/
Автор: Четвериков С.С.
Теги: металлорежущие станки металлургия металлы режущие инструменты
Год: 1965
Текст
С С. ЧЕТВЕРИКОВ
-v&'i
С. С. ЧЕТВЕРИКОВ
д-р техн, наук, профессор
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ
ИНСТРУМЕНТЫ
(ПРОЕКТИРОВАНИЕ
И ПРОИЗВОДСТВО)
ИЗДАНИЕ 5-е,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено
Министерством высшего и среднего
специального образования РСФСР
в качестве учебного пособия
для втузов
ИЗДАТЕЛЬСТВО ВЫСШАЯ ШКОЛА
Москва ф 1965
THORNado
Книга написана по программе общего курса «Металло-
режущий инструмент» для технологических специальностей
машиностроительных вузов, утвержденной Министерством
высшего и среднего специального образования РСФСР.
В книге рассмотрены конструкции металлорежущих
инструментов и материалы, используемые для их изготов-
ления, а также методы усовершенствования и внедрения но-
вейших технологических процессов, базирующихся на дости-
жениях отечественной науки, промышленности и передовом
опыте работы новаторов машиностроения. Приведены све-
дения о геометрии и основных размерах режущих инстру-
ментов, даны расчеты конструктивных элементов типовых
металлорежущих инструментов.
Рецензент
кафедра АМ-2
Московского высшего технического училища
им. Н. Э. Баумана
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемое издание книги «Металлорежу-
щие инструменты» значительно переработано и до-
полнено.
Учитывая практические достижения последних
лет в области конструирования и технологии произ-
водства режущих инструментов, в пятом издании
введены две самостоятельные части:
1) проектирование режущего инструмента и
2) производство режущего инструмента.
В первой части переработаны отдельные главы,
исключен устаревший и введен новый материал в
соответствии с состоянием техники настоящего
времени.
Вторая часть разработана заново лишь с ча-
стичным использованием имевшихся ранее мате-
риалов.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Всякая рабочая машина состоит из двигательного, передаточ-
ного и исполнительного механизмов.
Исполнительный механизм лишь в том случае может произво-
дить работу, когда он снабжен инструментом; последний является
необходимой составной частью рабочей машины.
Таким образом, инструмент — это орудие производства, приво-
димое рукой человека или исполнительным механизмом машины-
орудия в непосредственное соприкосновение с предметом труда для
изменения в соответствии с целями производства формы предмета
труда, или состояния его материала, или того и другого одновре-
менно.
Наиболее развитым и распространенным видом инструментов
являются металлорежущие инструменты.
Металлорежущие инструменты бывают ручные и машинные. Они
предназначаются для обработки металлов путем снятия стружки.
Машинные инструменты получили свое развитие вместе с машинами-
орудиями, в сочетании с которыми они работают.
В дореволюционный период в России металлорежущие инстру-
менты производились в небольшом количестве. Свою небольшую
потребность в инструменте промышленность царской России пок-
рывала в основном за счет ввоза из-за границы и только часть наи-
более простого, составляющая около 10% всего потребляемого
инструмента, изготовлялась в России.
Подобное состояние производства инструмента не было случай-
ным. Оно находилось в прямой зависимости от состояния машино-
строительной промышленности России.
Большего развития производство инструмента достигало на воен-
ных заводах, в первую очередь оружейных, применявших много
оригинальных специальных конструкций инструментов.
Научные исследования в области инструмента начались лишь
в середине прошлого века.
Первые исследования относятся к изучению поведения режущей
части инструмента в процессе резания и образования стружки на
4
основных типах инструментов;
в дальнейшем результаты та-
ких исследований были положе-
ны в основу конструирования
инструментов в целом.
Эксперименты, явившиеся
основой для изучения конст-
рукций режущей части инстру-
ментов, были впервые постав-
лены профессором Петербург-
ского горного института И. А.
Тиме.
В своем основном сочине-
нии «Сопротивление металлов
и дерева резанию» (1870 г.)
проф. И. А. Тиме впервые по-
казал, что сопротивление метал-
лов при резании их инструмен-
тами можно рассматривать как
сумму элементарных сопротивле-
ний скалыванию элементов
стружки режущей кромкой ин-
Иван Августович
ТИМЕ
(1838—1920)
струмента.
Изучив образование стружки при работе режущих инструмен-
тов в различных условиях, проф. И. А. Тиме дал классификацию
видов стружки, которая до сих пор является общепринятой, а
также первый указал на «усадку» стружки, являющуюся основным
фактором, характеризующим деформацию снимаемого инструментом
слоя металла. Ему же принадлежат первые работы по изучению дав-
ления на инструмент и усадки стружки в зависимости от угла реза-
ния инструмента.
Особое значение для развития науки о режущем инструменте
имели работы профессора Харьковского технологического инсти-
тута К. А. Зворыкина. В своем исследовании «Работа и усилие,
необходимые для отделения металлических стружек» (1893 г.),
проф. К. А. Зворыкин первый учел все силы, действующие в про-
цессе работы инструмента, поэтому его аналитический вывод выра-
жения величины максимального усилия резания представляет собой
завершение важного этапа в развитии учения о резании металлов.
Проф. К. А. Зворыкин первый вполне научно поставил и исклю-
чительно тщательно провел эксперименты по определению влияния
элементов сечения среза на усилие резания при работе режущих ин-
струментов. Эти эксперименты до сих пор сохранили свое выдающе-
еся значение.
Большую роль в деле дальнейшего развития науки о режущем
инструменте сыграли работы преподавателя Михайловской артил-
лерийской академии А. А. Брикса. Его книга «Резание металлов»
5
Константин Алексеевич
ЗВОРЫКИН
(1861—1928)
(1896 г.) впервые систематизи-
ровала материалы по изучению
поведения лезвий инструментов
и образованию ими стружек
при обработке металлов. А. А.
Брике в своей работе указы-
вает: «Главную роль в теории
резания играют углы, из кото-
рых составлен режущий конец
(инструмента)».
Касаясь выбора наивыгод-
нейшей геометрии инструмен-
та, Брике указывал: «Выбор
наивыгоднейшего угла резания
зависит, главным образом, от
следующих явлений, сопровож-
дающих резание: от притупле-
ния резца, от нагревания, а
иногда от так называемого зае-
дания или дрожания, которым
сопровождается резание».
Все изложенное выше свиде-
тельствует о том, что русские
очередь И. А. Тиме, К. А. Зво-
ученые того времени, в первую очередь И. А. Тиме, К. А. Зво-
рыкин и А. А. Брике, разработали механику действующих при ра-
боте инструментов сил, опираясь на естественнонаучные знания
того времени.
Качественно новый этап в изучении режущей кромки инструмен-
тов и поведения ее в работе начинается с опубликования работы
Я. Г. Усачева «Явления, происходящие при резании металлов»
(1915 г.). Я. Г. Усачев первый разработал методы определения темпе-
ратуры на лезвии инструмента, которыми пользуются и в настоящее
время. Он также показал влияние параметров резания на критиче-
скую температуру лезвия инструмента при обработке им пластиче-
ских и хрупких материалов. Интересно отметить, что за рубежом
этими вопросами начали заниматься лишь в 1926 г. (Готвейн, Гер-
берт).
Я. Г. Усачев сделал первую попытку разработки физической тео-
рии наростообразования на лезвии инструмента при работе. В своих
исследованиях он применял оригинальный, сконструированный им
динамометр.
Введя в рассмотрение работы инструментов влияние факторов
скорости резания и температуры, Я- Г. Усачев фактически поло-
жил начало разработке физических основ процесса резания инстру-
ментами.
Таким образом, русская школа ученых, которая с самого на-
чала развития науки о режущем инструменте шла своими ориги-
6
Яков Григорьевич
УСАЧЕВ
(1873—1941)
нальными путями, благодаря
трудам Я. Г. Усачева значитель-
но опередила достижения зару-
бежных ученых.
Последующие работы рус-
ских ученых дореволюционно-
го периода явились углубле-
нием изучения сущности про-
цессов резания металлов, а
также геометрии и формы ре-
жущих инструментов и пара-
метров резания.
Кроме экспериментально-
исследовательских работ в об-
ласти инструмента в этот пе-
риод появляются обобщающие
работы, освещающие вопросы
конструкции и технологии про-
изводства отдельных типов ре-
жущих инструментов обычно в
сочетании с описанием процес-
сов резания ими.
Работы русских ученых до-
революционного периода до сих пор не утратили ценности для
науки об инструменте, и многие положения, выдвинутые ими,
остаются незыблемыми.
Но вся работа ученых и специалистов того времени носила раз-
розненный характер, являясь лишь первоначальной стадией изуче-
ния науки об инструменте. Иначе и не могло быть, так как в цар-
ской России не были созданы условия для глубокого изучения ком-
плекса вопросов, касающихся инструмента.
Только Великая Октябрьская социалистическая революция,
высвободившая огромные творческие силы нашего народа, обеспе-
чила возможность и в этой отрасли науки и техники комплексного
решения ряда первоочередных вопросов в интересах всего народно-
го хозяйства и в первую очередь машиностроительной промышлен-
ности.
К началу восстановительного периода народного хозяйства на-
шей страны инструментальное производство находилось в крайне
тяжелом состоянии. В этот период в стране насчитывалось около
20 производственных предприятий, занятых изготовлением инстру-
мента, часть которых являлась подсобными для основного произ-
водства.
Наиболее крупным и имевшим первостепенное значение среди
других заводов в этот период был Сестрорецкий завод, восстанов-
ление которого началось в 1924 г.; уже к концу восстановительного
периода этот завод производил до 30% всей инструментальной про-
7
дукции страны. Большую роль в обеспечении отечественного ма-
шиностроения инструментом сыграл Московский инструментальный
завод, выросший с 1922 г. к концу восстановительного периода
в один из основных заводов по производству инструмента.
К концу восстановительного периода выпуск продукции по все-
му инструментальному производству значительно возрос. Это уве-
личение выпуска инструмента осуществлялось на базе старой тех-
ники, главным образом за счет реконструкции и восстановле-
ния предприятий. Достаточно отметить, что в это время не было
ни одной научно-исследовательской лаборатории, способной про-
водить какие-либо эксперименты в области инструмента.
Лишь в 1926 г. была создана первая промышленная лаборатория
по исследованию инструментов в «Оргаметалле», выполнившая за
ряд лет своего существования довольно большое количество иссле-
дований в помощь нашей машиностроительной промышлен-
ности.
В феврале 1928 г. по инициативе группы научных работников
Научно-техническим управлением ВСНХ было организовано Мос-
ковское отделение института металлов, занявшееся в числе других
вопросов исследованием режущих инструментов. Это послужило
основой развития центральной исследовательской базы в области
металлообработки и, в частности, по инструментальному делу.
В 1930 г. Московское отделение Института металлов было пре-
образовано в Научно-исследовательский институт машиностроения
и металлообработки (НИИМАШ) с инструментальным сектором,
развернувшим исследовательскую работу по режущему инструмен-
ту. В 1931 г. из НИИМАШ выделился самостоятельный Институт
станков и инструмента (НИИСТИ), значительно улучшивший работу
по исследованию режущих инструментов. В 1932 г. этот институт
был преобразован в Экспериментальный институт металлорежущих
станков (ЭНИМС), в котором остался самостоятельный отдел по
исследованию инструментов. Начали налаживать свою работу ла-
боратории высших учебных заведений.
Работники Центральной научно-исследовательской лаборатории
шлифования (ЦНИЛАШ), созданной в 1931 г., совместно с работ-
никами абразивных заводов решили ряд технологических и эконо-
мических задач, позволивших увеличить выпуск и улучшить ка-
чество абразивов.
Первая пятилетка явилась периодом развития научно-исследо-
вательской мысли в области инструментального производства.
В 1930 г. был создан первый советский твердый сплав «победит»,
внедренный в 1931 г. в производство. Была проведена стандарти-
зация инструментальных сталей с введением в инструментальное
производство ряда марок легированных инструментальных сталей,
не применявшихся ранее. Впервые в 1931 г. на Горьковском авто-
заводе было начато исследование и внедрение жидкостного циани-
рования режущего инструмента.
8
Задачи второго пятилетнего плана были еще более грандиоз-
ны, чем задачи первой пятилетки.
К концу второй пятилетки, в 1937 г., промышленная продукция
должна была возрасти примерно в 8 раз по сравнению с довоенным
уровнем.
В области инструментального производства в начале второй пя-
тилетки вступили в строй новые инструментальные гиганты —
«Фрезер» и «Калибр»; были реконструированы МИЗ, Златоустов-
ский завод, а к концу пятилетки был создан Экспериментальный
завод режущих инструментов (ЭЗРИ).
Так как указанных и других существующих инструментальных
заводов в стране оказалось недостаточно для обслуживания возрос-
шего народного хозяйства, то удовлетворение потребности в ин-
струменте было осуществлено путем создания специализированных
инструментальных цехов. Машиностроительные заводы создавали
у себя собственные инструментальные производства, мощность
которых на многих заводах была значительно выше мощности спе-
циализированных инструментальных заводов. Таким образом, на-
ряду со специализированной инструментальной промышленностью
была создана крупная инструментальная база на машиностроитель-
ных заводах.
Особенно крупные инструментальные цехи за это время были
созданы на автомобильных и тракторных заводах-гигантах. Неко-
торое развитие производства инструмента получила и местная
промышленность. Расширение инструментального производства при-
вело к необходимости создания на машиностроительных заводах
исследовательских лабораторий, способных заниматься исследова-
нием инструмента.
Во второй пятилетке в области инструментального производства
были перестроены технологические процессы на старых инструмен-
тальных заводах, изучены процессы производства новых типов
инструментов, продолжена стандартизация нормального инстру-
мента.
В 1935 г. наша страна в результате успешного выполнения и
перевыполнения планов индустриализации оказалась насыщенной
первоклассной новой техникой.
Перед научными силами нашей страны встала первоочередная
задача — проведение соответствующих организационных мероприя-
тий по дальнейшему развитию научных работ в области инструмен-
тального производства.
Наиболее передовые рабочие показали образцы невиданной
производительности труда, опрокинув и оставив далеко позади все
так называемые «технически обоснованные нормы», существовавшие
в машиностроении.
Наряду с этим была доказана и научно-техническая отсталость
науки о режущем инструменте и его использовании в процессах
обработки металлов. Особенно это касалось практически наиболее
9
важного вопроса об уровне и методике назначения режимов резания
инструментами. Потребовался пересмотр конструкций инструмен-
тов и их производства и решительное улучшение их качества.
Высокие режимы резания, достигнутые в промышленности, выдви-
нули задачу создания более стойких инструментов.
В 1936 г. Техническим советом НКТП была организована Ко-
миссия по резанию металлов. Комиссией были проведены экспери-
ментальные исследования всех видов металлорежущих инструмен-
тов. Результаты этих исследований позволили установить силовые
и стойкостные зависимости и разработать нормативы по режимам
резания для всех видов инструментов.
В третьей пятилетке инструментальная промышленность про-
должала развиваться.
В 1940 г. объем выпуска инструмента еще более увеличился,
причем 35% его относилось к производству инструментальных за-
водов, 50% — к инструментальным цехам и 15% — к местной про-
мышленности. Это позволило значительно поднять уровень работы
заводских лабораторий по дальнейшему исследованию и разработке
конструкций инструментов.
В период Великой Отечественной войны был создан и введен в
эксплуатацию ряд новых инструментальных заводов.
В четвертой пятилетке была проведена большая работа по нор-
мализации и стандартизации типоразмеров инструментов и их кон-
структивных элементов. Выпуск инструмента с пластинками из
твердых сплавов увеличился в десятки раз по сравнению с довоен-
ным уровнем, в первую очередь для обеспечения скоростного ре-
зания. При этом был значительно увеличен типаж твердосплавного
инструмента.
Увеличению выпуска инструмента на инструментальных заво-
дах в четвертой пятилетке *в значительной мере способствовало
внедрение поточно-массовых методов производства. Так, на заво-
де «Фрезер» было организовано поточное производство метчиков
и круглых плашек. В 1949 г. поточный метод, значительно усовер-
шенствованный на этом заводе, нашел применение также на ряде
других инструментальных заводов.
Наряду с производственными достижениями в стране велась
большая научная работа. Ее широко развернули не только научно-
исследовательские институты (ВНИИ, ЭНИМС, ЦНИИТМАШ,
ВНИАШ и др.), но и высшие учебные заведения и заводские ла-
боратории.
Пятый и шестой пятилетние планы предусматривали высокие
темпы развития машиностроения как основы нового мощного подъ-
ема технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства
СССР. Это явилось программой действий в области конструирования
и производства режущего инструмента как необходимое условие
для обеспечения дальнейшего развития машиностроения и метал-
лообработки.
10
За это время было расширено производство нормальных и спе-
циальных инструментов с одновременным улучшением их качест-
ва за счет дальнейшей рационализации и введения новых прогрес-
сивных методов технологии их изготовления. Но все же не были
разрешены все задачи, стоящие перед инструментальной промыш-
ленностью нашей страны. Производство инструмента не удовлет-
воряло полностью потребностей промышленности и качество его
было еще недостаточно однородно. Все это заставило к началу
семилетки поставить большие задачи дальнейшего улучшения
инструментального производства в стране в соответствии с требо-
ваниями всего народного хозяйства и в первую очередь машино-
строительной промышленности.
Грандиозная экономическая программа, принятая XXI съез-
дом КПСС, предусматривала увеличение производства продукции
машиностроения и металлообработки за семилетие (1959—1965 гг.)
примерно в 2 раза.
В выполнении такой задачи большую роль играет режущий
инструмент. Его производство в течение семилетия развивалось
с учетом внедрения механизации и автоматизации как непосред-
ственно на инструментальных заводах, так и в инструментальных
цехах машиностроительных предприятий. Большое значение имели
вопросы серийности и массовости изготовления инструментов,
что, естественно, было связано со специализацией инструменталь-
ного производства. На вопросах специализации инструментального
производства неоднократно в своих выступлениях останавливались
руководители Партии и Правительства. Ряд совнархозов провел
за эти годы специализацию отдельных инструментальных заво-
дов и цехов.
Программой Коммунистической партии Советского Союза, при-
нятой на XXII съезде, было намечено увеличить объем промыш-
ленной продукции, превзойти уровень промышленного производ-
ства США и оставить далеко позади нынешний объем промышлен-
ного производства.
Поставленная задача может быть успешно решена при условии
дальнейшего совершенствования имеющегося производства и раз-
работке новых высокопроизводительных технологических процес-
сов и инструментов.
Улучшение качества инструментальных материалов, их меха-
нической и термической обработки, рост автоматизации инструмен-
тального производства с введением в строй новых автоматических
линий, а также создание новых конструкций инструментов — вот
задачи, от разрешения которых зависит дальнейший прогресс
инструментального производства на ближайшее двадцатиле-
тие.Введение новых методов обработки инструментальных загото-
вок должно еще более способствовать дальнейшему прогрессу в
области производства инструмента.
В Программе КПСС указано: «Механическая обработка будет
дополняться и в необходимых случаях заменяться химическими
методами, технологическим использованием электроэнергии, элек-
трохимией и т. д., все большее место в технологии займут радио-
электроника, полупроводники, ультразвук».
Дружная работа наших конструкторов и технологов-инстру-
ментальщиков в тесном единении с новаторами производства при
широком обмене передовым опытом работы инструментальных про-
изводств является порукой тому, что инструментальная промышлен-
ность с успехом справится с теми задачами, которые перед ней по-
ставлены Программой Коммунистической партии на текущее двад-
цатилетие.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖУЩИХ
ИНСТРУМЕНТОВ
Г ЛА В А I
ОБЩИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ОТДЕЛЬНЫХ ТИПОВ РЕЖУЩИХ
ИНСТРУМЕНТОВ
Режущий инструмент выполняет работу резания лишь в том
случае, если его режущая часть перемещается относительно обра-
батываемого изделия. Движения, осуществляемые в том или ином
станке, обычно состоят из прямолинейно-поступательного и вра-
щательного. При этом инструмент совершает движения резания и
подачи. Форма и направление этих движений, обеспечивающих
снятие инструментом стружки, или разделение металла на части,
а затем сочетание их между собой являются основным признаком
работы режущего инструмента.
Имеются и другие сопутствующие признаки, определяющие
сущность работы инструментов. Первым из них является область
назначения режущего инструмента, далее его конструктивные осо-
бенности, внешний вид, форма, одно- или многолезвийность, способ
срезания стружки и т. д. Совокупность всех этих признаков харак-
теризует тот или иной тип инструмента.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Современное состояние машиностроительного производства
предъявляет к режущим инструментам очень жесткие требования.
Прежде всего инструменты должны быть износостойкими и проч-
ными. Отдельные инструменты должны обеспечивать определенный
профиль детали, а многие из них — гарантировать ее точные раз-
меры. Конструкция инструментов должна быть технологична и
экономична. Отсюда возникает целый ряд требований к оформле-
нию конструкций инструментов.
и
Износостойкость и прочность режущих инструментов характе-
ризуются конструктивными особенностями трех их составных
частей: 1) режущей части, 2) тела, или корпуса, и 3) крепежной,
или хвостовой, части. В зависимости от назначения инструмента
лимитирующей может быть та или другая из указанных частей,
но в большинстве инструментов этой частью является режущая,
так как ее работа протекает в более сложных условиях, чем работа
других частей инструмента.
Режущая часть инструмента выполняет основную работу по
резанию обрабатываемой детали. Обычно она снабжена одним или
несколькими режущими лезвиями. При конструировании режущей
части необходимо определить ее форму и размеры, а также устано-
вить необходимую геометрию ее режущих лезвий. Форма режущей
части инструмента зависит от типа и назначения его при работе.
Размеры режущей части находятся в зависимости от тех нагрузок,
с которыми работает инструмент, и механических качеств материа-
лов, из которых он изготовлен. Геометрия режущих лезвий уста-
навливается в зависимости от условий резания инструментом.
При конструировании режущей части инструмента в первую
очередь необходимо обеспечить снижение динамических усилий,
что достигается за счет соответствующего угла резания, а значит, и
переднего угла, а также формы передней грани инструмента. При
конструировании твердосплавного инструмента для обработки
твердых материалов передний угол делают отрицательным, благо-
даря чему устраняют изгибающие и срезающие усилия на его ре-
жущей части и в то же время создают наилучшие тепловые усло-
вия для скоростного резания.
Далее, необходимо создать условия для снижения сил трения,
возникающих при работе инструмента. Это достигается за счет
соответствующих задних углов, а также за счет обеспечения лучших
условий схода стружки по передней поверхности инструмента.
Большое значение при конструировании режущей части ин-
струмента имеет периодичность подведения к месту сопряжения ре-
жущей кромки инструмента с изделием последующих лезвий ин-
струмента. Это обеспечивается созданием многолезвийных инстру-
ментов с вращающейся режущей частью или приданием вращения
обычному однолезвийному инструменту.
Вторая составная часть режущего инструмента — его тело,
или корпус, — составляет с режущей частью или одно целое, или
скреплена с ней механическим или каким-либо другим путем (свар-
кой, пайкой и т. п.). При конструировании эту часть следует брать
соответствующих размеров, обеспечивающих необходимую проч-
ность по отношению к изгибающим, крутящим или другим усили-
ям, могущим воздействовать на эту часть инструмента. При меха-
.ническом креплении корпуса с режущей частью инструмента
необходимо обеспечить простоту крепления и в то же время нужную
жесткость и стабильность.
Третья составная часть инструмента — крепежная, или хво-
стовая, — должна по своей конструкции обеспечить надежное креп-
ление инструмента в соответствующем приспособлении станка с
учетом усилий, возникающих при работе инструмента, и тех ско-
ростей, с которыми он должен работать. В ряде случаев хвостовая
часть должна служить и для центрирования
инструмента относительно координатной сис-
темы станка.
При сопоставлении прочности отдельных
частей инструмента можно установить, что
наиболее ответственной является режущая
часть его, прочность которой должна быть
обеспечена в первую очередь.
Прочность, режущей части инструмента
определяется главным образом внешним ос-
мотром и испытанием на твердость. Имеет-
ся попытка исследования прочности инстру-
мента с помощью специальной испытательной
установки (рис. 1). Эта установка (конструк-
ция разработана проф. И. П. Третьяковым)
предназначена для испытания инструментов
на статическую и динамическую нагрузки,
а также на совместное одновременное дей-
ствие указанных нагрузок как при нормаль-
ном состоянии инструмента, так и нагретой
режущей части его. Кроме того, машина
позволяет создавать необходимые по частоте
и величине вибрации с одновременным при-
ложением к испытуемому инструменту посто-
янной или меняющейся статической нагрузки
от 50 до 5000 '/сГ (490—49 000 я)*. Макси-
мальное число ударов—2400 в минуту. В
средней части машины имеется приспособле-
ние.!. Установка для
испытания инстру-
ментов на прочность
ние для установки инструментов, подлежа-
щих испытанию на прочность, в верхней
части находится механизм ударного нагру-
жения. В приспособлении могут испытывать-
ся инструменты с прямолинейной и криволинейной формой режу-
щих кромок. В нем же смонтировано устройство для нагрева
образцов контактным способом до необходимой температуры.
К некоторым инструментам при их конструировании предъяв-
ляют дополнительные требования. Инструмент для обработки оп-
ределенного профиля детали должен своей конструкцией обеспечи-
вать его получение. Отсюда появляются дополнительные требова-
* Здесь и далее в скобках даны значения величин в Международной си-
стеме единиц (СИ).
15
ния профилирования его режущей части и возникающие при этом
вопросы искажения профилей. Это в первую очередь относится к
фасонным резцам, фрезам, зуборезному инструменту и т. п.
Следующим требованием при конструировании отдельных ин-
струментов является обеспечение точности работы инструмента, и
в первую очередь это относится к разверткам, резьбовому и зубо-
резному инструменту, а также протяжкам.
Особо стоит вопрос конструирования сборных инструментов.
Конструкции таких инструментов обеспечивают экономию режу-
щих материалов, но в то же время являются очень трудоемкими.
При конструировании такого инструмента необходимо учитывать
прочность и надежность крепления ножей, минимально допусти-
мое количество крепежных деталей, возможность перемещения но-
жей и их заточки, простоту, удобство и быстроту смены и регули-
рования ножей.
ВЗАИМОСВЯЗЬ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
ИНСТРУМЕНТОВ С ОСНОВНЫМИ ЗАКОНОМЕРНОСТЯМИ
РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ
Работа инструмента протекает в очень сложных условиях.
Эта сложность вызывается влиянием ряда факторов, возникающих
в процессе работы: динамических усилий, трения, тепловых напря-
жений в месте соприкосновения режущей кромки инструмента с об-
рабатываемыми изделиями и вибраций. В результате воздействия
указанных факторов происходит износ и разрушение передней и
задней поверхностей режущих частей инструмента, а иногда и его
тела или корпуса.
Разная степень износа и разрушения инструментов и их харак-
тер в свою очередь находятся в зависимости от механических ка-
честв обрабатываемого материала и инструмента и состояния их
поверхности, жесткости детали, станка, приспособления и инстру-
мента, условий работы и ряда других причин, определяющих эк-
сплуатационные качества инструмента.
Таким образом, основные вопросы резания металлов, относя-
щиеся к износу передней и задней поверхностей инструментов,
тепловым явлениям при резании металлов, обоснованиям геомет-
рии режущих элементов инструментов, усилиям резания и т. д.,
являются основой для конструирования режущих инструментов, и
в то же время различные конструктивные формы и режущие эле-
менты инструментов оказывают влияние на изучение вопросов ре-
зания металлов. Такая взаимосвязь основных закономерностей ре-
зания металлов с конструктивными и режущими элементами ин-
струментов является постоянной при изучении как инструментов,
так и процессов резания.
16
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Правильно построенная классификация инструмента обеспе-
чивает стройное и систематизированное изложение основ его кон-
струирования и производства. Основным признаком классифици-
руемых инструментов является технологический вид обработки
инструментом: точение, фрезерование, обработка отверстий и т. д.
Весь металлорежущий инструмент разделяют на 8 подгрупп:
1) резцы, 2) протяжки и прошивки, 3) инструменты для обработки
отверстий (сверла, зенкера и развертки), 4) фрезы и пилы, 5) зубо-
резный и обкаточный инструмент, 6) резьбообразующий инструмент,
7) абразивный инструмент и 8) ручной инструмент (напильники
и др.).
К подгруппе резцов относится весь однолезвийный инструмент,
работающий на токарных, револьверных, строгальных, долбежных
и других металлорежущих станках, за исключением резьбовых и
зуборезных резцов.
К подгруппе протяжек и прошивок относится многолезвийный
инструмент, выполненный в виде стержня с поперечными зубьями,
последовательно совершающими работу резания.
К подгруппе инструмента для обработки отверстий (сверла,
зенкера и развертки) относится однолезвийный, двухлезвийный и
многолезвийный инструмент для обработки отверстий.
К подгруппе фрез и пил относится весь многолезвийный инстру-
мент, выполненный в виде тел вращения с зубьями на образующей,
а иногда на торцовой поверхности.
К подгруппе зуборезного и обкаточного инструмента относятся
все виды как однолезвийного, так и многолезвийного инструмента
для нарезания зубчатых и шлицевых соединений.
К подгруппе резьбообразующего инструмента относятся все
инструменты для образования наружных и внутренних резьб.
К подгруппе абразивного инструмента относятся все шлифую-
щие инструменты, изготовленные из абразивных материалов.
И, наконец, к подгруппе ручного инструмента относится весь
инструмент, которым работают вручную, без использования како-
го-либо станка.
Стандартная классификация предусматривает и дальнейшее
деление инструмента на отдельные типы, виды и разновидности.
Это деление инструментов будет рассматриваться дальше при изу-
чении инструментов отдельных подгрупп.
ГЛАВА II
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИНСТРУМЕНТОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При изготовлении режущих инструментов в первую очередь
важны вопросы использования того или иного инструментального
материала. Использование материала обычно ставится в зависи-
мость от тех скоростей, которые применяются в производстве.
Если углеродистая инструмен-
тальная сталь позволяет инст-
рументу работать с небольши-
ми скоростями, порядка 10—15
м/мин (ух, рис. 2), что огра-
ничивается теплостойкостью та-
ких сталей в пределах до
200 — 300°С, то применение
быстрорежущих сталей позво-
лило инструменту работать
при скоростях 25—50 м/мин.
(у2, рис. 2), что обеспечивает-
ся теплостойкостью этих ста-
лей до 500—600°С.
Несмотря на такие преиму-
щества легированных и быстро-
режущих сталей, доля использо-
вания в нашей промышленности
углеродистых сталей еще ве-
лика. В табл. 1 приведено со-
Рис. 2. График зависимости ско-
рости резания от теплостойкости
инструмента
поставление использования углеродистых, легированных и быстро-
режущих сталей за 1956 год и дальнейшее их применение
к 1965 году.
Применение твердых сплавов позволило увеличить скорость
резания инструментом до 100 м/мин (v3, рис. 2), доводя ее в ряде
случаев до 200 м/мин и более, что обеспечивается их теплостой-
костью до 800—900°С. Таким образом, определились пути дальней-
18
шего развития инструментальных материалов. В настоящее время
твердыми сплавами оснащается лишь до 22% всего режущего ин-
струмента.
Таблица 1
ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ, %
Наименование марок стали Уровень применения
в 1956 г. к 1965 г.
Углеродистая инструментальная сталь . 64 Резкое понижение
Легированная инструментальная сталь . 16,5 Резкое повышение
Быстрорежущая сталь 19,5 » »
Кривая на рис. 2, постепенно поднимаясь, указывает направле-
ние дальнейшего развития инструментальных материалов. В по-
следнее время, действительно, появились керамические материалы,
обеспечивающие скорости резания 200—300 м/мин, (у4, рис. 2)
за счет теплостойкости этих материалов до 1200° С. Таким промыш-
ленным материалом является микролит ЦМ-332 и другие материа-
лы, выпускаемые экспериментально.
Применение инструментов, оснащенных керамическими плас-
тинками, обеспечивает сокращение расходов на инструмент по
сравнению с твердыми сплавами за счет меньшей стоимости. Это
одновременно способствует экономии дефицитных материалов (вольф-
рам, титан, кобальт и др.), применяющихся при изготовлении
твердых сплавов и высоколегированных сталей. Кроме того, ке-
рамические инструменты дают возможность значительно повысить
режимы резания.
Дальнейшее развитие инструментальных материалов может
идти путем повышения их теплостойкости, обеспечивающей боль-
шие скорости резания. Такие керамические материалы получены
за рубежом, например, американский «ступалокс», имеющий
твердость HRA 95, в сравнении с микролцтом, имеющим твердость
HRA 894-92, и английский «синтокс», имеющий предел прочности
при изгибе ои=63 кГ/мм2 (618 /Ин/л2), в сравнении с микроли-
том, имеющим о и до 40 кГ/мм2 (392 Мн/м2).
Дальнейший переход на более твердые и вязкие керамические
материалы путем создания их структуры из керамики и металлов
привел к получению за рубежом так называемых «керметов», могу-
щих обеспечить более широкое применение высокопрочной ке-
рамики в машиностроении. Первые попытки получения такого мате-
19
риала в керамической лаборатории Московского автомеханиче-
ского института показали, что за счет своей вязкости, полученной от
диффузии металла в зерно керамики, он менее резко реагирует на
перепад температуры, сохраняя свои режущие свойства в более тя-
желых условиях, чем обычные керамические материалы типа мик-
ролита.
В составном и сборном инструменте державку или корпус из-
готовляют из конструкционных сталей.
Для инструмента, применяемого при шлифовании металлов,
используются как естественные минералы, так и спеченные или
сплавленные из различных исходных материалов абразивы.
В последнее время в инструментальном производстве для из-
готовления хвостовиков спиральных сверл находят применение
пластические массы.
Последовательное рассмотрение указанных инструментальных
материалов позволит установить их свойства и области применения.
УГЛЕРОДИСТЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Углеродистые инструментальные стали разделяются на высоко-
качественные и качественные. Высококачественные углеродистые
стали содержат меньше серы и фосфора, чем качественные углероди-
стые стали, что создает меньшую склонность их к образованию
трещин при закалке, обеспечивает более высокую способность ста-
ли деформироваться при волочении в холодном состоянии и умень-
шает выкрашивание при шлифовании.
Марки углеродистых инструментальных сталей стандартизо-
ваны по ГОСТ 1435—54. Их химический состав приведен в табл. 2.
Сталь с меньшим содержанием углерода обладает меньшей
твердостью. Увеличение содержания углерода повышает твердость,
но одновременно уменьшает вязкость стали. Ударные инструмен-
ты, например зубило, кернер и др., материал которых должен
обладать большей вязкостью, необходимо изготовлять из стали
с меньшим содержанием углерода, а режущие инструменты (мет-
чики, сверла, развертки, напильники и др.) — из стали с большим
содержанием углерода.
Технические условия приемки углеродистых инструментальных
сталей определены ГОСТ 1435—54. Прутки стали должны быть
правильной формы, без- внешних и внутренних пороков и иметь
соответствующий химический состав и структуру.
Для изготовления инструмента особенно важны: 1) величина
обезуглероженного слоя заготовки, предопределяющая величину
припуска, снимаемого резанием; 2) твердость стали, определяющая
самую возможность обработки.
Глубина обезуглероженного слоя (феррит+переходная зона)
должна быть минимальной, а для горячекатаной и кованой стали
не должна превышать величин, приводимых в табл. 3.
Таблица 2
УГЛЕРОДИСТЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ СТАНДАРТНЫХ МАРОК (по ГОСТ 1435-54)
Содержание элементов, %
Марки стали S Р Сг Ni Си
С Мп Si
не более
Качественная сталь
У7 0,65—0,74 0,20—0,40 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,25 0,25
У8 0,75—0,84 0,20—0,40 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,25 0,25
У8Г 0,80—0,90 0,35—0,60 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,25 0,25
У9 0,85—0,94 0,15-0,35 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,25 0,25
У10 0,95—1,04 0,15—0,35 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,20 0,25
УН 1,05—1,14 0,15—0,35 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,25 0,25
У12 1,15—1,24 0,15—0,35 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,25 0,25
У13 1,25—1,35 0,15—0,35 0,15—0,35 0,030 0,035 0,20 0,25 0,25
Высококачественная сталь
У7А 0,65—0,74 0,15—0,30 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
У8А 0,75—0,84 0,15—0,30 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
У8ГА 0,80—0,90 0,35—0,60 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
У9А 0,85—0,94 0,15—0,30 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
У10А 0,95—1,04 0,15—0,30 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
УНА 1,05—1,14 0,15—0,30 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
У12А 1,15—1,24 0,15—0,30 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
У13А 1,25—1,35 0,15—0,30 0,15—0,30 0,020 0,030 0,15 0,20 0,20
Примечание. Буквы и цифры в обозн ачениях марок стали указывают: «У» — углеродистая, следующие за ней цифры — среднее
содержание углерода в десятых долях процента, «Г> — с повышенным содержанием марганца, <А> — высококачественная сталь.
У холоднотянутой шлифованной стали .(серебрянки) не допу-
скается обезуглероженный слой.
Проверка глубины обезуглероженного слоя должна произво-
диться согласно ГОСТ 1763—42. Различают две зоны обезугле-
роживания: а) зону полного обезуглероживания и б) зону частич-
ного обезуглероживания.
Таблица 3
ГЛУБИНА ОБЕЗУГЛЕРОЖЕННОГО
СЛОЯ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ И КОВАНОЙ
СТАЛИ
Диаметр или толщина прутка, мм Глубина обезуглерожен- ного слоя на сторону, мм
6—10 0,30
>10—16 0,40
>16—25 0,50
>25—40 0,60
>40—60 0,75
>60 1,5% от диаметра
или толщины
Таблица 4
ДОПУСТИМЫЕ ПРЕДЕЛЫ ТВЕРДОСТИ
ОТОЖЖЕННОЙ СТАЛИ
В СОСТОЯНИИ ПОСТАВКИ
Марка стали Сталь в состоянии поставки
НВ Диаметр отпечатка, мм при d=10 мм, Р=3000 кГ (29,4 кн)
не более
не менее
У7,У7А . . . 187 4,4
У8, У8А . . 187 4,4
У8Г, У8ГА . 187 4,4
У9, У9А . . 192 4,35
У10, У10А . 197 4,3
УН,УНА . 207 4,2
У12, У12А . 207 4,2
У13, У13А . 217 4,1
Зона полного обезуглероживания имеет структуру чистого фер-
рита, а зона частичного обезуглероживания характеризуется частич-
ным уменьшением углерода в поверхностном слое. Общая глубина
обезуглероживания включает зоны полного и частичного обезугле-
роживания.
Допустимые пределы твердости сталей в состоянии поставки
указаны в табл. 4.
Как видно из табл. 4, углеродистые инструментальные стали
имеют низкую твердость в состоянии поставки, что обеспечивает
им хорошую обрабатываемость резанием и давлением и значитель-
но облегчает изготовление инструментов. Из-за низкой прокали-
ваемости такие стали диаметром более 12—15 мм сохраняют вязкую
сердцевину, что уменьшает опасность поломок инструментов в
работе.
Вместе с тем углеродистые инструментальные стали плохо сох-
раняют высокую твердость и износостойкость при нагреве, что
ограничивает их использование в инструментах, работающих с
повышенной скоростью резания и при обработке сравнительно твер-
дых материалов с небольшой скоростью резания. Они плохо зака-
22
ливаются, поэтому приходится применять при закалке резкие
охладители, что усиливает деформацию и опасность образо-
вания трещин; имеют повышенную чувствительность к пере-
греву, а иногда и наличие цементитной сетки, благодаря че-
му учащаются поломки и выкрашивания инструментов при
работе. Поэтому инструментальная углеродистая сталь в настоя-
щее время имеет ограниченное применение для производства ре-
жущих инструментов. Лучшими являются легированные инстру-
ментальные стали.
ЛЕГИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Легированные инструментальные стали, применяемые для из-
готовления металлорежущих инструментов, можно разделить на
стали: а) неглубокой прокаливаемости и б) глубокой прокаливае-
мости. Стали этих марок (по ГОСТ 5950—63), применяемые для
металлорежущего инструмента, приведены в табл. 5, 6.
Из хромистых сталей для режущих инструментов в настоящее
время наибольшее применение находит сталь марки X, но она об-
ладает недостаточной закаливаемостью и прокаливаемостью. Сталь
марки ИХ применяют для метчиков и другого режущего инст-
румента диаметром до 30 мм, закаливаемого с охлаждением в
горячих средах.
Хромокремнистая сталь 9ХС широко применяется при из-
готовлении сверл, разверток, фрез, метчиков и плашек. Однако эта
сталь имеет повышенную чувствительность к обезуглероживанию
и повышенную твердость, что необходимо учитывать при ее исполь-
зовании в производстве.
