­стью и проч­но­стью отлич­но справ­ля­ют­ся с про­ти­во­сто­я­ни­ем упру­гим дефор­ма­ци­ям, одна­ко на прак­ти­ке все обсто­ит ина­че. Если обра­тить вни­ма­ние на фор­му­лу рас­че­та отжи­ма во вре­мя рас­та­чи­ва­ния, то ста­нет оче­вид­но, что этот пока­за­тель нисколь­ко не зави­сит от пока­за­те­лей твер­до­сти или же проч­но­сти мате­ри­а­ла, но при этом во мно­гом зави­сит от пока­за­те­ля моду­ля упру­го­сти. Не менее рас­про­стра­нен­ны­ми мож­но счи­тать оправ­ки из тяже­лых спла­вов, в осно­ве кото­рых при­ме­ня­ют порош­ки воль­фра­ма, нике­ля, желе­за и дру­гих мате­ри­а­лов. Как Вы уже поня­ли, эти спла­вы полу­ча­ют посред­ством мето­да порош­ко­вой метал­лур­гии. Здесь сто­ит отме­тить осо­бен­ность, что отжим опра­вок из таких спла­вов на 50–60% мень­ший, по срав­не­нию со сталь­ны­ми оправ­ка­ми, при усло­вии оди­на­ко­во­го выле­та и диа­мет­ра самой оправ­ки.

Дело в том, что имен­но рас­точ­ные оправ­ки из твер­дых спла­вов могут обес­пе­чить мини­маль­ный отжим из-за пре­дель­но высо­ко­го моду­ля упру­го­сти. В боль­шин­стве слу­ча­ев тако­го рода оправ­ки состо­ят из 94% кар­би­да воль­фра­ма, а так­же 6% кобаль­та. Модуль упру­го­сти опра­вок из тако­го мате­ри­а­ла мож­но счи­тать мак­си­маль­ным на сего­дняш­ний день.

Режу­щие пла­сти­ны – мате­ри­а­лы и их гео­мет­рия

Режу­щие пла­сти­ны, кото­рые исполь­зу­ют­ся для обра­бот­ки метал­лов мето­дом рас­та­чи­ва­ния, могут быть изго­тов­ле­ны из раз­ных мате­ри­а­лов. Зача­стую их про­из­во­дят из твер­дых спла­вов, кера­ми­ки, поли­кри­стал­ли­че­ско­го алма­за и даже из куби­че­ско­го нит­ри­да бора. Любое из покры­тий нано­сит­ся на твер­до­сплав­ную пла­сти­ну посред­ством хими­че­ско­го или же физи­че­ско­го мето­да. Одним из покры­тий, кото­рое нано­сит­ся исклю­чи­тель­но физи­че­ским мето­дом мож­но отме­тить покры­тие TiN, кото­рое име­ет все необ­хо­ди­мые харак­те­ри­сти­ки, что­бы исполь­зо­вать его для рабо­ты с жаро­проч­ны­ми спла­ва­ми, а так­же аусте­нит­ны­ми ста­ля­ми, а так­же TiAIN – покры­тие, кото­рое с дав­них вре­мен при­ме­ня­ют для рабо­ты с боль­шим спек­тром ста­лей раз­ных марок, а так­же для обра­бот­ки тита­на и серо­го чугу­на.

TA20140204_Sandvik

 

