Рубрика: Оборудование и технологии
Инструмент со сменными многогранными пластинами — стандарт современной механообработки. Вместо того чтобы перетачивать напаянный резец, оператор поворачивает пластину на новую кромку или меняет её за минуту, а корпус державки служит долго. Пластины выпускаются из твёрдых сплавов, керметов, керамики, кубического нитрида бора и поликристаллического алмаза, имеют разные формы, покрытия и стружколомы. Разобраться в этом многообразии важно для любого, кто планирует производство или оценивает технологию изготовления детали.
Напайной и цельный твердосплавный инструмент сохраняют позиции там, где нужен малый диаметр, специальный профиль или максимальная точность, но в точении и фрезеровании крупных поверхностей сменные пластины доминируют.
Обозначение пластины по международной системе состоит из букв и цифр, каждая из которых кодирует определённый параметр. Например, в обозначении вида CNMG 160612 зашифрованы форма, задний угол, класс допуска, тип крепления и стружколома, длина кромки, толщина и радиус при вершине.
| Буква | Форма и угол при вершине | Особенности и применение |
|---|---|---|
| C | Ромб 80° | Универсальная пластина для чернового и получистового точения и подрезки |
| D | Ромб 55° | Копировальное точение, профили с выходом под углом |
| V | Ромб 35° | Чистовое контурное точение сложных профилей, малая прочность вершины |
| W | Тригон 80° | Три вершины по 80°, экономичная альтернатива ромбу C |
| S | Квадрат 90° | Прочная вершина, черновое точение, фрезерование |
| T | Треугольник 60° | Универсальная, много кромок, точение и фрезерование |
| R | Круглая | Максимальная прочность, профильное фрезерование, обработка жаропрочных сплавов |
Чем больше угол при вершине, тем прочнее кромка и тем лучше она выдерживает черновые нагрузки. Чем меньше угол, тем больше доступ к сложному профилю, но тем ниже прочность.
Радиус влияет на шероховатость и прочность. Большой радиус (1,2–1,6 мм) повышает прочность и позволяет увеличить подачу, но увеличивает радиальную силу и склонность к вибрации. Малый радиус (0,2–0,4 мм) подходит для чистовой обработки нежёстких деталей. Шероховатость при точении приблизительно пропорциональна квадрату подачи и обратно пропорциональна радиусу, поэтому для чистового прохода подачу согласуют с радиусом.
Негативные пластины (задний угол 0°) двусторонние, имеют в два раза больше кромок и прочнее — их ставят на черновые и средние операции. Позитивные пластины с задним углом снижают силы резания и применяются при растачивании, обработке нежёстких деталей и мягких материалов.
Основа большинства пластин — карбид вольфрама на кобальтовой связке. Сплавы различают по группам применения, обозначаемым буквами и цветами:
Внутри группы число показывает соотношение износостойкости и прочности: меньшее число — более твёрдый и износостойкий сплав для чистовой обработки на высоких скоростях, большее — более вязкий для черновых и прерывистых резов.
Покрытия наносят методами химического (CVD) и физического (PVD) осаждения. Толстые CVD-покрытия на основе карбонитрида титана и оксида алюминия хорошо работают на высоких скоростях при точении стали и чугуна, защищая основу от теплового износа. Тонкие PVD-покрытия на основе нитридов титана и алюминия сохраняют острую кромку и подходят для фрезерования, обработки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.
Керметы дают высокое качество поверхности при чистовом точении сталей. Керамика работает на очень высоких скоростях при обработке чугуна и жаропрочных сплавов. Кубический нитрид бора применяют для точения закалённых сталей и отбелённого чугуна, поликристаллический алмаз — для алюминиевых сплавов, меди и композитов.
Передняя поверхность пластины имеет сложный рельеф — стружколом, который завивает и ломает стружку. Неправильно выбранный стружколом приводит либо к длинной сливной стружке, наматывающейся на деталь, либо к перегрузке кромки и выкрашиванию.
Режущая кромка обычно не абсолютно острая: на ней выполняется микроскругление или упрочняющая фаска. Это повышает прочность кромки и стойкость покрытия. Для алюминия и мягких материалов, наоборот, нужна острая шлифованная кромка.
