Металлорежущий лезвийный инструмент
Какими бы совершенными системами не обладали бы металлорежущие станки (адаптивные системы ЧПУ, системы термостабильности, высокоскоростные привода, станины из минерального литья и др.), производительность их в значительной мере определяется работоспособностью режущего инструмента.
Если крыло самолета, лопатка компрессора или лопатка турбины ГТД движутся в воздушных или газовых потоках, то режущий клин инструмента движется в металлической среде. Это обуславливает чрезвычайно сложные условия работы режущей кромки инструмента – по температуре, напряжениям, что в итоге и приводит к интенсивному износу режущего клина и потере его режущих свойств.
В этой связи во всех промышленно развитых странах ведутся разработки по совершенствованию геометрических параметров режущего клина инструмента, созданию новых инструментальных материалов, нанесению прочных, теплостойких и износостойких покрытий и др.
К наиболее «продвинутым» фирмам можно отнести Шведскую фирму SANDVIK Coromant. Далее на стр. 340 ÷ 362 (рис. 4.16 ÷ 4.37) показаны применение и некоторые конструктивные особенности различных режущих инструментов этой фирмы – фрез, сверл, сборных резцов, а также твердосплавных пластинок с разнообразными покрытиями. Приводится некоторая информация по использованию этих инструментов, что необходимо при проектировании технологического процесса.
В данном разделе приведены также прогрессивные (инновационные) инструменты фирмы ISCAR, ориентированные на авиационную промышленность; показан геометрический облик инструментов и типы различных упрочняющих покрытий режущей части; приведены конструктивные особенности авиационных деталей и соответственно конструкции инструментов для их обработки (с учетом марки обрабатываемого материала) (см. стр. 363÷379)
В такие отрасли машиностроения как аэрокосмическая, автомобильная, тяжелое и общее машиностроение поставляется высококачественный твердосплавной инструмент фирмой Hanita. Инструмент изготавливается с вакуумными ионно-плазменными покрытиями, включая алмазоподобные. Фирма самостоятельно разрабатывает мелкозернистые сплавы, покрытия различного назначения и геометрию режущей части инструмента (стр. 380÷389).
| Рис. 4.16 Пояснения в тексте |
Рис. 4.17 Пояснения в тексте
Рис. 4.18. Пояснения в тексте
Рис. 4.19. Пояснения в тексте
Рис. 4.20. Пояснения в тексте
Рис. 4.21 Пояснения в тексте
Рис. 4.22. Пояснения в тексте
Рис. 4.23 Пояснения в тексте
Рис.4.24. Пояснения в тексте
Рис. 4.25. Пояснения в тексте
Рис. 4.26. Пояснения в тексте
Рис. 4.27. Пояснения в тексте
Рис. 4.28. Пояснения в тексте
Рис. 4.29. Пояснения в тексте
Рис. 4.30. Пояснения в тексте
| Рис. 4.31 Пояснения в тексте |
Рис. 4.32. Пояснения в тексте
| Операция растачивания предполагает использование вращающегося инструмента Операции растачивания выполняются на обрабатывающих центрах и расточных станках. Подача инструмента направлена по оси отверстия. Наиболее распространенный диапазон обрабатываемых диаметров – от30 до 100 мм. Ассортимент инструмента Sandvik Coromant охватывает диаметры от 23 до 550 мм для черновой обработки и диаметры от 3 до 975 мм для чистовой обработки. Для обработки глубоких отверстий, до шести диаметров, рекомендуется использовать антивибрационные демпфирующие оправки. Точность обработанных отверстий после растачивания соответствует IT9, а в некоторых случаях может достигать IT6. Достигаемая шероховатость поверхности Ra составляет 1 мм. Инструмент для чистового растачивания имеет возможность регулировки для более точного позиционирования режущей кромки. |
| 4. Высокопроизводительное резьбонарезание Режущие головки возможно использовать на антивибрационных расточных оправках увеличивая производительность обработки за счет повышения режимов резания |
| 3. Позитивные пластины снижающие усилия резания Наличие положительного переднего угла гарантирует плавность процесса резания и снижение риска возникновения вибраций |
| 2. Режущие головки для негативных пластин Режущие головки с креплением пластин без задних углов прижимом повышенной жесткости |
| 1. Инструмент для обработки отверстий большого диаметра Расточные оправки диаметром 80 и 100 мм с быстросменными режущими головками для обработки отверстий с минимальным диаметром 80 мм |
| Широкий выбор стальных твердосплавных и антивибрационных расточных оправок и адаптеров для разнообразных видов обработки |
Рис. 4.34. Пояснения в тексте