Все из пере­чис­лен­ных покры­тий пер­вым делом нано­сят­ся на кар­бид­ные осно­вы, обла­да­ю­щие пре­дель­но высо­кой тем­пе­ра­ту­рой, а так­же стой­ко­стью к дроб­ле­нию. В каче­стве кар­бид­ной осно­вы при­ме­ня­ет­ся мате­ри­ал, кото­рый на 94% состо­ит из кар­би­да и на 6% из чисто­го кобаль­та. Что каса­тель­но твер­до­сплав­ных пла­стин с хими­че­ским покры­ти­ем, то они отлич­но под­хо­дят для обра­бот­ки боль­шин­ства ста­лей и видов чугу­на. Что же пред­став­ля­ют собой покры­тия, нано­си­мые хими­че­ским мето­дом? Это мно­го­слой­ное соче­та­ние окси­да алю­ми­ния, а так­же TiCN и TiC. Сто­ит отме­тить, что здесь каж­дый слой нано­сит­ся ради опре­де­лен­ной цели, но все эти слоя вме­сте дают воз­мож­ность зна­чи­тель­но повы­сить стой­кость к самым раз­ным видам изно­са. Что каса­тель­но самых рас­про­стра­нен­ных твер­дых спла­вов, то к ним сле­ду­ет отне­сти соче­та­ния кар­би­да, воль­фра­ма, тита­на, тан­та­ла и связ­ки из кобаль­та.

Широ­ко рас­про­стра­не­ны пла­сти­ны, изго­тав­ли­ва­е­мые на осно­ве кера­ми­ки. Все они име­ют в сво­ем соста­ве оксид алю­ми­ния и нит­рид крем­ния. При­ме­ча­тель­но, что такие рез­цы могут изго­тав­ли­вать­ся, как без покры­тия, так и с покры­ти­ем, кото­рое может быть нане­се­но исклю­чи­тель­но физи­че­ским мето­дом. Непо­кры­тые допол­ни­тель­ным покры­ти­ем рез­цы могут про­слу­жить на про­тя­же­нии дол­го­го вре­ме­ни, посколь­ку они широ­ко извест­ны сво­ей изно­со­стой­ко­стью и твер­до­стью. Неред­ко имен­но такая кате­го­рия рез­цов исполь­зу­ет­ся во вре­мя обра­бот­ки леги­ро­ван­ных ста­лей, инстру­мен­таль­ных спла­вов и дру­гих осо­бо проч­ных мате­ри­а­лов. Что каса­е­мо кера­ми­че­ских пла­стин с нане­сен­ным покры­ти­ем, то их с успе­хом исполь­зу­ют для про­ве­де­ния чисто­вой обра­бот­ки зака­лен­ных ста­лей и чугу­нов, а так­же раз­лич­ных спла­вов, изго­тов­ле­ны на кобаль­то­вой или нике­ле­вой осно­ве.

Кера­ми­че­ские покры­тия, кото­рые изго­тав­ли­ва­ют на осно­ве нит­ри­да крем­ния, про­из­во­дят­ся исклю­чи­тель­но с покры­ти­ем, кото­рое нано­сит­ся хими­че­ским мето­дом. Нема­лым спро­сом поль­зу­ют­ся такие пла­сти­ны и без покры­тия. Что каса­тель­но покры­той кера­ми­ки, то она отли­ча­ет­ся небы­ва­лы­ми пока­за­те­ля­ми изно­со­стой­ко­сти и проч­но­сти. Ее реко­мен­ду­ют исполь­зо­вать с целью обра­бот­ки высо­ко­проч­но­го и чугу­на. При­ме­ча­тель­но, что одни толь­ко кера­ми­че­ские пла­сти­ны без како­го-либо покры­тия обла­да­ют высо­кой стой­ко­стью к появ­ле­нию тер­ми­че­ских тре­щин и при этом они не боят­ся абра­зив­но­го изна­ши­ва­ния, что дела­ет их мак­си­маль­но изно­со­стой­ки­ми. Такая кера­ми­ка в насто­я­щее вре­мя актив­но исполь­зу­ет­ся для про­ве­де­ния обра­бот­ки жаро­проч­ных ста­лей. В целом, непо­кры­тая кера­ми­ка иде­аль­но под­хо­дит для про­из­ве­де­ния чер­но­вой обра­бот­ки и пре­ры­ви­сто­го реза­ния осо­бо проч­ных спла­вов и чугу­на.