Существует несколько систем крепления пластин в державке:
Под пластину устанавливается твердосплавная опорная пластина, которая защищает корпус при поломке. Для расточных оправок важны материал и конструкция: стальные борштанги работают при вылете до 4 диаметров, твердосплавные — до 6–7, антивибрационные с демпфером — до 10 и более.
Проходные, подрезные, контурные резцы и расточные оправки. Отдельно выделяют отрезные и канавочные пластины с одной или двумя кромками, а также резьбовые пластины с полным или частичным профилем.
Торцевые фрезы с пластинами под углом 45° или 90°, концевые и дисковые фрезы, фрезы для высокоподачной обработки с малым углом в плане, позволяющие снимать много металла при малой глубине и большой подаче. Фрезы с круглыми пластинами широко используют для профильной обработки пресс-форм.
Свёрла со сменными пластинами — с периферийной и центральной пластинами — эффективны для отверстий диаметром от 12–14 мм и выше. Применяются и свёрла со сменными твердосплавными головками, которые обеспечивают точность, близкую к цельному сверлу.
| Вид износа | Признак | Что сделать |
|---|---|---|
| Износ по задней поверхности | Равномерная полоска на задней грани | Нормальный износ; снизить скорость или выбрать более износостойкий сплав |
| Лунка на передней поверхности | Углубление от схода стружки | Снизить скорость, выбрать сплав с CVD-покрытием |
| Наростообразование | Налипание материала на кромку | Увеличить скорость, острая геометрия, СОЖ |
| Выкрашивание | Мелкие сколы кромки | Более вязкий сплав, упрочнённая кромка, проверить жёсткость |
| Термические трещины | Поперечные трещины на кромке | Стабилизировать охлаждение или работать всухую при фрезеровании |
Выбор инструмента удобно вести по шагам, от наиболее общих условий к частным. Такой порядок позволяет не утонуть в каталоге из тысяч позиций.
Пластина работает эффективно только в своём диапазоне скоростей, подач и глубин, который указывается производителем для каждого сплава и стружколома. Работа на заниженной скорости приводит к наростообразованию и плохой поверхности, на завышенной — к быстрому тепловому износу. Глубина резания должна быть не меньше радиуса при вершине, иначе кромка «скользит» и стружка не ломается. Подача для чистовых стружколомов обычно лежит в пределах 0,1–0,25 мм/об, для черновых — 0,3–0,6 мм/об и выше.
Стоимость пластины — малая доля себестоимости детали по сравнению со стоимостью машинного времени. Поэтому более дорогой сплав, позволяющий поднять скорость на четверть или обработать вдвое больше деталей до смены кромки, почти всегда выгоднее. При серийном производстве стойкость кромки определяют опытным путём и меняют пластину по счётчику деталей, а не после выкрашивания, — так исключается брак из-за внезапного отказа.
Технически возможно, но экономически оправдано редко: при перешлифовке теряется покрытие, меняется размер и геометрия стружколома. Перетачивают обычно только крупные пластины специального профиля.
Зависит от формы и заднего угла: у позитивного ромба 80° две кромки, у негативного — четыре, у негативного тригона — шесть, у круглой пластины число рабочих участков определяется поворотом и может быть больше восьми.
Стойкость и качество поверхности зависят от жёсткости станка, биения шпинделя, состояния державки и подачи СОЖ. Поэтому режимы из каталога служат отправной точкой и уточняются на месте.
Мы подбираем инструмент под каждую деталь с учётом материала, точности и серийности, а также сами изготавливаем специальный инструмент — плашки, фасонные резцы, детали оснастки. Подробнее — в разделах инструментов и токарной обработки.
Инструмент со сменными пластинами — это система, в которой важно всё: форма и радиус пластины, сплав и покрытие, стружколом, способ крепления и жёсткость державки. Правильный выбор обеспечивает стабильный размер, высокую производительность и предсказуемую стойкость, а неправильный — вибрации, брак и поломки. Анализ износа позволяет быстро скорректировать режим и сплав. Если вы планируете изготовление деталей из сложных материалов или хотите снизить себестоимость серии, наши технологи помогут выбрать оптимальное решение.