Таблица 5 6
ЛЕГИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ СТАНДАРТНЫХ МАРОК,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (по ГОСТ 5950-63)
Группа и марка стали Химический состав, %
С Мп Si Сг W V
Негл1 ]бокой проке 1ливае мости
ИХ 1,05-1,14 0,40—0,70 0,15—0,35 0,40—0,70 —
ХВ5 1,25—1,45 0,15—0,40 0,15—0,35 0,40—0,7Q 4,0—5,0 0,15—0,30
В1 1,05—1,20 0,15—0,40 0,15—0,35 0,20—0,35 0,80—1,20 0,15—0,30
Глу бокой прокал иваемости
X 0,95—1,10 0,15—0,40 0,15—0,35 1,30—1,65
9ХС 0,85—0,95 0,30—0,60 1,20—1,60 0,95—1,25 — —
ХВГ 0,90—1,05 0,80—1,10 0,15-0,35 0,90—1,20 1,20—1,60 —
ХВСГ 0,95—1,05 0,60—0,90 0,65—1,00 0,60—1,10 0,70—1,00 0,05—0,15
23
Вольфрамовые стали содержат присадку вольфрама, который
увеличивает твердость и режущую способность стали. Стандарт-
ной является лишь одна марка —В1, рекомендуемая для изготов-
ления спиральных сверл, метчиков и разверток. Она плохо зака-
ливается и прокаливается.
Из хромовольфрамовых сталей для режущего инструмента ре-
комендуется лишь сталь марки ХВ5, в частности при обработке
твердых материалов с небольшими скоростями резания.
Из хромовольфрамомарганцовистых сталей при изготовлении
режущего инструмента значительной длины (протяжек, длинных
метчиков, разверток и т. п.) находит применение лишь сталь марки
ХВГ, как не вызывающая коробления при термической обработке.
Она хорошо прокаливается, но имеет повышенную чувствитель-
ность к образованию карбидной сетки. Для круглых плашек, раз-
верток и другого режущего инструмента может применяться сталь
марки ХВСГ.
Технические условия приемки легированных сталей определены
ГОСТ 5950—63.
Глубина обезуглероженного слоя в прутке не должна превы-
шать величин, приведенных в табл. 7.
Таблица 7 Таблица 8
ГЛУБИНА ОБЕЗУГЛЕРОЖЕННОГО
СЛОЯ горячекатаной И КОВАНОЙ
ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
Диаметр или толщина прутка, мм Глубина обезуглероженного слоя на сторону, мм
4—8 9—15 16—30 31-50 51—70 71—100 0,35 0,40 0,50 0,70 1,00 1,30
ДОПУСТИМЫЕ ПРЕДЕЛЫ ТВЕРДОСТИ
ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
В СОСТОЯНИИ ПОСТАВКИ
Марка стали Сталь в состоянии поставки
НВ Диаметр отпе- чатка, мм при d=10 мм и />=3000 кГ (29,4 кн)
ИХ ... 217—179 4,1— 4,5
ХВ5 ... 285—229 3,6—4,0
В1 .... 229—187 4,0—4,4
X .... 229—187 4,0—4,4
9ХС ... 241—197 3,9-4,3
ХВГ . . . 255—207 3,8—4,2
ХВСГ . . 241—196 3,9-4,3
Допустимые пределы твердости легированных сталей в отожжен-
ном состоянии, применяемых при изготовлении инструмента,
приведены в табл. 8.
БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ
Хромовольфрамовые стали с содержанием вольфрама выше 8%
и хрома от 3,8 до 5% называют быстрорежущими. Инструмент, из-
готовленный из такой стали, обладает высокой красностойкостью,
что дает возможность работать при повышенных скоростях резания.
В табл. 9 приведены марки быстрорежущих сталей по ГОСТ
24
Таблица 9
БЫСТРОРЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ (по ГОСТ 9373-60)
Содержание элементов, %
Марки стали С Мп Si Сг W V Со Мо Ni S р
не более не более
Р18 0,7—0,8 0,4 0,4 3,8—4,4 17,5—19,0 1,0—1,4 — 0,3 0,4 0,03 0,03
Р9 . . 0,85—0,95 0,4 0,4 3,8—4,4 8,5—10,0 2,0—2,6 — 0,3 0,4 0,03 0,03
Р9Ф5 1 Л—1,5 0,4 0,4 3,8—4,4 9,0—10,5 4,4—5,0 — 0,4 0,4 0,03 0,035
Р14Ф4 1,2—1,3 0,4 0,4 4,0—4,6 13,0—14,5 3,4—4,1 — 0,4 0,4 0,03 0,035
Р18Ф2 0,85—0,95 0,4 0,4 3,8—4,4 17,5—19,0 1,8—2,4 — 0,5 0,4 0,03 0,03
Р9К5 0,9—1,0 0,4 0,4 3,8—4,4 9,0—10,5 2,0—2,6 5,0—6,0 0,3 0,4 0,03 0,03
Р9К10 0,9—1,0 0,4 0,4 3,8—4,4 9,0—10,5 2,0—2,6 9,5—10,5 0,3 0,4 0,03 0,03
Р10К5Ф5 ’ 1,45—1,55 0,4 0,4 4,0—4,4 10,0—11,5 4,3—5,1 5,0—6,0 0,3 0,4 0,03 0,035
Р18К5Ф2 0,85—0,95 0,4 0,4 3,8—4,4 17,5—19,0 1,8—2,4 5,0—6,0 0,5 0,4 0,03 0,03
Таблица 10
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ И ПРИМЕРНОЕ
НАЗНАЧЕНИЕ ИХ
Марки стали Свойства стали марок Р9, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2 в сравнении со сталью марки Р18 Примерное назначение стали
красностойкость, твердость в горячем состоянии, износостойкость шлифуемость
Р18Ф2 Р9(Р9М) Р9К5, Р9К10, Р18К5Ф2 Р10К5Ф5 Несколько повы- шенная износо- стойкость. Более высокая красно- стойкость и твер- дость в горячем состоянии Близка к ста- ли Р18. Обладает меньшей карбид- ной ликвацией и поэтому несколько лучшими механи- ческими свойства- ми Повышенная твердость в горя- чем состоянии и красностойкость Высокая износо- стойкость, повы- шенная твердость в горячем состоя- нии и красностой- кость Удовлетвори- тельная Пониженная, но лучшая, чем у стали с более вы- соким содержани- ем ванадия и уг- лерода (марки Р9Ф5 и Р14Ф4) Пониженная, но лучшая, чем у ста- ли с более высоким содержанием вана- дия и углерода (марки Р9Ф5 и Р14Ф4) Низкая Применяется для изготовления раз- личных инструмен- тов, для обработки материалов разной твердости, нержа- веющих и жаро- прочных сплавов Применяется для изготовления инст- рументов, не тру- доемких при шли- фовке. Не рекомендует- ся для массового изготовления инст- рументов, особен- но трудоемких по шлифовке, напри- мер шеверов, про- тяжек, шлифуемых инструментов для нарезки зубчатых колес и т. п. Применяется для обработки нержа- веющих и жаро- прочных сплавов, твердых материа- лов , для изготов- ления режущих инструментов, на- гревающихся в ра- боте до высоких температур. Сталь с 5% ко- бальта (марка Р9К5) более при- годна для работы ударом, так как обладает более вы- сокой вязкостью, чем сталь с 10% кобальта (марка
26
Продолжение
Марки стали Свойства стали марок Р9, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2 в сравнении со сталью марки Р18 Примерное назначение стали
красностойкость, твердость в горячем состоянии, износостойкость шлифуем ость
Р9Ф5 Р14Ф4 П р и м е ч а ее повышенная кромки инструк чивается ее скл закалки. В свяг лероживания (ti чивать технолот 1ленных инструм Повышенная из- носостойкость И незначительно по- вышенная красно- стойкость По химическому с мает промежуточно’ и Р18Ф2 н и е. Основной особенно твердость при температур центов. С увеличением со, онность к обезуглерожив; ш с этим необходимо при щательное раскисление xj 'ические припуски при чер ентов. Низкая юставу, свойствам и е положение между с стью кобальтовой быстрс >ах, до которых нагреваю держания кобальта в быс1 анию при нагреве в пре нимать специальные меры торбариевых ванн), а таки шовой обработке заготов< Р9КЮ), но сталь с 10% кобальта об- ладает высокой красностойкостью Применяется преимущественно для изготовления режущих инстру- ментов, предназна- ченных для выпол- нения отделочных (чистовых) опера- ций, когда среза- ется нетолстая стружка и инстру- мент не разогрева- ется до особенно высоких темпера- тур. В этих усло- виях сталь отли- чается особенно высокой износо- стойкостью по сра- внению со сталью марок Р18 и Р9. Применяется так- же для обработки материалов, обла- дающих абразив- ными свойства- ми, —пластических масс, фибры, эбо- нита и т. п.; для обработки жаро- прочных сплавов и сплавов на основе титана; для обра- ботки стали сред- ней твердости применению зани- :талью марок Р9Ф5 >режущей стали является тся в работе режущие 'рорежущей стали увели- щессе ковки, отжига и [ предупреждения обезуг- ке рекомендуется увели- □к и при шлифовке зака-
27
9373—60. Обозначение марок стали составляется из букв и цифр:
буква Р обозначает, что сталь относится к группе быстрорежущих,
следующая за ней цифра показывает среднее содержание вольфрама
в процентах.
Среднее содержание ванадия в стали в процентах обозначают
цифрой, проставляемой за буквой Ф, кобальта — цифрой, следую-
щей за буквой К.
Если в стали марок Р18иР9 молибдена содержится более 0,3%,
то содержание вольфрама в стали снижается против указанного в
табл. 9 на основании соотношения: 1% молибдена заменяет 2%
вольфрама; к марке стали в этом случае добавляется буква М
(Р18М или Р9М). Содержание молибдена допускается в стали
марки Р18М до 1,0% и в стали марки РЭМ до 0,6%.
Инструментальная быстрорежущая сталь марки Р18 (Р18М)
обладает высокой красностойкостью, твердостью в горячем состоя-
нии и износостойкостью, а также хорошей вязкостью и удовлетво-
рительной шлифуемостью. Эта сталь применяется для изготовления
различных режущих инструментов, для обработки мягких и сред-
ней твердости материалов.
Основные свойства быстрорежущей стали марок Р9, Р9Ф5,
Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2 по сравнению
со сталью марки Р18 (Р18М) и примерное назначение стали этих
марок приведены в табл. 10.
При поставке быстрорежущей стали (согласно ГОСТ 5952—63)
прутки должны быть прямыми, с ровно обрезанными концами.
На наружной поверхности не должно быть трещин, закатов, плен,
волосовин и других пороков, после удаления которых уменьшаются
размеры сечения по сравнению с номинальными более чем на поло-
вину допуска на данный размер.
Излом быстрорежущей стали должен быть однородным, мелко-
зернистым. На изломе не должно быть пустот, пузырей, шлаковых
включений, посторонних прослоек и блесток.
Микроструктура быстрорежущей стали должна состоять из
сорбита с равномерно распределенными в нем первичными и вто-
Таблица 11
ДОПУСТИМАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ
БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ
Диаметр круга или стороны Допускаемый балл карбидной неоднородности для стали
квадрата прутка, мм Р18, Р18М | Р9, РЭМ
не более
< 40 4 3
> 40—60 5 4
> 60—80 6 5
> 80—100 7 6
28
ричными карбидами. Недопустимым дефектом микроструктуры яв-
ляется карбидная сетка. Карбидная строчечность и значительные
скопления первичных карбидов нежелательны, так как они ухуд-
шают поведение стали при закалке и снижают режущие свойства
инструмента.
По карбидной неоднородности быстрорежущая сталь в зависи-
мости от размеров (сечения) должна удовлетворять нормам, приве-
денным в табл. 11.
Наибольшая глубина обезуглероженного слоя быстрорежущей
горячекатаной и кованой стали допускается согласно табл. 12.
Допустимые пределы твердости быстрорежущей стали в отож-
женном состоянии приведены в табл. 13.
Таблица 13
Таблица 12
Диаметр или толщина прутка, мм Глубин ; обезуглерожен- ного слоя горячекатаной и кованой быстрорежу- щей стали на сторону, мм
5—15 0,40
>15—30 0,50
>30—50 0,70
>50—70 0,80
>70—80 1,00
>80—100 1,30
ТВЕРДОСТЬ БЫСТРОРЕЖУЩИХ
СТАЛЕЙ ВСЕХ МАРОК
Назначение стали Сталь в состоянии поставки
НВ Диаметр отпечатка, мм при t/=10 мм и Р=3000 кГ (29,4 кн)
Для ковки . . Для об- работки ре- занием . . 285-207 255—207 3,6—4,2 3,8—4,2
Кобальт и ванадий оказывают значительное влияние на повыше-
ние режущих свойств сталей. Кобальт повышает красностойкость
быстрорежущей стали, что обнаруживается главным образом при
резании с большой скоростью, а ванадий увеличивает красностой-
кость и износостойкость вследствие образования карбидов ванадия,
имеющих повышенную твердость. Эти особенности кобальтовых
высокованадиевых сталей означают, что такие стали не могут ши-
роко применяться в промышленности, как стандартные Р18 и Р9,
но могут быть использованы для специального назначения.
Приведенные выше марки быстрорежущих сталей могут приме-
няться как для изготовления цельного инструмента, так и в виде
пластинок, привариваемых или припаиваемых к державке или кор-
пусу инструмента. В настоящее время цельным разрешается изготав-
ливать лишь специальный режущий инструмент, а весь нормализо-
ванный инструмент должен изготавливаться с оснащением режущей
части инструмента быстрорежущими пластинками. Формы таких
пластинок и их назначение стандартизованы по ГОСТ 2379—44.
НАЗНАЧЕНИЕ МАРОК ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ И КОНТРОЛЬ
ИХ КАЧЕСТВА
Учитывая, что в настоящее время из общего числа сталей стан-
дартных марок наиболее широкое применение в промышленности
29
для обработки черных металлов имеет сталь марок Р18, Р9, 9XG,
ХВГ, У12А и У10А, можно рекомендовать для изготовления режу-
щего инструмента стали, приведенные в табл. 14, составленной
с учетом указаний Научно-исследовательского бюро технических
нормативов МСС.
Таблица 14
НАЗНАЧЕНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Наименование инструмента Обрабатываемый материал
Сталь НВ до 230; % «° 85 кГ/мм* (833,8 Мн/м2) Чугун НВ до 220 Сталь НВ свыше 230; ав свыше 85 кГ/мм* (833,8 Мн/м2) Чугун НВ свыше 220
Резцы токарные и строгальные Р9 Р9 Р9 Р9
Резцы фасонные . . Р9 Р9 Р18, Р9 Р18, Р9
Сверла спиральные Р9, 9ХС, Р9, 9ХС, Р18, Р9 Р18, Р9
У10А, У12А У10А, У12А
Зенкеры Р9, 9ХС Р9, 9ХС Р9 Р9
Развертки машинные Р9, 9ХС, Р9, 9ХС, Р9 Р9
У10А, У12А У10А, У12А
Протяжки всех ти-
пов . Р18, Р9, Р18, Р9, Р18, Р9 Р18, Р9
ХВГ ХВГ
Фрезы с незатыло- ванным зубом (в том числе угловые) . . . Р9, 9ХС Р9, 9ХС, Р9 Р9
Фрезы модульные, червячные, фасонные, затылованные и резь- бовые, шевинг-фрезы Р18, Р9 Р18, Р9 Р18, Р9 Р18, Р9
Долбяки, зуборез- ные гребенки, зубо- строгальные резцы Р9 Р9 Р18 Р18
Метчики Р9, 9ХС, Р9, 9ХС, Р9 Р9
У12А У12А
Плашки с резьбона- резными самооткры- вающимися головками Р9 Р9 Р18 Р18
Плашки круглые . 9ХС, У10А, 9ХС, У10А, Р9 Р9
Р9 Р9
При этом необходимо считаться с теми требованиями, которые
предъявляют к изготовляемым из этих сталей инструментам. Эти
требования предусматривают соответствующую красностойкость
стали, механическую прочность и технологичность при обработке.
Красностойкость отдельных марок стали приведена в табл. 15.
Красностойкость в значительной степени характеризует допу-
стимую скорость резания изготовленного из стали инструмента,
30
поскольку она наиболее резко влияет на температуру процесса ре-
зания, а также на повышение износостойкости инструмента.
Механическая прочность также в значительной степени опреде-
ляет область применения того или иного инструментального мате-
риала. Наиболее важными показателями в этом отношении являются
твердость, предел прочности при изгибе, растяжении, сжатии и
ударная вязкость.
Таблица 15
КРАСНОСТОЙКОСТЬ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Инструментальный материал Марка Красно- стойкость, град
Углеродистая сталь У12 275
Легированная сталь Быстрорежущая 9ХС 325
сталь Р9 620
То же (специальная) Р18КЮ 670
» » . » ... Р18К20 700
Технологичность инструментальной стали во многом влияет на
процесс изготовления из нее инструмента.
С учетом указанных факторов, характеризующих инструмен-
тальные стали, необходимо подходить к определению их качества.
Качество инструментальных сталей определяется техническими
условиями, установленными ГОСТ 1435—54, ГОСТ 5950—63 и
ГОСТ 5952—63, которые регламентируют химический состав стали,
величину обезуглероженного слоя, наружные дефекты, внешний вид,
твердость, глубину закалки, чувствительность стали к трещинам
и т. д. Зная эти характеристики, можно подбирать марки и сорта
сталей в пределах одной марки для различных видов инструмента.
Методика контроля качества инструментальных сталей, при-
нятая в стандартных технических условиях, заключается в сле-
дующем.
Для проверки качества стали отбирают:
1) для контрольной проверки размеров —10% прутков партии,
но не менее 5 прутков;
2) для химического анализа —одну пробу от партии одной плавки;
3) для проверки излома и обезуглероживания —1 % прутков от
партии, но не менее 3 прутков;
4) для проверки твердости стали в состоянии поставки размером
до 40 мм —2% прутков от партии, а для стали размером свыше
40 мм — 5% от партии, но не менее 3 прутков;
5) для проверки твердости после закалки —2 образца;
6) для проверки микроструктуры —2 образца.
Размеры прутков проверяют посредством универсальных изме-
рительных инструментов и шаблонов, обеспечивающих необходи-
31
мую точность измерения. Отбор проб без определения химического
состава стали производят по ГОСТ 7665—55, а химический анализ
стали — по ГОСТ 2331—43 и ГОСТ 2604—44. Проверка вида из-
лома стали производится осмотром без применения увеличитель-
ных приборов. Для получения излома делают одно- или двусто-
Рис. 3. Примеры эталонов мик-
роструктур углеродистой инстру-
ментальной стали (увеличение ХбОО):
а) эталон № 1; б) эталон № 5; в) эта-
лон Хг 9
поломки после закалки.
роннии надрез или надрубку
штанги с последующим отламы-
ванием. Глубину обезуглеро-
женного слоя стали проверя-
ют по ГОСТ 1763—42 на попе-
речных образцах. Твердость
стали проверяют по Бринеллю
после удаления обезуглерожен-
ного слоя. Твердость стали пос-
ле закалки проверяют по Рок-
веллу после снятия обезуглеро-
женного слоя.
Микроструктуру (форму пер-
лита) отожженной стали в сос-
тоянии поставки проверяют по
соответствию допустимым этало-
нам по специальной шкале,
приводимой в ГОСТ 1435 — 54,
согласно табл. 16.
На рис. 3 из общего числа
10 эталонов приведены примеры
эталонов № 1, 5 и 9 микро-
структур инструментальной
углеродистой стали при увели-
чении 600. Цементитная сетка в
стали после закалки не допус-
кается. Остатки разорванной
цементитной сетки не выше
балла 3 по специальной пяти-
балльной шкале, приводимой в
ГОСТ 1435—54 и представлен-
ной для баллов 1, 3 и 5 на
рис. 4, не являются браковоч-
ным признаком.
Для установления глубины
прокаливаемости углеродистой
инструментальной стали из ме-
талла контролируемой плавки
изготовляются квадратные образцы по возможности сечением
20x20 мм, длиной 100 мм с надрезом в середине для облегчения
32
Таблица 16
НОМЕРА ЭТАЛОНОВ МИКРОСТРУКТУР
ОТОЖЖЕННОЙ УГЛЕРОДИСТОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ
Марка стали Размер стали (диаметр круга, сторона квадрата, толщина полосы), мм Номер эталона микроструктур
не более недопустимый допустимый
У7-У9, У7А—У9А 60 1 и 10 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9
У10—У13, У10А—У13А 60 1, 2, 9 и 10 3, 4, 5, 6, 7 и 8
б)
а) ।
Рис. 4. Примеры баллов цементитной сетки в угле-
родистой инструментальной стали:
а) балл 1; б) балл 3; в) балл 5.
Оценку данной плавки по чувствительности к закалке опреде-
ляют по 1—3 образцам.
Образцы нагревают в печи до температур 760, 800 или 840°С>
Время выдержки после прогрева до температур 760 и 800°—20 мин,
2 Металлорежущие инструменты 33
а до температуры 840°—15 мин. Закаливают образцы в воде при
10—30°С.
После закалки образцы ломают. Одну половину образца про-
сматривают для оценки глубины закалки (в мм), а другую —для
оценки вида излома закаленной зоны. Проверяют также и наличие
закалочных трещин.
Обозначения изломов1
Рис. 5. Шкала прокаливаемости для углеродистых
инструментальных сталей
Сквозная прокалка
Перегрев
Трещины
На основании просмотра образцов, а также определения глу-
бины закалки и вида излома закаленной зоны данной плавке при-
сваивают номер группы по специальной шкале, установленной для
разбивки стали на группы по чувствительности к закалке. Такая
шкала для углеродистых инструментальных сталей по ГОСТ 1435—54
представлена на рис. 5. Группа (балл) прокаливаемости устанав-
ливается по глубине прокалки в миллиметрах, обозначенной над
чертежами изломов образцов, закаленных при температуре 800°С.
34
s
ч
ю
KJ
н
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РЯДА МАРОК КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО И СБОРНОГО ИНСТРУМЕНТА
ГОСТ 4543-61 Химический состав в % сталей марок 45Х OONO 1П QO СО—• OOO-ggg |||| (NO NO°?° vm-оо V/ V V o' o' о’ о"
40Х юоь-о 00 —ю ю 1111 - - - ДоДо000 СО Ш —. оо V V V о о o' o'
ГОСТ 1050-60 о ю ICON in оо со o o 1П 1П 1 '•J1 ? ? ? oi o_ J Д Д о'o’о o’ V V/V/y о’ о’ о’
О О N- о о ° ° ° м о о До г!°"°’°’°" V V/ V/V/ ООО
о won оо сч о о Д 1 Д оооо in ~ V/ V/ v V о’ о’ о’
ГОСТ 380-60 МСт. 6 о о ш m ш ООО gg оШ1 1оЪ- СО Ш • \У/ о’ о’ о’
МСт. 5 г- о ш шш ООО g g 1 1 1 1 1 - - СО о Д 1 1 о <=> 04 1П ~ у V о о’ о’
Элементы о <75 0 2
w
По результату контро-
ля данной плавки на чув-
ствительность к закалке
можно определить поведе-
ние изготовленного из нее
инструмента при термиче-
ской обработке.
Склонность стали дан-
ной плавки к образова-
нию закалочных трещин
можно проверять методом
многократных закалок.
Для этого применяют об-
разцы размером 10 х 10 х 15
мм. После закалки образ-
цы проверяют на трещи-
ны. При отсутствии тре-
щин закалку повторяют,
и т. д.
При контроле качест-
ва быстрорежущей стали
дополнительно к указан-
ным выше требованиям
необходимо вы пол нить
проверку карбидной неод-
нородности (микрострук-
туры) стали на двух об-
разцах от данной партии.
Оценка карбидной неод-
нородности стали (в бал-
лах) производится под мик-
роскопом (увеличение 100)
по микрошлифам образцов;
по шкале карбидной неод-
нородности быстрорежу-
щей стали, приведенной в
ГОСТ 5952 — 63 и имею-
щей 10 баллов.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ
СТАЛИ
При производстве сос-
тавного и сборного инст-
румента нерабочую (хвос-
товую) часть и корпус, а
также державки инстру-1
2*
35
мента изготовляют из конструкционных сталей. Для этой цели
применяют углеродистые мартеновские горячекатаные стали обык-
новенного качества (МСт. 5 и МСт. 6 по ГОСТ 380—60), углеро-
дистые горячекатаные сортовые стали — качественные конструк-
ционные (40, 45 и 50 по ГОСТ 1050—60) и качественные стали
(40Х и 45Х по ГОСТ 4543—61).
Химический состав сталей перечисленных марок приводится
в табл. 17.
В общем для нерабочей части режущего инструмента согласно
руководящим материалам ВНИИ можно рекомендовать в наиболее
распространенных случаях марки сталей, приведенных в табл. 18.
Таблица 18
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МАРКИ СТАЛЕЙ ДЛЯ НЕРАБОЧЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА
Инструмент Назначение Марки стали
Резцы с наваренными пластинка-
ми из быстрорежущей стали . . .
Резцы с пластинками твердого
сплава ........................
Сверла сварные ..............
Сверла с пластинками твердого
сплава ........................
Зенкеры сварные..............
Зенкеры с пластинками твердого
сплава ........................
Развертки сварные ...........
Развертки насадные...........
Развертки с пластинками твердо-
го сплава .....................
Фрезы сварные................
Фрезы сборные со вставными
ножами из быстрорежущей стали и
твердого сплава ...............
Метчики сварные..............
Протяжки из быстрорежущей
стали .........................
Стержни Ст.6, 45, 40Х
» У7, У8, 49, 40Х, 45Х
Хвостовики 45, 50, 60, 45Х
Корпуса У8, 9ХС, 45Х
Хвостовики 50, Ст.6, 40Х
Корпуса У7, 9ХС, 40Х
Хвостовики 45, Ст.6, 45Х
Корпуса 45, 40Х
» У7, 40Х, 45Х, 9ХС
Хвостовики 45, 50, 40Х, 45Х
Корпуса 45, 50, 40Х
Хвостовики 45, 50, Ст. 6, 40Х
» 45, 40Х, 45Х
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
В настоящее время при изготовлении инструментов быстроре-
жущие стали все больше вытесняются металлокерамическим мате-
риалом, известным под названием твердых сплавов, что обуслов-
ливается их большой теплостойкостью (800—900° С), значительно
превосходящей теплостойкость быстрорежущих сталей (600—700°С),
а также и тем обстоятельством, что расход легирующих редких
металлов при правильном и рациональном использовании твердых
сплавов является в конечном итоге значительно более низким, чем
при применении быстрорежущей стали.
36
Твердые сплавы изготавливают из мелкозернистых исходных
порошков, причем используется сочетание чрезвычайно твердых и
тугоплавких карбидов вольфрама, титана с вязким цементирующим
металлом группы «железо — кобальт». Твердые сплавы не прини-
мают закалки и почти не теряют твердости в процессе резания на
высоких скоростях. Они не ковки и при сильных ударах ломаются
на части.
Твердые сплавы, как правило, применяются в виде пластинок,
напаянных или механически закрепленных на режущей части ин-
струмента. В последнее время появились конструкции цельных
твердосплавных инструментов.
Металлокерамические твердые сплавы, применяемые в режущих
инструментах, делятся на три группы: 1) вольфрамовые сплавы,
2) титановольфрамовые сплавы и 3) титанотанталовольфрамовые
сплавы.
Вольфрамовыми называются сплавы, в которых осно-
вой являются мельчайшие зерна карбида вольфрама WC, а цемен-
тирующей связкой — металлический кобальт. Карбид вольфрама
очень тверд и сообщает сплаву твердость большую, чем у быстроре-
жущей стали. Наличие Fe и Ni в составе сплава нехарактерно.
Химический состав и механические свойства четырнадцати ма-
рок вольфрамовых твердых сплавов по ГОСТ 3882—61 приведены
в табл. 19.
При обработке сталей инструментами, оснащенными вольфрамо-
выми сплавами, в особенности при повышенных скоростях резания,
происходит быстрое образование глубокой лунки на передней ре-
жущей поверхности инструмента, приводящее к выкрошиванию ре-
жущей кромки и сравнительно быстрой потере стойкости инстру-
мента.
При обработке хрупких материалов, дающих короткую струж-
ку надлома и, в частности, чугуна, когда износ инструмента про-
исходит в основном в результате истирания по его задней поверх-
ности, вольфрамовые сплавы работают хорошо. Поэтому ин-
струменты из вольфрамовых сплавов целесообразно применять при
обработке чугуна, цветных металлов и неметаллических материа-
лов.
Титановольфрамовые сплавы являются более слож-
ными по структуре. Они состоят из зерен твердого раствора кар-
бида вольфрама и карбида титана и избыточных зерен карбида
вольфрама, сцементированных кобальтом, или только из зерен твер-
дого раствора карбида вольфрама и карбида титана, сцементирован-
ных кобальтом.
Преимущества титановольфрамовых сплавов выявляются при
обработке сталей на высоких скоростях резания. Эти преимущества
объясняются более высокой красностойкостью этих сплавов и
меньшей склонностью к свариванию (слипанию) со стальной струж-
кой в процессе резания.
37
00
00
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИНОК (ГОСТ 3882-61)
Таблица 19
Марка твердого сплава Ориентировочный состав смеси (без учета примесей), % Физико-механические сьойства
WC TIC ТаС Со Предел прочности при изгибе, к Г /мм2 Удельный вес (Удельная сила тяжести) HRA
не менее не менее
ВК2 98 Вольфу замовые сплавы 2 100 15,0—15,4 90,0
вкзм 97 — — 3 по 15,0—15,3 91,0
ВК4 96 — — 4 130 14,9-15,1 89,5
ВК4В 96 — — 4 135 14,9—15,1 88,0
ВК6М 94 — — 6 130 14,8—15,1 90,0
ВК6 94 — — 6 135 14,6—15,0 88,5
ВК6В 94 — — 6 140 14,6—15,0 87,5
ВК8 92 — — 8 140 14,4—14,8 87,5
ВК8В 92 — — 8 155 14,4—14,8 86,5
ВКЮ 90 — — 10 150 14,2—14,6 87,0
ВК15 85 — — 15 165 13,9—14,1 86,0
ВК20 80 — — 20 190 13,4—13,7 85,0
ВК25 75 — — 25 200 12,9—13,2 84,5
вкзо 70 — — 30 200 12,5—12,8 82,5
Т30К4 66 30 Титановол ьфрамовые спла< 4 вы 90 9,5—8,8 92,0
Т15К6 79 15 — 6 ПО 11,0—11,7 90,0
Т14К8 78 14 — 8 115 11,2—12,0 89,5
Т5КЮ 85 6 — 9 130 12,3—13,2 88,5
Т5К12В 83 5 — 12 150 12,8—13,3 87,0
ТТ7К12 | 81 1 4 Т итанотанталовольфрамовый 1 3 1 12 1 сплав | 155 | 13,0—13,3 | 87,0
Твердость, теплостойкость и износостойкость титановольфра-
мовых сплавов возрастают с повышением содержания титана, но
при этом одновременно снижается их механическая прочность
и вязкость, а также увеличивается хрупкость. В результате этого
высокотитановые сплавы (Т30К4) обычно применяют для снятия
тонких стружек при отделочных операциях, малотитановые
(Т5К10)—для черновой обдирочной обработки стали, а наиболее
употребительные среднетитановые сплавы (Т15К6)—для всех
операций обработки сталей при равномерном сечении стружки и
непрерывном резании.
Обрабатывать чугун титановольфрамовыми сплавами не сле-
дует, так как при этом наступает быстрый износ и выкрашивание
режущего инструмента.
Согласно ГОСТ 3882—61, в СССР выпускаются пять марок ти-
тановольфрамовых сплавов; технические характеристики этих спла-
вов приведены в табл. 19.
Кроме указанных стандартных марок твердых сплавов наша
промышленность выпускает новые марки Т5К7, Т15К6Т для об-
работки стали.
Сплав Т5К7 обладает повышенной износостойкостью и лучшей
стабильностью в сравнении со сплавом Т5К10.
Сплав Т15К6Т занимает промежуточное положение между мар-
ками сплавов Т15К6 и Т30К4.
Т итанотанталовольфрамовые сплавы имеют
структуру, состоящую из зерен твердого раствора карбида титана—
карбида тантала — карбида вольфрама, сцементированных ко-
бальтом. Согласно ГОСТ 3882—61, в СССР выпускается одна марка
такого сплава — ТТ7К12 — в первую очередь для тяжелого чер-
нового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке
с раковинами.
Повышение эксплуатационных свойств твердых сплавов путем
улучшения их физико-механических характеристик и прежде всего
повышения предела прочности при изгибе особенно необходимо в
связи с работами, ведущимися по автоматизации технологических
процессов в металлообработке, поскольку это расширяет техно-
логические возможности применения твердых сплавов и повышает
надежность их в работе.
Необходимо расширить номенклатуру сплавов как за счет со-
ставляющих их элементов, обеспечения сплавов с повышенными
физико-механическими свойствами, так и создания сплавов со
свойствами, промежуточными между твердыми сплавами и быстро-
режущей сталью, т. е. с пределом прочности изгибу 200—300 кГ/мм?
(1962—2943 Мн/м2) при твердости и красностойкости твердых
сплавов.
Все сплавы указанных в табл. 19 марок выпускаются в виде
стандартных пластинок. Пластинки должны быть очищены на пе-
скоструйном аппарате, на их поверхности при осмотре невооружеи-
39
ным глазом не должно быть видно вздутий, слоистости и трещин.
Излом пластинок при осмотре в лупу с 8—12-кратным увеличением
должен быть однородным. Не допускаются в изломе пластинки
раковины, расслоения и посторонние включения.
В настоящее время применяются стандартные формы пластинок
твердого сплава согласно ГОСТ 2209—55.
Технические условия на их приемку приводятся в ГОСТ 4872—52.
Кроме стандартных пластинок, промышленность твердых спла-
вов выпускает ряд мелких цельных инструментов из твердого
сплава, а также нестандартные пластинки. Такими инструментами
являются мелкие спиральные фрезы для скоростного фрезерования
диаметром от 10 до 25 мм, спиральные фрезы с торцовым зубом для
торцового фрезерования, гребенки для наборных модульных чер-
вячных фрез, резцы-стол би к и и т. д. Производственные испытания
показывают их высокую эффективность при скоростном резании,
а также рентабельность ввиду их малого веса и рациональной
конструкции.
При создании цельных инструментов большое значение имеет
способ изготовления инструмента из пластифицированных загото-
вок твердых сплавов. Этот способ обеспечивает возможность об-
работки заготовок до спекания на обычных металлорежущих стан-
ках. Для этой цели применяются заготовки из мелкозернистой
смеси, получаемой при особом режиме размола. Они обладают спо-
собностью уплотняться при спекании до состояния почти беспори-
стого сплава. Обработанные до нужной формы и размеров (с припус-
ком на усадку до 25—30%) заготовки подвергаются спеканию. За-
готовки из мелкозернистых сплавов марок ВК6М, ВКЮМ, ВК15М
и ВК20М выпускает Комбинат твердых сплавов в виде дисков, ци-
линдров, стержней, брусков и плиток, из которых путем соответ-
ствующей обработки и получают цельные инструменты.
КЕРАМИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сравнительно недавно для изготовления режущих инструментов
стали применять керамику — корундовый материал типа микро-
лита, известного под маркой ЦМ-332. При изготовлении такого ма-
териала обычно применяют корракс, т. е. электроплавленную окись
алюминия (А12О3). Отечественные корундовые материалы типа
ЦМ-332 имеют твердость HRA 91—95 и предел прочности при из-
гибе сги=40—45 кГ/мм2 (392—441 Мн/м2). Такие материалы со-
храняют механические свойства при температуре до 1200°С. Поэ-
тому из них можно изготовлять режущий инструмент, работающий
при высоких скоростях резания. Температура обжига корундово-
го материала равна 1700—1800°С.
Изготовлять керамические изделия можно двумя путями:
1) горячим литьем под давлением (шликерный метод),
2) прессованием порошков.
40
По первой технологической схеме подготовку порошков в тех
случаях, когда они подвергаются помолу, производят в шаровой
мельнице истирающего действия. Помол выполняют в большинстве
случаев в барабанах со стальными шарами при последующем трав-
лении порошка в 3—10%-ном растворе соляной кислоты в воде.
Обычно помол ведут в 5 %-ном растворе метилового спирта в ди-
стиллированной воде. После помола, травления и введения необ-
ходимых добавок (шихтовки) из порошков изготовляют образцы.
Горячее литье образцов производят по следующей технологии.
Порошок, нагретый до 300 и охлажденный до 150°С, вводят в рас-
плавленную связующую массу (связку), нагретую до 80—90° С.
Состав массы: 94% парафина и 6% пчелиного воска. При введении
высушенного порошка в связующую массу ее размешивают пропел-
лерной мешалкой. Получается литейная масса — шликер.
При изготовлении шликер подвергают вакуумированию в спе-
циальном аппарате при температуре 80—100° С. Затем его зали-
вают в стакан литейного аппарата, термостатированный при
/<100° С, и производят отливку деталей под давлением 5—8 атм
(505—808 кн/м2). Удаление связки производится обычно в два
этапа. При этом образцы помещают в жароустойчивые кюветы.
На первом этапе образцы помещают в сушильный шкаф, где
их выдерживают при температуре 100—180° С. Удаление остатков
связки и первое спекание производят в муфельной печи с нихро-
мовым нагревателем. Температура нагрева печи доходит до 900—
1100° С.
Очищенные от засыпки и маркированные образцы поступают в
окончательный обжиг. Спекание большинства образцов ведется в
пламенных или электрических печах.
Вторая технологическая схема предусматривает получение пла-
стинок и других изделий элементарных профилей прессованием из
микролита ЦМ-332. Подготовленную шихту смешивают с пластифи-
катором (4—5%-ный раствор каучука в бензине). Пресспорошок
высушивают при 100° С, после чего приступают к прессованию пла-
стинок на гидропрессе с давлением 700—800 кПсм2 (~70—80 Мн/м2).
Далее производится сушка при 100—110° С в течение суток. Высу-
шенные пластинки шлифуют на точиле и производят первое
спекание при 1100° С в течение двух часов и окончательное спе-
кание при 1720—1760° С в течение 10—15 мин. В результате спе-
кания получается усадка изделия до 25%.
Пластинки испытывают на твердость, определяют их объемный
вес и пористость, а также осматривают с целью выявления трещин.
Способ горячего литья имеет ряд преимуществ перед прессованием:
обеспечивается более однородная структура готового продукта,
так как нет добавочных внутренних напряжений, возникающих
при прессовании; получается большая производительность, а
значит, удешевление изделия; обеспечивается возможность изготов-
ления сложных фасонных изделий.
41
Керамические материалы, используемые для изготовления ин-
струментов, должны обладать твердостью, износостойкостью и
прочностью при статических и ударных нагрузках.
Рассмотрим влияние на твердость и прочность корундовой ке-
рамики следующих факторов: микродобавок, температуры предва-
рительного прокаливания материала и его дисперсности. Наиболее
перспективными являются корундовые материалы с добавками оки-
си марганца и окиси магния.
При исследовании влияния различных количеств добавок было
установлено, что наиболее оптимальным количеством окиси магния
является 0,5%, а окиси марганца — 2%. Это показывает, что ин-
тенсивность действия добавок различна и поэтому нужно искать
оптимальную концентрацию для каждой добавки в отдель-
ности.
Твердость керамики с повышением температуры предваритель-
ной термической обработки зерна увеличивается, причем резче
всего повышается твердость при относительно низких температу-
рах последующего спекания. Поэтому оптимальная температура
спекания понижается у изделий из порошка, предварительно прока-
ленного при более высокой температуре.
С увеличением дисперсности не только увеличиваются макси-
мальная прочность и твердость, но и понижается оптимальная тем-
пература спекания.
С уменьшением размеров зерна корундовой керамики заметно
возрастают ее износостойкость, прочность и твердость. Наиболее
высоки они в мелкозернистом материале со средним размером зе-
рен до 3 мк.
Структура керамического материала бывает крайне неоднород-
на по величине зерна в одном и том же изделии. Даже на поверх-
ности изделия она неоднородна от края к середине: как правило,
у края изделия структура более крупнозернистая с неплотным рас-
положением зерен.
Проведенные исследования показывают, что изделия с плотным
взаимным расположением однородных по величине даже довольно
крупных зерен могут иметь предел прочности на изгиб 39 кПмм2
(383 Мн/ж2), а изделия с величиной зерна 2—4 мк и неплотным
расположением зерен могут иметь предел прочности на изгиб
лишь 19 кГ/мм2 (186 МнЛи2). На рис. 6 представлена фотогра-
фия структур керамики. Следовательно, прочность корундового ма-
териала зависит как от величины зерен, так и от их расположения.
На качество керамического изделия влияет и связка отдельных
зерен между собой. Проф. И. И. Китайгородским был выдвинут
принцип стекло-цементного связывания зерен. Он считает, что
кристаллы керамического материала должны быть связаны между
собой миллимикронной пленкой стекловидного вещества, в кото-
ром, как в стеклянном волокне, исчезают явления хрупкости и
появляются высокие механические свойства и новые условия фи-
42
зико-химического и физического взаимодействия кристаллической
и стекловидной фаз.
Исследования показывают, что предел прочности на изгиб и
удельный вес керамического изделия сильно зависят от толщины
прослойки стеклофазы между зернами.
Можно полагать, что по мере совершенствования керамических
материалов сфера применения их может быть значительно расши-
рена. Некоторые керамические материалы обладают очень высокой
твердостью.