| 5. CoroTurn®Sl отличное решение для создания специального инструмента Благодаря высокой степени взаимозаменяемости стандартные головки могут использоваться с адаптерами, выполненными по индивидуальным требованиям заказчика |
| 7. Повышение производительности многоцелевой обработки Используя многопозиционные адаптеры совместно с широкой программой режущих головок, лезвий и адаптеров, имеется возможность создавать индивидуальные инструментальные наладки для конкретных операций многоцелевой обработки |
| 6. Универсальность при отрезке и обработке канавок Режущие головки совместно с адапторами позволют собирать большое число разнообразных наладок для выполнения различных операций наружной и внутренней обработки, включая обработку торцевых канавок |
Рис. 4.35. Пояснения в тексте
| Рис. 4.36. Пояснения в тексте |
| Расточной инструмент для тяжелой обработки отверстий большого диаметра |
| Черновая обработка Вследствие увеличенной длины контакта пластин с заготовкой, этот инструмент требует значительных затрат мощности. При необходимости обеспечить высокую скорость снятия материала все три пластины настраивают на один размер, а для ступенчатого растачивания каждая пластина настраивается на определенные высоту и диаметр. Для чистовых операций или для обработки материалов, требующих строгого контроля над процессом стружкообразования, в работе участвует только одна режущая пластина. При этом две другие резцовые вставки необходимо заменить заглушками |
| Для обработки больших диаметров широко используется вариант закрепления на оправке корпуса, на котором , в свою очередь, закреплены удлиненные ползуны. |
| Расточной инструмент для тяжелой обработки, как правило, используется для обработки отверстий большого диаметра. Приблизительная настройка выполняется перемещением ползуна вдоль адаптера или оправки, а затем происходит точная регулировка положения резцовой вставки. Каждая резцовая вставка закреплена на удлиненном ползуне, положение которого относительно адаптера может регулироваться в радиальном направлении. |
| Максимально рекомендуемая глубина резания равняется половине длины режущей кромки пластины. При разделении припуска между пластинами необходимо стремиться к максимальному использованию возможностей каждой пластины |
| Выбор инструмента для однолезвийной, многолезвийной и ступенчатой обработки отверстий достаточно широк и зависит от конкретных операционных требований. Многозубый инструмент рекомендуется использовать на черновых операциях, а однолезвийный на чистовых |
| Рис. 4.37. Пояснения в тексте |
Израильская компания ISCAR, производящая специальный режущий инструмент напрямую ориентирована на авиационную промышленность (рис. 4.38). Проектируются, изготавливаются и поставляются на авиационные заводы специализированный инструмент для обработки тех или иных деталей – лопаток, дисков турбины и компрессора, валов, диффузоров, цельных блоков дисков, деталей шасси, кронштейнов, панелей и др. На стр. 365÷379 (рис.4.39÷4.53) приведен конструктивный облик таких деталей и показаны инструменты для их обработки включая фрезы, специальные резцы, сверла, развертки и др. Даются сведения об обрабатываемых материалах, инструментах, их номенклатуре и конструктивных особенностях.
Значительный интерес представляет собой комплекс инструментов для обработки лопаток компрессора – это различные торцевые и цилиндрические фрезы для обработки замка лопаток (типа ласточкин хвост), черновые и чистовые фрезы для обработки пера лопаток, включая антивибрационную полку. Оригинальную конструкцию переходной зоны – от замка к перу также возможно обработать этим набором фрез (рис. 4.39).
Применительно как к отдельным дискам турбины, так и целым блокам дисков, изготавливаемых из никелевых сплавов, приведены разнообразные по конструкции инструменты – резцы, оснащенные твердосплавными пластинами со специальной геометрии и с износостойкими покрытиями (рис. 4.40 ÷ 4.44).
Фирмой ISCAR предлагается к широкому применению эффективные держатели, переходники для режущих пластин, державки с охлаждающими пластинами, патроны с коррекцией дисбаланса, винтовые фрезы с механическим креплением пластин, прецизионные пластинки, разработанные специально для обработки алюминия и его сплавов, модульную систему сверления сверлильными головками со сменными режущими пластинками, твердосплавные регулируемые развертки и др. (см. рис. 4.45÷4.53).
