10.4. Токарные работы

Точение – процесс обработки металлических заготовок на токарных станках, суть которого сводится к поступательному перемещению режущего инструмента-резца (см. рис. 10.1, а) вдоль образующей вращающейся цилиндрической заготовки с определённым усилием прижатия. В результате прижатия происходит врезание, внедрение резца в заготовку, а перемещение резца вдоль заготовки при её вращении приводит к резанию - последовательному удалению новых объёмов металла в виде стружки.

В комплексе явлений, сопровождающих резание, можно выделить [2, 4] пластическую деформацию(под резцом и в зоне опережения),стружкообразование,упрочнение поверхностного слояметалла,выделение тепла,износ инструмента(абразивный, адгезионный, диффузионный, окислительный, хрупкий). С учётом того, что тепловыделение может быть очень значительным и привести к нежелательным последствиям (повышенный износ инструмента, структурные превращения в обрабатываемом металле, приваривание резца к заготовке), обычно процесс резания сопровождается подачей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания.

К токарным (группа 1) отнесены станки различного назначения и конструктивного исполнения (типы 1…9). Внешний вид типичного токарно-винторезного станка представлен на рис. 10.2.

Подбор резцов по форме и углу заточки режущей части позволяет без существенной перенастройки станка выполнять разнообразные операции (рис. 12.3): обработку длинных участков (проход),прорезание канавок,подрезку торцов,нарезание резьбы (на наружной и внутренней поверхностях заготовки),образование поднутренийиотверстий,отрезку заготовкиот массива металла и др.

Важным моментом при обработке на токарных станках является подбор резца по материалу. Необходимыми свойствами резца для черновойобработки являютсявысокая прочностьидостаточная вязкость, длячистовойобработки

– износостойкость, а при обработке высоколегированных сталейи

Рис. 10.2. Универсальный токарно-винторезный станок:

1 – передняя бабка; 2 – шпиндель; 3 – поперечные салазки; 4 – резцедержатель; 5 – верхние салазки; 6 – пиноль задней бабки; 7 – задняя бабка; 8 – ходовой винт; 9 – ходовой вал; 10 – суппорт; 11 – нижняя каретка; 12 – станина;

13 – коробка подач

Рис. 10.3. Схема обработки заготовки различными типами резцов:

1, 4 И 9 - подрезные резцы; 2 – фасонный резец; 3 и 8 – резцы для

обработки фасок; 5 и 11 – прорезные резцы; 6 и 10 – проходные

резцы; 7 и 12 – резьбовые резцы

сплавов(жаропрочные, нержавеющие) –теплостойкость. С учётом широты обрабатываемых материалов и выполняемых работ для изготовления резцов применяются сталиуглеродистые инструментальные(У9, У10А и др.),легированные инструментальные(ХВ5, ХВГ, 9ХС и др.),быстрорежущие(Р18, Р12, Р6М5, Р9К5 и др.),твёрдые сплавы(ВК3, ВК6М, ВК8, ВК10М и др.),минералокерамика(см. занятие 3). Правильным подбором материала резца, формы и заточки его режущей части (рис. 10.4), режима резания можно обеспечить высокую скорость обработки, точность размеров и высокое качество обрабатываемых поверхностей.

Рис. 10.4. Схематическое изображение плоскостей и углов, образующих конфигурацию рабочей части проходного резца и сечения срезаемого слоя металла:

1 – след основной плоскости; 2 – след плоскости резания; 3 – след главной секущей плоскости; 4 – след вспомогательной секущей плоскости

Рис. 10.5.Разновидности (а) и способы крепления (б) неперетачиваемых пластин на теле резца

Резец конструктивно может быть выполнен цельным (У9, У10), иметь режущую часть в виде пластин из твёрдого сплава (ВК 6, ВК 8), прикрепляемых к основанию резца пайкой или сваркой, а также пластин из твёрдого сплава или минералокерамики, закрепляемых на основании резца механическим способом, при помощи винтового крепления (рис. 10.5). Пластины, закрепляемые пайкой и сваркой, устанавливаются в открытые или полузакрытые пазы.

Существует зависимость: чем выше режущие свойства материала, тем он дороже. Особо износостойкие материалы (твёрдый сплав, минералокерамика и др.), кроме того, отличаются повышенной хрупкостью, поэтому во многих случаях становится выгодным оснащать этим материалом только режущую часть инструмента.

Сваркой и пайкой можно закреплять не все материалы. Например, в твердосплавных пластинах, закреплённых пайкой, нередко возникают трещины.

Механическое же крепление является универсальным, устраняет нежелательные последствия пайки, позволяет многократно использовать стержень (корпус) инструмента, но требует применения дополнительных деталей, что усложняет и утяжеляет конструкцию. Например, многогранные неперетачиваемые пластинки с механическим креплением успешно применяются в производственных условиях (см. рис. 10.5). После затупления одной кромки пластинка переустанавливается на следующую грань. Замена изношенной или повреждённой механическими воздействиями режущей пластинки также не создаёт трудностей для оператора.

К значительному повышению износостойкости твердосплавных пластинок приводит нанесение на их поверхность тончайшего слоя карбидов, нитридов или карбонитридов титана. Покрытие толщиной 5-10 мкм наносится осаждением из газовой фазы или термодиффузионным способом.

Пластины с однослойным покрытием лучше применять для получистовой и чистовой обработки сталей и чугунов при плавной нагрузке. В этих условиях период стойкости пластинок увеличивается в несколько раз. Ещё большее увеличение периода стойкости достигается при нанесении двух или трёх слоёв покрытия. Пластины с многослойным покрытием могут работать в условиях прерывистого резания. Лучшие результаты по износостойкости дают твердосплавные пластины, покрытые керамикой и кубическим нитридом бора.

По числу одновременно работающих главных режущих кромок инструмент делится на однолезвийныйимноголезвийный. С увеличением числа режущих кромок повышается производительность обработки. Инструменты, предназначенные для черновой и чистовой обработки, отличаются, главным образом, материалом и геометрией режущей части. Режущую часть сборного инструмента затачивают на заточных станках, а цельные резцы - на точиле. Углы заточки контролируются угломерами и специальными накладными шаблонами. В специализированных металлообрабатывающих предприятиях для заточки инструмента применяются специальные станки, оснащённые контрольными приборами для измерения всех необходимых параметров режущих кромок и углов.

Точность на токарно-винторезных станках зависит от вида обработки. При черновом точении точность размера соответствует 14-11 квалитетам, шероховатость обработанной поверхности R_z= 80-40 мкм. При тонком наружном точении эти показатели повышаются до 8-5 квалитетов иR_z= 6,3-1,6 мкм.