В настоящее время разработаны методы покрытия керамики за-
щитными пленками, изменяющими износостойкость поверхности
и поведение ее в условиях трения.
Рис. 6. Структура минералокерамики:
а— с пределом прочности а кГ/ммг (186 Мн/м2) (увеличениеХбООО);
б — с пределом прочности =39 кГ/мм2 (383 Мн/м2) (увеличениеХ4500)
В частности, покрытие поверхности, или, как обычно называют,
плакирование, может способствовать улучшению пайки керами-
ческих изделий.
При покрытии керамики пленками некоторых металлов инте-
ресными методами являются: а) вжигание пленок окислов с после-
дующим восстановлением их до металла и б)вжигание порошкообраз-
ного металла, сплавляемого легкоплавким стеклом.
Вжигание пленок с последующим восстановлением дало лучшие
результаты при использовании окиси меди и худшие при исполь-
зовании окиси железа. Многочисленные эксперименты показывают,
что прочность сцепления пленки с керамикой обеспечивается толь-
ко при вжигании пленки окисла в окислительно-газовой среде.
При последующем нагревании керамики в трубчатой электрической
печи в защитной газовой среде получаются плотные пленки меди.
Процесс восстановления происходит в течение 30—40 мин при тем-
пературе 850—900ьС.
При вжигании порошкообразных металлов хорошие результа-
ты дает порошок железа с 10% стекла. До обжига процесс идет ана-
логично описанному выше. Обжиг проводят при температуре 950—
1050° С с выдержкой до 30 мин.
Канд. техн, наук М. И. Иоффе предложил на основе зарубеж-
ного опыта свой вариант металлизации керамики. По этому вариан-
43
ту керамику предварительно обезжиривают, поверхность ее по-
крывают пастой из гидрида титана и 5%-ного раствора целлулоида
в амилацетате и сушат. Затем керамику покрывают обрезками
меди или пермаллоя (7,8% Ni и 92,2% Fe) и обжигают в вакууме
при температуре для меди 1050, а для пермаллоя 1350° С.
Ряд опытов, проведенных с плакированной керамикой, показал,
что плакирование фактически не улучшает ее* полируемости, а в
ряде случаев ухудшает, но существенно повышает антифрикционные
свойства керамических поверхностей, препятствуя наволакиванию
металла при трении. Кроме того, плакированную керамику можно
паять с металлом. Таким образом, можно прочно соединить режу-
щие пластинки с державками резцов.
Разработка вопросов плакирования керамики металлами под-
водит к новой проблеме создания керамико-металлических компо-
зиций (керметов). Они состоят из окиси алюминия и сложных кар-
бидов вольфрама и молибдена А12О3+40% (Mo2C+WC), получен-
ных спеканием в печах с угольным сопротивлением в атмосфере
водорода при 1860—1880° С.
В последнее время для процессов резания пытаются применить
различные химические соединения, обладающие чрезвычайно боль-
шой твердостью. Одним из них является «боразон», соединение
бора (около 40%) с азотом (около 50%), превосходящий по крас-
ностойкости алмаз, а по твердости почти равный алмазу. Он сохра-
няет свою твердость до температуры 1930° С, когда алмаз сгорает.
В результате воздействия высоких давлений [более 7000 кГ/мм2,
(68670 А4н/ж2)] и температуры 1670° С получаются очень плотные
и твердые кристаллы, царапающие даже алмаз.
Керамические материалы для изготовления режущих инстру-
ментов выпускает Комбинат твердых сплавов в виде пластинок,
формы и размеры которых нормализованы.
Пластинки изготавливают прямоугольной, полукруглой и дру-
гих форм. В настоящее время керамическими пластинками в ос-
новном оснащаются резцы для чистового и получистового точения
чугуна, конструкционных и легированных сталей. Реже такие
пластинки используются при оснащении торцовых фрезерных
головок.
ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Пластмассы применяются в инструментальной промышленности
для изготовления державочной части инструмента пока лишь при
изготовлении конических хвостовиков у спиральных сверл (тру-
ды сотрудников ВНИИ В. И. Левина и И. В. Гоголева)*.
* Вопрос использования пластических масс для державочных частей
инструментов был впервые поставлен автором в его учебнике «Инструмен-
тальное дело», т. I, 1935 г.
44
Предпосылками к развитию применения пластических масс в
инструментальной промышленности СССР являются наличие соб-
ственной сырьевой базы, возможность использования отходов ряда
других производств и дешевизна.
Основные преимущества пластических масс следующие:
1) малый удельный вес, в 5—6 раз меньше стали;
2) пластичность, благодаря которой можно изготовить изделия
формовкой, прессовкой, обыкновенным литьем и литьем под дав-
лением, притом с малой усадкой;
3) низкая электропроводность, благодаря чему изделия являются
хорошими изоляторами;
4) химическая стойкость, выражающаяся в хорошей сопротив-
ляемости действиям воды, масла, многих кислот, растворителей и
воздуха.
Из большого числа различных пластмасс в инструментальном
производстве нашли применение отдельные виды фенопластов и
термопластов. Из группы фенопластов используется материал
марки ФКП-1, изготавливаемый на основе искусственных смол,
полученных конденсацией фенолов с формальдегидом. Такой мате-
риал представляет собой композиционные смеси искусственных смол
фенольного типа с органическими и минеральными наполнителями
с добавками отвержающих, смазывающих и окрашивающих ве-
ществ. Предел прочности его на изгиб не менее 500 кГ/см*
(~ 50 Мн/ж2).
Из группы термопластов используется полиформальдегид. Из
него изготавливают хвостовики сверл при помощи литья под дав-
лением, чего нельзя делать при изготовлении сверл из фенопла-
стов. Предел прочности его на изгиб не менее 850 кГ/см*
(—85 Мн/м*).
ГЛАВА III
РЕЗЦЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ понятия
Одним из наиболее простых и распространенных металлорежу-
щих инструментов является резец. Он срезает слой металла в ос-
новном своей главной режущей кромкой, имеющей прямую или фа-
сонную форму. Подача резца производится перпендикулярно дви-
жению резания.
По характеру установки относительно обрабатываемой детали
резцы могут быть двух типов: радиальные и танген-
циальные. На рис. 7 представлена обработка радиальным (а)
Рис. 7. Обработка радиальным
и тангенциальным резцами
и тангенциальным (б) резцами. Первый из них работает с установ-
кой перпендикулярно оси обрабатываемой детали, второй — каса-
тельно. При работе радиального резца усилие Pz создает соответ-
ствующий изгибающий момент, а в тангенциальном резце усилие
Pz направлено вдоль оси резца, благодаря чему тело резца не под-
вергается изгибу.
46
Если первый тип резца имеет широкое применение в промыш-
ленности за счет простоты своего крепления и более удобного вы-
бора геометрических параметров режущей части, то второй приме-
няется главным образом на токарных автоматах и полуавтоматах,
где основой является чистота обработки.
По направлению подачи резцы разделяются на правые и левые.
Правым называется резец, у которого при наложении на него
сверху ладони правой руки так, чтобы пальцы были направлены к
его вершине, главная режущая кромка будет находиться под боль-
шим пальцем. На токарных станках эти резцы работают при пода-
Лрямые Отогнутые Изогнуть/е
а) б) в) г)
Рис. 8. Различные виды резцов
че справа налево, т. е. к передней бабке станка. Левым назы-
вается резец, у которого при налсжении на него левой руки ука-
занным выше способом главная режущая кромка окажется под
большим пальцем.
По форме головки и ее положению относительно стержня резцы
разделяются на прямые, отогнутые, изогнутые и с оттянутой го-
ловкой. Прямыми резцами (рис. 8, а) называются такие, у
которых ось в плане и боковом виде прямая. Отогнутыми
(рис. 8, б) называются резцы, у которых ось резца в плане изогну-
та. Различают правые и левые резцы. Изогнутыми резцами
(рис. 8, в) называют такие, у которых ось в боковом виде загнута
назад (вниз) или вперед (вверх). Если головка резца уже его тела,
то такие резцы называются резцами с оттянутой голов-
кой (рис. 8, г). Головка такого резца может быть расположена
относительно оси его тела либо симметрично, либо с одной стороны
(влево или вправо).
По применяемости на станках, виду и характеру обработки рез-
цы „разделяются на токарные, строгальные и долбежные.
Токарные резцы бывают:
1) проходные, производящие обтачивание детали вдоль оси ее
вращения или в плоскости, перпендикулярной к этой оси (лобовые)
(рис. 9, а);
47
2) подрезные — для подрезания уступов под прямым и острым
углом к основному направлению обтачивания (рис. 9, б);
3) отрезные — для отрезки материала под прямым углом к оси
вращения и для прорезания узких канавок (рис. 9, в);
4) расточные — для растачивания отверстий в направлении оси
вращения (рис. 9, г);
5) фасочные — для снятия фасок (рис. 9, б);
6) фасонные — для получения сложной фасонной формы обта-
чиваемой детали (рис. 9, е).
Строгальные и долбежные резцы можно разде-
лить на:
1) проходные — для строгания верхней поверхности обраба-
тываемой детали;
2) боковые — подрезные для строгания детали с боков;
3) отрезные и прорезные — для разрезания детали и прорезания
канавок.
КОНСТРУИРОВАНИЕ РЕЗЦОВ
При конструировании любого типа резца предъявляется ряд
требований как со стороны изготовителей, так и потребителей рез-
цов. Изготовитель требует, чтобы резец по своей конструкции был
технологичен, а партия изготовляемых резцов была бы наибольшей.
Потребитель предъявляет целый ряд требований: резец должен
быть прочным, иметь необходимую стойкость при оптимальном
режиме резания, простую форму режущей части, стабильную режу-
щую стойкость и, наконец, меньший удельный расход резцов на еди-
ницу выпускаемой продукции. Кроме того, резец должен обеспе-
чивать стружкозавивание, гашение вибраций при резании и вы-
полнение ряда других требований. Поскольку до 70% всего изго-
товляемого режущего инструмента приходится на долю резцов,
соблюдение указанных выше требований может обеспечить боль-
шую экономию в производстве.
При конструировании резцов конструктор обычно имеет чертеж
заготовки и обрабатываемой детали и технологическую карту об-
работки. Это позволяет конструктору производить соответствую-
щие расчеты по конструированию необходимого резца.
48
Порядок разработки конструкции резца обычно состоит из сле-
дующих моментов:
1. Установление марки применяемого инструментального ма-
териала.
2. Выбор типа конструкции резца.
3. Расчет сечения и длины тела резца.
4. Установление целесообразности использования той или иной
режущей пластинки и способа ее крепления в теле резца.
5. Установление необходимых геометрических параметров ре-
жущей части резца и формы режущего лезвия.
6. Установление конструкции стружкозавивающего устройства.
7. Разработка технических условий на изготовление, контроль
и приемку резца.
С учетом указанных требований, предъявляемых при разработ-
ке конструкции резцов, рассмотрим особенности отдельных их
типов.
Токарные резцы
Основные типы токарных резцов в настоящее время стандарти-
зованы. Резцы с пластинками из быстрорежущей стали — по
ГОСТ 10043—62, резцы с напаянными пластинками из твердого
б)
Чашечный резец
К
Рис. 11. Резец
Г. Н. Чернавского
'Палец креплении
Рис. 10. Чашечный резец
сплава — по ГОСТ 6743—61. В указанных ГОСТах приведены типы
и размеры резцов: проходных, подрезных, отрезных, расточных,
фасочных и фасонных.
Кроме стандартных резцов, имеется ряд типов резцов, предло-
женных в разное время и используемых в тех или иных случаях.
Для тяжелых обдирочных работ находят применение чашеч-
ные резцы. Форма таких резцов представлена на рис. 10, а, а ме-
тод крепления резца в державке — на рис. 10, б. Так как затуп-
ление чашечного резца при каждой его установке происходит на
небольшом участке его режущей кромки, то, поворачивая резец
49
вокруг оси, можно значительно увеличить его стойкость до пере-
точки.
Такой резец состоит из державки, собственно чашечного пово-
ротного резца («грибка») и эксцентрикового прижимного кольца.
Чашечный резец крепят в державке на пальце. Существуют и дру-
гие конструкции крепления этих резцов.
, —с Стандартные типы резцов при работе с
т -J —Т подачами больше 0,5 мм1об с общеприня-
у т°й геометРией режущих элементов не
обеспечивают необходимой частоты обрабо-
танной поверхности детали. Для устране-
ния этого недостатка Г. Н. Чернавским
разработаны резцы со специальной конст-
рукцией режущей головки, а именно с
двумя режущими кромками (рис. 11). Ос-
Рис. 12. Резец В. Коле- новная особенность такого резца заклю-
сова чается в том, что часть вспомогательного
лезвия затачивается на длине К парал-
лельно направлению подачи инструмента в работе.
V 7
Рис. 13. Державки для за-
крепления расточного резца
Рис. 14. Варианты работы державок
(борштанг)
Вспомогательный угол в плане qjj на остальной части лезвия
выполняется обычно принятой величины. Величина К прини-
мается из следующей зависимости:
/< = s + (0,8-г 1,5) лш,
где s—подача, мм!об.
50
Токарь-новатор Средневолжского завода В. Колесов в целях
увеличения производительности при работе на станках с ограни-
ченным числом оборотов, на которых невозможно использование
высоких скоростей резания, предложил конструкцию резца, изоб-
раженную на рис. 12. Главная режущая кромка такого резца со-
стоит из трех участков: первый —
с ф =20° (переходная кромка) и
третий — с ф =0°. Участок глав-
ной режущей кромки К с ф =0°
рекомендуется принимать рав-
ным 3 мм и больше, что дает
возможность работать с подача-
ми 2 мм на оборот и больше.
Обычные стандартные рас-
точные резцы ввиду их значи-
с нормальным углом ф, второй —
Рис. 15. Расположение резца в дер-
жавке
тельного вылета из резцедержа-
теля сильно изгибаются и пружинят, поэтому ими нельзя снимать
стружки большого сечения. При растачивании длинных отверстий
широко применяются специальные оправки (державки), в кото-
рых крепятся расточные резцы малых размеров. Это удешевляет
стоимость изготовления самих резцов, так как отпадает необ-
ходимость в кузнечной обработке. На рис. 13, а приводится
конструкция державки с прямым закреплением расточного резца,
а на рис. 13, б — с косым закреплением. Применяются державки
и других конструкций.
При обработке отверстий в деталях коробчатой формы обычно
вращается не обрабатываемая деталь, а державка (борштанга) с
резцами.
Существуют три варианта работы таких державок (рис. 14):
I—державка устанавливается между центрами станка; II — дер-
жавка в виде консоли; III — державка вращается в двух направ-
ляющих втулках. При варианте I державка должна быть вдвое
длиннее обрабатываемой детали и державку необходимо снимать
при каждой смене заготовки. Преимуществом варианта II является
удобство смены заготовок. При варианте III обеспечивается более
точное направление оси отверстия и исключается влияние на точ-
ность растачивания биения шпинделя.
Соотношение между диаметром d круглого резца и диаметром D
державки (рис. 15) нужно выбирать, исходя из оптимальной проч-
ности державки. На практике отношение выбирают в пределах
0,25—0,5, если d не больше 10 мм\ при большем значении d отно-
шение ~ берут в пределах 0,13—0,22, так как в этом случае сече-
ние резца достаточно прочно, чтобы противостоять усилиям при
работе державки.
51
Конструкция державки должна обеспечивать точное регулиро-
вание резца на размер и последующий надежный зажим резца.
На рис. 16 приведено несколько вариантов крепления резцов в
оправку. При креплении по варианту а державка получается не-
сбалансированной; по варианту б ось винта совпадает с осью оправ-
ки и зажим улучшается; по варианту в клин обеспечивает точность
установки резца.
Рис. 16. Варианты крепления резцов в оправке
Рис. 17. Варианты крепления резцов в обойме, насажен-
ной на оправку
Для точного растачивания отверстий больших диаметров, осо-
бенно при обработке несколькими резцами, державку выполняют в
виде обоймы, насаженной на сплошную оправку, которая благодаря
этому получается более прочной (рис. 17).
Регулирование величины выдвижения резца из оправки произ-
водят различными устройствами, в основу которых положены мик-
рометрические и дифференциальные винты, клинья и другие эле-
менты сцепления.
Для растачивания отверстий применяются также расточные рез-
цы с двумя режущими лезвиями (рис. 18, а). При работе этими рез-
цами обеспечивается точное расположение оси отверстия при малом
диаметре оправки.
Обработку отверстий диаметром свыше 40 мм производят пла-
стинчатыми резцами (рис. 18, б), которые устанавливают и крепят
52
в державке с помощью клина, гайки и контргайки, винта с торца
оправки и другими способами.
Наиболее совершенная конструкция крепления пластинчатого
резца в оправке изображена на рис. 18, в.
Рис. 18. Расточные резцы
Рис. 19. Расточной блок конструк-
ции ВНИИ:
1 — корпус блока; 2 — отделочные резцы
для диаметра обработки d; 3 — средний,
резец для диаметра обработки 4 —
резец, работающий на меньшем диаметре
обработки d2’, 5 — винт; 6 — гайка; 7 —
установочный винт
Широкое распространение при обработке отверстий получили
резцы-блоки, состоящие из корпуса с одной или несколькими пара-
ми резцов. Распространены блоки, имеющие пару резцов, установ-
ленных таким образом, что их вершины, расположенные в одной
нормальной к оси вращения
плоскости, описывают при вра-
щении окружность одного диа-
метра. В других конструкциях
блоков ставят две пары резцов,
которые как в радиальном на-
правлении, так и' в направле-
нии вращения смещены на за-
данную величину, причем вер-
шины их, вращаясь, описывают
окружности двух разных диа-
метров.
На рис. 19 представлен
блок конструкции ВНИИ, в
котором имеются две пары рез-
цов, причем первые два резца
снимают каждый самостоятель-
но черновую стружку заданной
величины, а вторая пара про-
изводит чистовое растачивание
отверстий.
Для чернового растачивания
отверстий применяется блок
конструкции ЭНИМС с корпу-
53
сом, состоящим из двух (рис. 20, а) или трех (рис. 20, б) частей
в зависимости от количества резцов. Рифления позволяют произ-
водить перестановку резцов по мере износа и снятия слоя метал-
ла после заточки.
7
в 70
Рис. 20. Расточной блок конструкции ЭНИМС:
1 — основная державка; 2 — верхняя часть корпуса; 3 — нижняя часть
корпуса; 4 — резец; 5 — опорная планка; 6 — винт; 7 — затяжной клин без
резьбы; 8 — затяжной клин с резьбой; 9 — винт для стяжки корпусов; 10 —
винт
Рис. 21. Расточная головка с твердосплавными
ножами:
1 — корпус; 2 — опорный диск; 3 — нож; 4 — винт для
ножа; 5 — винт для диска; 6 — регулировочный винт;
7 — пластинка из твердого сплава
Для предварительной обработки отверстий применяются расточ-
ные головки с резцами, оснащенными пластинками из твердого
сплава.
54
На рис. 21 представлена одна из конструкций таких головок с
четырьмя ножами. Применяются расточные головки с большим
числом ножей.
Расчет стержневых резцов на прочность
Расчет стержневых резцов на прочность обычно ведут, исхо-
дя из величины силы резания Р2 (рис. 22), которая зависит от ве-
личины снимаемого слоя стружки и
механических качеств обрабатывае-
мого материала .
Под действием силы Р2 прямой
проходной резец подвергается плос-
кому изгибу вследствие изгибающе-
го момента:
M = Pzl,
где М — изгибающий момент, кГ*мм
(н-м);
I — длина выступающей из суп-
порта части резца, мм.
С другой стороны, максимальный
изгибающий момент, допускаемый
сечением державки резца,
Рис. 22. Силы, действующие
на резец
м, = НЧ,
где W — момент сопротивления сечения резца, лии3;
аи — допускаемое напряжение на изгиб, кПмм2 (н/м2).
Принимая М =Mlt можно определить минимальное сечение дер-
жавки резца из условия ее прочности:
вн2
Для резца призматического сечения W— -g—, а для резца
круглого сечения U/=0,l d3. Подставляя значения W, получим для
призматического сечения
Pzl = аи — или ВН2 =
6Pzl
Если резец прямоугольного сечения с Н=1,5 В, получим
3/~ SPzl
V 2,25V
55
а при резце квадратного сечения
В==/1М.
Г ®И
Если резец круглого сечения, то
7V = 0,ld4,
или
d3 = тгу- и d = 1/ 77-г- .
0,Ни у 0,1 аи
После этого подбираем подходящие размеры поперечного се-
чения резца в соответствии с таблицами ГОСТ 1133—41 для горя-
чекатаной и кованой, круглой и квадратной инструментальной
стали, или ГОСТ 5650—51 — для такой же быстрорежущей стали,
или ГОСТ 4405—48—для полосовой инструментальной стали.
При наружной обработке на токарных станках для резцов ши-
роко применяется сталь прямоугольного сечения, при работе на
револьверных станках и автоматах — сталь квадратного сечения.
При внутренней расточке крепежная часть резца имеет квадратное
сечение, а рабочая — круглое.
Для резцов с державкой из сырой углеродистой стали, работа-
ющих без ударов, можно принимать ои=24 кГ/мм* (205 7Ин/ж2),
при прерывистом резании — принимать аи = 10—15 кПмм2
(98—147 AW).
В приведенном выше расчете учитывается лишь одна сила Pz,
фактически на резец действуют три силы: Pz, Ру и Рх. Это обстоя-
тельство делает приведенный расчет неточным.
Радиальная сила Р сжимает державку, но поскольку вылет
резца обычно незначителен, расчет на продольный изгиб его делать
не следует.
Осевая сила Рх, напротив, значительно влияет на прочность
резца за счет дополнительного изгибающего момента, вызывае-
мого этой силой. В результате воздействие сил Pz и Рх приводит к
косому изгибу резца. При необходимости точного расчета резца
это приходится учитывать.
Когда производят расчет отогнутого проходного резца, необ-
ходимо учитывать воздействие не только изгибающего, но и крутя-
щего момента. Так же рассчитывают и расточные резцы.
При расчете отрезных резцов необходимо определять прочность
головки в месте перехода от головки резца к телу, т. е. там, где
наименьшая площадь поперечного сечения.
В производстве вместо расчета резцов на прочность определяют
необходимое поперечное сечение державки в зависимости от се-
чения стружки, как показано в табл. 20.
56
Иногда поперечное сечение державки резца определяют в за-
висимости от высоты центров токарного станка, что является не-
достаточно точным.
Длина резцов выбирается в зависимости от принятого попереч-
ного сечения. Для нормализованных типов резцов их длина приво-
дится в ГОСТ 10043—62, 6743—61 и др.
Таблица 20
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ДЕРЖАВКИ РЕЗЦА В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ СЕЧЕНИЯ СТРУЖКИ
Форма сечения Обоз- наче- ние Сечение стружки, мм2
‘•5 1 2.5 | 4 1 6 1 9 1 12 1 10-25
Поперечные размеры державки резца, мм
Прямоугольная Квадратная ВхН в=н 10X16 12 12x20 16 16x25 20 20X30 25 25x40 30 30x45 40 40x60 50
Строгальные и долбежные резцы
Резец, снимающий стружку при прямолинейном взаимном
перемещении резца и материала, называется строгальным (при
горизонтальном резании) или долбежным (при вертикальном).
Характер работы строгального и долбежного резцов одинаков и
отличается от работы токарных резцов, где резание непрерывно.
Как при строгании, так и при долблении резец режет только при
рабочем ходе. В то же время в моменты начала и конца каждого
хода возникают толчки, вредно влияющие на работу этих резцов.
Основные типы строгальных и долбежных резцов в настоящее
время стандартизованы по ГОСТ 10045—62 и 10046—62 для стро-
гальных и долбежных резцов с пластинками из быстрорежущей ста-
ли и по ГОСТ 6743—61 — для резцов с напаянными пластинками
из твердого сплава.
В указанных ГОСТах приведены типы и размеры резцов: про-
ходных, подрезных и отрезных.
Конструктивные особенности составных резцов
Как указывалось выше, резцы из быстрорежущей стали выпол-
няются с наварными или приваренными встык пластинками.
Последние достижения в области соединения пластинок из
быстрорежущей стали с державкой из конструкционной стали дают
возможность высокопродуктивного применения составных резцов.
На рис. 23 показаны три формы режущих пластинок, присоеди-
няемых к телу резца, из которых формы // и /// допускают лучшее
использование инструментального материала благодаря больше-
му числу переточек по сравнению с формой /. Но для них требуется
специальный прокат заготовок, а также усложняется приварка.
57
Поэтому наибольшее распространение имеет форма /. На рисунке
сверху показаны эти типы пластинок до первого затупления, а
снизу — после большого числа переточек.
Существуют и другие способы приварки режущих частей рез-
цов. Так, для резцов малого сечения (до 12x12 мм) головка из
быстрорежущей стали приваривается встык к державке (рис. 24, а),
а для резцов к автоматно-токарным станкам полоса быстрорежущей
Рис. 24. Приварка пластинок к державке встык
стали приваривается к державке, которая в свою очередь изготав-
ливается как сплошной, так и с приваренным встык основанием для
полосы быстрорежущей стали (рис. 24, б). А. М. Игнатьев осуще-
ствил приварку полос быстрорежущей стали к задней поверхности
режущей части резца (рис. 24, в), но его резцы не получили доста-
точного распространения из-за трудности приварки тонких полос
(2—2,5 мм) быстрорежущей стали.
Форму и размеры быстрорежущих пластинок выбирают в соот-
ветствии с ГОСТ 2379—44 в зависимости от формы головки резца и
гнезда под пластинку.
Гнезда под пластинку делаются трех видов (рис. 25): открытые
(а), полузакрытые (б) и закрытые (в). Наиболее употребительна
открытая форма, а закрытая применяется при малых размерах
пластинок.
58
Резцы, оснащенные твердыми сплавами
Резцы, оснащенные твердыми сплавами, в настоящее время
имеют большее значение, чем какие-либо другие, особенно в связи
с развитием скоростного точения. Применение этих резцов поз-
воляет значительно увеличи-
вать скорости резания при
обтачивании и обрабатывать
очень твердые материалы,
чего нельзя выполнить рез-
цами из инструментальных
сталей.
Конструкция резцов с
твердыми сплавами должна
обеспечивать:
1) высокую производи-
тельность за счет надежно-
сти крепления их элементов
и соответствующего подбора
их геометрии;
2) хороший отвод струж-^
ки, образующейся в боль-
шом количестве при работе
резца;
3) экономичность за счет
малого удельного расхода
твердого сплава и простоты
конструкции резцов.
Разработано три конст-
руктивных варианта твердо-
сплавных резцов: 1) с плас-
тинкой, напаянной на дер-
жавку резца, 2) с пластин-
кой, механически закреплен-
ной в державке резца, и 3) с
пластинкой, впаянной во
Рис. 25. Форма
гнезд под пластинки
вставку, которая в свою
очередь механически закреп-
лена в державке резца.
Крепление пластинки напайкой к державке является более
старым способом изготовления такого резца.
Для наиболее полного использования режущих пластинок и
устранения их поломок в работе необходимо не только устанавли-
вать определенный режим работы, но и обеспечивать рациональную
геометрию режущих элементов резца.
Действие изгибающих и скалывающих сил на пластинку при
ее работе должно быть наименьшим. Для этого необходимо уси-
59
а) б)
в) г)
Рис. 26. Резцы с пластинками из твердых
сплавов
следует применять положительный угол
лить вершину пластинки за счет увеличения угла заострения р;
с этой целью принимают по возможности меньший передний угол
Y резца.
В настоящее время при обработке закаленных сталей и при тя-
желых обдирочных работах рекомендуется применять отрицатель-
ный передний угол, что предотвращает возможность скалывания
твердого сплава, потому что направляет усилия резания в более
благоприятном для прочности пластинки направлении.
На рис. 26, а слева
показан резец с поло-
жительным углом у, а
справа — с отрицатель-
ным. Направление уси-
лий, действующих на
пластинку, указано
стрелками. При поло-
жительном угле у на
участке а усилия, дей-
ствующие на пластин-
ку, скалывают ее.
При обработке ста-
лей с ов до 70 — 80
кГ/мм* (687—785 >/я2)
у. При ударной работе
резца (строгание, работа с перерывами) отрицательный угол у спо-
собствует более плавному внедрению кромки в обрабатываемый ме-
талл, что предохраняет пластинку от выкрашивания (рис. 26, б).
Для увеличения сопротивления державки изгибу применяется
дополнительная опора под выступающую часть резца. Опора рас-
полагается только снизу (рис. 26, в) или снизу и сбоку (рис. 26, г).
Эти опоры уменьшают вылет резца, который не должен превышать
половины толщины резца под пластинкой.
Для снижения трудоемкости заточки резцов с напаянными пла-
стинками, а также снижения расхода твердого сплава угол вреза-
ния пластинки тр измеренный в нормальной плоскости, следует
назначать положительным в пределах 15—18° независимо от аб-
солютного значения переднего угла у, как показано на рис. 27.
При таком расположении пластинки после заточки образуется двой-
ная передняя поверхность, а толщина пластинки остается неизмен-
ной. Это дает возможность применять пластинки малой толщины,
равной 0,18—0,20 высоты державки резца. Глубина вреза h под
пластинку не должна превышать V3 высоты державки Н. Высоту
вершины резца от основания по отношению к высоте державки мож-
но увеличить на 1—2 мм.
Г. Н. Чернавский предложил и внедрил на ряде заводов твер-
досплавные резцы с равнопрочной головкой. Отличие этих резцов
от обычных заключается в том, что главная и вспомогательная по-
60
верхности делаются трехгранными (рис. 28). Величина вылета
(свисания) твердосплавной пластинки за пределы главной и вспо-
могательной задних поверхностей после фрезерования гнезда при
обычной работе резца
= (0,10 4-0,15) С мм,
где С—толщина новой твердосплавной пластинки.
При особо тяжелых обдирочных операциях целесообразно при-
нимать /^=0,34-0,6 мм, чтобы, после первой заточки свисающая
часть твердосплавной плас-
тинки была почти или
полностью сошлифована.
Величина возвышения
передней поверхности
твердосплавной пластинки
над передней поверхностью
резца
К = (0,25 4-0,36) С мм.
Размер от основания
твердосплавной пластинки
Рис. 28. Резец Г. Н. Чернавского с трех-
ступенчатой задней заточкой
Рис. 27. Угол под пластинку
до начала увеличенного среза задней поверхности головки резца
h2 = С мм.
Длина фрезерования передней поверхности тела резца
А = а + alt
где а — длина новой твердосплавной пластинки, мм\
ах — длина выхода шлифовального круга при заточке передней
поверхности, равная 2—4 мм.
Угол на твердосплавной пластинке после заточки
а2 = а + 2°,
61
где а — главный задний угол на пластинке после доводки. Угол
увеличенного среза на главной задней поверхности державки
аз = а + (4 4 8°).
Угол увеличенного среза на вспомогательной задней поверх-
ности державки
а' =404-45°.
У резцов, работающих с поперечной подачей (например, подрез-
ных), углы а з и а 3' меняются местами, поэтому угол увеличенного
среза а 3' целесообразно делать со стороны главной задней поверх-
ности, а угол сс з — на вспомогательной задней поверхности.
Предложенная форма твердосплавных резцов имеет повышенную
стойкость в сравнении с обычными, что объясняется более быстрым
прогревом твердосплавной пластинки при резании вследствие ее
меньшего контакта с телом инструмента, благодаря чему ее проч-
ность и ударная вязкость увеличиваются. Однако важнейшим ка-
чеством равнопрочных резцов являются простота их заточки, мень-
ший расход шлифовальных кругов и меньшая трудоемкость (умень-
шение до 35%).
В связи с использованием твердых сплавов при конструирова-
нии чашечных резцов удалось значительно увеличить скорость ре-
зания ими в сравнении с быстрорежущими резцами. Этого достигли
не только за счет улучшенного материала режущей части, но и за
счет создания необходимых условий для ломания и отвода стружки.
Были реализованы два направления в улучшении конструкции та-
ких резцов. При первом на передней грани резца были использова-
ны отрицательные фаски с расположенными сзади них кольцевыми
канавками — конструкция вагоностроительного завода «Правда»
совместно с КТС (рис. 29, а). При втором были применены располо-
женные в центре резца пирамидальные стружколоматели — кон-
струкция Д. Д. Медведева (рис. 29, б). ВНИИ, улучшая применяе-
мые чашечные резцы, создал крепление головки резца с помощью
конструкции, использующей силы резания, и в центре передней
грани поместил конусный стружкозавиватель. Благодаря этому
удалось повысить скорость резания в 3—5 раз в сравнении со сталь-
ными резцами.
Механическое крепление пластинок в державке резца обеспе-
чивает значительные преимущества по сравнению с напаянными
твердосплавными резцами. Такая конструкция резца устраняет
образование трещин на пластинках твердого сплава из-за отсутствия
операций напайки. Эти резцы изготовляют двух типов — с радиаль-
ными и тангенциальными вставками.
Для механического закрепления в резцах с радиальными встав-
ками используют такие же пластинки, как и под напайку. На рис.
62
30, а представлена одна из конструкций такого крепления, разра-
ботанная на заводе «Фрезер». Указанная конструкция обеспечивает
жесткость крепления и имеет оригинальную систему регулирования
перемещением пластинки, что обеспечивает максимальное исполь-
зование самой пластинки. Крепление пластинки в державке произ-
водится с помощью прижима и болта. При цельной, еще не работав-
шей пластинке прижим находится в крайнем правом положении.
Рис. 29. Чашечные резцы
По мере износа и переточки пластинки прижим перемещается (вслед-
ствие наличия прорези под болтом) на одно рифление, т. е. на 1,5 мм.
Другая конструкция механического крепления пластинки в дер-
жавке резца представлена на рис. 30, б. Пластинка 1 зажимается в
державке 2 с помощью винта 5, сжимающего прорезь 4. Упор 3
позволяет закреплять пластинку на определенной глубине в дер-
жавке 2.
При такой конструкции крепления пластинок большое затруд-
нение представляет расположение опор, предохраняющих пластин-
ки от сдвига силами, действующими в основной плоскости. Для пре-
дотвращения этого токарь А. Г. Аграфенин предложил конструкцию
проходных резцов, изображенную на рис. 31, а и б. В этой кон-
струкции благодаря соответствующему расположению опор пре-
63
дотвращается сдвиг пластинки силами, действующими в основной
плоскости. Составными частями резца являются корпус /, режущая
пластинка 2, подвижный упор 3 и винт 4. Подвижный упор 3 при
обработке стали служит также и стружкозавивателем. Задняя
грань режущей пластинки опирается на клинообразный буртик А,
Рис. 30. Механические крепления твердосплавных
пластинок
Рис. 31. Конструкция резца токаря А. Г. Аграфенина
предназначенный для заклинивания пластинки под действием сил
резания. Такой буртик препятствует также сдвигу пластинки и
выворачиванию ее из гнезда, например при отводе правого токар-
ного проходного резца в направлении от шпинделя к задней бабке.
При наличии в режущей пластинке двойного угла задней грани
обеспечивается вылет режущей кромки в .1,2 мм, как показано на
рис. 31, а. При сборке резца подвижный упор 3 с помощью винта 4
устанавливают в такое положение, при котором режущая пластин-
ка 2 свободно вставляется между буртиком А и подвижным упором,
оставляя между собой и опорной поверхностью корпуса резца кли-
новой просвет величиной 0,2—0,3 мм, как представлено на рис. 31,6.
В дальнейшем под действием сил резания пластинка плотно при-
64
жимается к нижней опоре и заклинивается между буртиком А и
стенками подвижного упора. Испытания такой конструкцйи креп-
ления пластинок в резцах, проведенные во ВНИИ, показали воз-
можность их широкого применения в производстве.
ВНИИ предложено крепление пластинок с использованием дей-
ствующих на резец сил, возникающих в процессе резания. Такое
Л-2?
Рис. 32. Различные типы резцов
крепление пластинки показано на рис. 32, а. Твердосплавная пла-
стинка 1 во время резания находится под воздействием сил Р2 и
Pn, причем сила Pz является тангенциальной составляющей, а
сила PN— равнодействующей сил Рх и Ру\ сила Рм отталкивает ре-
зец от поверхности резания. В результате сложения сил Pz и Р&
получается сила которая для обеспечения прижима пластинки
1 к телу резца 2 во время резания должна быть направлена под уг-
лом гр, определяемым из соотношения сс <гр<6.
3 Металлорежущие инструменты 65
В нерабочем состоянии пластинка 1 прижимается накладкой
5 при помощи штока 4 и пружины 5. Одновременно накладка 3
выполняет роль стружколомателя. Расстояние а стружколомателя
от вершины резца устанавливается за счет перемещения накладки 3
около штока 4, входящего в прорезь 6. Щтыри 7 и 8 служат для
упора стружколомателя 3 и пластинки 1.
В резцах со вставками тангенциального типа с механическим
креплением режущей части вместо пластинок применяются твердо-
сплавные стержни (столбики), имеющие в сечении форму треуголь-
ника, квадрата или пятиугольника. Конструкции многолезвийных
резцов с креплением четырех- и пятигранных столбиков, а также ге-
ометрия режущих элементов таких резцов показаны на рис. 32, б.
Размеры сторон столбиков — от 8 до 12 мм, длина их для малых
сечений —25 мм, для больших —30 мм. Столбики выдерживают
15—18 переточек при обдирочных работах по стали и чугуну с
затуплением по задней поверхности 1,0—1,2 мм. Остаток столбика,
равный 8—10 мм, напаивается на металлический стержень и исполь-
зуется до окончательного износа. Этими резцами можно произво-
дить обработку деталей с глубиной резания до 8—9 мм.
Многолезвийные резцы со вставками тангенциального типа име-
ют ряд преимуществ:
1) количество режущих кромок равно количеству сторон сече-
ния столбика;
2) высокая стойкость вследствие возможности поворота и вво-
да в работу последовательно всех режущих кромок столбика;
3) заточка упрощается, так как производится только по перед-
ней поверхности.
Основным недостатком этих резцов является большой слой твер-
дого сплава, снимаемый при переточках, так как износ происходит
главным образом по задней поверхности.
Другим недостатком данной конструкции резцов-столбиков яв-
ляется необходимость работать с отрицательными передними уг-
лами у=—6°.
Данный недостаток может быть исправлен путем изготовления
столбика с отверстием и заточкой его на торце по конусу с необ-
ходимым углом конусности (рис. 32, в).
Дальнейшим развитием этого принципа было создание резцов,
оснащенных поворачивающимися твердосплавными пластинками
с несколькими режущими лезвиями при центральных отверстиях
для крепления пластинок. Такая конструкция резцов (рис. 33, а),
разработанная ВНИИ, имеет: 1— корпус резца, 2— режущую пла-
стинку, установленную в корпусе под отрицательным углом 10—
12°, 3 — клин, 4—винт и 5 — штифт. Для закрепления пластинка
расклинивается между штифтом и задней опорной стенкой корпуса
с одновременным прижимом к опорной плоскости корпуса. Одна
из форм пластинки показана на рис. 33, б. Такая конструкция рез-
цов позволяет при затуплении одной режущей грани пластинки
66
подводить для работы другую. Режущие пластинки можно не пере-
тачивать, а после затупления сдавать в кладовую. Если пластинку
сделать круглой, то, поворачивая, можно увеличить ее использо-
вание до большего числа раз.
На рис. 34 представлена одна из конструкций резьбонарезной
оправки для нарезания внутренней резьбы на деталях. Она состо-
Рис. 33. Конструкция резцов,
оснащенных поворачивающимися
твердосплавными пластинками
ит из стандартной треугольной пластинки и державки. Пластинка
так же, как и в описанной выше конструкции резцов ВНИИ, может
поворачиваться по мере ее износа.
Удобство пользования резцами с механическим креплением ре-
жущей части заключается в том, что установленную на суппорте и
выверенную по отношению высоты центров державку не снимают.
По мере притупления режущей кромки в резцах с радиальными
вставками меняют только пластинку, а в резцах с тангенциальными
3*
67
вставками — только столбик, для смены которых ослабляют бол-
ты, крепящие их, что уменьшает вспомогательное время.
Твердосплавные пластинки, впаянные во вставку, механически
закрепленную в державке резца, используются в конструкциях
инструмента для тяжелых работ, когда он достигает значительного
Рис. 34. Резьбонарезная оправка с повора-
чивающейся треугольной пластинкой
Рис. 35. Крупногабаритные токарные резцы:
а — резец конструкции ВНИИ; б — резец конструкции Уралмаша
веса (до 10—15 кг и более). В таких случаях смена инструмента,
отжатие и закрепление, а также переточка его связаны с тяжелым
физическим трудом и затратой значительного времени.
На рис. 35, а представлена одна из таких конструкций крупно-
габаритного твердосплавного резца для токарных и карусельных
станков. Его конструкция состоит из державки 1, вставки 2, ук-
репленной винтом 3 по задней грани резца и оснащенной твердо-
сплавной пластинкой 4, и накладки 5 (стружколоматель), закреп-
ленной винтом 6 по передней грани резца и также оснащенной
наклонной пластинкой 7 из твердого сплава. Эта конструкция, раз-
68
работанная ВНИИ, способствует хорошему отводу стружки. Та-
кие резцы позволяют снимать на обдирочных работах припуск до
40 мм с сечением стружки до 80 мм2. По расчетам ВНИИ, стойкость
их в среднем в 1,5 раза больше стойкости цельнопаяных резцов,
применявшихся ранее на заводах, расход машиноподелочной ста-
ли на изготовление державок сокращается до 6 раз, а затраты на
изготовление — на 30—40 %.