| Рис. 4.38. Пояснения в тексте |
| Рис.4.39. Пояснения в тексте |
| Многофункциональная фрезерная система с уникальным набором зажимных пластин обеспечивает высокую точность и качество поверхности. Набор фрез имеет 2 режущие кромки |
| ISCAR предлагает широкий спектр твердосплавных инструментов, предназначенных для всех типов материалов |
| ISCAR Новая двусторонняя пластинка с 6 режущими кромками и специальной геометрией обеспечивает высокую скорость подачи на зуб – до 3,5 мм/зуб |
| Сферическая головка концевой фрезы предназначена для черновой и чистовой обработки с высокой скоростью подачи. Эффективное фрезерование 2 режущими кромками |
| Изделие: Диск ротора Материал: Incotel 718 Рекомендуемый режущий материал: IC807 и IС20 CUT-GRIP инструменты с режущими пластинками, которые используются для комплексной обработки турбинных дисков |
Рис. 4.40. Пояснения в тексте
| Изделие: Диск турбины Материал: Incotel 718 Рекомендуемый режущий материал: IC807 и IС20 Инструменты со специальными пластинками CUT-GRIP для надежной обработки турбинных дисков из сплавов на никелевой основе |
Рис. 4.41. Пояснения в тексте
| Изделие: Турбинный диск Материал: Incotel 718 Рекомендуемый режущий материал: IC807 и ли IС20 Пример специального инструмента для производства турбинных дисков |
Рис. 4.42. Пояснения в тексте
| Изделие: Диффузор Материал: Incotel 718 Рекомендуемый режущий материал: IC807 и ли IС20 Специальные инструменты, разработанные специально для чистовой обработки критически важных деталей |
Рис. 4.43. Пояснения в тексте
| Изделие: Цельный блок дисков турбин Материал: Incotel 718 Рекомендуемый режущий материал: IC807 и ли IС20 Разработаны 4 специальных инструмента для изготовления блока дисков |
Рис. 4.44. Пояснения в тексте
| R-зажим пластинки – это верхний зажим для обеспечения максимальной стабильности |
| ISCAR предлагает набор инструментов для токарной обработки турбин и шасси со специальной геометрией пластин и режущих лезвий |
| Последние инновации на рынке – SUMO TEC. Покрытия для обработки сталей гарантируют высокую износостойкость и производительность |
Рис. 4.45. Пояснения в тексте
| Державки с охлаждающими пластинами. Предназначены для обработки жаропрочных материалов и нержавеющих сталей |
| CUT-GRUP – держатели и переходники для широкого спектра режущих пластин для обработки канавок с большим разнообразием геометрических форм и стружек |
Рис. 4.46. Пояснения в тексте
| ISCAR имеет широкий спектр инструментов с особым сечением стружки для обработки жаропрочных сплавов и нержавеющих сталей |
Рис. 4.47. Пояснения в тексте
| Твердосплавные черновые концевые фрезы для алюминия. Сегментированная режущая кромка производит мелкую стружку, которая легко «стекает» |
| Патроны BalanceIN характеризуются простым управлением. Коррекция дисбаланса может быть передана непосредственно от балансировочной шкалы кольцевой системы |
| Компактная конструкция высокой соосностью |
| Рис. 4.48. Пояснения в тексте |
| Рис. 4.49. Пояснения в тексте |
| Фрезы с винтовыми режущими кромками состоящими из закрепленных пластин |
| Фрезы твердосплавные, каждая имеет 2 черновые и 2 чистовые режущие кромки, что позволяет вести черновую и чистовую обработки с одним инструментом. Предназначены для обработки сплавов на основе титана |
| ISCAR предлагает широкий спектр режущего инструмента из твердых сплавов для авиапромышленности |
| Различные сменные головки известны как MULTIMASTER. Эта система характеризуется быстрой и точной сменой режущих головок |
| Рис. 4.50. Пояснения в тексте |
| Пластины имеют различные варианты режущих кромок, полированные поверхности и большой набор различных радиусов. Все инструменты сбалансированы для использования на очень высоких скоростях |
| Рис. 4.51 Пояснения в тексте |
| Прецизионные пластинки HELI2000 разработаны специально для обработки алюминия и сплавов на основе титана |
| HELIPLUS головки с закрепленными пластинками с 2 винтами. Высокие скорости резания при больших площадях снятия стружки |
| Рис. 4.52. Пояснения в тексте |
| Семейство торцовых фрез с углом 45о для обработки ласточкиного хвоста лопаток компрессора |
| Модульная система глубокого сверления ISCAR включает паяные и неперетачиваемые сверлильные головки с диаметрами 8÷250 мкм |
| Набор инструментов для фрезерования под 90о. Лезвия имеют винтовые режущие кромки длиной 9,12 и 17 мм |
| Рис. 4.53. Пояснения в тексте |
| Регулируемые врезные развертки с 4-мя различными заборными конусами и 3-мя различными передними углами |
| Высокоскоростные твердосплавные регулируемые развертки |
| Сверла со сменными пластинами |
| ISCAR предлагает стандартные и специальные сверлильные инструменты для авиакосмической промышленностси |
| Твердосплавные регулируемые развертки для обеспечения высокой точности и качества поверхности |
| Модульный свер-лильный инструмент со сменными режу-щими пластинами. Имеет внутреннюю подачу СОЖ |
Одним из ведущих мировых производителей высококачественных высокопроизводительных твердосплавных инструментов является компания Hanita Metal Works Ltd (Израиль) Инструмент компании Hanita выпускается в большом диапазоне типоразмеров для черновой, получистовой и чистовой обработки, который изготавливается из мелкозернистого твердого сплава, кобальтовой и порошковой быстрорежущей сталей. Hanita поставляет инструменты в наиболее требовательные отрасли промышленности, такие как аэрокосмическая, автомобильная, тяжелое и общее машиностроение и др. Ниже на стр. 381 – 390 показаны типовые инструменты производства фирмы Hanita в сопровождении с необходимой информацией по геометрическим параметрам и применению.
