С инструментом за счет угла при его вершине

Выдвинуты предположения о возможности применения укороченной передней поверхности для чистовой токарной обработки. Проведена серия экспериментов, подтверждающих данное предположение.

Ключевые слова: чистовая токарная обработка, твердосплавные сменные многогранные пластины, укороченная передняя поверхность, площадь контакта, стружка, плоская передняя поверхность, угол при вершине.

В теории резания хорошо известны резцы с укороченной передней поверхностью, предложенные немецким инженером Клопштоком еще в 20-е годы прошлого столетия [1]. Их основное преимущество заключается в снижении сил и температуры резания, которое достигается за счет уменьшения площадки контакта стружки с передней поверхностью. Как следствие, это повышает стойкость инструмента, что является резервом для повышения скорости резания и, соответственно, производительности обработки. Существенным недостатком таких резцов является низкая прочность их режущей части, в особенности, из твердого сплава. Поэтому в «чистом» виде эти резцы не используются. Однако положительный эффект от применения укороченной передней поверхности в последнее время нашел достаточно широкое воплощение в конструкциях современных твердосплавных сменных многогранных пластин (СМП) со сложной топографией передней поверхности, например, с локальными сферическими выступами. Их наличие уменьшает фактическую площадь контакта со стружкой, что реализует принцип укороченной передней поверхности без потери прочности рабочей части.

Ограничить площадь контакта стружки с передней поверхностью можно не только за счет геометрической формы последней, но и за счет конфигурации в плане ее вершины. Это возможно в следующей ситуации. В номенклатуре СМП для чистовой токарной обработки присутствует ромбическая форма типа V… с острым углом при вершине 35°. Чистовая обработка характеризуется малой глубиной резания и образующаяся стружка завивается преимущественно в плоскости передней поверхности. Поэтому при малой ширине сходящей стружки по плоской передней поверхности естественная длина контакта с ней может оказаться искусственно ограниченной контуром такой острой вершины, а именно, положением вспомогательной режущей кромки. Естественно предположить, что практическое использование такого приема уменьшения площади контакта инструмента со стружкой будет ограничено областью чистовой обработки по той же причине низкой прочности острой вершины инструмента. Кроме того, обязательное наличие стружкозавивающих элементов на передней поверхности современных СМП, например, в виде канавок, будет полностью локализовать естественную длину контакта в пределах даже острой вершины СМП, что сведет на нет преимущества укороченной передней поверхности.

Тем не менее, приведенные выше рассуждения открывают дополнительные возможности по проектированию новых видов СМП для чистовой токарной обработки, основанные на эффекте укорочения длины взаимного контакта стружки с плоской передней поверхностью за счет конфигурации в плане острой вершины инструмента. При этом, в качестве стружкозавивающего элемента необходимо использовать не канавку, расположенную вдоль главной режущей кромки, а уступ, рабочая часть которого перпендикулярна биссектрисе угла при вершине СМП. Несмотря на узкую область применения такой СМП – чистовая обработка, она является наиболее ответственным этапом в общей технологии механической обработки, поскольку именно на этом этапе окончательно формируются требуемые показатели точности и качества изготавливаемых деталей.

Создание конкурентоспособных отечественных СМП является весьма актуальной и своевременной задачей, поскольку за годы перестроечных реформ машиностроительная промышленность РФ оказалась практически в полной зависимости от зарубежных поставщиков инструментов, что подрывает экономическую безопасность государства.

Любая разрабатываемая конструкция должна быть обоснованной, апробированной и уточненной по результатам апробации. Только после этого возможен ее промышленный выпуск. Приведенное логическое обоснование новой конструкции СМП для чистовой токарной обработки нуждается в экспериментальной проверке, некоторые результаты которой приведены ниже.

На первом этапе были проведены эксперименты с применением плоской передней поверхности на СМП правильной 3-х гранной формы 2008-0153 ТУ 48-19-307-80 (аналог по ИСО TPGN 160304) из твердого сплава Т5К10, взятых из одной партии изготовления. На отдельных СМП были заточены грани с углом при вершине . После установки СМП в резцовую державку с углом обеспечивались следующие геометрические параметры: , , . За счет разворота резцедержателя выдерживали главный угол в плане . Обработке подвергали заготовку из стали 38Х2МЮА (материал группы Р по ИСО) твердостью НВ180 с подачей мм/об и глубиной резания мм без применения СОТС. Во время обработки через каждые 15 секунд с помощью цифрового мультиметра проводили измерение термо-ЭДС, для чего заготовка и резец были изолированы от станка диэлектрическими прокладками. Результаты этих экспериментов представлены в таблице. Там же приведено среднее значение термо-ЭДС (Е) по результатам ее измерений на протяжении всего времени работы резца.

Таблица