На рис. 35, б показана другая конструкция таких резцов для
тяжелых работ. В ней режущий элемент — вставку 1 (вкладыш) с
напаянной пластинкой твердого сплава 2 крепят в клиновом пазу
державки 5, имеющем форму ласточкина хвоста. Наплавка 4 обес-
печивает завивание стружки при работе резца. Как показала прак-
тика, это крепление достаточно надежно в работе и быстросменно.
Вставку удаляют из державки одним-двумя ударами молотка.
Заточку таких резцов производят при снятой из державки вставке,
что значительно облегчает процесс, так как приходится иметь дело
только с массой вставки в 600—800 г вместо всей массы резца до
10—15 кг.
Керамические резцы
Применение керамических резцов является дальнейшим шагом
в развитии инструмента для скоростного резания металлов по срав-
нению с использованием твердосплавных резцов. Высокая красно-
стойкость таких резцов позволяет обеспечить более высокие ско-
рости резания в сравнении с твердосплавными резцами, однако
повышенная хрупкость керамики ограничивает их применение; в
настоящее время они большей частью применяются при чистовом и
получистовом обтачивании черных и цветных металлов и реже —
при обдирочном. Для работы таких резцов необходима жесткая
система станок — деталь — инструмент. Следует избегать исполь-
зования керамических инструментов при ударной нагрузке. Работа
обычно производится без применения смазывающе-охлаждающей
жидкости, так как керамические пластинки обладают большой
термостойкостью.
Применяемые в настоящее время конструкции резцов преду-
сматривают два вида крепления керамических пластинок: 1) пай-
кой или склеиванием и 2) механическое.
Крепление пайкой и склеиванием еще недостаточно разработано
и требует ряда дополнительных мероприятий для усиления такого
крепления и в первую очередь наличия закрытого или полузакры-
того гнезда под пластинку.
Дело в том, что ни один из припоев, применяемых для пайки
металлов и сплавов, не «смачивает» керамики. Поэтому используют
различные методы крепления, применяющиеся на отдельных заво-
дах в определенных случаях, когда нельзя применить механиче-
69
ское крепление. Большинство из них не обеспечивает необходимой
прочности соединения.
Лучшим методом является пайка по плакированной медыо или
другим металлом поверхности керамической пластинки. Опыт
Харьковского завода транспортного машиностроения, Крюков-
ского вагоностроительного завода и других говорит о том, что такой
метод пайки обеспечивает соответствующую прочность крепления.
Для такой напайки надо иметь предварительно плакированные
пластинки, но до сих пор такие пластинки в централизованном по-
1U0
Рис. 36. Прямой проходной керамический резец (ЦНИИТМАШ)
рядке Комбинат твердых сплавов не выпускает и заводам прихо-
дится самим проводить плакирование, что не всегда возможно.
На рис. 36 приведена разработанная ЦНИИТМАШ конструкция
прямого проходного резца с напаянной керамической пластинкой,
примененная на Ново-Крамаюрском заводе. Закрытый паз, в ко-
тором запаивается пластинка, усиливает крепление.
Более распространенными являются конструкции с механиче-
ским креплением керамической пластинки соответствующими за-
жимными устройствами или силами резания.
Из таких креплений наибольшее применение получили конструк-
ции, в которых зажимаются нормализованные формы керамических
пластинок. На рис. 37 изображено одно из таких креплений пла-
стинок, принятое на заводе «Электросила». Недостатком креплений
подобного типа является то, что они пригодны для пластинок опре-
деленных размеров и формы. Имеются крепления, в которых можно
установить пластинки различных размеров. В таких креплениях
70
пластинка подпирается сбоку болтом, а сверху прижимается план-
кой, служащей одновременно и стружкозавиватедем. Это крепление
тоже имеет недостатки, так как сильный зажим сверху может при-
вести пластинку к разрушению, а слабый зажим не предохраняет
ее от сдвига.
Механическое крепление пластинок, применяемое на заводах,
не обеспечивает равномерного распределения давления на пластин-
ку при ее зажиме. Это объясняется недостаточной ровностью опорных
плоскостей пластинок, выпускаемых Комбинатом твердых сплавов.
Прокладки из мягких
металлов между пластин-
кой и гнездом державки
и между пластинкой и
верхним прижимом умень-
шают эту неравномерность,
но не в полной мере.
Значительное количество
Фольга
ВидА
Рис. 37. Механическое креп-
ление пластинки (завод «Элек-
тросила»)
Рис. 38. Механическое крепление шее*
тигранных пластинок
пластинок ломается в основном из-за больших местных напряжений,
возникающих при зажиме пластинок в державках резцов. В по-
следнее время большое распространение приобретает базирование
керамических пластинок с предварительно доведенной опорной
плоскостью на прокладке из твердого сплава. Это обеспечивает
большую жесткость соединения и долговечность державки.
Челябинским абразивным заводом были предложены новые
формы пластинок, пригодные для токарных резцов всех типов.
Эти пластинки с несколькими режущими лезвиями и с отверстиями
для их крепления не имеют некоторых из указанных выше недо-
статков. Конструкция державки для проходных резцов с пластин-
ками шестигранной формы и геометрии заточки пластинки для
обработки чугуна показаны на рис. 38. Державка имеет отрицатель-
ный передний угол, равный 8°, что позволяет использовать пластин-
ку без переточки 12 раз. У шестигранных пластинок, предназначен-
71
ных для обработки стали, должны быть заточены задние углы на
всех шести гранях, тогда каждую пластинку можно будет исполь-
зовать 6 раз.
Пластинки трапецеидальной формы могут применяться для упор-
но-подрезных и расточных резцов при растачивании глухих отвер-
стий и уступов; пластинки ромбовидной формы — для упорно-под-
резных и расточных резцов при растачивании сквозных отверстий;
пластинки треугольной формы — для резьбовых и расточных рез-
цов при наличии уступов
в отверстиях. Указанные
резцы имеют верхние при-
жимы с припаянными к
ним твердосплавными плас-
тинками, которые служат
стружколомателями. Креп-
ление пластинок цент-
Рис. 40. Крепление силами резания
керамической пластинки прямоу-
гольной формы (ВНИИ)
Рис. 39. Крепление сила-
ми резания керамичес-
кой пластинки круглой
формы (ВНИИ)
ральным болтом создает равномерное давление на них. Про-
стота конструкции зажима позволяет быстро устанавливать пла-
стинку для использования очередной острой кромки.
Конструкции резцов с креплением керамических пластинок си-
лами резания разработаны ВНИИ.
Конструкция резца с круглой пластинкой для чистового обта-
чивания стали и чугуна в недостаточно жестких условиях показана
на рис. 39. Круглая керамическая пластинка 2 центрируется своим
внутренним отверстием во втулке 5, запрессованной в отверстие
тела резца 1. Стружкозавиватель 3 центрируется своим буртиком
по отверстию пластинки и прижимается к ней штоком 4 и спираль-
ной пружиной 6, действующей на разрезную пружинную втулку 7.
Конструкция проходного резца с креплением прямоугольной
керамической пластинки, разработанная ВНИИ и применяемая
для получистового обтачивания стали и чугуна, изображена на
72
рис. 40. В этой конструкции резца керамическая пластинка 2 в
процессе резания прижимается к телу резца 1 силами резания, а
в покое придерживается стружкозавивателем 5, нажимающим на
нее при помощи штока 4 и пружины 5. Штифт 6 обеспечивает бо-
ковую опору пластинки 2. Вылет режущей кромки в таком резце
должен быть не более 1,4 мм, уменьшаясь по мере переточек до
0,4 мм. В корпусе резца имеются два гнезда, расположенных с раз-
ных концов, причем у второго гнезда ширина опорной поверхности
на 1 мм меньше.
На рис. 41 представлено еще одно механическое крепление пла-
стинки силами резания с помощью двойного клина-стружколома-
Рис. 41. Крепление пластинки силами резания конструкции
К- И. Юргенса
теля, предложенное К. И. Юргенсом. Паз в державке 1 резца выпол-
нен с таким расчетом, чтобы равнодействующая сил резания при-
жимала пластинку 2 к опорным плоскостям паза. Клин-стружко-
ломатель 3 делается из твердого сплава и имеет два уступа, как
видно из разреза на рисунке. Пластинка упирается в нижний уступ
клина, а его верхний уступ — в державку резца.
Интересны последние работы по созданию условий для более
устойчивой работы резцов, оснащенных керамическими пластин-
ками. Принято считать, что такие резцы очень быстро выходят из
строя вследствие выкрашивания их режущей части. В условиях
точения с высокими скоростями при значительных подачах и глу-
бинах упирающаяся в стружколоматель и заготовку стружка не
имеет свободного схода, в связи с чем значительно увеличивается
нагрузка на режущие кромки резца.
И. И. Лубяной (НИЛСИ ГСНХ) предложил для свобод-
ного схода стружки применять керамические резцы без накладных
твердосплавных стружколомателей, обеспечивая крепление пла-
стинок за счет стальных прижимов. При этом он рекомендует спе-
циальную геометрию заточки режущей части, обеспечивающую
плавный сход витой стружки, как показано на рис. 42. На главной
режущей кромке затачивается неравномерная по ширине фаска
73
с отрицательным передним углом в 30°. Ширина такой фаски у
вершины равна приблизительно двум подачам. По мере удаления
от вершины фаска постепенно сужается вдоль активой части режу-
щей кромки. Длина стружкозавивающей фаски равна глубине
резания, деленной на синус главного угла в плане. На остальной
части режущей кромки доводится равномерная фаска шириной
0,2—0,3 мм. Для упрочнения вершины резца вспомогательный угол
Рис. 42. Керамический резец, предложенный И. И. Лубяным
в плане берут равным 0—5°. Длина вспомогательной режущей кром-
ки должна быть не менее 2 мм. Радиус закругления при вершине
равен 0,5 мм. Главный угол в плане назначается в зависимости от
технологических условий обработки и жесткости детали. После
этого на стружкозавивающей фаске резца кромкой чугунного до-
водочного диска с применением карбида бора наносится неглубокая
выкружка, геометрические элементы которой видны на рисунке.
Доводка такой выкружки производится на специальном доводочном
станке конструкции НИЛСИ в течение 15—20 сек. В последнее вре-
мя изготавливают универсальные пластинки такого типа, позво-
ляющие выполнять работу резания своими четырьмя режущими
кромками, как представлено на рис. 43.
Керамические резцы в настоящее время успешно применяются
на ряде заводов. Для более рационального использования таких
резцов необходимо соблюдать соответствующую геометрию режу-
щих элементов их, а также оптимальные режимы резания.
74
Наиболее важным вопросом геометрии керамических резцов
является определение конструктивной формы передней грани. Ра-
циональная геометрия передней части резца зависит от характера
износа, подачи, условий входа и выхода инструмента, а также
от величины сил резания. Проводившиеся стойкостные и динами-
ческие опыты с керамическими резцами позволяют установить
следующее.
Из-за значительной хрупкости керамики лезвия такцх резцов
легко выкрашиваются, осыпаются в первый момент резания, и,
как следствие этого, получается сравнительно большое округление
Рис. 43. Универсальная керамическая пластинка, предложенная
И. И. Лубяным
лезвия и большой первоначальный износ (около 0,1 мм). На интен-
сивность и величину выкрашивания влияют жесткость системы ста-
нок — деталь — инструмент, жесткость державки, ударный харак-
тер приложения сил резания при входе и выходе резца, особенно
при больших подачах. Последние исследования показали, что при
точении стали и чугуна средней твердости керамические резцы долж-
ны иметь положительный передний угол от 5 до 15° (для уменьше-
ния вибраций и сил резания) и отрицательную фаску на передней
грани шириной 0,1—0,2 мм по всему режущему периметру с углом
от 5 до 45° в зависимости от подачи и условий работы.
Задние углы, главный и вспомогательный, целесообразно брать
а=а1=8—10°, главный угол в плане для проходных резцов <р =
75
=45—75°, а вспомогательный <p1=10—15°. Радиус сопряжения
задних поверхностей для обдирочных работ следует принимать
1,5 мм и для чистовых —1 мм.
Исследования стойкости керамических резцов и чистоты об-
работанной ими поверхности дают возможность сделать следующие
выводы. Максимально допустимый износ задней грани резцов при
точении стали — не более 0,4 мм, а при точении .чугуна —0,5—
0,6 мм. При большем износе происходит выкрашивание, скалыва-
ние и ухудшается чистота обрабатываемой поверхности.
При чистовом точении стали рекомендуется работать с подачей
0,08—0,12 мм/об, глубиной резания 0,25—0,5 мм и скоростями ре-
зания 300—400 м/мин. Стойкость резцов при этих режимах дости-
гает 5—100 мин\ наивысшая чистота поверхности при точении стали
средней твердости достигает 6—7-го класса.
При чистовом точении чугуна рекомендуется применять ско-
рости резания в пределах 300—800 м/мин. В этом случае чистота
обработанной поверхности находится в пределах 7—8-го класса,
стойкость — в пределах 35—120 мин.
Таким образом, вопросы рационального использования кера-
мических резцов к настоящему времени проработаны достаточно
полно. Задача наших заводов — широко использовать такие рез-
цы в производстве, учитывая специфические особенности керамики.
Алмазные резцы
Наличие отечественных алмазов позволяет широко внедрить
высокопроизводительный процесс алмазного точения в автомобиль-
ной, тракторной, часовой, приборостроительной и других отрас-
лях точного машиностроения.
Алмазные резцы позволяют вести обточку и расточку с высокой
степенью точности, в пределах 5—8 мк, и с высоким качеством по-
верхности обрабатываемой детали, без существенного разрушения
поверхностного слоя, что обеспечивает повышение износостойкости
и долговечности деталей машин в эксплуатации.
Алмазные резцы позволяют вести обработку при высоких ско-
ростях до 2000 м/мин, малой глубине до 0,1—0,2 мм и малых пода-
чах до 0,01—0,1 мм/об. Обработка алмазными резцами весьма про-
изводительна и экономически эффективна. Алмазные резцы в ряде
случаев имеют стойкость, до 60 раз превышающую стойкость хо-
рошо доведенного твердосплавного резца и до 250 раз — стойкость
резца из быстрорежущей стали. Их стойкость доходит до 50, а
иногда и до 200 ч машинного времени.
Алмазный резец состоит из двух частей — алмаза и стальной
державки. Алмазный кристалл весом от 0,5 до 1,2 карата (карат
равен 0,2 г), подвергнутый шлифованию (огранке) для получения
требуемых углов в режущей (рабочей) части, закрепляется в
державке тем или иным способом.
76
Алмаз в режущей части выполняется одно- и многолезвийным
и различных форм. Различают три формы режущей части алмазных
резцов: 1) однолезвийную (рис. 44, а), 2) с несколькими лезвиями —
фасками (фасетная огранка) (рис. 44, б) и 3) круглую (рис. 44, в).
Однолезвийная форма применяется главным образом для резцов
внутреннего точения. Круглая форма находит применение чаще
всего при обработке пласт-
масс, эбонита, твердой ре-
зины. Форма с нескольки-
ми фасками позволяет пос-
ле затупления одной фас-
ки вводить в работу дру-
гую.
Геометрические пара-
метры режущей части ал-
мазных резцов выбирают
с учетом качества материала и конструкции обрабатываемых дета-
лей.
Передний угол у для большинства материалов принимают рав-
ным нулю. Для алюминиевых, магниевых сплавов, баббита и дру-
гих, более мягких, матери-
алов передний угол
7=3—7°. При обработке
свинцовистой бронзы и
других более твердых
материалов применяют рез-
цы с отрицательным пе-
редним углом 7=5—7° и
Рис. 46. Различные способы механи-
ческого крепления алмаза в державке
Рис. 45. Крепление алмаза
в державке припаиванием
более в виде фаски шириной 0,6—0,8 мм на поверхности передней
грани резца. Задний угол при обточке а=5—8°, а при расточке
а=8—15°. Главный угол в плане <р =45—60°. Вспомогательный угол
в плане <р х=40—45°, иногда величину <р х доводят до 2°, исходя из
того, что режущая кромка в этом случае оказывает уплотняющее и
77
полирующее действие на обрабатываемую поверхность детали.
Угол наклона главной режущей кромки Х=0°, но при обработке
алюминия и его сплавов угол К доводят до 5—7°. Радиус закругле-
ния вершины резца в плане г=0,3—1,0 мм.
Алмаз в державке крепится припаиванием или механическим
способом.
При первом креплении конец державки просверливают для
вставки алмаза и затем в нем пропиливают ряд отверстий, как
показано на рис. 45. Алмаз в этой державке помещают в углубле-
нии на две трети своей величины. Язычки державки прижимают
для удержания алмаза, после чего окончательно припаивают цин-
ковым припоем. Державку большей частью делают круглой и
снабжают продольной риской для ориентации при зажиме резца в
борштанге.
В последнее время все шире применяют механическое крепление
алмаза в державке, без припайки и сопутствующего при этом наг-
рева алмаза, вредно отражающегося на его работоспособности. Ме-
ханическое крепление наиболее эффективно для резцов с крупными
кристаллами алмаза. В этом случае резец перетачивается от 6 до
15 раз с доведением алмаза до веса в 0,1 карата.
На рис. 46 представлены различные способы механического
крепления алмаза в державке. В положении а алмаз 1 зажат между
корпусом 2 и планкой. 3 через промежуточную прокладку 4, фик-
сируемую штифтом 5. После закрепления винтом 6 на головке его
ставится пломба. В положении б показано крепление, в котором
алмаз 1 установлен на подкладку 4 сферической формы; между
корпусом 2 и прижимной планкой 3 ставится штифт 5. В положе-
нии в представлено крепление, в котором обе половины 2 и 3
корпуса сжимают алмаз 1 при завертывании гайки 4, навинчи-
ваемой на втулку 6. После зажатия просверливают отверстие для
штифта 5, чтобы предотвратить отвертывание втулки. Перед поста-
новкой в оправку резьбовую часть корпуса вместе со втулкой отре-
зают. В положении г алмаз 1 снабжен основанием сферической
формы. Центр вращения алмаза располагается на значительном
расстоянии от верхней его плоскости, поэтому возможные колеба-
ния алмаза мало влияют на положение его режущей кромки. Обе
половинки 2 и 3 корпуса помещают во втулке 4 и стягивают
винтом 5 с помощью торцового ключа 5, продеваемого через
колпачок 7.
СТР У ж КОЗА В И В АТ ЕЛ И, СТР У Ж КОЛ ОМ АТ ЕЛ И
И СТРУЖКООТВОДЧИКИ
Вопросы стружкозавивания и стружколомания имеют большое
значение, так как повышенные скорости резания при применении
твердосплавных и керамических резцов при обработке вязких мате-
риалов приводят к значительному увеличиванию количества схо-
78
дящей с большой скоростью стружки, загромождающей цехи,
затрудняющей работу токарей и способной привести к травматизму
рабочих. Применение различных стружколомающих устройств зна-
чительно уменьшает объемы стружки, делая ее более пригодной для
транспортировки. Вопросы отведения стружки при обработке
хрупких материалов также имеют большое значение, так как пото-
ки мелкой стружки затрудняют управление станком и вызывают
ранения глаз и ожоги открытых частей тела станочников.
Расчет и конструирование стружкозавивателей при скоростном
резании во многом зависят от уточнения траектории движения
стружки по передней поверхности инструмента. По исследованиям,
проведенным Л. Н. Грацианским,. выявлены основные факторы,
влияющие на направление движения и формообразование стружки,
сходящей по передней поверхности режущего инструмента. Для
случаев свободного резания резцом с углами ф=90°и Х=0° струж-
ка сходит в направлении, перпендикулярном к режущей кромке
резца, а при резании с углами <р =90° и она сходит под углом
<й=90°±Х к режущей кромке. При резании резцом с углами
<р^0° и Х=^=0 стружка сходит не в виде прямой ленты, а представ-
ляет собой развертку усеченного конуса с радиусом
2sin<p-£ *
вершина которого находится на оси вращения обрабатываемой за-
готовки (D — диаметр заготовки, 5=1,34-1,4—коэффициент усад-
ки стружки). В этом случае стружка также сходит по радиусу и в
начальный момент под углом со=90°±Х—к режущей кромке.
Несмотря на большое число (свыше 100) различных конструкций
устройств для завивания и отвода стружки, все же можно выделить
из них четыре группы, получившие наибольшее применение в
работе, а именно:
1) стружкозавиватели и стружколоматели в виде ступеньки
или лунки на передней поверхности резца, полученные шлифованием
или электроискровой обработкой;
2) стружкозавиватели и стружколоматели в виде соответствен-
но оформленных передних поверхностей резцов с отрицательным
передним углом у и положительным углом наклона X;
3) накладные стружколоматели, изготовленные из инструмен-
тальных сталей и твердых сплавов, и
4) стружкоотводчики для отвода стружек хрупкого материала
и пыли, полученной при резании.
Стружкозавиватель и стружколоматели
в виде ступеньки на передней поверхности
резца выполняется: 1) в виде выкружки и 2) в виде
уступ-канавки.
На рис. 47, а показано устройство с радиусной выкружкой для
завивания и ломания стружки. Размеры элементов выкружки в за-
79
висимости от сечения резца и величины подачи s приведены
в табл. 21.
На рис. 47, б представлено устройство с уступ-канавкой для
завивания и ломания стружки. Размеры элементов уступ-канавки
в зависимости от сечения резца, а также величины подачи s и глу-
бины резания t берутся из табл. 22.
Рис. 47. Стружкозавиватели и стружколоматели в виде ступеньки
Таблица 21
РАЗМЕРЫ ВЫКРУЖКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ СЕЧЕНИЙ РЕЗЦА
И ВЕЛИЧИНЫ ПОДАЧИ
Сечение резца, мм Подача 5 на оборот, мм Размеры выкружки, мм
f R в h
16X25 0,3—0,4 0,2-0,3 2,5—3 5—6 0,15
20x30 0,4—0,6 0,3—0,5 3,5—4 7—8 0,2
30x30 0,5—0,6 0,4—0,5 4 8 0,25
25x40 0,6-1,0 0,6—0,8 5 10 0,30
Таблица 22
РАЗМЕРЫ УСТУП-КАНАВКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ СЕЧЕНИЙ РЕЗЦА,
А ТАКЖЕ ПОДАЧИ S И ГЛУБИНЫ РЕЗАНИЯ t
Сечение резца, мм Режимы, резания Размеры уступ-канавки, мм
5, мм Л мм f в h
16X25 0,1—0,4 1—4 0,15 2,5 0,10
20x30 0,4—0,7 1—7 0,20 4 0,15
30x30 0,7—0,9 1—8 0,30 5 0,20
25x40 0,8—1,0 1—10 0,40 6 0,20
80
м 6-6
Можно рекомендовать данную форму стружколомателей при об-
работке сталей на скоростях резания более 180 м/мин.
В последние годы нашли применение стружкозавиваю-
щие устройства в виде искусственных
лунок, получаемых электроискровым методом или доводкой чу-
гунными притирами d=20—60 мм (опыт Липецкого тракторного
завода). Форма и размеры
искусственных лунок, по-
лучаемых электроискровым
методом, приведены на рис.
48. В положении а показа-
на круглая лунка. Диа-
метр ее d берется в зависи-
мости от размеров струж-
ки, в среднем d=5 мм. В
положении б показана сек-
торная лунка, ее размер
равняется половине d.
Эти конструкции струж-
коломателей имеют ряд
недостатков, а именно:
1) необходима индиви-
дуальная заточка каждого
резца для отдельных опе-
раций;
2) индивидуальная за-
точка вызывает повышен-
ный расход твердых спла-
вов и удорожает стоимость
переточки резцов;
3) ненадежное струж-
кодробление, зависящее
от ряда факторов; при не-
достаточном учете этих факторов правильное стружкодробление
может быть нарушено.
Стружколоматели в виде соответственно
подобранной геометрии резцов с отрица-
тельным передним углом у неположитель-
ным углом наклона^ являются более простыми, обес-
печивающими при определенных условиях надежное завивание и
дробление стружки. В результате применения этих стружколома-
телей сильно деформированная стружка направляется на деталь
и, разгибаясь, ломается на мелкие полукольца радиусом 10—2Qmm.
На рис. 49 изображен один из таких резцов, находящий применение
при скоростном резании. Эти стружколоматели применимы глав-
ным образом при обработке жестких деталей, так как при работе
резцов с такой заточкой появляются значительные радиальные
Рис. 48. Стружкозавиватели и стружко-
ломатели в виде искусственных лунок
81
усилия, вызывающие отжим и вибрацию детали. Расход мощности
яри этом увеличивается. Многократные испытания этих резцов
при резании стали любых марок на скоростях от 25 до 145 м!мин
с различной глубиной резания от 3 до 15 мм и с подачами от 0,3 до
2 мм!об показали, что наиболее надежное стружколомание обеспе-
чивается при отношении глубины резания к подаче не более десяти
(//s<10) главным образом в зоне подач, превышающих 0,4 мм!об.
Накладные стружколоматели применяются
трех типов: 1) с наварными или напаянными пластинками,
2) с механически закрепленными пластинками, 3) независящие от
резца.
Стружколоматель с накладной приваренной пластинкой из ин-
струментальной стали с ее последующей закалкой представлен на
рис. 50, а. Применяется наплавка рабочей части стружколоматель-
ной пластинки сормайтом, а в отдельных случаях напайка твердо-
сплавных пластинок.
Ширина пластинки стружколоматели должна быть меньше ши-
рины резца на 2—4 мм, а длина равна ширине резца. Высота струж-
коломателя h=64-8 мм в зависимости от сечения резца. Оптимальный
угол наклона рабочей грани стружколоматели е=105® (при подачах
$<0,5 мм!об). Угол т влияет на направление схода стружки и при-
нимается равным 5°. Ширина ступени Ь=3^-7 мм в зависимости от
глубины резания и подачи. Стружколоматели данной конструкции
имеют следующие преимущества:
1) хорошее стружкодробление в широком диапазоне скоростей
резания (70—180 м/мин) при постоянных параметрах стружколо-
мателей;
2) простота изготовления таких резцов, а также широкий допуск
на изготовление стружколомателей; возможна многократная пере-
точка резцов по задней поверхности до переточки стружколома-
теля.
82
Стружколоматель с механически закрепленной пластинкой пока-
зан на рис. 50, 6. Пластинка изготовляется из инструментальной
стали с последующей термической обработкой. При изменении
режима работы в таком стружколомателе необходимо изменять углы
боковых наклонов пластинки-прихвата, для чего две стороны ее на-
клонены под углом 30°, а две другие — под углом 40°. Эта конструк-
ция стружколомателя дает возможность одновременно закреплять
твердосплавную пластинку в державке резца.
В Московском авиационном институте создана конструкция
стружколомателя с механически закрепленной пластинкой, позволя-
Рис. 50. Стружколоматели с приваркой и с механически закрепленной плас-
тинкой
ющая ломать стружку при скоростях 60—560 м/мин. В этой конст-
рукции стальная закаленная пластинка имеет вырез с углом 125°
(рис. 50, в). Стружка, попадая в вырез, изгибается и ломается на
мелкие элементы. Пластинка прижимается специальной накладкой.
Стружколоматели, независящие от резца, закрепляются на
резцедержавке суппорта станка. Интересна конструкция такого
стружколомателя с автоматической установкой порожка, создан-
ная в лаборатории резания Горьковского политехнического ин-
ститута, схема действия которого показана на рис 51. При ре-
зании под воздействием стружки порожек 1 автоматически пере-
мещается по передней грани резца. Вместе с порожком в том же
направлении движется и нижний конец рычага 4. Одновременно ры-
чаг 4 с порожком 1 двигаются вверх, передавая давление стружки на
коромысло 5, вращающееся на оси 2, которое в свою очередь сжимает
пружину 5. При этом порожек 1 занимает такое положение, при
котором наступают оптимальные условия стружколомания при
заданных режимах резания. Опыты показывают, что расстояние от
порожка до режущей кромки резца изменяется прямо пропорцио-
нально глубине резания и обратно пропорционально скорости ре-
зания. Подача влияет аналогично глубине резания.
При обработке хрупких материалов (бронза, латунь, чугун и др.)
отлетающая стружка, обладая большой кинетической энергией ивы-
83
сокой температурой, разлетается на 3—8 м от резца. Поток стружек
имеет сложную геометрическую форму. Он отклоняется от передней
грани резца на небольшой угол и может полностью улавливаться
приемником, установленным вблизи режущей кромки. В то же вре-
мя форма стружки удобна
для отвода по относительно
узким каналам. В настоящее
время имеется ряд устройств
для улавливания и отвода
стружек и пыли от зоны
резания за пределы станка.
На рис. 52 представлено од-
но из таких устройств, разра-
ботанное А. Ф. Власовым в
Московском НИИ охраны
труда ВЦСПС под маркой
МИОТ. Это устройство при-
меняется при продольном на-
Рис. 51. Стружколоматель независя-
щий от резца с автоматической уста-
новкой порожка
Рис. 52. Стружкоотводчик МИОТ-4
ружном точении и торцева-
нии. Корпус стружкоотвод-
чика изготовляется сварным
или литым. Он состоит из дер-
жавки /, к которой приварены
криволинейная направляю-
щая 2 и опорная рифленая
пластинка 3. Резец 5 закреп-
ляется на опорной пластине
3 болтом 4. По мере срабаты-
вания режущей пластинки
инструмент может выдвигать-
ся по рифлениям из корпуса.
Стружки и металлическая
пыль отводятся по каналу 2
за счет кинетической энергии
потока стружек. Имеется и
ряд других устройств, разра-
ботанных указанным выше
институтом.
КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИИ РЕЗЦОВ
При контроле геометрии резцов используются два метода: абсо-
лютный и относительный. По абсолютному методу работают угло-
мерные приборы, а по относительному — приспособления с шабло-
нами.
Наиболее распространенными приборами для абсолютных из-
мерений являются универсальные угломеры, прибор ВНИИ, при-
бор завода МИЗ, угломер ВНИИ.
84
возможность изме-
Рис. 53. Угломер системы Семенова
На рис. 53 изображен универсальный угломер системы Семено-
ва. По сектору 1, на котором нанесена основная градусная шкала,
перемещается пластина 2 с закрепленным на ней нониусом 3. На
этой пластине с помощью державки 4 можно закрепить угольник 5,
на котором в свою очередь закрепляется линейка 6. Пластина 7
жестко соединена с сектором 1. Основная шкала угломера нанесена
на дуге 130°, однако путем различных комбинаций в установке из-
мерительных деталей угла
рения углов в . интервале
0—320°. Величина отсчета
по нониусу составляет 2'.
Реже применяются угло-
меры с отсчетом по нониу-
су 5'. Соответствующей
установкой инструмента
так, чтобы стороны изме-
ряемого угла легли меж-
ду пластиной 7 и линей-
кой 6, можно при помощи
сектора 1 и нониуса 3 про-
извести необходимые изме-
рения. Данный прибор яв-
ляется универсальным, по-
зволяющим производить
различные измерения уг-
лов.
Специально приспособленными для измерения углов режущего
инструмента являются приборы, рассматриваемые ниже.
Прибор ВНИИ позволяет измерять передний и задний углы на-
клона режущей кромки резца. На верхней части прибора (рис. 54, а)
на кронштейне 5 нанесена шкала с градусными делениями. Нижняя
подвижная часть угломера 6 состоит из сектора 7 с нанесенными на
нем делениями и заканчивается угловым прямолинейным шаблоном.
Угольник 8 обеспечивает правильную установку резца. Таким
путем можно производить измерения передних и задних углов резца.
Этим прибором можно по специальной шкале производить измере-
ния передних углов резца с радиусной заточкой. Для этого прибор
снабжен двумя сменными секторами с нанесенными на них делени-
ями для разных радиусов заточки. Один сектор предназначен для
радиусов от 5 до 30 мм, второй — от 10 до 30 мм. Для измерения
угла наклона главной режущей кромки на торце кронштейна прибо-
ра помещен угломер (рис. 54, б), состоящий из поворотной измери-
тельной линейки 1, соединенной с указателем 2 и угловой шкалой 3.
Прибор завода МИЗ (рис. 54, в) применяется для измерения пе-
реднего и заднего углов резца. Верхняя часть поворотного шаблона
1 имеет индекс(указатель) 2 и направлена к градусной шкале, ниж-
няя же состоит из прямоугольного шаблона с плоскостями а и Ь.
85
Угломер ВНИИ является оригинальной конструкцией, отлич-
ной по принципу работы от обычных угломеров, и применяется для
измерения всех углов резца;а, у, Z, ср и <pv В основу конструкции
угломера положен принцип отвеса (рис. 55). Стрелка прибора ука-
зывает на нулевое деление шкалы при строго вертикальном или
горизонтальном положении прибора. При установке угломера на
Рис. 54. Приборы
ВНИИ и МИЗ:
1 — основная плита; 2—ко-
лонка; 3 — рейка; 4 —кре-
мальеры; 5 — кронштейн;
6 — угломер; 7 — подвиж-
ной сектор; 8 — неподвиж-
ный угольник
наклонную плоскость стрелка показывает на шкале величину угла
наклона плоскости.
Прибор устанавливают на поверхности инструмента, снивел-
лированного по горизонту, и измеряют углы заточки.
Наиболее употребительными средствами для относительных из-
мерений являются:
1) ребристая пирамида ВНИИ;
2) прибор ВНИИ с шаблонами;
3) простые шаблоны или их наборы.
Серийный контроль задних углов резцов удобно производить
при помощи ребристой пирамиды ВНИИ (рис. 56, а). Ребристая
пирамида состоит из корпуса 1 и восьми ножевидных шаблонов 2
с углами 2, 6, 8, 10, 12, 15, 17 и 20°, измеряющих задние углы
резца <?.
86
Для серийного контроля переднего и заднего углов резца может
служить прибор ВНИИ с шаблонами, представленный на рис. 56, б.
Он состоит из основания 1 со
стойкой 2у по которой ходит
втулка с крестовиной 5, несу-
щая четыре двусторонних шаб-
лона 4. Для установки контро-
лируемого резца предусмотрена
поворотная полка 5 с лимбом 6
и угольник 7у в прорези которо-
го можно вдвигать шаблон 4 при
установке для измерения.
Для относительных измере-
ний часто находят применение
простые шаблоны или их набо-
ры. На рис. 56, в изображен
один из таких шаблонов, пред-
назначенный для контроля
задних углов и углов заост-
рения.
Рис. 56. Приборы для относительных измерений
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Качество резцов с пластинками из быстрорежущей стали должно
соответствовать ГОСТ 10047—62, а резцов с напаянными пластинка-
ми из твердого сплава— ГОСТ 5688—61.
Резцы с пластинками из быстрорежущей стали не должны иметь
на режущей части трещин, расслоений, забоин, заусенцев и поджо-
гов. Завалы и выкрошенные места на режущих кромках не допус-
каются. На поверхности резца не должно быть следов сварочного
порошка и буры, а также коррозии. Толщина сварочного шва
должна быть минимальной (0,1—0,2 мм). Резец, положенный опор-
87
ной поверхностью на контрольную плиту, должен прилегать к ней
плотно без качки.
Допускаемые отклонения углов заточки режущей части резцов
должны быть:
а) для задних углов а и ах— не свыше ±1°;
б) для переднего угла у до 12° — не свыше ±1°, а более 12°— не
свыше ±2°;
в) для угла наклона главной режущей кромки %— не свыше ±1°;
г) для главного угла в плане <р — не свыше ±2°.
Твердость режущей части резцов (пластинок) принимается HRC
61—65.
Резцы должны быть испытаны в работе по стали марок 40 или
45 твердостью НВ 160—190 (без корки), с применением охлаждения
5%-ным (по весу) раствором эмульсола в воде при расходе не менее
5 л/мин.
Режимы испытания токарных и строгальных резцов, закреплен-
ных в суппорте, принимаются в соответствии со стандартными тре-
бованиями. Режимы испытания долбежных резцов стандартом не
регламентированы.
При указанных выше режимах резцы работают 5 мин машинно-
го времени, после чего на их режущих кромках не должно наблю-
даться выкрашивания их каких-либо следов деформации, и они
могут быть пригодны к дальнейшей работе.
Резцы с напаянными пластинками из твердого сплава также
не должны иметь вздутой слоистости, забоин, глубоких и по-
верхностных трещин (сетки). Передняя и задняя поверхности режу-
щей части подвергаются операции доводки. Завалы и выкрошенные
места на режущих кромках не допускаются.
На поверхности резцов не должно быть следов припоя и буры,
а также коррозии. Слой припоя делается тонким (в среднем 0,1 мм).
При ударе молотком по стержню резца или резцом о металлическую
болванку пластинка твердого сплава не должна отскакивать.
Испытания токарных и строгальных резцов в работе произво-
дятся:
а) резцов с пластинками типа ВК — по серому чугуну твердо-
стью НВ 180—220;
б) резцов с пластинками типа ТК — без охлаждения по стали
марки 40 твердостью НВ 192—228 или по стали марки Ст. 6 твердо-
стью НВ 201.
Испытание отрезных и прорезных резцов производится при пода-
че на один оборот шпинделя токарного станка или двойной ход
стола строгального станка: по стали — 0,1, а по чугуну — 0,15 м.
Режимы испытания проходных и подрезных упорных резцов
принимаются в соответствии со стандартными требованиями.
После 5-минутной работы резцы должны быть пригодны к даль-
нейшей работе без какого-либо выкрашивания или следов дефор-
мации.
ГЛАВА IV
ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
При обтачивании фасонных деталей обычные токарные резцы не
обеспечивают точности получения профиля и мало производитель-
ны. Их применение целесообразно главным образом для обтачива-
ния фасонных деталей в единичном или мелкосерийном производ-
стве.
В крупносерийном и массовом производстве в качестве основно-
го вида режущего инструмента для обработки фасонных деталей на-
ходят применение специальные фасонные резцы. Они обеспечивают
идентичность формы, точность размеров и высокую производитель-
ность, а также допускают большое количество переточек.
Фасонные резцы можно разделить на призматические
и круглые. Круглые резцы применяются для наружного и внут-
реннего обтачивания, призматические — только для наружного.
В процессе работы призматические фасонные резцы могут иметь рас-
положение базы крепления либо параллельно оси детали (рис. 57, а),
либо наклонно (рис. 57, в). Ось круглых фасонных резцов распола-
гается либо параллельно оси обрабатываемой детали (рис. 57, 6),
либо наклонно (рис. 57, г). Наклонное расположение базы креп-
ления призматического резца или оси круглого фасонного резца
применяется в исключительных случаях, когда конфигурация де-
тали на отдельных участках профиля не обеспечивает получения
оптимальных задних углов при параллельном расположении. При-
веденные выше резцы являются р а д и а л ь н ы м и, т. е. устанав-
ливаются по отношению к деталям таким образом, чтобы обеспечить
поперечную подачу по радиусу или наклонно к нему. При этом
ось детали в процессе резания пересекается одной или несколькими
точками режущей кромки. При работе радиальных фасонных рез-
цов происходит постепенное срезание в виде непрерывной стружки
всего подлежащего удалению объема металла одним режущим лез-
вием, причем режущая часть периметра постепенно увеличивается
и к концу работы достигает всей длины лезвия резца. Вследствие
89
Рис. 57. Призматический и круглый фасонные резцы
Рис. 58. Фасонный тангенциальный
резец
Рис. 59. Фасонный резец с образующими,
расположенными по винтовой линии
90
этого радиальный резец работает в тяжелых условиях резания. При
обработке длинных деталей возможен прогиб его от сил резания.
Призматические резцы могут быть также тангенциальными. В
этом случае они осуществляют касательное направление подачи к
обрабатываемой фасонной поверхности. Режущие лезвия призмати-
ческих тангенциальных резцов устанавливаются на определенном
расстоянии от оси обрабатываемой детали, как показано на рис. 58.
Так как тангенциальные резцы ввиду сильно вытянутых в длину
фасонных лезвий обрабатывают профиль не сразу по всему контуру,
а постепенно, ими можно обтачивать относительно длинные фасон-
ные детали.
Круглые фасонные резцы бывают с кольцевыми образующими фа-
сонных поверхностей (см. рис. 57, б) или с образующими, располо-
женными по винтовой линии (рис. 59).
Более широкое применение находят круглые фасонные резцы,
главным образом из-за простоты изготовления. Кроме того, эти
резцы выдерживают большое число переточек. Призматические
фасонные резцы обладают повышенной точностью и надежностью
крепления.
ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩИХ ЛЕЗВИЙ
В любом из представленных выше фасонных резцов необходимо
обеспечить заданные углы у и а, а также угол наклона режущей
кромки %.
Передний угол у фасонных резцов в наружных точках профиля
выбирается в зависимости от обрабатываемого материала согласно
табл. 23.
Таблица 23
Обрабатываемый материал Угол т, град.