Кер­ме­ты – вид спла­вов, отно­ся­щий­ся к кате­го­рии без­воль­фра­мо­вых. Они состо­ят из кар­би­да тита­на, а так­же кобаль­то­вой связ­ки. Они могут про­из­во­дить­ся не толь­ко с нане­се­ни­ем покры­тия в даль­ней­шем, но и без него. Непо­кры­тые кер­ме­ты могут похва­стать высо­чай­ши­ми пока­за­те­ля­ми твер­до­сти, и высо­кой сте­пе­нью про­ти­во­сто­я­ния пла­стич­ной дефор­ма­ции. Зача­стую их при­ме­ня­ют для выпол­не­ния чисто­вой обра­бот­ки леги­ро­ван­ных ста­лей, когда нуж­но добить­ся высо­кой чисто­ты поверх­но­сти. Кер­мет­ные пла­сти­ны, кото­рые под­вер­га­ют­ся нане­се­нию спе­ци­аль­но­го покры­тия физи­че­ским спо­со­бом, актив­но исполь­зу­ют для чисто­вой и полу­чи­сто­вой обра­бот­ки на высо­ких ско­ро­стях реза­ния. Этот мате­ри­ал отлич­но под­хо­дит для рабо­ты с нержа­ве­ю­щи­ми, леги­ро­ван­ны­ми и дру­ги­ми типа­ми ста­лей, а так­же для рабо­ты с чугу­на­ми раз­ных марок. Исполь­зо­ва­ние это­го мате­ри­а­ла дает воз­мож­ность добить­ся высо­кой чисто­ты поверх­но­сти после обра­бот­ки.

Еще один мате­ри­ал, кото­рый широ­ко при­ме­ня­ют для изго­тов­ле­ния режу­щих пла­стин – поли­кри­стал­ли­че­ский алмаз. Глав­ная осо­бен­ность дан­но­го мате­ри­а­ла в том, что он име­ет пре­дель­но высо­кие пока­за­те­ли твер­до­сти. Про­из­во­дят его из алмаз­но­го порош­ка и ката­ли­за­то­ров при повы­шен­ной тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии. При изго­тов­ле­нии режу­щих пла­стин встав­ка из поли­кри­стал­ли­че­ско­го алма­за напа­и­ва­ет­ся на режу­щую часть рез­цо­во­го инстру­мен­та. Наи­бо­лее эффек­тив­но инстру­мен­ты из это­го мате­ри­а­ла пока­зы­ва­ют себя во вре­мя обра­бот­ки заэ­в­тек­ти­че­ских спла­вов из алю­ми­ния, где содер­жа­ние крем­ния пре­вы­ша­ет отмет­ку в 12%.

Куби­че­ский нит­рид бора мож­но пози­ци­о­ни­ро­вать как вто­рой по твер­до­сти мате­ри­ал после поли­кри­стал­ли­че­ско­го алма­за. Зача­стую режу­щие пла­сти­ны из куби­че­ско­го нит­ри­да бора исполь­зу­ют для про­ве­де­ния чисто­вой обра­бот­ки зака­лен­ных ста­лей, быст­ро­ре­жу­щих ста­лей, всех марок чугу­на и твер­дых спла­вов. Глав­ная осо­бен­ность это­го мате­ри­а­ла в том, что пока­за­те­ли его проч­но­сти лишь незна­чи­тель­но сни­жа­ют­ся по дости­же­нии высо­ких тем­пе­ра­тур. Это зна­чи­тель­но повы­ша­ет пока­за­те­ли стой­ко­сти инстру­мен­та и дает воз­мож­ность про­из­во­дить обра­бот­ку на высо­ких ско­ро­стях.

При усло­вии пра­виль­но­го под­бо­ра режу­щей пла­сти­ны и оправ­ки само­го инстру­мен­та мож­но добить­ся эффек­та, когда упру­гие дефор­ма­ции све­дут­ся к мини­му­му, при этом пара­мет­ры отвер­стия будут рас­по­ла­гать­ся в поле допус­ка.