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.

Рис. 4.33. Пояснения в тексте

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 45^о 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 90^о. 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 (HV_0,05) 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).