Бронза и весьма твердый чугун 0
Сталь ов > 80 кГ/мм2 (785 Мн/м2), чугун НВ 180 4- 220 5
ав = 60 4- 80 кГ/мм2 (589 — 785 Мн/м2), чугун НВ 160 -г- 180 10
ав = 50 4-60 кГ/мм2 (490 -т-589 Мн/м2) . 15
ав < 50 кГ/мм2 (490 Мн/м2) 20
Алюминий, меть 25—30
По мере перехода к центру или базе крепления резца передний
угол непрерывно уменьшается, приближаясь к нулю.
Задний угол призматических резцов в наружных точках профиля
принимается в пределах 12—15°, а круглых — в пределах 10—12°
с учетом, что по мере* приближения к центру резца или базе креп-
ления он непрерывно увеличивается. Величина этого угла также ме-
91
няется по профилю резца. На горизонтальных участках профиля,
параллельных оси детали, величина угла а наибольшая, на наклон-
ных участках меньше и, наконец, на частях профиля, перпендику-
лярных к оси детали, а=0°. Если угол а сделать больше 0°, то при
переточке по передней плоскости резца его профиль изменится.
Для профилей, имеющих участки, расположенные перпендику-
лярно оси детали, во избежание сильного трения необходимо
изготовлять резцы с поднутрением (рис. 60, а) или с фасками на этих
участках (рис. 60, б). Можно в этом слу-
чае применять и резцы с расположением
фасонного профиля по винтовой линии,
как было уже сказано выше.,
Деталь
Деталъ
Q
Рис. 61. Кривая затыл-
ка профиля резца
а)
Рис. 60. Фасонный резец с поднут-
рением и фаской
Величину заднего угла в любой точке М наклонной части фа-
сонного профиля резца можно связать формулой с величиной угла
а режущих частей профиля, параллельных оси детали, помня,
что величины задних углов берутся в плоскостях, перпендикуляр-
ных к режущей кромке.
Пусть очертание затылочной кривой в произвольной точке D
(рис. 61) фасонного профиля резца, расположенной на линии, па-
раллельной оси детали, будетDZ (в частном случае радиус кривизны
этой кривой может быть равным бесконечности). Отнесем эту кри-
вую к полярному центру О и пусть OD~Re будет радиусом-вектором
точки D этой кривой. Проведем линию DP, касательную в точке D
к кривой DZ и перпендикулярную к радиусу кривизны кривой в
точке D. Обозначим угол PDO через р. Известно, что тангенс
угла (х наклона касательной DP к радиусу-вектору точки D рав-
няется отношению функции к ее первой производной:
где
«, = /(?). а <=>•
когда кривая DZ дана уравнением в полярных координатах Re
и <р; для точки D величина Re—OD, а угол является углом откло-
92
нения 0D от полярной оси. Проводя DN перпендикулярно радиусу-
вектору 0D, получим угол NDP, представляющий собой не что
иное, как задний угол а фасонного профиля резца (если кривую DZ
считать затылком этого профиля в точке D).
Тогда
tgtx = tg(90°-a) = -^r.
D
Подставляя величину tgp. в уравнение tg(i= —, получим
R '
tga =
Рис. 62. Построение для определения угла a
м
Пусть на рис. 62 представлен в перспективе фасонный резец,
который в точках D и С, расположенных на линии, параллельной
оси детали, имеет задний угол а, а в произвольно взятой точке М
по направлению резания имеет задний угол 6 м (это не угол а^, так
как угол ам берется в плоскости, перпендикулярной к режущей
кромке). Угол 8м можно определить через угол а следующим обра-
зом. Пусть уравнение верхушечной кривой, образующей затылок
у точек D и С, будет представлено в полярных координатах
Тогда для любой точки М, лежащей ближе к полярному центру на
расстоянии I от верхушечных точек D и С, можно написать:
93
Учитывая предыдущую формулу, получим
W 1 _ dR* 1 tg м~ d<? RM-
Но так как dR dq> dtp ’
то tga Rm, tg^ R’
отсюда tg^ = tgaA
Для точки М построим угол NM0=8m, взятый в направлении,
перпендикулярном к оси детали или параллельном оси резца Л7С;
угол NMP=&m— фактический задний угол в точке 7И, взятый в
плоскости, перпендикулярной касательной в точке М к режущей
кромке EMD резца, и угол NOP, равный углу наклона фм касатель-
ной к режущей кромке EMD в точке М к основной вертикальной
плоскости, проходящей через КК'. Тогда из A NOM находим
ON = MN tg^,
а из A NMP NP = MN tgaM,
отсюда NP _ tga^ ON ~ tg^M
Из Д NOP находим NP — ON sin cpM.
Подставляя это выражение в предыдущее уравнение, полу-
чаем tg%M 81ПФЛ,== , tg
94
или
tgaAf = tg8Msin<pA1.
Подставляя ранее выведенное выражение
tg^-tga
получаем
tgaAf = ^tgasin?M-
Таким образом, для нахождения заднего угла в любой
точке фасонного профиля резца надо знать: и RM — соответ-
ствующие расстояния наружной и произвольной точек от центра
или базы крепления резца, а также срм — угол между касатель-
ной к профилю резца в рассматриваемой точке и прямой, пер-
пендикулярной к оси детали.
При выборе угла а надо обеспечить на наклонных участках про-
филя резца угол ам для самой неблагоприятной точки режущей
кромки величиной не менее 2—3°.
Анализируя формулу
tga«=£tgasin,?M’
получаем при <ря=0® значение 1§аЛ(=0или <*^=0°, а при <рм=90в
значение
р
tga" :==^tga‘
Так как в этом случае получим tgaAf=tga, или a^=a,
т. е. у режущих кромок, параллельных оси детали, угол а наиболь-
ший, а у расположенных перпендикулярно оси равен нулю. В по-
следнем случае и необходимы показанные на рис. 60 поднутрения и
фаски с выточками.
Учитывая очень небольшую разницу между 7? и Rm, часто на
практике пользуются формулой
tg aAf = tgasin?M.
Для увеличения точности обработки наиболее ответственных
контурных участков фасонных деталей иногда конструкцию фасон-
ных резцов усложняют путем заточки не только переднего угла
95
7, но и угла наклона % в плоскости, параллельной оси или базе
крепления резца.
Наличие такого угла % позволяет расположить по центру не од-
ну точку режущей части резца, а целый участок, соответствующий
наиболее важному конусному участку профиля детали. Для криво-
линейной формы профиля этот метод неприменим.
КОРРЕКТИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ РЕЗЦОВ
Если фасонному резцу придать передний угол у=0° и задний
угол а=0° и поставить такой резец при работе режущим лезвием
на высоте центра вращения детали, то профиль детали будет пол-
Рис. 63. Фасонный резец с
7>0° и а>0°
ностью идентичен профилю лезвия
резца. Но при угле а=0° резание
практически невозможно. Как
только угол а делается больше 0°,
появляется необходимость коррек-
тирования профиля фасонного рез-
ца, так как его профиль должен
отличаться от требуемого профиля
детали. Таким образом, наличие
угла 7=0° при а>0° не устраняет
необходимости коррекционных рас-
четов и не уменьшает ни трудо-
емкости расчетной работы, ни
сложности технологии производ-
ства корригированных фасонных
резцов. Поэтому фасонные резцы
целесообразно всегда затачивать с
углом 7, соответствующим обраба-
тываемому материалу.
На рис. 63 представлены приз-
матический и круглый резцы с уг-
лами 7>0° и а >0°.
В призматическом
кость его передней поверхности пересекает фасонную
детали на расстоянии от центра детали
резце плос-
поверхность
йг = Г1 sin 7,
а в круглом резце — на расстоянии от центра резца
= /?1sin(a+ 7).
С увеличением значений а и 7 увеличиваются и Л2, а значит
96
увеличивается и разница между нормальными профилями резца и
детали. Таким образом, причиной коррекционных расчетов являет-
ся наличие угла 8=а+у, называемого углом искажения.
Целью коррекционных расчетов для призматических и танген-
циальных резцов является определение линейных расстояний узло-
вых точек фасонного профиля от некоторой координатной оси, а
для круглых резцов — определение радиусов точек фасонного про-
филя. Коррекционные расчеты должны производиться с точностью
до 0,001 мм, с последующим округлением до 0,01 мм. Эти расчеты
требуют затраты большо-
го количества времени.
Целесообразно пользовать-
ся последовательным ре-
шением ряда простейших
трехчленных уравнений,
дающих в итоге искомый
размер. Такой метод зна-
чительно упрощает расчет
и устраняет ошибки, поч-
ти неизбежные при ис-
пользовании громоздких
формул.
На основании указан-
ного выше рассмотрим ме-
тод составления элемен-
тарно простых расчетных
формул для проведения
общей части коррекцион-
ных расчетов радиальных
фасонных резцов, как
призматических, так и
круглых.
На рис. 64 представ-
лен произвольный про-
филь детали. Пусть точка
1 фасонного режущего лез-
вия, которое обрабатывает
данный профиль, располо-
жена на высоте центра вра-
щения детали Од\ тог-
да можно написать, что
h-r-L sin Все остальные узловые точки режущего лезвия вви-
ду наличия переднего угла больше нуля расположатся ниже
центра вращения Од детали.
Задачей общей части коррекционных расчетов является оп-
ределение расстояний С2, С3, С4, С6 и Св, необходимых для дальней-
ших расчетов профилей призматических и круглых резцов.
4 Металлорежущие инструменты
97
Эти расстояния определяются i
ряда трехчленных уравнений:
1) A = rtsin-f1;
2) Лх = i\ cos 7Х;
3) sinT2=— ;
4) Л2 = r2cosy2;
5) С — А% Лх!
6) Sin Тз= — ;
гз
7) Л8 = r3 cos 1з,
15) Св =
1 основании рис. 64 с помощью
8) Сз = Л3 — Лг;
9) С4 = С3;
10) siny6=-^-;
гъ
11) Л6 = r5cos-f5;
12) С5 = Л6-Лх;
13) sinT6=-^-;
14) Л6 = гвсо5тв;
ie Лх.
ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ
Рис. 65. Расчетная схема профиля
радиального призматического фасон-
ного резца
Призматические резцы из-
готовляются длиной 75—1@0 мм.
Ширина их зависит от длины
профиля заточки. Часто резцы
закрепляют в державке с по-
мощью «ласточкина хвоста». Кор-
рекционные расчеты таких рез-
цов заключаются в вычислении
расстояний узловых точек нор-
мального фасонного профиля
резца от произвольно выбранной
координатной оси. Пусть на
рис. 65 представлена деталь а
определенного профиля и ра-
диальный призматический фа-
сонный резец б с углом у1>0°.
Принимаем за произвольную
координатную ось прямую ли-
нию, проходящую через первую
узловую точку, отмеченную циф-
рой /, под углом к плоскости
резания в этой точке. Тогда
целью коррекционных расчетов
явится вычисление расстояния
от прямолинейной образующей
точки 1 до параллельных ей
прямолинейных образующих
задней поверхности резца,
проведенных через узловые
98
контурные точки 2, 5, 4, 5 и 6. Таким образом, целью
расчета явится определение координатных размеров Р2, Р3, Р4,
Ръ и Рв для узловых точек 2, 5, 4, 5 и 6. Для этого берем ряд пря-
моугольных треугольников с прямыми углами в точках а2, а3, а4,
аъ и а6. Гипотенузы этих треугольников С2, С3, С4, С5 и С6 вычисле-
ны выше для всех радиальных фасонных резцов. Углы в точках
2, 3, 4, 5 и 6 вершин всех треугольников равны е1=а1+у1.
Из указанных треугольников получаем:
1) = 2) Р 2 = С2 cos вр 3) Pq == С?з cos вр
4) C4 = С3', 5) P 4 = P 3] 6) P 6 = C5 cos ex;
7) P6 = C6 cos ele
Аналогичным методом могут быть произведены коррекционные
расчеты радиальных призматических резцов с углом % >0°, а также
установленных наклонно относительно оси обрабатываемой детали.
При обработке детали радиальными призматическими фасон-
ными резцами с углом у >0° конусные участки ее получают ту или
иную степень вогнутости. Но эта вогнутость незначительна и, как
правило, укладывается в пределы допусков на детали. Чтобы пол-
ностью избежать вогнутости конической поверхности обрабатывае-
мой детали, призматическому резцу необходимо придать не только
определенный угол у, но и угол %, соответствующий конусности
детали, так как в этом случае режущая кромка резца не только пря-
молинейна, но и расположена по образующей конуса детали.
Тангенциальные призматические резцы работают с поддчей
по касательной к обрабатываемой поверхности. Такой резец дает
точный диаметр, так как величина последнего зависит лишь от
положения резца, а не от подачи. При косом положении резца
по отношению к оси вращения он может постепенно резаться
в деталь (<р>0°). Но условия резания при таком резце небла-
гоприятны, так как ' величины заднего и переднего углов
меняются при разных положениях резца. Передний угол у при
переходе его из крайнего положения в центральное будет увеличи-
ваться от 0 до у р
Зависимость между D и d выражается формулой
d = D cos Тр
Таким образом, резец при данном угле ух может быть установ-
лен на обработку глубины профиля не больше мм.
Угол задней заточки резца а постепенно, по мере врезания рез-
ца в деталь, уменьшается от величины а до наименьшей допустимой
для угла задней заточки величины
Эти резцы применяются преимущественно при чистовой работе,
т. е. при малых допусках на обработку и незначительной разности
в значениях ух и у=0, а также а и аР
4*
99
Рис. 66. Круглый
фасонный резец
линии центров на
КРУГЛЫЕ ФАСОННЫЕ РЕЗЦЫ
Профиль режущей части круглого фасонного резца (рис. 66)
изготовляется в соответствии с заданным профилем обрабатывае-
мой поверхности. Круглая форма резца позволяет многократно его
перетачивать.
Переточку резца производят шлифовальным кругом так, чтобы
торцовая поверхность круга всегда была направлена по касательной
к окружности радиуса h.
Вырез I делают такого размера, чтобы обеспечить легкое сверты-
вание стружки. При понижении плоскости режущей части резца
на величину h и одновременном закреплении оси резца на высоту h
выше центра обрабатываемой детали передняя
поверхность круглого резца располагается на
одной высоте с центром детали. Таким об-
разом, при угле резания 90° путем понижения
передней поверхности на величину h созда-
ется требуемый задний угол а.
При этом необходимо считаться с иска-
жением в плоскости передней грани АВ про-
филя резца. Для того чтобы деталь получила
правильный профиль при обработке ее рез-
цом с передней поверхностью, лежащей ниже
величину А, необходимо дать резцу соответст-
вующий профиль в положении АВ. Это достигается путем изго-
товления круглого резца плоским фасонным резцом, имеющим пра-
рильный профиль, но установленным на величину h ниже центра
обрабатываемого круглого резца. Так как в таком положении резец
работает в тяжелых условиях (резец не режет, а скоблит), то плос-
кий фасонный резец устанавливается вначале на высоте линии цен-
тров и обрабатывает на круглом резце (в положении ЛВ) иска-
женный профиль. При чистовой отделке круглого фасонного резца
плоский резец устанавливается в правильное положение — ниже
центра на величину Л, вследствие чего исправляется незначительное
искажение и получается требуемая форма круглого резца. Если же
плоский фасонный резец при изготовлении круглого резца устанав-
ливается на линии центров, то ему необходимо сообщить искаженный
профиль, который можно получить описанным выше построением.
Величина h понижения грани АВ круглого резца берется от х/8 до
V12 его диаметра, что дает возможность получить задний угол рез-
ца от 10 до 15°. Величину h можно получить из формулы
h = -у- sin а лии,
где D — диаметр резца, мм-,
а — задний угол резца, град.
100
Расчет круглых фасонных резцов состоит из двух этапов: 1) ус-
тановления габаритного размера резца и 2) коррекционных расче-
тов его профиля.
На рис. 67 показана деталь а, которую необходимо обработать
круглым фасонным резцом б. Для расчета резца прежде всего необ-
Рис. 67. Расчетная схема для определе-
ния радиусов круглых фасонных резцов
ходимо определить размер наибольшего радиуса резца Этот ра-
диус может быть приближенно представлен как сумма ряда слагае-
мых:
— ^H~K4-S4-r0,
где t — высота профиля изделия, t—rg—гх;
К — глубина заточки передней поверхности резца (обычно
^=34-12 мм в зависимости от размеров резца);
5— толщина стенки резца (обычно 5=54-8 мм)\
г0— радиус отверстия круглого резца (обычно г0—6—15 лии).
Округляя полученный размер до целого числа, принимаем
его за наибольший размер круглого резца. Диаметр резца для внут-
1U1
ренней обработки принимают не свыше 0,75 диаметра отверстия
детали. Ниже приводятся нормальные размеры диаметра резца и его
отверстия.
D, мм 30 40 50 60 75 90
d, мм 13 16 16 22 22 27
Коррекционные расчеты профиля круглого фасонного резца
(рис. 67) заключаются в нахождении его радиусов /?2, Л?3, Т?4,
и /?в, “соответствующих узловым точкам профиля 2, 3, 4, 5 и 6.
Расстояния между точкой 1 и указанными точками равны С2,
С3, С4, С5 и С6, формулы для вычисления которых приведены выше.
Опустив из центра резца перпендикуляр на переднюю поверх-
ность его, получим ряд прямоугольных треугольников, у которых
общие прямой угол, катет и гипотенузы, равные Т?2,7?3, ^?4, Л?5 и /?в.
Из этих треугольников получаем следующие формулы:
1) = ai + Т1! 10) B4 = B3;
2) hp = sin ех; 11) = /?3;
3) В4 = cos ех; 12) = Bi C6;
4) jB2 = — C2; A 13) tge5=-^-;
5) 14) n __ hp _ 5 sin e6 cos e6
6) P — hp — • 2 sin e2 cos e2 ’ 15) = Bi — Cq\
7) B3 = B± C3; 16) tgee = 4-;
8) 17) П ^6 Bq Лй ~~r~ — .
° sin e6 cos e6
9) Ra = —P— = _®3_ ;
3 sin e3 cos e3 ’
Из указанных формул можно определить числовые значения ра-
диусов Т?2, Л?3, #4, R6 и /?6 проектируемого фасонного резца.
Аналогично производят коррекционные расчеты круглых фасон-
ных резцов для внутреннего растачивания с углом %>0° с винто-
вой задней поверхностью и наклонно установленной осью.
При обработке детали круглыми фасонными резцами получается
искажение ее формы во всех конусных участках, которые обращают-
ся в криволинейные гиперболического порядка, так как в сечении
конуса плоскостью, отстоящей на некотором расстоянии от оси рез-
ца, получается не прямая, а дуга гиперболы.
ГЛАВА V
НАПИЛЬНИКИ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Напильник представляет собой режущий инструмент, произ-
водящий срезание слоя металла (опиливание) при поступательном
или вращательном движении с помощью ряда режущих зубьев,
расположенных последовательно один за другим на его рабочих
поверхностях. Напильники широко применяются для обработки
металлов (опиливания), особенно при обработке вручную.
КОНСТРУКЦИЯ НАПИЛЬНИКОВ
Конструкция напильников предопределяется их формой, типом
и числом насечек и очертанием их зубьев. Форма напильника зави-
сит от его назначения.
Напильники подразделяются на слесарные, специальные, раш-
пили и надфили.
Слесарные напильники: плоские тупоносые, плос-
кие остроносые, квадратные, трехгранные, круглые, полукруглые,
ромбические и ножовочные длиной от 100 до 400 мм, стандартизо-
ваны по ГОСТ 1465—59.
Плоские тупоносые напильники (рис. 68, а) имеют три рабочие
стороны (две широкие и одну узкую) и применяются для опиливания
свободных, а также сопряженных плоскостей под углом 90°.
Плоские остроносые напильники (рис. 68, б) имеют насечку на
всех четырех сторонах и применяются для выполнения тех же
операций, что и плоские тупоносые напильники.
Квадратные напильники (рис. 68, в) используются при опилива-
нии плоскостей прямоугольных пазов, квадратных и прямоуголь-
ных отверстий.
Трехгранные напильники (рис. 68, г) имеют профиль равносто-
роннего треугольника и применяются для опиливания трехгранных
и многогранных отверстий с углом более 60°.
103
Рис. 68. Слесарные напильники (ГОСТ 1465—59)
Круглые напильники (рис. 68, д) применяются для опиливания
круглых отверстий и криволинейных вогнутых поверхностей.
Полукруглые напильники (рис. 68, е) имеют одну выпуклую и
одну плоскую поверхности, причем длина дуги выпуклой стороны
на неоттянутом участке составляет примерно 1/.3 окружности.
Выпуклой стороной данный напильник может опиливать криволи-
нейные вогнутые поверхности с большим радиусом, чем круглый на-
пильник. Их можно также использовать для выпиливания закруг-
лений в углах и в пазах сложного профиля.
Ромбические напильники (рис. 68, ж) применяются для опили-
вания острых углов не менее 30°.
Ножовочные напильники (рис. 68, з) имеют прямолинейную ниж-
нюю узкую сторону, а их боковые стороны образуют угол 10°.
Они применяются для опиливания острых углов не менее 10° и
для образования узких углублений или канавок.
Рис. 69. Конструкции специальных напильников
Специальные напильники, как не имеющие мас-
сового распространения в настоящее время, большей частью не стан-
дартизованы.
Стандартными из них являются лишь напильники для заточки
ручных поперечных пил по дереву следующих четырех видов: ромби-
ческие, трехгранные, плоские и круглые специальных форм, разме-
ров и насечек (ГОСТ 6476—53).
Формы специальных напильников настолько разнообразны, что
они иногда получают очертания, совершенно отличные от обычных.
На рис. 69, а изображен один из таких специальных вращающихся
напильников.
Разновидностью вращающихся специальных напильников яв-
ляются круглые ленточные напильники (рис. 69, б), надеваемые на
раздвижную обойму, закрепляемую в свою очередь на специальной
оправке.
К категории специальных напильников относятся вращающиеся
напильники для обработки труднодоступных мест, а также поверх-
ностей у крупных деталей, состоящие из фасонной рабочей части и
цилиндрического хвостовика. Они работают от гибкого вала.
105
В последнее время появились напильники с накладными плас-
тинками из твердого сплава, а также с натяжными режущими полот-
нами из качественной стали.
Рашпили применяются для опиловки мягких металлов, де-
рева, кожи и других мягких материалов. По форме они соответ-
ствуют слесарным напильникам, отличаясь от них лишь насечкой.
Рис. 70. Надфили
Надфили представляют собой особый сорт мелких напиль-
ников (рис. 70) для специальных работ: обработки золота, серебра,
для граверных, часовых и лекальных работ, деталей точной меха-
ники и т. п. У надфилей насечена лишь небольшая часть рабочей
поверхности. Длинная ручка, за которую держат инструмент при
работе, делается круглого сечения. Сечение рабочей части очень
разнообразно. Длина насеченной части выбирается в зависимости от
назначения надфиля. Общая длина надфилей колеблется от 120 до
160 мм.
Надфили стандартизованы (ГОСТ 1513—53).
ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Насечки у напильников бывают простые и перекрестные. При
простой насечке (рис. 71, а) имеется одна основная насечка с на-
правлением слева направо вверх при рассмотрении напильника
от хвоста к носку.
При перекрестной насечке дополнительно к основной (верхней)
насечке имеется вспомогательная (нижняя) стружкоделительная
насечка (рис. 71, б) с направлением справа налево вверх при рас-
смотрении напильника от хвоста к носку.
Угол наклона основной насечки А, измеряется между плоскостью,
перпендикулярной оси напильника, и основной насечкой, а угол
наклона вспомогательной насечки <в — между осью напильника
и вспомогательной насечкой. Такие насечки делаются на плоских
106
сторонах напильников. На круглых напильниках и выпуклых
сторонах полукруглых напильников насечки делаются прямыми
рядами или по спирали.
При перекрестной насечке зуб напильника находится между
параллельными двумя основными и двумя вспомогательными насеч-
ками, как показано на рис. 72, где под углом % расположены основ-
ные насечки, а под углом со — вспомогательные. Осевой шаг ос-
новной насечки t0 характеризуется количеством насечек на 10 мм
д)
Рис. 71. Виды насечек
Рис. 72. Форма основа-
ния зуба напильника
длины напильника. Величина шага t0 может быть выражена фор-
мулой
где z — количество насечек на 10 мм длины.
Шаг основной насечки в нормальной секущей плоскости taN вы-
ражается формулой
taN = tQ sin (90 — X).
Осевой шаг вспомогательной насечки —/в. Ее шаг в нормаль-
ном сечении определяется по формуле
t*N = /Bsino).
Шаг вспомогательной насечки вдоль основной насечки /со мо-
жет быть получен из следующего соотношения:
^со __ ______
sin to ~ sin [90—.(со—X)] — cos (со—X) ’
ИЛИ
, /в sin
со COS (со—X) *
107
Площадь F, занимаемая одним зубом напильника, зависит
от величины шагов основной и вспомогательной насечек и угла
их наклона. Эта площадь определяется из формулы
F — ^bN ^св >
где tCB — шаг основной насечки вдоль вспомогательной насечки.
Но
/вЛГ =/Bsin со,
а величина tCB определяется из соотношения
<СВ_____sin (<а — X)
t0 sin [й>4-(90—X)] ’
или
, sin (90—X)
ТСВ — lo sin [(о_|_(90_Х)] •
Тогда
Р___4 4 sin(90 — X)-since
“ Г°1в sin [со+ (90-X)] •
Количество зубьев на 1 см2 определяется из формулы:
_ J_______1_ 1 sin [со+(90— X)]
2 F t0 ' tB sin (90 — X) • sin со
D 1 1
Величины-^- и -т- соответствуют количеству основных и
*0 *в
вспомогательных насечек на 10 мм длины напильника, т. е.
1 1
Т = г0 и — = ?в,
*О *в
где z0 и zB — количество насечек на 10 мм длины.
Тогда
z = z0 zB [ctg ш + ctg (90 — X)].
Если принять по стандарту X = 25° и со = 45°, то получим
z = zozB-1,4663.
Насечки разделяются по номерам. ГОСТ 1465—59 устанав-
ливает 6 номеров насечек:
№ 0 и 1 — крупная насечка для чернового опиливания,
№ 2 и 3 — мелкая насечка для чистового опиливания и
№ 4 и 5 — весьма мелкая для отделочного опиливания.
108
Насечки могут изготовляться различными способами: 1) на-
секаемые зубилом, 2) фрезерованием, 3) протягиванием и 4) зу-
боточением.
Рассмотрим насечку, получаемую зубилом, и уста-
новим, насколько этот метод получения насечки удовлетворяет ра-
циональным условиям резания.
Зубилом наносят напилочные и рашпильные насечки.
Зубья напилочной насечки имеют отрицательный передний угол,
так как зубило, изготовляющее их, можно заточить только под ту-
пым углом. Зубило выдавливает металл кверху, оставляя в нем
углубление. Такая насечка образует зуб, не удовлетворяющий ра-
циональным условиям резания. При насечке зуб формируется за
счет повышения его вершины и углубления впадины. На рис. 73
линия ОО — исходная поверхность заготовки напильника, аа —
Рис. 73. Сравнение фактического зуба с теоретическим
линия основания зубьев, бб— линия вершин зубьев, Т — углубле-
ние в тело напильника от исходной поверхности заготовки, А —
возвышение зубьев над исходной поверхностью заготовки напиль-
ника, Я — полная высота зубьев.
Спинка зуба делится на две части: прямую, лежащую в теле
напильника, и изогнутую, лежащую в выступе. Форма изогнутой
части спинки зуба приблизительно соответствует параболе.
Насечки, получаемые при помощи зубила, могут быть простые
и перекрестные. Простая насечка самая несовершенная: она не
дробит стружку. Напильники с такой насечкой годны для обработки
мягких металлов, а также дерева и пробки. Угол наклона такой на-
сечки Л. = 104-20°.
Широко применяемая перекрестная насечка также имеет суще-
ственные недостатки.
В напильниках с двойной насечкой А : Т=1, т. е. глубина и
возвышение зубьев одинаковы; иногда глубина даже немного боль-
ше возвышения. В напильниках с простой насечкой А : Т—3 : 2,
т. е. возвышение равно приблизительно 1,5 глубины; такой напиль-
ник целесообразно применять для обработки узких поверхностей.
Для слесарно-обдирочных работ лучше пользоваться напильником
с перекрестной насечкой; в таких напильниках, согласно стандарту,
угол наклона основной насечки Х=25°, а вспомогательной ® =
=45°. Допускаются отклонения в величинах w и ?. до ±2%.
Основная и вспомогательная насечки различаются между собой
по шагу. Это необходимо для того, чтобы линии зубьев не были
параллельны оси напильника, иначе на опиливаемой поверхности
109
образуются желобки, затрудняющие работу. На рис. 74, а показа-
ны линии зубьев параллельно оси АВ,когда шаг основной и вспо-
могательной насечек одинаков (ф=0°). На рис. 74, б изображена
вспомогательная насечка с большим шагом, чем основная, и линии
зубьев идут наклонно с ф>0° (вверх). На рис. 74, в показаны ли-
нии зубьев с обратным наклоном, когда вспомогательная насечка
имеет меньший шаг (мельче основной) и ф >0°, но направлены вниз.
По стандарту на 1 см длины напильника у основной насечки делает-
ся на 1,5—6 зубьев больше в зависимости от размера насечки.
Рис. 74. Расположение линии зубьев при
различной величине осевого шага основ-
ной и вспомогательной насечки
Рис. 75. Определение
угла перекрытия
Таким образом, по стандарту принимается вариант с направле-
нием линии зубьев вправо, если смотреть на напильник с хвоста,
т. е. при ф >0° (рис. 74, 5) и расположении его вверх. С увеличением
угла наклона вспомогательной насечки со угол ф возрастает, дли-
на режущих кромок увеличивается, а количество их, приходящееся
на единицу площади, уменьшается. При уменьшении угла со про-
исходит обратное явление.
Угол ф носит название «угол перекрытия». Он меняется в зави-
симости от разницы в шагах основной и вспомогательной насечек,
а также их углов наклона. Его величина может быть найдена
из зависимости ф = & — со, как представлено на рис. 75. Здесь
ft — угол между линией смещения зубьев и направлением
вспомогательной насечки, со — угол наклона вспомогательной на-
сечки. Из А АЕС находим
tgft
АЕ _ АЕ
ЕС~~ВС — ВЕ'
ПО
Если обозначить угол между основной и вспомогательной
насечками через е, а шаги между ними по длине насечек через
/с0 и ^св> т0 можем написать:
АЕ = /со sin е и BE = /со cos е,
где
е= 180°— [ц> + (90 — X)].
Тогда
tg ft =___Z.CQ sin £_,
/св /со COS £
Из /\ABD и CBF
, ZBsin<o , /ocosX
tm —— , И Грп • a
co sin e CB sin e
где /в и tQ — осевые шаги вспомогательной и основной насечек.
Подставляя в формулу, выражающую величину tgft, значе-
ния /с0 и /св, можно получить величину
, ~ Zp sin щ sin £
~ t0 cos X—tB sinwcose *
Зная ft, можно найти и величину угла перекрытия ф.
По ГОСТ 1405—59 для напильников этот угол находится в пре-
делах от 3 до 16°, причем наименьшее значение угла у высших номе-
ров насечки.
Величину перекрытия К при угле ф можно получить с доста-
точной точностью из формулы
По ГОСТ 1465—59 для напильников перекрытие К находится
в пределах 0,01—0,8 мм, причем наибольшее перекрытие в первых
номерах насечек.
При работе напильнику сообщают два одновременно действующих
равномерных движения: 1) главное движение вдоль оси напильника
и 2) вспомогательное движение подачи, перпендикулярное к первому
в вертикальном направлении (нажим на напильник). В результате
сложения этих движений режущая кромка зуба напильника пере-
мещается по наклонной траектории. Характер распределения участ-
ков опиливаемой плоскости между зубьями определяется величи-
ной смещения линии зубьев от оси напильника, что достигается раз-
личной величиной шага нижней и верхней насечек.
Вследствие этого действительным шагом зубьев будет расстояние
между зубьями, расположенными на одной прямой линии, парал-
лельной оси напильника, а не расстояние между насечками.
111
Проведенные исследования позволили также установить величи-
ны углов у, а и р зубьев напильников для опиливания различных
материалов. Величины этих углов приведены в табл. 24.
Таблица 24
ВЕЛИЧИНЫ УГЛОВ ЗУБЬЕВ НАПИЛЬНИКОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Обрабатываемый материал Величины углов, град
7 Р а Угол резания 8 = а 4- (3
Малоуглеродистая сталь .... —12 72 30 102
Углеродистая сталь —10 70 30 100
Чугун 0 60 30 90
Латунь — 5 65 30 95
Дуралюмин — 5 65 30 95
Бронза . . , , . 0 60 30 90
Зубило, с помощью которого выполняется насечка, имеет угол
наклона передней поверхности х и угол наклона задней поверхности
у (рис. 76); сумма этих углов является углом заострения зубила и
составляет угол р =50-^-60°.
Величины углов х и у зависят от спе-
цифических условий ударного образования
насечки. При ударе зубила получается
наклонный подрез материала напильника
Р с одновременным отворотом его во внеш-
Эу нюю сторону. Это не дает возможности на-
г клонять зубило под слишком большим уг-
лом к телу напильника во избежание по-
лучения неправильной насечки.
Рис. 76. Зубило При насекании насечки зубилом послед-
нее наклонено к поверхности напильника
Рис. 77. Схема работы насе-
кального станка
112
ввиду наклонного расположения каретки насекального станка,
угол наклона которой р по отношению к горизонту равен
17—18°, как показано на рис. 77.
Зубило, кроме углов х и у, должно иметь угол скоса р (см.
рис. 76). Величина угла р у зубила для основной насечки находится
в зависимости от углов р и %, и зубило имеет срез под этим углом
в сторону наклона данной насечки; при насекании вспомогательной
насечки угол р находится в зависимости от углов р и со, и зубило
имеет срез в сторону наклона вспомогательной насечки.
Рис. 79. Рашпильная насечка
Пусть на рис. 78 представлено зубило для насекания насечки под
углом со. Сделав соответствующее построение, можно через стороны
а, с и d треугольников CBD, ABD и С АВ определить угол р.
Из A CBD находим
. а
Slop = —Г ,
* а
из. A ABD
а = с sin р,
& из А САВ
COS <0
Подставляя величины а и d в выражение sin р, получаем
sinp = sinp cos со.
Для зубила с насечкой под углом К
sinp = sinp cos X.
Под таким углом р надо заточить зубило.
113
Рашпильная насечка имеет большое сходство с перекрестной на-
сечкой. Острие зубила похоже на трехгранную пирамиду (рис. 79, а).
Режущая поверхность зуба (рис. 79, б) плохо приспособлена для ре-
зания и проходит под прямым углом к продольной оси рашпиля.
Передний угол зуба у лежит в пределах от +3 до —3°, однако при
этом только самая верхняя часть зуба срезает металл.
При тщательном изготовлении и соответствующем положении
зубила может быть насечен положительный передний угол, но ок-
ругления в основании зуба достигнуть трудно. Зубья рашпиля боль-
ше рвут, чем режут, и в этом отношении они менее совершенны, чем
зубья обыкновенного напильника.
Число насечек по длине рашпиля и число рядов насечек на \см
ширины стандартизованы (ГОСТ 1465—59).
Рис. 80. Фрезерованные напильники
Напильники сфрезерованными зубьями бывают двух
конструкций: хвостовые и с накладными режущими пластинами.
Хвостовые фрезерованные напильники имеют насечку по стандарту
слесарных напильников или для опиливания цветных металлов — с
волнистыми стружкоделительными канавками на широких сторонах
(рис. 80). Напильники с накладными режущими пластинами, один
из видов которых в исполнении А и Б представлен на рис. 80, бг
имеют круговые зубья и применяются большей частью в автомобиль-
ной промышленности для опиливания кузовов легковых машин пе-
ред их покрытием лаком. Эти напильники обычно называют рихто-
вочными. Накладные пластины таких напильников имеют на кон-
цах отверстия для прикрепления их к державкам различных кон-
струкций.
Зубья фрезерованных напильников отличаются от зубьев насе-
ченных напильников формой и большим объемом впадины между
ними, а также величиной шага, увеличенной длиной режущего
лезвия и его формой. Большим преимуществом их перед насеченными
зубьями является возможность получения при фрезеровании поло-
жительного переднего угла: до у =5°— при фрезеровании наборными
коническими фрезами и до у =7—8°— при фрезеровании обкаточ-
ными коническими фрезами. Основное назначение этих напильников
— обработка цветных металлов и их сплавов и чистовое опиливание
криволинейных поверхностей.
114
Напильники спротянутыми зубьями по предложе-
нию ЭНИМС нарезаются методом протягивания с применением сбор-
ной протяжки, причем формирование их зубьев осуществляется не
впадиной зуба протяжки, а пересечением режущих поверхностей
зубьев двух смежных секций. Секции поставлены на плите со сме-
т
щением друг относительно друга на величину — , где и — число
секций, для двухсекционной протяжки (рис. 81) —со смещением на
х/2 шага зубьев протяжки. Вследствие этого зуб напильника полу-
чается острым с желательным передним положительным углом у.
Протянутые напильники делают плоско- ।
параллельными. Так как они имеют нес- «Л,
колько большее по длине основное режу- члг
щее лезвие, они тяжело работают при опилива- j
нии и поэтому не получили распространения. чВпСУ 2
Напильники с зубьями, изрезанны-
ми методом зу.боточения при l
помощи профильных дисковых обкаточ- ’
ных резцов, предложены ВНИИ. На
Форма oyfa после 1-ой сек цис
Форма зуда после 2ой секции
Рис. 81. Схема образования зу-
бьев протяжкой
Рис. 82. Образование
зубьев напильника
методом зуботочения
рис. 82 представлена схема такого зуботочения при изготовлении
круглых напильников. При вращении напильника 1 резец 2
предварительно обтачивает заготовку напильника, а идущие за
ним два круглых обкаточных резца 3, вращаясь, перемещаются
в направлении оси заготовки по копиру, имеющему форму, соот-
ветствующую продольной форме напильника.
При данном способе нарезания зубьев сохраняются те же преи-
мущества геометрии зубьев, как и при процессах фрезерования и
протягивания. В настоящее время конструкция полученных таким
методом напильников проходит стадию экспериментов и внедрения
в промышленность.
115
КАЧЕСТВО НАПИЛЬНИКОВ
Качество напильников проверяется в соответствии с технически-
ми условиями ГОСТ 1465—59, согласно которым насечка напиль-
ников должна быть острой, однородной по шагу и глубине, правиль-
ной и чистой. Передний угол у зуба должен быть не более 12°. По-
верхность напильников должна быть без плен, вмятин и точильных
выхватов, не должно быть трещин, нарушающих прочность на-
пильников. Излом закаленного напильника должен быть плотным,
матово-серым, бархатистым, без признаков перегрева.
Работоспособность на-
пильников определяют на спе-
циальных испытательных
станках (рис. 83). В указан-
ном станке испытуемый на-
пильник 1 зажимается в двух
опорах на подвижном столе 2
станка. Стол имеет возврат-
но-поступательное движение,
длина хода его около 150лш.
На специальных опорах 3
кладется брусок материала 4.
Брусок лежит на катках 5 и
прижимается к напильнику
при помощи груза 7 на цепи,
соединенной с бруском. Во
время холостого хода напиль-
ника брусок при помощи пру-
жины, действующей от ку-
лачка, отжимается. Таким
образом, при рабочем дви-
жении напильника прижатый
к нему брусок опиливается
на определенную величину
в зависимости от работоспособности напильника и величины
груза, прижимающего брусок.
Стол соединен передаточным механизмом с особым барабаном 6,
на который намотана бумага. Барабан делает один оборот за 120000
ходов стола, а следовательно, и напильника. Карандаш, соединен-.
ный с бруском передачей, следуя за его перемещением, подается
вперед одновременно с бруском на половинную величину, что отме-
чается на бумаге. Таким образом, получается диаграмма, по абсциссе
которой откладывается число ходов напильника, а по ор-
динате — длина спиленного материала в половинном мас-
штабе.
Пока напильник спиливает материал, диаграмма представляет
собой некоторую кривую; когда напильник сработается и переста-
116
нет снимать материал бруска, кривая обращается в прямую, парал-
лельную оси абсцисс.
Станки данного типа позволяют испытывать на стойкость на-
пильники длиной от 250 мм и выше. Напильники меньшей длины
испытывают на другом станке, отличающемся от описанного выше
тем, что путем сменных шкивов на нем можно получить желатель-
ный масштаб диаграммы, что особенно важно при испытании мелких
напильников, снимающих при работе малое количество материала.
Диаграмма дает вполне ясную картину стойкости даже самых малых
напильников.
Согласно техническим условиям, испытание напильников на
стойкость при помощи описанных станков производится по угле-
родистой стали марки У8 в отожженном состоянии (НВ 1704-185).
Сечения брусков, по которым производят испытание различных форм
напильников, а также величина прижимающего груза зависят от
формы и размера испытуемых напильников в соответствии со стан-
дартом. Продолжительность испытания каждой стороны напильника
должна быть равна 10000 рабочих ходов при числе их в минуту от
55 до 60, при длине рабочего хода от 50 до 100 мм в зависимости от
размера напильника. За указанное число ходов напильник должен
снять определенное весовое количество материала с опиливаемого
бруска.