Компания Hanita предлагает инструмент с разнообразными покрытиями режущей части, то TiN, TiCN, TiAlN, алмазное покрытие, получаемых плазменным пылением.
Разработанный компанией специальный состав твердого сплава и фирменное покрытие, в сочетании с уникальной геометрией позволяет производственникам снижать время обработки, работать с большими припусками, меньшим числом проходов и более высокой скоростью резания при черновом и получистовом фрезеровании. При этом предусмотрена специальная геометрия инструмента для обработки алюминия, стальных жаропрочных сплавов, титана, закаленных и сверхтвердых материалов.
Специально разработанные для фрезерования закаленных сталей, сплавов и твердых материалов, цельные твердосплавные фрезы изготавливаются из фирменного твердого сплава с высокостойкими покрытиями. Такой инструмент снимает максимальный припуск с заготовок с твердостью до 68НRс даже без применения СОЖ. Этот инструмент наиболее приемлемый для производства штампов и прессформ.
Производимые фирмой Hanita цельные твердосплавные сверла обладают высокой стойкостью даже при сверлении заготовок с твердостью до 68НRс; сверла с каналами для СОЖ предлагаются, начиная с малых (3 мм) диаметров.
Компания занимается разработкой и производством специального фрезерного инструмента для сложных операций и фасонной обработки.
Рис. 4.54. Пояснения в тексте
Рис. 4.55. Пояснения в тексте
Рис. 4.56. Пояснения в тексте
Рис. 4.57. Пояснения в тексте
Рис. 4.58. Пояснения в тексте
Рис. 4.59. Пояснения в тексте
Рис. 4.60. Пояснения в тексте
Рис. 4.61. Пояснения в тексте
Рис 4.62. Пояснения в тексте
Рис. 4.63. Пояснения в тексте
Рис. 4.64. Пояснения в тексте
В России современное многоцелевое оборудование в условиях автоматизированного производства эксплуатируется с использованием монолитного твердосплавного инструмента с много функциональными покрытиями. Инструмент успешно работает при скоростях резания до 300 м/мин (при частоте вращения до 25000 об/мин). Производство такого инструмента освоено в ЗАО «Новые инструментальные решения» (г. Рыбинск). Параметры инструментов и области их применения приведены на стр. 391– 400.
Технология производства инструмента в основном аналогичны технологиям лучших мировых инструментальных фирм. Инструмент изготавливается из монолитных заготовок шлифованием на специальных станках. Основное требование к инструменту – это обеспечение точности расположения всех поверхностей относительно посадочных поверхностей. На режущую часть инструмента ионно-имплантационным методом наносятся наноструктурированные композиционные многослойные покрытия (стр. 393).
Для всех типов инструментов (сверла, фрезы) используется твердый сплав с ультрамелкозернистой структурой (размер зерна 0,6 мкм). В зависимости от обрабатываемого материала наносятся покрытия различного состава: TiN, TiCN, TiAlCrN, при этом достигается твердость до 3500 по Виккерсу (HV0,05) при коэффициенте трения по стали до 0,2 (см. стр. 395÷400).
Твердосплавные концевые фрезы с ультрамелкозернистой структурой в зависимости от обрабатываемого материала рекомендуются с покрытиями ZrN, TiAlCrN, TiAlCN, «Циркон». Такой диапазон покрытий позволяет одинаково успешно обрабатывать алюминиевые сплавы и цветные металлы, стеклокомпозиты, полимеры, стали, сплавы, в том числе жаропрочные. Покрытия обеспечивают высокую твердость, высокую стойкость к окислению, низкий коэффициент трения (стр. 399÷400).
Рис. 4.65. Пояснения в тексте
Рис. 4.66. Пояснения в тексте
Рис. 4.67. Пояснения в тексте
Рис. 4.68. Пояснения в тексте
Рис. 4.69. Пояснения в тексте
Рис. 4.70. Пояснения в тексте
Рис. 4.71. Пояснения в тексте
Рис. 4.72. Пояснения в тексте
Рис. 4.73 Пояснения в тексте
Рис. 4.74. Пояснения в тексте