Кроме испытания на стойкость, напильники по стандарту про-
веряют на твердость и остроту зуба, для чего проводят от руки плаш-
мя по напильнику от конца к хвосту стальной пластинкой твердо-
стью не менее HRC 54. На пластинке при этом должны оставаться
царапины от напильника, а на насечке не должно быть следов смятия
или выкрашивания.
Приемка надфилей регулируется особыми техническими услови-
ями по ГОСТ 1513—53.
ГЛАВА VI
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ
ТИПЫ ИНСТРУМЕНТОВ
Для получения отверстий в сплошном материале последователь-
но применяют ряд инструментов. Сначала отверстие просверливают
сверлом, далее для получения точности и улучшения чистоты по-
верхности отверстие обрабатывают зенкером и разверткой. Иногда
после сверла непосредственно применяют развертку. Зенкеры приме-
няют также для обработки отверстий под головку болта или винта.
При обработке отверстий большого диаметра применяют специальные
сверлильные головки. Ниже рассматриваются конструкции сверл,
головок для сверления, зенкеров и разверток.
СВЕРЛА
Основные понятия
Сверло представляет собой режущий инструмент, применяемый
для изготовления отверстий в сплошном материале.
Процесс сверления отверстий осуществляется при двух совмест-
ных движениях:
а) вращательном — сверла и детали (движение резания) и
б) поступательном — вдоль оси (движение подачи).
Сверла могут также применяться для рассверливания, т. е.
увеличения уже имеющихся, предварительно просверленных отвер-
стий, и засверливания, т. е. получения конусных углублений в
сплошном материале.
Типы сверл
По конструктивным особенностям сверла делят на следующие
типы: спиральные, перовые, для глубокого сверления, центровочные
и сверлильные головки для кольцевого сверления.
Спиральные сверла изготовляют для сверления «на
проход», «под зенкер», «под развертку или шлифовку» и «под резьбу».
118
Точность диаметра сверла (величина допуска и его пределы)
установлена по стандарту для точного машиностроения и приборо-
строения, а также для общего машиностроения. ГОСТ 885—60 при-
нимает в основу принцип асимметричности допуска по системе вала,
которым является само сверло (допуск берется «в тело» сверла).
Диаметр отверстия обычно получается больше диаметра сверла
ввиду биения самого сверла, шпинделя станка и неправильной за-
точки сверла.
Стандарт жестко проводит различие при выборе величины диа-
метров сверла (приложение к ГОСТ 885—60).
Так, для сверл при сверлении на проход учитывают точность
сборки, в результате чего предусмотрены сверла по отверстию для
точной и грубой сборки.
а)
б)
Рис. 84. Сверла с пластмассовым коническим хвостовиком
При сверлении под зенкер и под развертку ГОСТ предусматри-
вает лишь сверла под стандартный зенкер и развертку, широко при-
меняемые для грубых пригоночных работ.
Стандарт для сверл при сверлении под резьбу учитывает слож-
ность в подборе диаметров сверл. Процесс последующего образования
резьбы метчиком зависит от свойств материала детали, ее терми-
ческой обработки, условий, предъявляемых к резьбе, и т. д. В одних
металлах резьба «разбухает» при ее изготовлении (железо, мягкая
сталь, латунь, красная медь), в других (стальное литье, серый чу-
гун, некоторые сорта бронзы) есть опасность выкрашивания резьбы.
Поэтому стандартом принято решение, удовлетворяющее инте-
ресы конструктора и производственника, а именно: сверла под резь-
бу берут несколько большего диаметра, чем внутренний диаметр
119
резьбы гайки, чем обеспечивают притупление резьбы гайки. Для
сверл разработан стандарт под четыре типа резьбы: метрическую,
дюймовую, трубную и коническую.
Соответствующими ГОСТами установлена внешняя форма
сверла.
Сверла по стандарту разбиты на три типа: 1) с цилиндрическим
хвостовиком длинные (ГОСТ 886—60); 2) с цилиндрическим хвосто-
виком короткие (ГОСТ 887—60); 3) с коническим хвостовиком
(ГОСТ 888—60).
Недавно созданы конструкции спиральных сверл диаметром
от 2 до 10 мм с пластмассовым коническим хвостовиком, как пока-
зано на рис. 84, где а — общий вид сверла с укороченным пласт-
массовым коническим хвостовиком, армированным по всей длине
металлической рабочей части; б — сверло с коническим хвостовиком
нормальной длины, армированным дополнительной вставкой на
конце пластмассового конуса. Высокие фрикционные качества пласт-
масс и их недостаточная прочность дали возможность упразднить
лапку, которая служит для выбивки сверл из посадочного места
при помощи клина. Упрочняющим элементом пластмассового кону-
са является металлическая арматура, а именно: продление рабочей
части до вершины конического хвостовика и введение дополнитель-
ной вставки из конструкционной стали. Испытания таких сверл на
стойкость показали их лучшие качества в сравнении с обычными
сверлами со значительно сниженными вибрациями в процессе реза-
ния.
Стандартизованы также следующие конструкции спиральных
сверл: левые с цилиндрическим хвостовиком для автоматов (ГОСТ
2090—60), с цилиндрическим хвостовиком и с укороченной рабочей
частью (ГОСТ 4010—60), с усиленным коническим хвостовиком
(ГОСТ 889—41) и те же сверла, но укороченные (ГОСТ 8506—60),
а также удлиненные с коническим хвостовиком (ГОСТ 2092—60),
с четырехгранным суживающимся хвостовиком для трещоток (ОСТ
20231—40) и мелкоразмерные с утолщенным цилиндрическим хво-
стовиком (ГОСТ 8034—56).
Перечисленные выше спиральные сверла применяются для свер-
ления неглубоких отверстий, где удаление стружки не встречает
особых затруднений. При сверлении глубоких отверстий необходимо
применять спиральные сверла с принудительной подачей охлаждаю-
щей жидкости, которая подводится через впаянные в сверло трубки
сзади или сбоку. В таких сверлах режущие лезвия непрерывно ох-
лаждаются, но прочность сверла несколько ослаблена, что вызывает
необходимость работать с меньшими подачами.
Сверла с пластинками из твердого сплава бывают четырех типов:
1) с прямыми канавками (рис. 85, а); 2) с винтовыми канавками
(рис. 85, б); 3) с винтовыми канавками под углом 60° (рис. 85, в)
и 4) с косыми канавками (рис. 85, г). Сверла с прямыми канавками
более просты в изготовлении, но при глубоких отверстиях они пло-
120
хо отводят стружку. Сверла с винтовыми канавками, напротив, хо-
рошо отводят стружку, поэтому они применяются преимуществен-
но при сверлении глубоких отверстий в чугуне. Сверла с винтовыми
канавками под углом 60° применяются для обработки особо глубоких
отверстий в чугуне и, наконец, сверла с косыми канавками —
для сверления термически обработанной листовой стали типа
ЗОХГС.
В настоящее время оснащенные твердым сплавом сверла с вин-
товыми канавками и цилиндрическим хвостовиком диаметром
от 5 до 12 мм стандартизованы по ГОСТ 6647—60. По тому же ГОСТу
Рис. 85. Различные виды сверл с пластинками из
твердого сплава
стандартизованы сверла с прямыми и винтовыми канавками с кони-
ческим хвостовиком диаметром от 6 до 30 мм. Сверла, оснащенные
твердым сплавом, с цилиндрическим хвостовиком с косыми
канавками диаметром от 2,5 до 10,5 мм стандартизованы по
ГОСТ 5349—60. Пластинки из твердого сплава для них предусмот-
рены ГОСТ 2209 — 55.
Чтобы обеспечить удобство заточки передней поверхности спи-
рального сверла с твердосплавной пластинкой, на длине/ рабочей
части сверла делаются прямые канавки, как это показано на рис. 86.
За длиной / угол спирали принимается равным 20°, а при обработке
алюминия, силумина и других вязких цветных металлов этот угол
может доходить до 45—60°.
Вообще сверла с твердосплавными пластинками изготовляются
диаметром от 2,5 до 30 мм и с возможно малой длиной рабочей части
121
(на 20—35% меньше, чем у сверла из быстрорежущей стали). Так,
например, для сверл, работающих без кондуктора,
/0=/ + (1,5 —2)d,
где /0 — длина рабочей части,
I — глубина сверления,
(1,5—2)d — прибавка на переточку сверла.
При работе по кондуктору длину твердосплавных сверл можно
брать равной длине быстрорежущих сверл. Сердцевину твердосплав-
ного сверла рекомендуется брать большей, чем быстрорежущих
сверл, доводя ее до 0,25 диаметра сверла.
__________________ Перовое сверло пред-
ставляет собой пластинку, у кото-
рой режущие кромки расположены
симметрично друг к другу и по
отношению к оси сверла. Угол
наклона режущих кромок перовых
сверл бывает различным.
Перовые сверла отличаются
простотой конструкции и дешевы
Рис. 86. Сверло с пластинкой из
твердого сплава с комбинирован-
ными канавками
в изготовлении, но в последнее
время применяются редко, главным образом при ручной работе, так
как не допускают высоких скоростей резания.
На рис. 87, а изображена конструкция режущей части перово-
го сверла. Режущие кромки ab и cd образуют угол 2<р, величина
которого принимается в зависимости от обрабатываемого материа-
ла. Опытами установлено, что величина 2<р должна находиться в
пределах от 90 до 140°, причем нижний предел (90°) применяется
для мягких материалов, а верхний (140°) — для твердых. Средним
будет угол 2 <р = 116°. В сечении А—В одной из режущих кромок,
например ab, получится угол резания, равный 90° или больше в
зависимости от того, как заточена передняя поверхность пера ab.
Этот момент является неблагоприятным для процесса резания. За-
точкой задней поверхности режущих кромок образуется задний
угол а, который принимается равным 5—6°, в результате чего полу-
чается соответствующий угол заострения р. Режущие кромки ab
и cd для обеспечения необходимой прочности сверла у острия не
доходят до оси сверла; при вершине сверла образуется поперечная
кромка ас, которая при правильном заднем угле а образует с бо-
ковыми лезвиями угол подъема поперечной кромки i|)«s60’. Попе-
речная кромка в сечении по оси сверла, перпендикулярном к кром-
ке ас, имеет очень большой угол резания, поэтому она не режет,
а мнет металл, что крайне отрицательно отражается на работе сверла
и приводит к быстрому его затуплению.
Для уменьшения трения при углублении в металл сверло вы-
полняется с боковым задним углом 04 =3—7°. Так как сверло при
122
заточке укорачивается и теряет свой размер по диаметру, режу-
щую часть делают на некоторой длине с параллельно направленными
ребрами (рис. 87, б). Это также улучшает направление сверла.
Чтобы несколько облегчить работу перового сверла, на режущих
поверхностях его делают канавки для размельчения стружки. Та-
кие канавки рекомендуются для перовых сверл диаметром свыше
25 мм.
Рис. 87. Перовое сверло
Вследствие того, что угол резания в нормальных плоских свер-
лах получается равным 90° и даже большим, для облегчения работы
сверла обычно предусматривают переднюю выточку вдоль режущих
кромок (рис. 87, б).
Перовые сверла изготовляют цельными и составными с пластин-
кой, вставляемой в державку.
Сверла для глубокого сверления приме-
няют для сплошного сверления диаметром до 70—80 мм, при кото-
ром весь материал высверливаемого отверстия превращается в
стружку, и кольцевого сверления для диаметров больше 70 мм.
При сплошном сверлении применяют сверла одностороннего
(однокромочные) и двухстороннего (многокромочные) резания.
123
На рис. 88 изображено сверло одностороннего резания (пушеч-
ное). Оно имеет режущее лезвие, передняя поверхность которого
расположена выше центра сверла на величину /=0,2—0,5 мм в за-
висимости от диаметра сверла. Для облегчения проникновения свер-
ла внутрь отверстия на торце его делают заточку заднего угла
Рис. 88. Однокромочное пушечное сверло
а=8—10°; при большем диаметре сверла берется меньший угол
задней заточки у торца и уменьшается подача. Эти сверла обеспечи-
вают высокую точность, так как имеют большую направляющую
поверхность. Невырезанная часть сверла все время испытывает ра-
диальное давление со стороны стенок отверстия, направленное к
центру.
Рис. 89. Однокромочное сверло с наружным отводом
стружки
Вследствие большого угла резания (8=90°) пушечное сверло
работает тяжело. Выход стружки у него затруднен, поэтому необ-
ходимы частая прочистка и обильное охлаждение инструмента. При
большой глубине сверления охлаждающая жидкость к рабочей час-
ти сверла поступает недостаточно, в связи с чем износ сверла чрез-
вычайно велик. Поэтому простое сверло для глубокого сверления
124
применяют сравнительно редко; его заменяют другими специаль-
ными сверлами, различные конструкции которых используются для
предварительного и чистового сверления глубоких отверстий.
Следующей разновидностью сверл одностороннего резания яв-
ляются сверла с наружным и внутренним отводом стружки. Сверло
с наружным отводом стружки изображено на рис. 89. Сверло имеет
паз а для отвода стружки и отверстие Ь для подвода охлаждающей
жидкости. Эксцентричной заточкой рабочего конца сверла получают
смещение вершины переднего конуса свёрла от оси на х/3—х/4 диа-
метра сверла. Для получения коротких стружек, которые легче уда-
лять, затачиваются специальные пазы, обеспечивающие ломание
Рис. 90. Сверло одностороннего резания с внутренним
отводом стружки
стружки. Для облегчения вынимания сверла из отверстия его ре-
жущая головка имеет обратную конусность от 0,1 до 0,3 мм на 100 мм
длины.
Внутренний отвод стружки от режущих кромок при сверлении
глубоких отверстий сверлами одностороннего резания позволяет
значительно повысить прочность стебля и легче осуществить разъем-
ное соединение его с режущей частью сверла. Разъемное соединение
стебля со сверлом удешевляет изготовление сверл и упрощает их эк-
сплуатацию. Внутренний отвод стружки позволяет увеличить пло-
щадь живого сечения отверстия, предназначенного для подвода ох-
лаждающей жидкости к режущим кромкам. На рис. 90 показано
сверло одностороннего резания с внутренним отводом стружки для
отверстий диаметром свыше 10 мм.
Сверла двустороннего резания изготовляют нескольких кон-
струкций, как с внешним отводом стружки, так и с внутренним.
Примером конструкции таких сверл может служить сверло с
внутренним отводом стружки для диаметра отверстия 30 мм (рис. 91).
Четыре ленточки, образующие попарно каналы для подвода жид-
кости, одновременно служат для направления сверла. Такое сверло
характеризуется высокой производительностью, но не обеспечивает
125
высокого качества поверхности отверстия. Использование таких
сверл с пластинками из твердых сплавов увеличивает их производи-
тельность и конструктивно вполне целесообразно.
Центровочные сверла применяют для сверления
центровых отверстий в деталях. Отверстие, просверленное сверлом,
в дальнейшем раззенковывается специальным инструментом — зен-
кером, описанным ниже. Существуют два вида центровочных сверл:
1) сверла стандартного набора для диаметров от 0,5 до 12 мм и
Рис. 91. Сверло двустороннего резания с внутренним отводом стружки
2) комбинированные без предохранительного конуса и с предохра-
нительным конусом для диаметров от 1 до 6 мм. Все указанные типы
сверл стандартизованы по ГОСТ 6694—53.
Сверла первого вида ничем не отличаются от нормальных спи-
ральных сверл с цилиндрическим хвостом. Сверла второго вида
приведены на рис. 92.
Сверла для кольцевого сверления (свер-
лильные головки) применяются двух типов: 1) для сверления от-
верстий большей частью больших диаметров в сплошном материале
и 2) для сверления больших отверстий в листовом материале.
Для сверления отверстий в сплошном материале применяются
пустотелые сверла, превращающие в стружку только узкую кольце-
вую часть материала. Такое сверло (рис. 93, а) состоит из стального
трубчатого стержня 2 с навинченной режущей головкой /, снаб-
женной четырьмя деревянными направляющими 3 и четырьмя рез-
126
цами 4. Резцы вставляют в отверстия и укрепляют штифтами, кото-
рые препятствуют их поворачиванию. Эти сверла целесообразно ис-
пользовать лишь при больших диаметрах отверстий, свыше 100 мм.
Для малых отверстий и для уменьшения объема стружки при боль-
ших диаметрах отверстий в настоящее время также используется
конструкция головки, приведенная на рис. 93, б. Это тонкостенная
головка, ее особенностью является принцип принудительного уда-
ления стружки охлаждающей жидкостью со скоростью 10—15 м/сек,
благодаря чему стружка дополнительно деформируется, изменяя
свое направление с целью улучшения ее транспортировки в кана-
а) б)
Рис. 92. Комбинированные центровочные сверла:
а — без предохранительного конуса; б — с предохранительным конусом
Рис. 93. Сверла для кольцевого сверления
лах головки. Канавки для подвода жидкости и удаления ее вместе
со стружкой (рис. 93,6) начинаются у торца головки от каждого зуба.
Зубья, оснащенные твердым сплавом, имеют геометрию режущих
элементов, основанную на принципе деления ширины резания и
деления подачи.
Головка работает со скоростью резания 50—60 м/мин и пода-
чей на каждую пару зубьев в пределах 0,008—0,012 м/мин.
Головки для кольцевого сверления тонкого материала предназ-
начаются для получения круглых отверстий большого диаметра.
Иногда они применяются для вырезания круглых заготовок. Го-
ловки используются так же, как и обычные сверла, на сверлильных
станках..
Сверлильные головки бывают нерегулируемые и регулируемые.
127
Нерегулируемые головки позволяют получать отверстия толь-
ко определенного диаметра. На рис. 94 представлена одна из таких
головок с двумя прорезными резцами, расположенными на перифе-
рии, и сверлом в центре головки для предварительного засверливания
Рис. 94. Нерегулируемая головка
в центре заготовки. Это сверло в дальнейшем служит как бы направ-
ляющим пальцем, обеспечивающим правильную форму окружности,
прорезаемой резцами. Если центровое отверстие подготовлено ра-
нее, то может быть применена конструкция с постоянным направ-
J
Рис. 95. Регулируемая головка
и лучшему отводу стружки.
ляющим пальцем. Для возмож-
ности использования различных
диаметров центрального отвер-
стия можно применять конструк-
цию головки с пальцем, имею-
щим сменное кольцо требуемого
диаметра.
Во избежание заедания и
z поломки резцов при кольцевой
вырезке из толстых листов и
плит резцы взаимно смещают на
небольшую величину по радиу-
су, благодаря чему предотвра-
щается их защемление.
С этой же целью резцам
придают разный профиль, что
также способствует дроблению
Иногда в головке ставят три
резца; тогда два из них выполняют с правым и левым бо-
ковым скосом, а третий имеет П-образный профиль. По другому ва-
128
рианту два резца делают без скоса, а третий — с полукруглым или
V-образным профилем, немного выступающим относительно первых
двух резцов.
Регулируемые головки позволяют получать отверстия разных
диаметров в определенных пределах. На рис. 95 представлена
регулируемая головка, позволяющая изменять диаметры вырезае-
мого отверстия от 100 до 150 мм. Резцы 1 закреплены в квадратных
втулках 2, имеющих возможность передвигаться в пазах 3 корпуса.
Втулки крепятся в корпусе с помощью гаек 4.
Конструктивные элементы спирального сверла
Основными элементами спирального
сверла, определяющими его конструктив-
ные особенности, являются: угол при
вершине 2<р, угол наклона винтовых
канавок со, передний угол у и задний
угол а.
Угол при вершине сверла 2<?
(рис. 96), образуемый режущими кромками,
имеет большое значение для оформления
конструкции сверла. Чем больше угол 2ср,_
тем прочнее сверло у перемычки. Опы-
тами установлено оптимальное значение
угла 2<р в зависимости от обрабатываемого
материала.
В табл. 25 приведены рекомендуемые
углы 2ф при вершине сверла для различных
Рис. 96. Заточка сверла
под углами 2ср и 2ф0
материалов.
Таблица 25
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ УГЛЫ 2<р
Обрабатываемый материал Угол 2ср, град
Сталь, чугун, твердая бронза . . Латунь, мягкая бронза Алюминий, дуралюмин, электрон, баббит Красная медь Эбонит, целлулоид Мрамор и другие хрупкие мате- риалы 116—118 130 140 125 85—90 80
Широко применяется двойная заточка сверла, заключающаяся
в образовании уменьшенного угла 2<р0 на длине В в местах перехода
к цилиндрической части сверла. Остальная часть затачивается с
нормальным углом 2<р (рис. 96).
5 Металлорежущие инструменты 129
Исследования показали, что при обработке чугуна и стали такие
сверла обладают большей стойкостью, чем сверла с нормальной
заточкой, причем наилучшим углом второй заточки является угол
2фо=7О—75° при 2ф = 118°. Оптимальной оказалась длина вторич-
ной кромки В=(0,184-0,22) D, где D —диаметр сверла, мм. Уве-
личение стойкости сверл с двойной заточкой можно объяснить луч-
шим отводом тепла при работе, так как стружка при двойной заточке
получается шире. Износ сверла с двойной заточкой уменьшается.
Угол наклона винто-
Рис. 97. Изменение угла на-
клона винтовых канавок
вых канавок со является вто-
рым фактором, влияющим на кон-
структивные особенности спирального
сверла. Этот угол изменяется в зави-
симости от диаметра D сверла и шага
Н винтовой канавки сверла. На рис.
97 слева представлено спиральное
сверло с шагом Н канавки; справа
изображена развертка спирали по
ряду диаметров D, Dlt D2. Величина
угла со определяется из формулы
nD
tg«> = -r.
Угол наклона винтовых кана-
вок со у периферии сверла наи-
больший, а при приближении к цент-
ру величина его уменьшается (со2<
<coi<(o). Угол со влияет на величину
переднего угла у сверла; с увеличе-
нием со увеличивается у.
Шаг винтовой канавки //=(5-4-7) £>, что соответствует углу на-
клона винтовой канавки, равному 24—30°. Такой угол является
средним, применяемым при изготовлении срерл диаметром от 10
до 80 мм\ при более мелких сверлах этот угол уменьшается.
Рекомендуемые значения со приведены в табл. 26.
Таблица 26
УГЛЫ НАКЛОНА ВИНТОВОЙ КАНАВКИ СВЕРЛ РАЗЛИЧНЫХ ДИАМЕТРОВ
Диаметр сверла, мм 0,25-0,35 0,4-0,45 О 1 1О о 0,75-0,95 1,0-1,9 2,0-2,9 3,0-3,4 3,5-4,4 4,5—6,4 6,5-8,4 8,5-9,9 о ОО
Угол наклона вин-
товой канавки со, град 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30
130
Исследование сверления легких металлов показало, что для
обработки этих материалов спиральным сверлом угол наклона вин-
товой канавки должен доходить до 40—45°. Эту величину и следует
принимать, в особенности для небольших диаметров сверл, так как
при (о =40° лучше отводится стружка. Вообще при изготовлении спи-
ральных сверл для легких металлов необходимо обращать внима-
ние не только на более благоприятные условия резания, но и на
обеспечение отвода стружки в самом процессе работы.
Таким образом, сверла с углом наклона винтовой канавки, рав-
ным 24—30°, целесообразно применять при сверлении материалов
лишь средней твердости, для мягких же
материалов и различных легких сплавов
требуется значительно больший угол на-
клона, доходящий до 45°.
Передние и задние углы
являются третьим фактором, определяю-
щим конструкцию спирального сверла. От
величины этих углов зависит работоспособ-
ность, т. е. стойкость сверла.
Передний угол заточки у обычно из-
меряется в плоскости NN (рис. 98). Если
принять, что передняя грань сверла рас-
полагается по оси симметрии поперечного
сечения его, то можно представить его
углы ул и ayv, как это изображено на ри-
сунке. Здесь показано спиральное сверло и
два его сечения для точки Л: 1) по плоскос-
ти 00, параллельной оси сверла, и 2) по
плоскости NN, перпендикулярной к режу-
щей кромке сверла. Сечение О—О обра-
зует угол наклона и>л винтовой канавки
Рис. 98. Углы лезвия
сверла
сверла в точке А и задний угол а в той же точке, взятый
в сечении, параллельном оси сверла. В сечении N — N
имеется фактический передний угол ул в точке А режущего лезвия,
а также фактический задний угол ан в той же точке А.
Определим зависимость между углами у и <о, для чего построим
прямоугольный треугольник ANC.
Из Л ANB в сечении N—N получаем
AN =
NB
tg 7л
Из Л АО В в сечении О — О получаем
АО =
ов
5*
131
Принимая NB — ОВ, имеем
ЛЛМ§тл = АО tg и А ,
но из Л ANO получаем
AN
АО
— sin <р,
где угол AON = 9.
Тогда
tg мл
sin?
=
Из рассмотрения зависимостей угла ® наклона винтовых кана-
вок следует
. itDA тг t.D
Ч“л = ^г« Н = цт-
Подставив эти значения в формулу для tg ул получим
tgY
* ‘Л о sin <р
Рис. 99. Передний угол
в любой точке режущей
кромки
Приведенная формула показывает, что
передний угол у в любой точке А режу-
щего лезвия спирального сверла зависит
от углов со, <р и от диаметра, на котором
находится точка А. Чем ближе к центру
расположена рассматриваемая точка А ре-
жущей кромки, тем меньше угол у. У спи-
ральных сверл угол т на периферии при-
нимается в пределах от 18 до 30°, а у центра
сверла он близок к нулю.
Указанный расчет сделан в предполо-
жении, что сверло не имеет перемыч-
ки, но так как практически она есть, то передняя грань
сверла располагается на расстоянии а от оси симметрии поперечного
сечения сверла (рис. 99). Тогда угол у любой точки А на режущей
кромке сверла можно найти по формуле, выведенной П. Р. Родиным:
(1 — sin2 ид sin2 <р) tg о)л
^Тд = —
sin ф cos [Ад
— COSfptg^ .
Значение tg <ол получается путем преобразования формул
nD , itD А
tg“= ~н и =-й~-
132
откуда
А da ±
tg«>x =-p-tgw,
или
Величина угла p,, образованного радиусом где осью симметрии
поперечного сечения сверла, получается из формулы
. а
Sin^=-.
Из формулы, выражающей величину tgY4, видно, что передний
угол -[а зависит от главного угла в плане <р (половины угла перед-
него конуса), угла наклона винтовой канавки со и величины сме-
щения а режущей кромки от оси симметрии канавок сверла (0,5
диаметра сердцевины сверла).
Если принять, что режущие кромки сверла расположены на оси
симметрии канавок, т. е. сверло не имеет перемычки (а=0), то фор-
мула упростится:
tgY
& 1Л sin ’
а так как
tg «>л = %- tg <»,
ТО
tgT
ё >А D sin <Р ’
т. е. выведенная выше формула.
Что касается зависимости величины заднего угла от вели-
чины угла а и угла <р, то здесь можно воспользоваться той же фор-
мулой, которая была выведена для задних углов лезвий фасонных
резцов, а именно:
tg«Ar = tg a sin ср.
Эта зависимость будет давать приближенно величину угла а.ц.
При работе сверло, кроме вращательного движения, получает
и поступательное движение, т. е. движение подачи. Пусть на рис. 100
линия АА' представляет развернутую окружность сверла л£>,
тогда при наличии подачи s после одного оборота сверла точка А
.133
перейдет в положение Alf расположенное под углом ц к горизон-
тальному направлению, где tg р,= Таким образом, фактический
передний угол тр в процессе резания будет
Тр = Т + Н = т+ arc tg^,
а задний угол
aw = a — [Л = a — arc tg
Рис. 100. Углы лезвия в процессе
резания
Величина угла р, неболь-
шая, поэтому на практике ею
обычно пренебрегают.
Хорошая работа сверла в
значительной мере зависит от
правильного выбора заднего
угла а на периферии сверла,
т. е. у наружного диаметра.
По имеющимся опытным дан-
ным, задний угол а на пери-
ферии (у наружного диамет-
ра) сверла необходимо де-
лать 8—14° с постепенным
увеличением его к попереч-
ному лезвию до 20—26°. Ве-
личина угла а на периферии
в табл. 27.
сверла (у наружного диаметра) приводится
Таблица 27
ЗАДНИЙ УГОЛ а НА ПЕРИФЕРИИ СВЕРЛА
Диаметр сверл, мм 0,25-15 15-30 30-80
Задний угол а, град 14—11 12—9 11—8
Две режущие кромки сверла у вершины образуют поперечную
кромку. Так как передний угол у поперечной кромки близок к нулю,
то в зоне поперечной кромки вследствие чрезмерно большого угла
резания происходит не резание металла, а его сминание.
Для облегчения работы сверла его режущие кромки А и В ино-
гда снабжают выемками, расположенными в шахматном порядке,
так что выступ, оставляемый в металле одной режущей кромкой,
снимается другой режущей кромкой (рис. 101, а и б). Канавки мо-
134
гут быть разной формы: прямоугольные; V-образные или полукруг-
лые.
Из рис. 102 видно, что сверло имеет сердцевину в виде стержня
kl. Для обеспечения необходимой прочности сверла сердцевина дол-
жна иметь определенный диаметр. У вершины сверла этот диаметр
принимается равным около 0,13—0,14 диаметра сверла, увеличи-
ваясь к хвосту. Ребро kl сердцевины, соединяющее режущие кромки
(перья) сверла, собственно и является поперечной кромкой. Так
как затылочные поверхности имеют угол задней заточки а, то по-
наклонное положение по отношению к
лезвиям под углом ф =504-55°.
Эта величина угла фиксирует пра-
вильность поверхности задней
заточки, т. е. правильность угла а.
перечная кромка получает
Рис. 101. Сверло с канавками
для разделения стружки:
а — канавки по задней затылочной
поверхности; б — канавки вдоль
передней поверхности
Рис. 102. Сердцевина сверла
Для обеспечения процесса резания на участке главной режущей
кромки, примыкающей к поперечной кромке, а также на самой по-
перечной кромке при обработке сталей рекомендуется производить
так называемую подточку поперечной кромки. Целью этой подточки
является уменьшение углов резания в зоне поперечной кромки с од-
новременным уменьшением ее длины, благодаря чему снижается
величина осевого усилия и облегчается стружкообразование. При-
меняются различные виды подточки поперечной кромки.
Для уменьшения трения сверла в отверстии, а также для обеспе-
чения направления сверла служат две ленточки. Ширину цилиндри-
ческих ленточек можно принимать согласно табл. 28.
В последнее время стали применять специальную подточку ци-
линдрических ленточек на некоторой их длине.
Чтобы уменьшить трение ленточек в отверстии, сверлу придают
обратную конусность путем шлифования по направлению к хвосту
сверла согласно табл. 29.
Основной целью такой подточки ленточек в местах пере-
хода от главных режущих кромок к цилиндрическим ленточ-
кам является уменьшение трения ленточек об обработанную
135
Таблица 28
РАЗМЕРЫ ЛЕНТОЧКИ СПИРАЛЬНЫХ СВЕРЛ
Диаметр Ширина Высота Диаметр Ширина Высота
сверла, ленточки, ленточки, сверла, мм ленточки, ленточки,
мм мм мм мм мм
1 0,3 0,1 20 1,25 0,55
3 0,45 0,15 30 1,6 0,6
6 0,5 0,2 40 2,0 0,9
10 0,6 0,3 50 2,4 1,0
12 0,7 0,3 60 2,6 1,2
15 0,85 0,45
Таблица 29
ОБРАТНАЯ КОНУСНОСТЬ СПИРАЛЬНЫХ
СВЕРЛ
Диаметр сверла, мм Обратная конусность на каждые 100 мм2 длины, мм
1—6 0,03—0,07
6—18 0,04 — 0,08
18 0,05 — 0,10
точки на длине, равной двум-трем
Во избежание получения прямого
поверхность. Подточка предо-
храняет ленточки от интенсив-
ного истирания и образования
прямого конуса, вызывающего
сильное нагревание и заедание
сверла. В результате такой под-
точки увеличиваются стойкость
и долговечность инструмента.
Рекоменду ется пр имен ять
подточку цилиндрической лен-
подачам при заднем угле а=6-4-8°.
конуса при выполнении подточки
по цилиндрическим ленточкам следует оставлять нетронутый учас-
ток ленточки в пределах 0,2—0,4 мм.
Хвост сверла, как было указано выше, делается цилиндрическим
или коническим. Сверло с цилиндрическим хвостом вставляется в
патрон, с коническим хвостом — в коническое отверстие шпинделя
или в переходную коническую втулку.
На сверлах, оснащенных твердым сплавом, угол 2ф при сверле-
нии закаленной стали и чугуна твердостью ЯВ>220 принимается
равным 130°, а при обработке чугуна твердостью ЯВ<220 и цветных
сплавов—118°. При обработке чугуна целесообразно применять
двойную заточку. Передний угол у при обработке чугунов прини-
мается от 0 до 10°, а при обработке закаленной стали—от 3 до 15°,
задний угол у периферии сверла принимается от 7 до 10° при заточ-
ке на специальном заточном станке и до 15° — на универсальном
станке. Обратный конус сверла делается лишь по длине пластинки
твердого сплава, остальная часть сверла делается цилиндрической.
Диаметр сердцевины принимается 0,25—0,27 диаметра сверла, что
несколько больше, чем у быстрорежущих сверл, благодаря чему уве-
личивается жесткость сверла.
В связи с расширением областей применения твердосплавных
сверл в последнее время создан ряд конструкций таких сверл, улуч-
шающих работу резания и обеспечивающих большую произво-
дительность в сравнении с существовавшими ранее.
136
Так, инж. Н. К. Клебанов предложил радиальное расположение
главных режущих кромок на длине, соответствующей 0,7 радиуса
от периферии сверла к центру с целью исключения влияния смеще-
Рис. 103. Сверло конструкции Н. К- Клебанова
ния кромок на геометрические параметры режущей части (рис. 103).
Так как пойеречная режущая кромка у сверл данной конструкции
сохранена, главные режущие кромки не могут радиально доходить
до оси сверла и переходят в затыловочную часть профиля канавки,
образуя криволинейный участок у поперечной кромки. Таким обра-
Рис. 104. Сверло конструкции В. И. Жирова
зом, влияние смещения главных режущих кромок на геометрию ре
жущей части сверла решена неполно. Однако такое расположение
главных режущих кромок уже значительно улучшает рабочие углы
сверла и приводит к некоторому улучшению работы сверла и повы-
шению его стойкости.
С целью дальнейшего улучшения конструкции сверла новатором
В. И. Жировым была предложена конструкция сверла с двойной
(а иногда и тройной) заточкой по приемному конусу и переточенной
поперечной режущей кромкой (рис. 104). Особенностью конструкции
137
является прорезка паза по поперечной кромке. Наличие этого паза
устраняет поперечную режущую кромку, что облегчает врезание
сверла в обрабатываемый материал и значительно уменьшает уси-
лие подачи. Эти сверла у центра на расстоянии 0,4 радиуса имеют
радиальное расположение режущих кромок, что значительно улуч-
шает рабочие углы у их центра.
Конструктивной особенностью сверла, предложенного
Н. А. Шевченко (рис. 105), является отсутствие поперечной ре-
жущей кромки, строго радиальное расположение режущих кромок
по всей их длине и двойная заточка по приемному конусу у сверл,
предназначенных для обработки хрупких материалов. Строго ради-
альное расположение режущих кромок обеспечивает получение
оптимальных рабочих углов по всей длине режущих кромок. К до-
стоинствам сверл данной конструкции следует отнести и несложность
их заточки по сравнению со сверлами Клебанова и Жирова. Недо-
статок конструкции заключается в ослаблении пластинки твердого
сплава подточкой.
Конструкция бесперемычного сверла КМГ, оснащенного плас-
тинкой твердого сплава, предложена группой авторов: В. А. Кри-
воуховым, М. А. Мякишевым и А. С. Гамяниным (рис. 106). Глав-
ные режущие кромки имеют большие углы в плане (2ф = 150°,
2q/ = 160—170°, 2фо=90°), что повышает точность обрабатываемого
отверстия, так как радиальные составляющие сил резания незна-
чительны и увод сверла почти отсутствует. Радиальное расположение
главных режущих кромок на 0,473 радиуса у центра сверлу обеспе-
чивает улучшение углов резания на этом участке, а большие углы
в плане дают возможность получить положительные передние углы
138
на 0,5 радиуса длины режущей кромки у периферии сверла. Соче-
тание геометрических параметров у сверл данной конструкции бо-
лее благоприятно, чем у стандартных сверл и сверл Клебанова и
Жирова. Они в основном предназначены для обработки высокопроч-
ной стали (НВ 3404-400) на высоких режимах при высокой стойкости.
При больших углах ср длина главных режущих кромок значитель-
но меньше у сверл вышеописанных конструкций, что приводит к
уменьшению расхода мощности на деформирование стружки, так как
толстая стружка пластически деформируется меньше. Улучшается
и теплоотвод у режущих кромок за счет увеличения режущей части.
К недостаткам следует отнести ломаную режущую кромку и слож-
ность заточки.
Проведенные испытания показывают, что бесперемычные твер-
досплавные сверла в механическом отношении слабее стандартных.
Лучшие результаты в отношении стойкости показывают бесперемыч-
ные сверла с радиальным или частично радиальным расположением
главных режущих кромок.
Недавно в Куйбышевском политехническом институте раз-
работана новая конструкция быстрорежущего спирального свер-
ла, обеспечивающего стабильное стружколомание. Сверло име^
139
ет стружколомательный порожек, образованный подточкой утол-
щенной сердцевины, положительный передний угол у перемыч-
ки, упрощенный профиль канавки, получаемой фрезой простого
профиля, узкую ленточку и увеличенный угол спирали. Эти
сверла показали повышенную стойкость в сравнении с сущест-
вующими стандартными сверлами.
Качество сверл
Для контроля качества сверл необходимо иметь соответствующие
измерительные и контрольные приборы.
Специальные приборы и инструменты для контроля сверл при-
способлены главным образом для измерения правильности заточки
поперечной кромки сверла, угла при вершине и заднего угла (угла
снятия затылка).
Правильность заточки поперечной кромки сверла определяет-
ся специальным оптическим прибором (рис. 107, а). Прибор дает
Рис. 107. Оптический прибор для определения расположения
поперечной кромки сверла
возможность при помощи нитей, нанесенных на стекле, установить
симметричность поперечной кромки, как показано на рис. 107, б.
Для измерения угла при вершине сверла можно применять уг-
ломеры, описание которых приведено в гл. III «Резцы». Эти приборы
дают возможность достаточно точно измерять углы при вершине
сверла.
Измерение задних углов заточки сверл относится к координат-
ному способу и обычно производится контактным методом с по-
мощью: 1) специального самопишущего прибора и 2) широко при-
меняемой на практике установки для измерения сверла индикатором
на токарном станке или делительной головке.
Специальный самопишущий прибор изображен на рис. 108.
Измерения производят следующим образом. На торце сверла нано-
сят концентрические по отношению к оси сверла круги на расстоя-
нии 5 мм друг от друга. Если бы острие сверла не имело задней за-
точки, то штифт прибора, двигаясь по каждому кругу, находился бы
на одинаковой высоте; вследствие же задней заточки он опускается
на некоторую величину, а именно на величину задней заточки. Вра-
щение сверла, осуществляемое от руки, при помощи рычагов и зуб-
чатых колес передается на измерительный барабан. При помощи гру-
140
за штифт постоянно прижимается к поверхности задней заточки
и при вращении сверла движется по ней в направлении оси сверла.
В это время пишущий штифт чертит кривую в обратном направлении
на натянутой на барабане полоске миллиметровой бумаги. Рычаг име-
ет отношение 1 : 4. Путем проведения касательных к кривым полу-
чают для данных значений абсциссы соответствующие ординаты, как
представлено на рис. 109, при помощи которых по формуле
Рис. 108. Общий вид прибора для определения углов
задней заточки
вычисляют искомый угол задней заточки. Здесь d — диаметр изме-
рения, х — абсцисса, у — ордината данной точки. Определение
величины угла задней заточки возможно также путем нанесения
4'30' 6°20'8°30'JJ°30'35°30‘
30 25 20 15 10 5
Диаметры
Рис. 109. Кривые, получаемые на бумаге барабана
кривых на вычерченном на барабане пучке лучей (рис. 110) и опре-
деления угла задней заточки по специальной таблице. При пользо-
вании прибором приходится пересчитывать полученные размеры
по указанной формуле, что выввано применением масштабов при от-
кладывании определенных величин по осям х и у. Если бы движение
было взято в натуральном виде, то у равнялось бы тангенсу угла зад-
141
ней заточки. Сокращение масштаба в данном случае исправляется
, 1 7,5
при помощи коэффициента для пересчета тангенсов, равного -j-.
Для измерения задних углов координатным методом может быть
также применен настольный станок или делительная головка
(рис. 111). На патроне станка укрепляют лимб 1 с делениями в гра-
дусах и индекс 2, по которым производят отсчет угла поворота свер-
ла. Патрон со шпинделем и закрепленным в нем сверлом можно лег-
ко поворачивать (при выключенном приборе) от руки на любой угол.
Индикатор 3 для отсчета величины падения кривой задней заточки
Рис. 110. Барабан с
пуском лучей
Рис. 111. Измерение задних углов сверла с по-
мощью лимба и индикатора
укрепляют в державке на суппорте 4 по оси сверла. Измерение
величины падения кривой заточки сверла производят, поворачивая
патрон со сверлом на некоторый угол и записывая показания инди-
катора. Такие повороты и соответствующие отсчеты производят че-
рез каждые 5 или 10° по всей поверхности заточки на одном диаметре
сверла, повторяя это измерение и по окружностям других диаметров.
В результате измерения определяют величину падения h и соот-
ветственно подсчитывают длину дуги поворота сверла для данного
диаметра по формуле
о Ttdx
д = 360’
где d — диаметр, при котором производится измерение падения
кривой задней заточки;
х — угол поворота сверла.
На основании полученных длин дуг для данного угла поворота
и диаметра можно построить кривые, характеризующие поверх-
ность заточки на разных измеренных диаметрах.
Угол задней заточки определится из соотношения
. h
tga= S-.
где h — показания индикатора;
S — длина дуги, соответствующая повороту сверла.
142
Эти приборы позволяют анализировать элементы сверла, регла-
ментируемые техническими условиями.
Приемка стальных сверл производится по техническим условиям
согласно ГОСТ 2034—53. Они распространяются на: 1) сверла спи-
ральные с цилиндрическим хвостовиком, длинные — ГОСТ 886—60;
2) сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком, короткие —
ГОСТ 887—60; 3) сверла спиральные с коническим хвостовиком —
ГОСТ 888—60; 4) сверла спиральные с усиленным коническим хво-
стовиком — ГОСТ 889—41; 5) сверла спиральные с коническим хво-
стовиком, укороченные — ГОСТ 8506—60.
Согласно этим техническим условиям, сверла не должны иметь
заусенцев, трещин, забоин, выкрошенных мест, следов ржавчины,
а на шлифованной поверхности черновин и поджогов.
Канавки сверл должны иметь чистую и гладкую поверхность.
Режущие кромки должны быть прямолинейны и симметричны отно-
сительно оси сверла. Поперечная кромка (перемычка) должна прохо-
дить через ось сверла.
Сверла должны быть остро заточены и иметь на рабочей части
обратную конусность(уменьшение диаметра по направлению к хво-
сту).
Сердцевина сверла должна утолщаться в направлении к хвосту
равномерно на 1,4—1,8 мм на каждые 100 мм длины рабочей части
сверла.
Твердость сверла после термической обработки (закалки и отпус-
ка) на ленточках на длине 2/3 рабочей части, начиная от вершины,
должна быть:
У сверл из стали марки Диаметр сверла, мм HRC
Р18 и Р9 < 5 62—64
> 5 62—65
Р9К5 < 5 62—65
> 5 63—66
9ХС < ю 61—63
> ю 61—64
На рабочей части сверла не должно быть обезуглероженных и
мягких мест.
Твердость лапки у сверл, после термической обработки должна
быть HRC 30—45.
Испытание сверл в работе производится по стали марки 40
(ГОСТ 1050—60) или Ст.6 (ГОСТ 380—60) с твердостью в состоянии
поставки.
Испытание сверл в работе производится при определенных усло-
виях по ГОСТу.
143
При испытании производится сверление глухих отверстий на
глубину согласно ГОСТу. Стружка должна выходить свободно и
одновременно из обеих канавок сверла и быть одинаковой толщины.
После испытания сверла не должны иметь на режущих кромках
заметных следов притупления, выкрошенных мест, вмятин и должны
быть вполне пригодными для дальнейшей работы.
Приемка сверл, оснащенных твердосплавными пластинками,
производится по техническим условиям согласно ГОСТ 5756—51.
Они распространяются на: 1) сверла с цилиндрическим и коническим
хвостовиком, с прямыми и винтовыми канавками — ГОСТ 6647—60
и 2) сверла с цилиндрическим хвостовиком, с косыми канавками —
ГОСТ 5349—60.
ЗЕНКЕРЫ
Основные понятия
Зенкеры применяются для обработки ранее просверленных, от-
литых или штампованных отверстий либо для обработки торцовых
поверхностей. Зенкеры разделяются на следующие основные группы:
1) спиральные зенкеры, служащие для зенкерования отверстия;
они дают увеличение диаметра на 0,7—3,0 мм в зависимости от раз-
мера и предварительной обработки отверстия;
2) цилиндрические зенкеры (зенковки) с направляющей цапфой,
предназначенные для получения отверстия под цилиндрическую го-
ловку винта или для обработки торцовых плоскостей бобышек от-
ливок;
3) конические зенкеры (зенковки),применяемые для зенкерования
конических отверстий под головки винтов, для удаления заусенцев
с краев отверстий и для зенкерования центров в деталях.
По способу крепления зенкеры бывают хвостовые и насадные.
По общему конструктивному оформлению зенкеры делятся на цель-
ные, сварные, сборные и с пластинками из твердого сплава.
Типы зенкеров
Спиральный зенкер широко применяется как проме-
жуточный инструмент между сверлом и разверткой. Он обеспечивает
работу развертки, подготовив для нее более точное отверстие, чем
сверло.
Спиральный зенкер очень похож на спиральное сверло, но
имеет три или четыре режущих лезвия. Это обеспечивает зенкеру
лучшее направление в отверстии и более точную работу. У зенкера
отсутствует поперечная кромка, что значительно облегчает и улуч-
шает условия резания.
Спиральные зенкеры разделяются на трехзубые и четырехзубые.
114
Трехзубые зенкеры (рис. 112) изготовляют цельными для отвер-
стий диаметром от 10 до 32 мм. Конструктивные размеры отдельных
элементов трехзубых зенкеров установлены по ГОСТ 1676—53.
Четырехзубые зенкеры делают насадными: цельными или со
вставными регулируемыми ножами.
Рис. 112. Цельный трехзубый зенкер
Насадные цельные зенкеры (рис. 113) делают для отверстий
диаметром от 25 до 80 мм.
Рис. 113. Насадной четырехзубый зенкер
Насадные зенкеры со вста-
вными регулируемыми ножами
по ГОСТ 2255 — 51 (рис. 114)
предназначены для отверстий
диаметром от 40 до 100 мм.
Максимальный и минималь-
ный размеры зенкера берут та-
кими, чтобы при обработке раз-
верткой, последующей за зен-
керованием, оставался припуск
в несколько десятых миллимет-
ра, что определяет размеры зен-
кера.
Припуски под развертку для
принимают согласно табл. 30.
Таблица 3
ПРИПУСКИ ПОД РАЗВЕРТКУ ДЛЯ
СПИРАЛЬНЫХ И НАСАДНЫХ ЗЕНКЕРОВ
Номинальные размеры отверстия, мм Припуск для зенкеров, мм
цельных насадных
12-18 0,3 —
18—30 0,4 0,3
30—50 0,5 0,4
50—80 — 0,5
80—100 — 0,6
спиральных и насадных зенкеров
145
Конусность Г-30
L__________число зубьев
Рис. 115. Зенкеры с напаянными пластинками из твердого
сплава
146
В целях экономии высококачественного металла зенкеры делают
с приварной режущей головкой, изготовленной из быстрорежущей
стали, а остальная часть их изготовляется из конструкционной стали.
При больших диаметрах отверстий целесообразно применять на-
садные зенкеры, но при этом необходимо учитывать невозмож-
ность их выполнения с достаточным размером сечений канавок для
размещения стружки. Такие зенкеры пригодны лишь для работы с
Рис. 116. Зенкеры с пластинками из твердого сплава, напаянными
на вставные ножи
небольшой глубиной резания, при больших же глубинах резания
насадные зенкеры часто ломаются вследствие забивания канавок
стружкой. Кроме того, насадные зенкеры за счет зазоров между
оправкой и зенкером увеличивают разбивку отверстия.
Зенкеры, оснащенные твердым сплавом, выполняются двух ти-
пов: 1) цельные и 2) насадные по ГОСТ 3231—55 (рис. 115, а и б).
Цельные зенкеры изготавливают диаметром от 14 до 38 мм, а
насадные — от 34 до 80 мм.
Применяются также зенкеры с пластинками из твердого сплава,
напаянными на вставные ножи, как показано на рисунке. Эти зен-
147
керы делают цельными (рис. 116, а) и насадными (рис. 116, б).
Они стандартизованы по ГОСТ 9538—60.
Сопоставляя между собой приведенные типы зенкеров, оснащен-
ных твердым сплавом, необходимо отметить, что зенкеры со встав-
ными ножами являются более удобными в эксплуатации в сравнении
Рис. 117. Цилиндрический зенкер с направляющей цапфой:
/ — направляющая цапфа; 2 — рабочая часть; 3 — хвостовик
с зенкерами, имеющими впаянные зубья. Корпус последних сохра-
няется долгое время и заменяются лишь изношенные или выкроши-
вшиеся зубья. Замена зубьев и их перешлифовка требуют небольшой
затраты времени, путем при-
менения зубьев клиновидной
формы с рифлениями на тыль-
ной стороне при наличии не-
одинаковых по высоте пазов
под ножи имеется возмож-
ность сохранить диаметр зен-
кера при перешлифовке. В
тех случаях, когда диаметр
зенкера позволяет применять
вставные зубья, целесообраз-
нее применять последние.
Цилиндрический
зенкер с направляющей
цапфой изображен на рис.
117. Цапфа служит для точ-
ного направления зенкера в
обрабатываемом отверстии.
Цилиндрические зенкеры
часто делают со сменной на-
правляющей цапфой. Такие
Рис. 118. Два вида зенкеров на оп-
равке:
а — для работы сверху; б — для работы снизу
Рис. 119. Конический зенкер с углом
конусности 30°
зенкеры удобнее затачивать, и поэтому они имеют более широкое
применение. Заточка их производится без цапфы. Эта конструк-
ция выполняется, начиная с диаметра 18 мм.
При подрезке бобышек применяют зенкеры со сменной направля-
ющей цапфой и сменной режущей частью — ножом. Такой зенкер
изготовляют, начиная с диаметра 32 мм. Недостатком этой конструк-
ции являются небольшая прочность ножа и его частые поломки. При-
меняются также зенкеры, состоящие из режущей части (собственно
зенкера) и оправки, конец которой является направляющей частью.
Режущая головка крепится на оправке, имеющей продольный паз
148
с двумя проточками, которые совместное винтом, завинчиваемым в
режущую головку, обеспечивают ее надежное крепление. Эти зен-
керы бывают односторонние и двусторонние. Режущая головка
одностороннего зенкера изображена на рис. 118, а и б. Двусто-
ронний зенкер имеет насадную часть с двумя режущими гранями и
производит обработку внутренних и внешних торцовых плоскостей
без замены инструмента.
Рассмотренные насадные зенкеры разных типов позволяют при-
менять при данном диаметре направляющей цапфы только вполне
определенный диаметр самого зенкера. Ввиду этого была создана еще
одна разновидность подобного типа — насадной зенкер со смен-
ной цапфой и сменной режущей частью. В таком комплекте имеется
ряд сменных направляющих цапф и режущих частей. Такие зенкеры
изготовляются диаметром до 100 мм.
Для повышения производительности цилиндрические зенкеры с
направляющей цапфой изготовляются с напаянными твердосплав-
ными пластинками.
Конический зенкер применяют для зенкерования
конусных отверстий под головки винтов, а также для получения
центровых отверстий в заготовках для возможности обработки их в
центрах. Конические зенкеры различаются как конструктивной фор-
мой, так и углом конусности. По углу конусности все зенкеры можно
разделить на четыре группы: с углами 30, 60, 90 и 120°. Наиболее
распространенный угол конусности 60°, особенно при зенкеровании
центровых отверстий.
Зенкеры с углом конусности 30° (рис. 119) применяются для
зенкерования отверстий под конические головки винтов и для снятия
заусенцев с кромок просверленных отверстий.
Для зенкеров с углом конусности 60° стандарты предусматри-
вают два набора центровочных инструментов. В эти наборы входят
сверла и зенкеры для последовательной операции центрования.
В наборе, применяемом для обычных случаев центрования, введены
два вида зенкеров по ГОСТ 6694—53 (рис. 120, а и б). Первый из них
позволяет зенкеровать отверстие с конусом 60°, второй — с допол-
нительным конусом под углом 120°.
Кроме того, имеются две специальные формы зенкеров по
ГОСТ 6694—53 с углом конусности 60° (рис. 121). Недостатком та-
ких зенкеров является малый размер впадин между зубьями, затруд-
няющий отвод стружки, что приводит к быстрой порче их режущих
кромок.
Помимо указанных стандартных центровочных зенкеров, имеет-
ся еще и другая конструкция их: с одной режущей кромкой по
ГОСТ 6694—53.
Зенкеры с углами конусности 90 и 120° по форме аналогичны изо-
браженным на рис. 121.
Для повышения производительности конические зенкеры выпол-
няются также с напаянными твердосплавными пластинками.
149
а)
Рис. 120. Конические зенкеры
Ф\22
Рис. 121. Специальные формы конических зенкеров
Зенкеры стандартной конструкции имеют целый ряд недостатков:
плохой отвод стружки из отверстия, малое пространство в канавках
для ее.размещения, а также невозможность снятия больших припус-
ков с обрабатываемой детали. С этой целью лучше применять дву-
зубый зенкер. Он состоит из следующих отдельных частей (рис. 122):
режущей части 1, устанавливаемой на оправку при помощи отвер-
стия 2 и двух отверстий 3 для ведущих штифтов; оправки 4 для уста-
новки в шпиндель станка с двумя отверстиями 3 для ведущих штиф-
Рис. 122. Двузубый сборный зенкер
тов; направляющей цапфы 5; ведущих штифтов 6 и болта 7 для
закрепления зенкера на оправке. Если зенкер делается со сборной оп-
равкой, то он имеет стержень 8, ввертываемый в отверстие оправки и
служащий для центрирования зенкера на оправке. На рис. 122, б
представлены в разрезе две разновидности крепления частей зенкера:
1) со сборной оправкой и 2) с цельной оправкой. Иногда такой зенкер
соединяют со сверлом, что позволяет производить обработку от-
верстия в сплошном материале.
Конструктивные элементы зенкеров
Основными конструктивными элементами зенкеров считаются:
1) форма режущей и калибрующей частей, 2) число зубьев или кана-
вок и их профиль и 3) углы резания и наклона канавок.
Форма режущей и калибрующей части.
Зенкер по своей форме напоминает сверло, но для обеспечения более
лучшего направления в работе, а также точности и чистоты обработ-
151
ки он снабжается большим числом режущих элементов. Его режу-
щая часть, выполняющая основную работу снятия стружки, прини-
мается в зависимости от глубины резания t, а именно (рис. 123):
I = (t + a) ctg 9,
где ф — главный угол в плане,
а — дополнительная величина для более легкого вхождения
зенкера в отверстие, обычно а=(0,5—1,0) I.
Главный угол в плане ф принимается
равным 45—60°, таким образом, угол
при вершине зенкера 2ф=90—120°, а
для твердого чугуна даже больше 120°.
Часто, стремясь увеличить стойкость
зенкера, делают дополнительную заточ-
ку под углом ф1=30° на длине до 3/.
Длина переходной кромки берется от
0,3 до 1 мм в зависимости от диаметра
зенкера.
Калибрующая часть зенкера выпол-
няет окончательную обработку отвер-
стия, обеспечивая получение требуемого
размера. Она берется в определенных
Рис. 123. Элементы режу-
щей части
пределах, так как при излишне малой ленточке нет достаточного
запаса на переточку режущей части, а при излишне большой ухуд-
шается процесс резания ввиду налипания на нее стружки. Рекомен-
дуется брать величину ленточки согласно табл. 31.
Спиральные зенкеры аналогично сверлам выполняются с обрат-
ным конусом (от 0,04 до 0,1 мм на 100 мм длины). Диаметр стержня
этих зенкеров можно брать по табл. 31 в зависимости от диаметра
самого зенкера.
Число зубьев или канавок и их про-
филь. Стандартные зенкеры делаются трех- или четырехзубыми в
зависимости от размера их диаметра. Зенкеры очень крупных раз-
меров диаметром свыше 60 мм иногда делаются шестизубыми.
Профили канавок принимаются в зависимости от числа зубьев зен-
кера. На рис. 124 в положении а даны профили цельных зенкеров
Таблица 31
РАЗМЕРЫ ЛЕНТОЧКИ И ДИАМЕТРА СТЕРЖНЯ ЗЕНКЕРА
Диаметр зенкера d, мм Ширина ленточки f, мм Глубина ленточки /, мм Диаметр стержня di4 мм
12—16 1,2—1,5 0,35 6—8
17—26 1,6—1,9 0,35—0,45 8—11
27—36 2,0—2,3 0,45—0,50 11-13,5
38—45 2,4—2,6 0,50—0,60 14—16
46—52 2,7—2,8 0,70—0,80 16,5—18
152
трех- и четырехзубых, а в положении б — с напаянными пластин-
ками твердого сплава. Размеры отдельных частей профиля для трех-
зубого зенкера можно брать по табл. 31. Для четырехзубого зенкера
берутся: глубина канавки /г=(0,25—0, l)d, радиус впадины канавки
/?!=(!,2—0,7)d, расстояние от центра радиуса до оси фрезы
Сх=(0,7—0,4)d, смещение р=(0,22—0,27)d, смещение g=0,21d.
Рис. 124. Профили канавок зенкеров
Углы резания и углы наклона канавок.
На рис. 125 представлен зуб зенкера в двух вариантах, взятый в
сечении, перпендикулярном его режущей кромке.
Его задний угол а как на режущей, так и калибрующей части
принимают равным 8—10° (рис. 125, а), или а =5—6° (рис. 125, б).
При зенкерах со вставными зубьями и твердосплавных зенкерах ре-
комендуется делать дополнительный угол =15—20°, на режущей
кромке оставлять фаску шириной 0,03—0,05 мм, а заточку угла а
делать на длине 0,6—1,5 мм.
Передний угол у рыночных зенкеров берется: для быстрорежу-
щих 7=20°, а твердосплавных у=8°. В зависимости от обрабатыва-
ла
емого материала инструмент перетачивается и передний угол вы-
бирается для обработки стали в пределах у =8—12°, для обработки
чугуна т=6—10°, а для легких и цветных металлов т=25 — 30°.
Рекомендуемые передние углы
Таблица 32
ВЕЛИЧИНА ПЕРЕДНИХ УГЛОВ у
ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ЗЕНКЕРОВ
Обрабатываемый материал Угол у, град
Сталь ав<90 кГ/мм2 (883Мн/м2), НВ <265 ав > 90 кГ/мм2 (883 Мн/м2), НВ>265 . . Стальное литье . . . Чугун (по корке) . . Чугун — 5 —10 — 5 0 -Ь 5
по данным ВНИИ приведены в
табл. 32. Эти значения углов
получаются путем заточки фас-
ки на передней поверхности.
Обычно угол наклона кана-
вок зенкера со (см. рис. 123)
принимают для трехзубых зенке-
ров от 20 до 30° и для четырех-
зубых — от 12 до 15°. Но в то
же время для зенкеров, оснащен-
ных твердым сплавом при обра-
ботке твердых сталей, берутся
прямые канавки (со=0°). В ря-
де случаев при твердосплавных
зенкерах канавки делают винтовыми, что способствует выходу
стружки по направлению к хвостовику. В таком случае на длине
твердосплавной пластинки угол наклона со канавок принимают в
о)
Рис. 125. Формы зубьев зенкера
среднем равным 10°, а далее с плавным переходом этот угол увели-
чивают до со 1=20°.
Применение зенкеров для скоростного резания конструкционных
сталей (в частности, 18ХГТ и 45) показало, что при высоких ско-
ростях (50 м/мин и выше) направление и наклон канавок не оказы-
вают существенного влияния на характер стружкообразования,
так как в данном случае важен не столько отвод стружки, сколько
ее измельчение. Поэтому наиболее целесообразной будет конструк-
ция твердосплавного зенкера с прямой канавкой (со=0°).
Качество зенкеров
Качество зенкеров определено техническими условиями на
их поставку, по которым проверяют внешний вид, размеры и допус-
154
ки, материал, твердость, маркировку. Кроме того, техническими
условиями предусмотрены испытания зенкеров в работе.
Технические условия при ГОСТ 1677—53 распространяются на
зенкеры по ГОСТ 1676—53 и ГОСТ 2255—51.
Согласно этим техническим условиям, ленточки, поверхности
задней заточки, конусы и отверстия под оправку должны быть
шлифованными.
Режущие кромки должны быть остро заточены без завалов. На
всех поверхностях зенкеров не должно быть трещин, забоин, выкро-
шенных мест, дробления, ожогов, заусенцев и следов коррозии.
Биение направляющей ленточки, измеряемое у прилегающего
к переднему конусу концу рабочей части зенкера относительно оси
хвостовика хвостовых или относительно оси отверстия насадных
зенкеров, не должно превышать у зенкеров диаметром до 18 мм —
0,04 мм\ свыше 18 до 30 мм — 0,05 мм\ свыше 30 мм — 0,06 мм.
Биение главных режущих кромок не должно превышать у зенкеров
диаметром до 18 мм — 0,05 мм, свыше 18 до 30 мм — 0,06 мм,
свыше 30 мм — 0,07 мм.
Твердость зенкеров с коническим хвостом по ленточкам на 3/4
длины рабочей части и твердость насадных зенкеров по всей длине
рабочей части должна быть в следующих пределах: у зенкеров из
стали марки 9ХС — HRC 61—63, из быстрорежущей стали —
HRC 62—65. Лапка конуса у зенкеров с коническим хвостом дол-
жна быть закалена на твердость HRC 30—45.
На рабочей части зенкера не должно быть обезуглероживания и
мягких мест.
Зенкеры должны выдерживать испытание в работе без изломов,
трещин, выкрашивания, вмятин и заметных притуплений режущих
кромок. После испытания зенкеры должны сохранять свои режущие
свойства и быть пригодными к дальнейшей работе. Хвост и шейка
у зенкеров с коническим хвостом не должны деформироваться. При
испытании зенкер должен работать без дрожаний и защемления.
Испытание в работе производится по стали марок 40 и 45 (ГОСТ
1050—60) или Ст. 6 (ГОСТ 380—60) с твердостью в состоянии по-
ставки, на режимах, установленных ГОСТом.
Качество хвостовых и насадных зенкеров с напаянными пластин-
ками из твердого сплава определяется техническими условиями по
ГОСТ 5736—51.
РАЗВЕРТКИ
Основные понятия
Развертки применяются для окончательной обработки отверстий,
предварительно просверленных, расточенных резцом или обработан-
ных зенкером.
К развернутому отверстию предъявляют следующие требования:
155
оно должно быть строго цилиндрической формы, иметь заданное на-
правление оси и чистые гладкие стенки; размер отверстия должен
быть в пределах допусков, устанавливаемых данным классом точно-
сти. Для повышения точности развернутого отверстия применяют
набор из двух разверток: предварительной и окончательной. Пред-
варительное развертывание обеспечивает 3-й класс точности, а
окончательное развертывание — 2-й класс точности.
Процесс развертывания происходит при двух совместных
движениях: поступательном вдоль оси — движение подачи и вра-
щательном (развертки или детали) — рабочее движение.
Типы разверток
Развертки разделяются на ручные и машинные. Первые приме-
няются при работе вручную с помощью воротка или трещотки,
вторые— на станках.
Рис. 126. Ручные цилиндрические развертки
Ручные развертки делятся на: 1) цилиндрические
цельные, 2) цилиндрические разжимные (установочные), 3) цилин-
дрические раздвижные, 4) котельные и 5) конические для получения
различных конусных отверстий.
Форма и размеры ручных цилиндрических цельных разверток
установлены ГОСТ 7722—55 (рис. 126). Наименьший диаметр ручной
развертки 3 мм, наибольший — 36 мм. Для лучшего направления
ручной развертки ее можно делать с направляющей передней частью,
диаметр которой на 0,1—0,25 мм меньше диаметра d развертки при
d<25 мм и на 0,25—0,4 мм при d>25 мм.
Конструкцию цилиндрических разжимных ручных разверток
принимают согласно ГОСТ 3509—47 (рис. 127). Наименьший диа-
метр такой развертки 6 мм, а наибольший — 50 мм.
В корпусе 1 развертки просверлено отверстие 2, в котором с од-
ной стороны нарезана резьба 3, а в глубине имеется конусная часть 4.
156
В отверстие вставляется шарик 5, в который упирается регулиро-
вочный винт 6. При ввертывании винта 6 шарик 5 стремится разжать
стенки отверстия, в средней части которых имеются прорези. В ре-
зультате диаметр средней части развертки увеличивается. Пределы
Для разверток ф 6-16мм
Для разверток
ф менее Z0 мм
flop цилиндру)
Для разверток
ф 20 мм и долее
AJL
fl по цилинврр)
Рис. 127. Ручная разжимная развертка
регулирования диаметра небольшие: при развертках диаметром от
6 до 10 мм — всего 0,15 мм, а при развертках диаметром от 30 до
50 мм — до 0,50 мм.
Описанная разжимная развертка применяется при обработке
отверстий малых диаметров с жесткими допусками, так как цельные
ручные развертки в таких случаях быстро теряют размер. Число про-
резей шириной 1—2 мм в этих развертках принимается с таким рас-
четом, чтобы прорези располагались через два-три зуба. Диаметр
внутреннего отверстия развертки равен 0,3 диаметра развертки, а
диаметр резьбы ввертываемого винта — 0,4 диаметра развертки.
Цилиндрические раздвижные ручные развертки показаны на
рис. 128. В них увеличение диаметра достигается при помощи сдвига
157
ножей по коническим прорезям. Ножи закрепляются гайками 2 и
сухарями с винтами 1.
Разновидностью цилиндрической развертки является ручная ко-
тельная развертка, применяемая для развертывания отверстий глав-
ным образом в котельном и мостовом деле. Эти развертки делаются
Рис. 128. Ручная раздвижная развертка
праворежущими и с правой спиралью обычно под углом (о=10°.
Этим облегчается подача развертки при ручной работе благодаря ее
затягиванию в отверстие, хотя и имеется опасность заедания разверт-
ки. Длина заборной части таких разверток составляет %—V2
часть всей рабочей длины
Рис. 129. Комплект конических раз-
верток
инструмента и имеет уклон
1 : 20, чтобы обеспечить лег-
кое вхождение инструмента
в отверстие, даже когда лис-
ты перекошены один по от-
ношению к другому. Осталь-
ная часть развертки цилинд-
рическая.
Конические развертки
разделяются на группы в
зависимости от того, для ка-
кого конуса они предназначаются. Стандарты охватывают четыре
их разновидности: 1) под метрические конуса (ОСТ/НКТМ 2514—39),
2) под конуса Морзе (ОСТ/НКТМ 2513—39), 3) под конические
штифты (ГОСТ 6312—52) и 4) под отверстия с конусностью
1 : 30 (ОСТ/НКТМ 2516—39).
Развертки двух первых типов делают комплектами из трех или
двух штук. Как видно из рис. 129, первая развертка является обди-
рочной и делается ступенчатой, вторая — переходной, промежуточ-
ной, с выемками для размельчения стружки и третья — чистовой,
придающей отверстию окончательные размеры и нужную чистоту
поверхности. Первая развертка имеет спиральный зуб, нарезанный
по винтовой линии с шагом 8—12 мм на конической поверхности,
соответствующей конусу Морзе или метрическому. Задний угол зуба
принимается 6—7°, а передний 5—6°. Вторая развертка изготовляет-
ся с тем же конусом, но имеет на зубьях винтовые канавки для раз-
мельчения стружки с шагом 4—6 мм. Профиль канавки делают тра-
158
пецеидальным с углом 30°, причем на обычных праворежущих раз-
вертках винтовая линия идет влево, а на леворежущих — вправо.
Затылок зуба этой развертки выполняют с задним углом 8—10°.
Третья развертка не имеет никаких канавок на зубьях, так как дол-
жна обеспечить совершенно гладкую поверхность.
Рис. 130. Машинная цельная развертка с ци-
линдрическим хвостовиком
В комплекте из двух разверток первая развертка промежуточ-
ная, вторая — чистовая.
Машинные развертки разделяют на постоянные и
установочные (позволяющие изменять диаметр), которые в свою
Рис. 131. Мелкоразмерная цилиндрическая
развертка с утолщенным цилиндрическим
хвостовиком
очередь в зависимости от размера диаметра могут быть цельными
или насадными.
Постоянные цельные развертки бывают:
1) цилиндрические с цилиндрическим и коническим хвостовиком,
а также мелкоразмерные с утолщенным цилиндрическим хвостови-
ком; 2) котельные; 3) конические для отверстий малых диаметров,
а также под коническую резьбу диаметром до двух дюймов.
Форма и размеры цилиндрической машинной развертки с ци-
линдрическим хвостовиком (рис. 130) установлены ГОСТ 1672—62.
Угол <р режущего конуса развертки стандартом не установлен и
159
оговаривается при заказе в зависимости от материала, который раз-
вертка должна обрабатывать.
Машинные развертки с коническим хвостовиком выполняются
тоже по ГОСТ 1672—62.
Рис. 132. Машинная развертка, оснащенная пластинками
твердого сплава
Цилиндрические мелкоразмерные развертки с утолщенным ци-
линдрическим хвостовиком по ГОСТ 8035—56 представлены на
рис. 131. Их изготавливают диаметром от 0,1 до 1 мм.
а)
Рис. 133. Развертки для небольших ко-
нических отверстий
Цилиндрические цельные развертки, оснащенные твердым спла-
вом, по конструкции незначительно отличаются от рассмотренных
выше типов разверток. Развертки с пластинками из твердого спла-
ва выполняются с меньшим числом зубьев для обеспечения доста-
точной прочности их и упрощения технологии изготовления. Эти
развертки изготовляют как с цилиндрическим, так и коническим
хвостовиком (рис. 132). Они стандартизованы по ГОСТ 6646—53.
Иногда цилиндрические машинные развертки выполняются с
промежуточной направляющей частью, обеспечивающей лучшее на-
правление развертки в отверстии.
К следующей группе постоянных цельных машинных разверток
относятся спиральные развертки для котельных работ. Они приме-
160
няются для развертывания отверстий в котельных листах при
сборке и склепывании железных конструкций. Эти развертки де-
лают праворежущими, но с левой спиралью, чтобы устранить их
заедание. Большей частью такие развертки работают при помощи
пневматических машин. Угол наклона канавки <о=25°. По внешней
форме они аналогичны ручной котельной развертке.
Для небольших конических отверстий деталей, развертываемых
на станке, можно применять развертки, изображенные на рис. 133,
Конусность г-16 или
и гол и* лоно Miwt' ..
\ Конус Морзе
т
Основная пл ос и ость
L
Рис. 134. Развертка под коническую резьбу
диаметром до 2"
а и б, причем вторая развертка имеет направляющую цапфу. Эти
развертки не стандартизованы; размеры их берут применительно к
требованиям обработки.
Отдельным типом машин-
ной конической развертки яв-
ляется развертка под кониче-
скую резьбу диаметром от1/1в
до 2", ГОСТ 6226—52 (рис.
134).
Постоянные на-
садные развертки
бывают цилиндрические и ко-
нические. Они применяются
как для черновых, так и для
чистовых работ, обычно при
Рис. 135. Насадная цилиндрическая
развертка
развертывании отверстий диа-
метром свыше 25 лйи. Насадные развертки дешевле цельных, и
область их применения может быть расширена путем использова-
ния коротких и длинных оправок. Отверстия в развертках для уста-
новки на оправку бывают конические или цилиндрические. Стан-
дартным является коническое отверстие.
Насадные цилиндрические развертки (рис. 135) регламентиро-
ваны ГОСТ 1672—62.
Насадные цилиндрические развертки, оснащенные твердым спла-
вом по ГОСТ 9329—60, представлены на рис. 136, где а — развертка
6 Металлорежущие инструменты
161
с пластинками из твердого сплава, б — сборная развертка с ножами,
оснащенными пластинками из твердого сплава.
Для конических отверстий больших диаметров находят приме-
нение конические насадные развертки (рис. 137). На рисунке слева
показана развертка для чернового развертывания, справа — для
чистового. Эти развертки имеют цилиндрические отверстия и наса-
Конисность V30
Рис. 136. Насадная цилиндрическая развертка, оснащенная твер-
дым сплавом
живаются на борштангу или оправку. Форма их не стандартизована
и принимается в зависимости от условий обработки.
Установочные цельные развертки разде-
ляются на: 1) разжимные, 2) с привинченными ножами, 3) раздвиж-
ные, 4) раздвижные торцовые, 5) раздвижные однозубые.
Разжимные машинные развертки по конструкции аналогичны
ручным разжимным разверткам. Они применяются при обработке
162
отверстий малых диаметров, где применение других конструкций не-
целесообразно. Число зубьев таких разверток для диаметров
10—25 мм берется от 6 до 10, а число прорезей — от 3 до 5.
Установочные развертки с привинченными ножами мало отли-
чаются от постоянных разверток, очень просты по конструкции
Рис. 137. Машинные насадные конические развертки
и допускают обработку отверстий с большими припусками ввиду
их прочности и возможности перестановки ножей для компенсации
износа. Это наиболее распространенный тип установочной разверт-
ки. Требуемое увеличение диаметра развертки достигается подклады-
Рис. 138. Машинная установочная раздвижная
развертка
ванием под ножи бумажных или жестяных полосок с последующим
шлифованием развертки.
В раздвижных развертках (рис. 138) увеличение диаметра до-
стигается путем сдвига ножей по коническим прорезям с углом
2—3°. Регулирование таких разверток производится быстрее, чем
разверток с привинченными ножами. Ножи укрепляются двумя гай-
ками, навертываемыми на оправку. Раздвижные развертки менее
прочны, чем развертки с привернутыми ножами. Если раздвижная
развертка предназначается для глухих отверстий, то ей придают
форму так называемой торцовой развертки. В этом случае ножи удер-
живаются гайкой лишь с хвостовой стороны, передний же конец раз-
вертки снабжается клиньями, закрепляемыми при помощи винтов.
Широко применяются развертки со вставными ножами (ГОСТ
883—51). Такие развертки просты по конструкции, надежны в ра-
боте и удобны в эксплуатации. От других аналогичных типов они
6* 163
отличаются конструкцией ножей и методом их закрепления в корпу-
се развертки. На рис. 139 изображена конструкция такой развертки
с коническим хвостом. Развертка состоит только из корпуса и
ножей.
Для тонкой и чистой отделки (калибровки) особо точных отвер-
стий применяется так называемая однозубая развертка. Обрабаты-
Рис. 139. Машинная установочная развертка со вставными
ножами
ваемое отверстие должно быть предварительно развернуто другими
развертками. Точность работы достигается благодаря наличию зака-
ленного цилиндрического направляющего корпуса развертки. Зуб 2
этой развертки (рис. 140) закрепляется при помощи прокладки /,
Рис. 140. Однозубая развертка
привертываемой винтами 3, причем возможно соответствующее вы-
движение зуба. Такие развертки изготовляют диаметром от 25 мм
и выше.
Установочные насадные развертки бывают
с привинченными ножами и раздвижные (регулируемые) (ГОСТ
883—51). Все типы этих разверток насаживаются на оправку
и применяются для обработки отверстий больших диаметров. Кон-
струкция таких разверток аналогична конструкции установочных
цельных разверток.
На рис. 141 изображена развертка, которая характеризуется
весьма небольшой длиной режущей части. Развертка эта не имеет
164
приемной части, и зубья ее расположены параллельно оси. Перед-
ний угол зубьев не превышает 7°, высота зуба обычно равна 0,08
величины радиуса развертки. Ленточка на зубьях шириной от 0,75
до 1,2 мм шлифуется по цилиндру без заднего угла. Развертки за-
крепляются на оправках без шпонки только одной затяжкой. Длина
развертки обычно не превышает 0,2
диаметра. Они работают без повтор-
ной заточки одинаково хорошо как _ jj
по чугуну, так и по стали. 11
Испытания показали, что диско-
вые развертки дают точные отверс- Рис. 141. Дисковая развертка
тия как по размеру диаметра, так и
по точной геометрической форме отверстия, но лишь при условии
достаточной жесткости оправок и точности направления разверток.
Рис. 142. Сборная дисковая развертка
Рис. 143. Плавающая развертка
Дисковая развертка является очень простым и дешевым инстру-
ментом.
На рис. 142 сверху показано крепление на одну оправку двух
дисков 5 и 6 разного диаметра. Большой диск 5 укрепляется длинной
гайкой 4, меньший диск 6 наде-
вается до упора 3; диск 6 зажи-
мается втулкой 2 и гайкой 1.
Внизу показана развертка ста-
рого типа для той же цели.
Для окончательной обработ-
ки отверстий диаметром от 25 мм
и выше, когда важно полу-
чить высокую точность размера
и высокую чистоту отверстия
без смещения его оси, точно об-
работанного другим инструментом перед развертыванием, приме-
няют так называемые плавающие развертки (рис. 143).
Применение плавающих разверток исключает необходимость
соблюдения точной соосности установочных мест приспособления с
осью шпинделя станка и дает положительные результаты даже при
наличии биения шпинделя.
6*
165
Конструктивные элементы разверток
Основными конструктивными элементами развертки являются
внешняя форма, число зубьев, их шаг и направление, углы резания
и профиль канавки.
Внешняя форма развертки. Цилиндрическую
развертку можно представить состоящей по длине из следующих
частей (рис. 144): заборной режущей /, калибрующей 2—5, шейки
4 и хвостовика 5. Основной процесс резания производится заборной
Рис. 144. Элементы развертки
частью, а калибрующая
часть калибрует отверстие
и дает развертке направ-
ление. Заборный передний
конус обеспечивает пра-
вильное направление и
устойчивость развертки в
начале развертывания
Увеличение длины забор-
ной части облегчает эту за-
дачу, но в то же время неблагоприятно отражается на условиях
резания. По стандарту длина заборной части ручных разверток
/^0,2/. Так как стандарт не разделяет развертки на предваритель-
ные и окончательные, наклон образующих конических поверхно-
стей заборной части (главный угол в плане) при ручных разверт-
ках <р=1°. Здесь имеет значение то обстоятельство, что отделка
лезвий заборного конуса при переточках в пределах точности ни-
же 1° является затруднительной. Из рассмотрения влияния угласр
на работу машинной развертки можно прийти к заключению, что
оптимальным углом <р при обработке стали и других вязких ма-
териалов является 8—15°, а для обработки чугуна 4—5°. В ре-
зультате длина заборной части машинных разверток /г будет
меньше, чем у ручных разверток. Более короткая заборная часть
при обработке стали способствует получению узкой длинной вью-
щейся стружки, не забивающей отверстия, в то же время более
длинная заборная часть при обработке чугуна не оказывает вред-
ного влияния на работу развертки, так как стружка не забивает от-
верстия.
Котельные развертки также имеют небольшой угол заборной
части (<р = 1,5—3°).
На конце заборной части разверток должна быть снята фаска
под углом 45°, что предохраняет зубья развертки от выкрашивания
при повышенном припуске или каких-либо недостатках в отверстии.
Калибрующая часть развертки, переход к которой от заборной режу-
щей части должен быть закруглен, состоит из цилиндрической и
конической частей с утонением по направлению к хвостовику. Ци-
линдрическая часть развертки, калибруя отверстие, в то же время
166
должна обеспечить точное направление развертки в работе. Ее
длина при ручной развертке может быть взята по табл. 33.
При машинных развертках
длина цилиндрической части
принимается короче до двух раз,
потому что при станочной рабо-
те направление развертки уже
достаточно обеспечено прину-
дительным его движением; на-
против, излишнее удлинение
этой части может вызвать зна-
чительное разбивание отверс-
тия и нагревание развертки.
Конус калибрующей части
развертки уменьшает трение раз-
Таблица 33
ПРИМЕРНАЯ ДЛИНА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
ЧАСТИ РУЧНОЙ РАЗВЕРТКИ
Диаметр развертки, мм Длина цилиндри- ческой части, мм
3—6 14
7—11 20
12—19 26
20—37 36
38—50 48
вертки о поверхность развертываемого отверстия и предохраняет
его от разбивки концом калибрующей части. При ручных развертках
величина утонения принимается 0,010—0,015 мм, для машинных
разверток при жестком креплении — 0,04—0,06 мм, а при качаю-
щемся или плавающем — 0,08—0,10 мм. Часто при ручных разверт-
ках утонения не делают, учитывая его незначительную величину.
Чем длиннее калибрующая часть развертки, тем тяжелее рабо-
тает развертка и легче заедает в отверстии, поэтому лучше применять
возможно короткие машинные развертки с калибрующей частью в
пределах 0,25—0,3 диаметра развертки.
На зубьях по цилиндрической части развертки делают ленточку
(фаску). Она обеспечивает направление развертки в отверстии, спо-
собствует выглаживанию обрабатываемой поверхности, облегчая
в то же время контроль развертки по диаметру. Ширина ленточки у
машинных разверток обычно принимается равной 0,05—0,3 мм
в зависимости от размера развертки, а у ручных даже меньше, до
0,15—0,18 мм. У котельных разверток ширина ленточки берется
0,1—0,3 мм. Шейка (проточка) ручной и цилиндрической развертки
предназначается для выхода круга при шлифовании развертки и
заточке ее зубьев. При шлифовании рабочей и хвостовой части для
нормального шлифовального круга достаточно иметь длину проточ-
ки 7—8 мм, диаметр же ее достаточно делать на 0,5—1,0 мм меньше
диаметра калибрующей части. При машинных развертках длину
шейки берут по ГОСТу в зависимости от конструктивных особен-
ностей развертки, не базируясь на выходе круга после шлифования,
а учитывая укорочение длины режущей части развертки, благода-
ря чему шейку машинной развертки обычно берут значительно
длиннее, что позволяет подводить ее режущую часть при обработке
глубоких отверстий.
Хвостовая часть служит для закрепления развертки при работе.
У ручных разверток конец хвостовой части имеет квадратное сече-
ние. Длина всей хвостовой части и размер квадрата могут быть взя-
167
Рис. 145. Возможные погрешности
расположения разверток на револьвер-
ном станке
ты из таблиц соответствующего ГОСТа. Диаметр хвостовой части
делают на 0,02—0,1 мм меньше диаметра калибрующей части, это
дает возможность развертке свободно пройти через развернутое от-
верстие. У машинных разверток хвостовую часть при малых диамет-
рах до 10—12 мм делают цилиндрической, при больших — с кону-
сом Морзе.
Развертка даже при правильной конструкции может дать непра-
вильное отверстие, если она закреплена в станке без учета характе-
ра ее работы. Если ось предварительно просверленного отверстия
не будет точно совпадать с
осью развертки, то при обыч-
ном креплении последней не
получится правильного по
размеру и направлению от-
верстия, как показано на
рис. 145 для случая крепле-
ния развертки в головке ре-
вольверного станка. Пока
станок вполне исправен, раз-
вертка работает нормально,
но при износе опорных по-
верхностей головка станка
опускается, и развертка сни-
жается по отношению к оси шпинделя на величину h (рис. 145, а).
После поворота револьверной головки может произойти боко-
вое смещение развертки с поворотом ее на угол ц (рис. 145, б). В
обоих случаях развертка будет резать неправильно, ~ак как ось
ее не совпадает с осью отверстия. Поэтому в подобных случаях
применяются так называемые качающиеся патроны, обеспечиваю-
щие некоторую «качку» развертки.
Число зубьев, их шаг, профиль и направ-
ление. Число зубьев развертки берут в зависимости от ее диа-
метра. Для ориентировочного выбора числа зубьев можно пользо-
ваться следующими формулами: для развертывания стали и меди
z = 2+ 1,5 VD,
для чугуна, бронзы и других аналогичных металлов
2 = 4 + 1,5 VD,
где D — диаметр развертки, мм.
Обычно принимают четное число зубьев для облегчения обмера
диаметра развертки при помощи микрометра. При нечетном числе
зубьев развертки измерение диаметра осуществляют с помощью
кольцевого калибра или путем заполнения канавок развертки лег-
коплавким металлом, удаляемым после шлифования и измерения,
что нецелесообразно.
168
Чтобы получить круглое (неграненое) отверстие, шаг зубьев по
окружности развертки делают неодинаковым. Иначе при неравно-
мерном снятии стружки в отдельных местах стенок отверстия (вслед-
ствие неоднородности материала) все последующие зубья будут
претерпевать удар в этих местах, и развертка будет дробить и да-
вать граненое отверстие. При неодинаковом шаге периодичности не
будет, и отверстие даже при неоднородном материале окажется пра-
Рис. 146. Расположение
зубьев развертки
Рис. 147. Оформление
зубьев развертки без
впадин
вильным. Для удобства измерения диаметра развертки шаг подби-
рают таким образом, чтобы каждая пара противолежащих зубьев
находилась на одном диаметре.
На рис. 146 изображено сечение развертки с шестью зубьями.
Центральные углы, дающие различные шаги зубьев, будут со р
Рис. 148. Оформление
затылка зуба криволи-
нейной формы •
со 2» з, (04, со5, о)6» причем со 1=(04, со2=со5 и со з=сов, т. е. верши-
ны противолежащих зубьев находятся на одном диаметре. Обычно
колебания величины центральных углов лежат в пределах 1—10°.
Зубья должны быть оформлены так, чтобы они могли резать и
в то же время обеспечивали соответствующую точность отверстия.
Они делаются или без впадин (рис. 147), или с угловыми выемками,
обеспечивающими заданные углы резания (см. рис. 146). В первом
случае развертка дает точное отверстие, но условия резания за-
169
труднены, так как развертка имеет большие углы резания (несколь-
ко уменьшаемые желобками, показанными пунктиром). Во втором
случае (обычная конструкция) развертка имеет нормальные углы
резания, вследствие чего условия резания облегчены и обеспечи-
вается хороший отвод стружки. Такая форма зуба применима для
всех разверток диаметром до 23—25 мм. При большем диаметре
выемке придают криволинейную форму (рис. 148). В последнем
случае зуб получается более тонким при вершине. Обычно угол впа-
дины зубьев (см. рис. 146) ф=85—90° при z<8 и ф=76—80° при
z>8. При криволинейном профиле впадины зуба (рис. 148) радиусы
2?=0,25d+15 и r=0,05d, где d — диаметр развертки, мм. Ширина
зуба 6=0,25)/^; ленточка /=0,05—0,3 мм.
Развертки выполняют с прямыми и винтовыми канавками. На
рис. 149, а изображена развертка с прямыми канавками. Она обес-
печивает высокое качество обработки и легко изготовляется. На
рис. 149, бив показаны развертки с винтовыми канавками. Такие
развертки обеспечивают высокую чистоту поверхности и легкость
резания, поэтому находят широкое применение, особенно при обра-
ботке вязких металлов. Они используются также при развертывании
отверстий, прерывающихся по длине, потому что спиральный зуб,
врезающийся в металл постепенно, не искажает формы прерывис-
того отверстия. Из двух типов таких разверток более целесообраз-
но применение развертки, у которой направление резания противо-
положно направлению спирали (рис. 149, б); такая развертка не ув-
лекается давлением стружки в отверстие и благодаря этому плот-
но сидит в гнезде шпинделя; она хотя и режет с большим усилием, но
дает отверстие более чистое и точное.
Углы подъема винтовых канавок у котельных разверток дохо-
дят до 30° при числе зубьев от 3 до 8.
В настоящее время появились развертки, в которых прямые
зубья чередуются с многозаходными спиральными, способствующи-
ми легкому отделению стружки.
Углы резания. Для выполнения работы резания зубья
развертки должны иметь правильные режущие углы. Как уже ука-
зывалось, основную работу выполняет коническая заборная часть
развертки, цилиндрическая же часть ее производит лишь калибро-
вание отверстия. Поэтому правильное оформление режущих углов
должно быть обеспечено в первую очередь на приемной части раз-
вертки. Как видно из рис. 146, угол резания 6 =90°, т. е. развертка
делается без поднутрения (у=0°). Задний угол а составляет от 3
До 7°.
В развертках, оснащенных твердым сплавом, величину передне-
го угла т берут в зависимости от обрабатываемого материала от 0
до 10°, а заднего угла — от 7 до 12°.
У пятигранной развертки (см. рис. 147) угол резания 6=144°
и задний угол а =36°, что, обеспечивая высокое качество разверты-
ваемой поверхности, в то же время затрудняет процесс резания.
170
Регулируемые цилиндрические развертки рекомендуется зата-
чивать по двум задним углам: а =6—8° и ai=15—20° (рис. 150).
Такую же заточку задних углов иногда делают у котельных развер-
ток.
Качество разверток
Готовая развертка должна иметь высокую стойкость и давать
точное по размеру отверстие в пределах допусков. Для этого необ-
ходимо проверить развертку и установить ее соответствие предъяв-
ляемым к ней требованиям и в первую очередь правильность гео-
метрии ее режущих элементов.
Для контроля геометрии разверток в насто-
ящее время применяется несколько типов спе-
циальных приборов.
На рис. 151 изображен прибор с транспор-
тиром, позволяющий измерять передние и зад-
ние углы разверток. Прибор состоит из штан-
генциркуля с удлиненными ножками. | Под-
вижная ножка 2 имеет упор 3, плоскость кото-
рого перпендикулярна измерительной плоско-
сти ножки. К неподвижной ножке 1 с транспор-
тиром прикреплен сектор 4 так, чтобы нулевая
риска транспортира и измерительная поверхность
Рис. 150. Двойная
заточка заднего
угла а
упора 3 находи-
лись на одной прямой с плоскостью упора 5. Шкала имеет цену
деления 1°. Для измерения развертку зажимают между ножками
Рис. 151. Прибор
с транспортиром
Рис. 152. Прибор заво-
да ЗИЛ
171
штангенциркуля, устанавливая ее так, чтобы рабочие стороны ли-
нейки 2 и сектора 4 при нулевом положении индекса соприкаса-
лись с вершинами противоположных зубьев. При соответствующем
повороте сектора 4 отсчитывают по шкале величину переднего
или заднего угла развертки.
На Автозаводе им. Лихачева предложен специальный прибор,
предназначенный для измерения только переднего угла разверток
(рис. 152). Он состоит из угольника /, по которому перемещается
движок 2, на дуге которого нанесена шкала 3 с ценой деления 0,5°.
77777777777777777777777777777777777777777777777777777777777,
Рис. 153. Безконтактное измерение углов разверток на инструмен-
тальном микроскопе
На дуге движка 2 перемещается сектор 4 с указателем. В пазе сек-
тора укреплена измерительная линейка 5, которая может устанав-
ливаться продольно по пазу. Упор 6 может перемещаться в преде-
лах ширины угольника и закрепляться в определенном положении
винтом 7.
Погрешности измерений указанных приборов, по данным Бюро
взаимозаменяемости, доходят до 1—2°. Дело в том, что все приборы,
основанные на контактном методе с наблюдением световой щели,
не обладают достаточной стабильностью и точностью на узких гра-
нях разверток. Поэтому и приборы, применяемые для измерения
геометрии многолезвийных инструментов, также не могут быть эф-
фективно использованы для данных измерений.
172
В измерительной лаборатории ВНИИ был разработан и иссле-
дован новый метод бесконтактного измерения углов разверток на
инструментальном микроскопе. Измерение переднего угла этим ме-
тодом производится фокусированием на торец развертки, причем
развертка 1 (рис. 153) устанавливается хвостом 6 на стальной приз-
ме 2, а перед торцом развертки, на столе микроскопа 3, укрепляется
прямоугольная стеклянная призма 4, проектирующая изображение
в объектив микроскопа 5. При измерении заднего угла стеклянную
призму снимают и фокусируют микроскоп непосредственно на раз-
вертку. Данный метод в настоящее время внедряется на ряде заводов.
Качество готовых разверток определяется техническими условия-
ми по ГОСТ 1523—54, охватывающими развертки ручные цилиндри-
ческие, машинные с цилиндрическим хвостом, с коническим хвос-
том, насадные цельные и со вставными ножами.
Согласно этим техническим условиям, передняя и задняя поверх-
ности рабочей части, а также поверхности направляющих ленточек,
посадочного отверстия насадных разверток и цилиндрическая или
коническая поверхность хвостовиков разверток должны быть шли-
фованы. Развертки должны быть заточены. На поверхностях развер-
ток не должно быть трещин, выкрошенных мест, заусенцев, корро-
зии, а на шлифованных поверхностях также черновин и цветов побе-
жалости. Цельные развертки и ножи разверток сборной конструкции
должны быть изготовлены из стали марок У10А и У12А, или 9ХС,
или Р9 и Р18.
Твердость рабочей части разверток, изготовленных из углероди-
стой и легированной стали диаметром от 3 до 8 мм, должна быть
HRC 59—63, диаметром свыше 8 мм—HRC60—64 и из быстрорежу-
щей стали диаметром от 3 до 6 мм — HRC 61—63 и диаметром свы-
ше 6 мм — HRC 62—68. Твердость корпусов должна быть HRC
30—40 и клиньев HRC 45—50, а твердость лапок и квадратов хво-
стовиков — HRC 30—45. На рабочей части цельных и на ножах
сборных разверток не должно быть обезуглероженного слоя и мест
с пониженной твердостью.
Для испытания разверток в работе применяется сталь марки 45
или Ст. 6 твердостью НВ 160—190.
Испытание ручных разверток производят вручную, а машин-
ных — на станках. Режимы и глубину развертывания берут по
ГОСТу. Во время испытания в работе развертка должна идти легко
и равномерно, без дрожания и защемлений, не давать изломов и
выкрашивания режущих лезвий. На режущих лезвиях не должно
быть местных вмятин и других повреждений. Развертка после испы-
тания должна сохранить режущие свойства и быть пригодной для
дальнейшей работы.
Качество разверток с напаянными пластинками твердого сплава
регулируется техническими условиями по ГОСТ 5735—57.
ГЛАВА VII
ПРОТЯЖКИ и прошивки
ОСНОВНЫЕ понятия
Протяжки применяются для обработки сквозных отверстий и
наружных поверхностей различных деталей, а прошивки — лишь
сквозных отверстий. Протяжки работают на разрыв (протягивание),
а прошивки — на сжатие (проталкивание.)
Пример работы протяжки показан на рис. 154, а, прошивки —
на рис. 154, б.
Направление
рабочего | усилил
г)
Рис. 154. Схема работы протяжки и прошивки
По способу применения протяжки бывают для внутреннего и
наружного протягивания.
Протяжки для внутреннего протягивания состоят из следующих
элементов (рис. 155): хвостовика, шейки, переходного конуса, на-
правляющей, режущей, калибрующей и концевой частей. Каждый
174
элемент протяжки имеет свое конструктивное оформление в за-
висимости от условий работы при протягивании.
Такие протяжки применяются для обработки различных внутрен^-
них поверхностей: цилиндрических, многогранных, шпоночных
пазов, шлицевых отверстий и др.
Рис. 155. Элементы прртяжки
Протягивание цилиндрических отверстий является большей
частью завершающей операцией после предварительного сверления
или чернового растачивания. Схема такого протягивания представ-
лена на рис. 156, а.
Рис. 156. Схемы протяги-
вания отверстий
Рис. 157. Схемы наружного протяги-
вания
Обработка многогранных отверстий (треугольных, квадратных,
шестигранных и т. д.) производится большей частью протягиванием
предварительно изготовленного круглого отверстия, как это пока-
зано на рис. 156, б для случая квадратного отверстия.
175
Протягивание шпоночных пазов в отверстиях выполняется с по-
мощью плоской односторонней протяжки (рис. 156, в). Адаптер (нап-
равляющая втулка), имеющий прямоугольный паз, соответствующий
ширине протяжки, служит для направления протяжки во время
протягивания.
Протягивание шлицев в детали обычно производят также в
предварительно обработанном круглом отверстии, причем все шли-
Рис. 158. Протягивание криволинейных поверхностей
Рис. 159. Накладная наружная протяжка
цы протягивают одновременно (рис. 156, г). Протягиванием можно
изготовить как прямые шлицы, так и спиральные с принудительным
вращением в последнем случае протяжки или детали.
Протяжки для наружного протягивания применяют для обработ-
ки наружных поверхностей: 1) прямолинейных открытых
(рис. 157, а), закрытых с одной стороны (рис. 157, б), закрытых
с двух сторон (рис. 157, в) и 2) криволинейных различных профилей.
При протягивании криволинейных поверхностей можно приме-
нять как фасонные протяжки для обработки деталей слоями по всему
контуру профиля (рис. 158, а), так и плоскофасонные для обра-
ботки деталей слоями, параллельными опорной поверхности про-
тяжки (рис. 158, б).
Протяжки для наружного протягивания бывают цельные и со-
ставные (наборные).
176
Цельную протяжку изготавливают из одного куска стали или
накладной на колодку. Накладную протяжку прикрепляют к ко-
лодке винтами; боковой сдвиг ее предотвращается продольной
шпонкой В или боковыми ребрами С колодки (рис. 159). Иногда
протяжки делают составными, состоящими из отдельных секций,
Рис. 160. Конструкции протяжек для наружного и внутреннего протяги-
вания
устанавливаемых на общей колодке. Обычно цельные наружные
протяжки ограничивают длиной 400—500 мм\ при большей длине
их делают составными — секционными.
По конструкции режущих элементов протяжки разделяют на обы-
кновенные режущие и уплотняющие и шабрящие. Перечисленные
выше протяжки применяются на обычных протяжных станках.
Значительно реже протягивание производят на других станках,
для чего протяжкам придают соответствующую конструктивную
форму. Так, применяются специальные типы протяжек для обработ-
177
ки наружных поверхностей (рис. 160, а, б, в) и внутренних профилей
(рис. 160, г). Протяжки должны иметь ту же конфигурацию, что и
обрабатываемая поверхность, а направление движения их должно
быть обратно направлению движения детали.
Прошивки обычно применяются для прошивания внутренних
отверстий.
ПРИПУСКИ НА ПРОТЯГИВАНИЕ
Припуском на протягивание является слой металла, который ос-
тается после предварительной обработки соответствующим инстру-
ментом (сверлом, зенкером и др.) или на участках профиля,
обычно не подвергаемых предварительной обработке, и который в
дальнейшем удаляют с обрабатываемого изделия протяжкой. На рис.
Рис. 161. Припуски на протягивание отверстий
161 представлены примеры снятия припуска при протягивании круг-
лого (рис. 161, а), шлицевого (рис. 161, б) и квадратного (рис. 161, в)
отверстий. Припуск на сторону обычно обозначают А, а на диаметр
Ло, причем Л0=2Л.
На основании опытных данных можно рекомендовать величины
припусков Л 0 на диаметр при протягивании цилиндрических отвер-
стий согласно табл. 34, в которой L — длина протягиваемого от-
верстия, D — окончательный диаметр отверстия, ак— допуск, учи-
тывающий уменьшение диаметра сверла или зенкера при переточках
вследствие наличия обратного конуса по наружному диаметру.
Подобрав по табл. 34 величину припуска Ло, определяют наи-
меньший диаметр Do предварительного отверстия по формуле
Z?0 ~ В ^0’
а номинальный диаметр сверла или зенкера находят по формуле
^ин ~ -|- Як'
178
Таблица 34
ПРИПУСКИ Ло НА ДИАМЕТР ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ, мм
Диаметр протяги- ваемых отверстий, мм Величина припуска Ао Величина а к для подготов- ки отверстия Допуск на изготов- ление инструмента
отношение LID
До 1 до 2 ДО 3 свыше 3 сверла зенкера
сверла зенкера
10—18 19—30 31—50 51—80 81—120 При отверсти * П] стия (св ** П] станках. 0,65 0,3* 0,8 0,4* 1,1 0,5* 1,2 0,7* 0,9** 1,2 0,7* 1,0** м е ч а н я. эипуски ерление- эипуски 0,75 0,4* 0,9 0,5* 1,2 0,6* 1,2 0,8* 1,0** 1,4 0,8* 1,1** и е. Пр1 пре дуем; - развер ДЛЯ ОТЕ 0,75 0,5* 1,0 0,5* 1,3 0,7* 1,0** 1,4 0,8* 1,0** 1,4 1,0* 1,2** шуски д; атривают тывание), третий, 0,6 1,1 0,6* 0,7 1,2** 1,4 1 2** 1,6 1,3** аны для двухинс расточен 0,15 0,2 0,2 ОДНОЙ! ггруме! !НЫХ Н 0,1 0,1 0,15 0,15 нструм Етную а ток; —0,043 —0,052 —0,062 ентной по подготовь арно-рево; +0,04 4-0,085 +0,05 4-0,10 4-0,06 4-0,12 4-0,07 +0,14 дготовки :у отвер- пьверных
Припуски на протягивание дуговых участков на выступах дру-
гих протяжек берутся такими же. Наименьший диаметр под протя-
гивание для отверстий с профилем из прямых линий берется рав-
ным диаметру вписанной окружности.
СТРУЖКОДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
При работе протяжек, как и каждого режущего инструмента,
необходимо учитывать возможность уменьшения усилия резания за
счет разделения сплошной стружки на отдельные более узкие эле-
менты.
На рис. 162, а представлено протягивание отверстия. Срезаемая
стружка будет иметь форму желоба (рис. 162, б), и если у протяжки
нет стружкоделительного устройства, то зубья протяжки будут
снимать стружку толщиной а по всей окружности отверстия, т. е.
«чулком». Свертывание такой стружки потребует больших усилий
и возможны разрывы ее, что еще более усложнит процесс.
179
Разделения стружки на отдельные элементы достигают путем
создания стружкоделительных устройств: специальных канавок,
выкружек, лысок, обычно расположенных в шахматном порядке по
продольной поверхности зубьев (рис. 163).
При срезании слоя в месте, где на предыдущем зубе было рас-
положено стружкоделительное устройство, образуется утолщение
(см. рис. 162, в). На рис. 164, а показан другой недостаток струж-
коделительной канавки — столкновение витков стружки при про-
Рис. 162. Элементы срезаемого слоя:
тягивании отверстия круглым
зубом с обычными узкими
стружкоделительными канав-
ками, что вызвано разностью
длин окружности режущей
кромки (лР) и дна впадины
зуба (jid). При увеличении
канавки или переходе ее в
выкружку и лыску этот не-
достаток аннулируется, что
ясно видно из рис. 164, б, где
приведены благоприятные ус-
а — в продольном сечении; б — в поперечном
сечении без стружкоделительных канавок;
в — в поперечном сечении шириной b при на-
личии стружкоделительных канавок
ловия рационального разме-
щения стружки при протя-
гивании шлицевых отверстий
Вообще же протяжки, кото-
рые обеспечивают срезаемый слой без утолщения, более выгодны.
Изображенные на рис. 163 зубья имеют главную и вспомогатель-
ные задние поверхности.
Рис. 163. Элементы зуба протяжки:
1 — собственно зуб; 2 — впадина между зубьями; 3 — стружкоделитель-
ное устройство; 4 — главные режущие лезвия; 5 — вспомогательные режущие
лезвия
Пересечение главной задней поверхности с передней поверхно-
стью образует на зубе главные режущие лезвия 4. Вспомогательные
режущие лезвия 5 образованы пересечением передней и вспомога-
тельной задней поверхностей зуба.
В данном случае ими являются лезвия на стружкоделительных
канавках, выкружках, лысках, фасках, боковых сторонах шлицевых
выступов зубьев и т. п.
180
При пересечении главных и вспомогательных режущих лезвий
образуются так называемые уголки зуба 8 (рис. 165). При 8=90°
зубья на этих участках подвержены повышенному износу. Лучше
применять конструкции протяжек с углом в>100°э что обеспечит
меньший износ. Для обеспечения наиболее благоприятных условий
Рис. 164. Размещение стружки во впадине:
а — при bn>nd; б — при bn<nd
Рис. 165. Геометричес-
кие параметры зуба про-
тяжки
резания протяжки на вспомогательных режущих лезвиях так же,
как и на главных, должны быть обеспечены положительные задние
углы ар иначе получается усиленное трение вспомогательной
задней поверхности зуба о металл изделия. К сожалению, эти поло-
жительные задние углы a i получить шли-
фовальным кругом при стружкоделитель-
ных канавках затруднительно.
Указанное выше позволяет сделать
вывод, что конструкции зубьев со струж-
коделительными канавками создают небла-
гоприятные условия резания. При наличии
выкружек, лысок и т. п. удается обеспе-
чить величину угла 8> 100° и заднего угла
на вспомогательном лезвии a i>0°. Так как
и здесь срезаемый слой имеет утолщение за
счет выкружки или лыски, получаемая
стружка является более жесткой и требует
для своего размещения впадины большего
размера. Выкружки и лыски получаются
неширокими и неглубокими. Резание таки-
ми зубьями должно производиться тонкими
Следовательно, протяжка со стружкоделительными выкружками
и лысками тоже создает неблагоприятные условия резания.
слоями.
181
Таким образом, указанные конструкции режущих элементов
протяжек не дают возможности работать с большим подъемом на
зуб, что и заставило создать новые конструкции путем изменения
схемы резания.
СХЕМЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ПРОТЯГИВАНИИ
Схемой резания при протягивании называется порядок распре-
деления работы срезания припуска между зубьями протяжки.
При выборе схемы резания необходимо считаться с рядом требо-
ваний, обеспечивающих лучшие условия при протягивании. Эти
требования сводятся в основном к следующим:
1) использование по возможности больших подач на зуб;
2) обеспечение наименьшей длины протяжки;
3) достижение точности и чистоты обрабатываемой поверхности;
4) лучшее стружкообразование и соответствующая геометрия на
главных и вспомогательных режущих кромках.
a) if) &
Рис. 166. Профильная схема резания при протягивании
При обработке заготовки с помощью протяжки зубья последней
могут срезать заданный припуск в разной последовательности:
сразу по всему контуру, поперечными слоями или по какой-то
определенной части контура. Каждый из указанных процессов сре-
зания припуска предопределяется своей схемой резания. Выбор
схемы резания зависит от формы и размеров протянутых деталей.
От соответствующего выбора схемы резания зависит длина про-
тяжки, ее стойкость и технологичность изготовления, т. е. в целом
производительность и экономичность протягивания.
В настоящее время используются три схемы резания: 1) про-
фильная (одинарного резания), 2) генераторная и 3) прогрессивная
(группового резания).
Первые две схемы резания являются методами одинарного реза-
ния, третья — группового.
Профильная схема резания характеризуется тем, что каж-
дый режущий зуб протяжки удаляет металл со всего обрабатывае-
мого контура, срезая слой толщиной а за счет превышения высоты
предыдущего зуба по отношению к последующему. Она основана на
182
срезании каждым режущим зубом протяжки относительно тонких
и широких слоев металла, параллельных обработанной поверхности.
Режущие кромки также параллельны этой поверхности и не участ-
вуют в ее построении, кроме последнего режущего зуба, который
образует обработанную поверхность. На рис. 166 представлены три
случая использования данной схемы резания при обработке: плос-
кости (а), фасонной поверхности (б) и фасонного отверстия (в).
Рис. 167. Генераторная
схема резания при протягивании
Генераторная схема резания характеризуется срезанием
припуска относительно узкими слоями, расположенными перпенди-
кулярно или наклонно к обработанной поверхности. При этой схе-
ме каждый режущий зуб, срезая припуск, участвует одновременно
с этим в построении обработанной поверхности, которая получается
в результате смыкания ряда узких элементарных поверхностей,
Рис. 168. Групповая (прогрессивная) схема резания при протягивании
обрабатываемых отдельными зубьями протяжки. На рис. 167 пред-
ставлены три случая использования данной схемы резания при об-
работке: плоскости (а), фасонной поверхности (б) и фасонного от-
верстия (в).
Прогрессивная (групповая) схема резания характери-
зуется тем, что отдельные широкие слои металла срезаются здесь
не каждым зубом протяжки, а группой из нескольких зубьев. Зубья
в пределах группы имеют одинаковые диаметры или высоты и сре-
зают общий слой толщиной а за счет уширения режущей кромки
последующего зуба в группе по отношению к предыдущему. На долю
183
каждого режущего зуба приходится здесь узкая и значительно бо-
лее толстая стружка, чем при профильной схеме.
Обработанная поверхность строится последней группой режу-
щих зубьев или зубьями, работающими по профильной схеме.
На рис. 168 представлены три случая использования данной схе-
мы резания при обработке: плоскости (а), фасонной поверхности (б)
и фасонного отверстия (в).
Из рисунка видно, что каждый зуб секции формирует только
определенный участок контура. Несмотря на то, что все зубья сек-
ций номинально имеют одинаковую высоту или диаметр, на послед-
нем зубе каждой секции их уменьшают на 0,044-0,02 мм по сравне-
нию с остальными, чтобы в случае упругой деформации материала,
обработанного первыми зубьями группы, последний зуб не срезал
слои на участках режущих кромок предыдущих зубьев и тем самым
не создавал бы неразделенную стружку.
Рис. 169. Зубья круглой протяжки с шахматной схемой резания
(двузубая секция со шлицами)
Режущие лезвия на остальных зубьях секции образуются путем
удаления с полного рабочего профиля зуба ненужной части лезвия.
Для этого на зубьях создают разделительные устройства в виде
шлицев, лысок, выкружек или фасок, располагаемых в шахматном
порядке или в других сочетаниях, как описывалось выше.
В зависимости от используемых разделительных устройств груп-
повая схема резания получает различные варианты своего выпол-
нения: шахматная, переменного резания, многогранная, схема Юн-
кина, трапецеидальная и ряд других.
Шахматный вариант групповой схемы резания представлен на
рис. 169. При этом выполнении групповой схемы первые зубья каж-
дой секции снабжены шлицевыми выступами /, а последние зубья
секции 2 — круглые без выступов, но с уменьшенным диаметром.
В тех случаях, когда в секции несколько зубьев, шлицевые выступы
на соседних зубьях взаимно смещены. Чистовые зубья конструи-
руются с подъемом на каждый зуб и стружкоделительными канав-
ками, как у протяжек профильного резания.
К достоинствам этой схемы относится то, что она допускает боль-
шие подачи и уменьшает длину протяжки, но в то же время отсут-
184
ствие заднего угла на боковых сторонах шлицевых выступов создает
дополнительное трение и уменьшает работу протяжки.
Вариант переменного резания групповой схемы (рис. 170) имеет
черновые зубья, работающие секциями, но незатылованные шли-
цевые выступы заменены широкими затылованными выкружками.
Рис. 170. Зубья круглой протяжки
(двузубая секция с
1 — зубья с выкружками;
со схемой переменного резания
выкружками):
2 — круглые зубья
Выкружки обеспечивают создание увеличенного угла е между
главной и вспомогательной режущими кромками, а также задне-
го угла на переходных и вспомогательных участках (ai>0°).
Чистовые зубья здесь также снабжены затылованными выкруж-
ками, заменяющими стружкоделительные канавки.
Рис. 171. Зубья круглой протяжки с многогранной схемой резания (че-
тырехзубая секция с лысками):
/, 2, <?, — зубья с лысками; 4 — круглые зубья
Недостатком данного варианта групповой схемы резания являет-
ся то, что выкружки на зубьях в ряде случаев оказываются мелкими,
а в некоторых — слишком глубокими и широкими, особенно при
небольшом числе шлицев.
185
Многогранный вариант групповой схемы (рис. 171) имеет также
черновые зубья, построенные секциями, но образование режущих
участков здесь производится с помощью затылованных лысок, соз-
дающих как бы многогранник. Применять указанный вариант груп-
повой схемы целесообразно при четырех- и пятизубых секциях, так
2-й зуб секции
Рис. 172. Схема резания Юнкина
как при двух- и трехзубых секциях лыски значительно уменьшают
величину подачи, допускаемую условиями нормального разделения
стружек.
Схема резания, предложенная Юнкиным (рис. 172), имеет черно-
вые секции, состоящие из двух зубьев. Первый из них имеет (при ис-
Рис. 173. Схема работы наружных протяжек с трапецеидальной схемой
срезания слоев:
а, б — протягивание плоскости; в, г — протягивание цилиндрической по-
верхности
пользовании такой схемы для обработки шлицевых отверстий) на
шлицах режущее лезвие длиной более половины ширины шлица,
созданное при помощи двух затылованных фасок, выполненных по
боковым сторонам шлица под углом 45° к его оси. Второй зуб имеет
186
лезвие по всей ширине шлица, а диаметр на 0,04 мм меньше диа-
метра первого зуба соответствующих секций. Благодаря этому
Второй зуб секции срезает узкие участки металла, оставшиеся в
уголках шлица. Здесь у первых зубьев угол е=135°, а угол <zi>0°.
Второй зуб каждой секции окончательно формирует шлицы,поэтому
у него нельзя изменять геометрию уголков (увеличить угол со и
сделать угол ai>0°), но он все же улучшен тем, что срезает только
узкие стружки в уголках зуба.
Такие протяжки позволяют применять подъем на зуб до 0,04 мм,
что значительно уменьшает их длину.
Трапецеидальный вариант групповой схемы обеспечивает среза-
ние припуска двумя-тремя последовательно расположенными сек-
циями протяжки, как представлено для двухсекционной протяжки
на рис. 173. При использовании этой схемы резания на режущих
кромках зубьев первой (черновой) секции прорезаны трапецеи-
дальные пазы с углом профиля в 45°. Подъем дается на каждый зуб.
После обработки заготовки первой секцией припуск на протягивание
оказывается разделенным продольными канавками. Зубья второй
(чистовой) секции этих пазов не имеют, обеспечивая сплошную ре-
жущую кромку при наличии подъема на каждый зуб (рис. 173, б
и г). На их долю приходится срез на заготовке выступов /, не сре-
занных черновой секцией. Для создания на боковых сторонах тра-
пеций задних углов ag при шлифовании заднюю часть протяжки под-
нимают и трапециевидные пазы шлифуют «на проход». Преимущество
этой схемы резания в том, что глубина пазов на первой секции более
глубокая, чем припуск, благодаря чему возможно затачивание зубь-
ев по задней поверхности.
Сопоставляя приведенные выше схемы резания протяжками,
необходимо отметить, что профильная схема резания обладает недо-
статками, препятствующими повышению производительности и эко-
номичности процесса протягивания, которые заключаются в сле-
дующем:
1) резание всем периметром зуба;
2) ослабление режущих кромок на уголках в месте сопряжения
стружкоделительных канавок с режущей кромкой и
3) отсутствие заднего угла на вспомогательных режущих кром-
ках.
Указанные недостатки ограничивают использование при такой
схеме резания увеличенных подач.
Протяжки, изготовленные для генераторной схемы резания,
являются более технологичными при изготовлении, но они обеспе-
чивают менее точный профиль детали.
Прогрессивная групповая схема резания позволяет снимать
более толстые стружки, что особенно важно при протягивании не-
обработанных поверхностей литья и поковок.
Эту схему резания в ее различных вариантах в последнее время
все шире и шире используют в производстве.
187
СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ПРОТЯГИВАНИИ
Протяжка при своей работе находится под воздействием сил ре-
зания, для противодействия которым она должна иметь соответ-
ствующую прочность. Обозначая суммарную силу резания через Р,
можно ее представить (рис. 174), как состоящую из трех сил: Pz—
— осевой, Ру— радиальной и Рх— боковой.
Таким образом,
Р = Р2+Ру + Рх.
Рис. 174. Схема разложения силы ре-
зания при протягивании
можем написать:
Силы Ру и Рх сравнитель-
но невелики, работают на
сжатие и обычно при расчете
не учитываются. Поэтому рас-
чет целесообразно произво-
дить на воздействие силы Pz.
Если обозначить удельную
силу резания через р, а пло-
щадь слоя, срезаемого од-
ним зубом протяжки,—че-
рез /, то при ?макс зубьев, одновременно участвующих в работе,
Площадь слоя
z — Р/^макс •
f = ba мм2,
где b — ширина срезаемого слоя или длина режущей кромки од-
ного зуба, мм;
а — подъем протяжки на один зуб, мм;
2 = — 4- 1
•^макс । 1 >
где / — длина протягиваемой поверхности, мм;
t — шаг протяжки, мм.
Тогда можно написать:
pbazM2iKC.
Величина р зависит от физико-механических свойств обрабаты-
ваемого металла и толщины срезаемого слоя, что видно из диаграм-
мы на рис. 175.
Известно, что чем прочнее обрабатываемый материал, тем боль-
ше р. Что же касается влияния толщины слоя, срезаемого одним
зубом, то здесь имеется сложная обратная степенная зависимость,
находящаяся под воздействием условий работы зуба при разных
толщинах срезаемого слоя. Действительно, сопоставляя процесс
188
Рис. 175. Зависимость удельной силы резания р, кГ/мм2 при про-
тягивании от величины подъема на зуб а, мм:
для углеродистой стали: 1—НВ<197; 2 — НВ 198—229; 3 — НВ>229; для
легированной стали: 4 — НВ<197; 5 — НВ 198—229; 6 — НВ>229; для
серого чугуна: 7 — НВ <180; 8 — НВ>180; для ковкого чугуна — 9
резания зубом при тонкой и толстой стружке (рис. 176), можем от-
метить, что при тонкой стружке (а=0,02-^0,03 мм) зубья протяжки
в основном срезают металл округленным лезвием, т. е. при отри-
цательных передних углах, в то время как при толстой стружке
резание происходит в основном в зоне положительных передних
углов. Это обстоятельство влияет на величину удельного давления р.
Прочность протяжки при данном опасном сечении Fm можно
определить по формуле на растяжение под действием силы резания
Рг-
189
Рис. 176. Схема резания ме-
талла:
а — при тонкой стружке; б — при
толстой стружке
где а — действительное напряжение на растяжение, кГ/мм\н/м2).
Опасное сечение протяжки обычно берут на хвостовике или
перед первым зубом. Действительное напряжение на растяжение
а<оДоп» гдеоД0П— допускаемая ве-
личина напряжения на растяже-
ние в материале протяжки. Для
круглых, шлицевых, квадратных и
других протяжек с кольцевой
канавкой а доп=304-40 кГ/мм*
(294-^392 Мн/м2). Для шпоночных,
пазовых, плоских и других протя-
жек с односторонней режущей
кромкой адоп=15-г20 кГ/мм2
(147-М96 Мн/м2). Для протяжек,
изготовленных из легированной
стали марки ХВГ, принимают
меньшие из указанных значений, а для протяжек из быстрорежу-
щей стали или ее заменителей — большие.
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОТЯЖЕК ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО
ПРОТЯГИВАНИЯ
Обыкновенные режущие протяжки
При конструировании протяжки необходимо установить форму
и размеры хвостовой части, шейки, переходного конуса, направляю-
щей и концевой частей и рассчитать рабочую часть протяжки, при-
Рис. 177. Конструктивные
формы хвоста
няв определенную схему резания, ве-
личину подъема на зуб, установив шаг
зубьев и отдельные элементы режущей
и калибрующей части.
Хвостовик протяжки (см. рис.
155) служит для закрепления ее в при-
емной головке станка. В зависимости
от конструкции головки хвостовик за-
крепляют в универсальном патроне при
помощи закладного клина или зажим-
ных щек, что обусловливает его кон-
струкцию.
В одной из форм хвостовика (рис. 177, а) протяжку закрепляют
закладным клином, что связано со значительной затратой времени.
В более современной конструкции хвостовика (рис. 177, б)
протяжку закрепляют зажимными щеками. Протяжку автоматиче-
ски зажимают в начале рабочего хода и автоматически же освобож-
90
дают по окончании его, что значительно сокращает вспомогательное
время. Отдельные типы хвостовиков и их размеры приведены в
ГОСТ 4043—61.
Обыкновенно диаметр хвостовика протяжки делают на 0,54-1 мм
меньшим, чем диаметр протягиваемого отверстия детали. Размеры
хвостовика протяжки принимают в зависимости от конструкции
станка, на котором ведется работа. Хвостовик протяжки рассчи-
тывают на разрыв по его опасному
сечению: при клиновом соеди-
Рис. 178. Расположение режущей
части протяжки по отношению к
протягиваемой детали
нении — в месте расположения
паза, а при закреплении щека-
ми — по сечению в выемке.
Шейка и переход-
ный конус (см. рис. 155)
служат связующим звеном меж-
ду хвостовиком и направляю-
щей частью протяжки. Диаметр
шейки обычно должен быть на
1,5—3,0 мм меньше диаметра
хвостовика. Длина шейки зави-
сит от размеров опорнргб прис-
пособления для детали. Длина
переходного конуса в протяж-
ках принимается в среднем равной 20 мм.
Направляющая часть протяжки. Диаметр
направляющей части (см. рис. 155) определяется диаметром пред-
варительно обработанного отверстия. Длина направляющей части
берется не менее длины протягиваемого отверстия. Обычно первый
зуб протяжки относится к ее направляющей части, что позволяет
контролировать правильность подготовки отверстия.
Если обработку отверстия производят последовательно несколь-
кими протяжками, то направляющая часть каждой последующей
протяжки должна иметь профиль рабочей части предшествующей
протяжки.
Режущая часть протяжки. На рис. 178 представ-
лены зубья режущей части протяжки во время протягивания де-
тали. Конструкция режущей части зависит от длины протягивае-
мого отверстия и свойств материала детали. Конструкцию харак-
теризуют подъем протяжки, шаг или число зубьев протяжки, вы-
сота, углы, форма зубьев.
Основным элементом, характеризующим конструкцию протяжки,
является ее подъем, т. е. разность размеров последнего и первого
зубьев. Если разделить разность указанных крайних размеров зубьев
на толщину стружки, снимаемую одним зубом протяжки, то полу-
чим число зубьев, а в результате и длину протяжки. Толщина
стружки, снимаемой зубом протяжки, назначается в зависимости
от обрабатываемого материала. Для твердой и хрупкой стали дает-
ся большая толщина стружки, для вязкой — меньшая.
191
Таблица 35
ВЕЛИЧИНА ПОДЪЕМА НА ЗУБ
Протяжка Обрабатываемый материал
сталь чугун бронза медь, алюминий
Цилиндрические . . 0,03—0,15 0,03—0,08 0,03—0,10 0,02—0,05
Шлицевые 0,03—0,08 0,04—0,10 — —
Канавочные, шпо- ночные, прямоуголь- ные и плоские .... 0,05—0,15 0,06—0,20 0,06—0,20 0,05—0,12
Фасонные 0,02—0,08 0,03—0,10 0,05—0,12 0,02—0,07
Квадратные и шести- гранные 0,02—0,15 0,03—0,15 0,05—0,20 0,02—0,10
Практика установила минимальную толщину стружки а =
=0,02 мм. При меньшей толщине стружки зуб не режет, а выдав-
ливает материал, увеличивая этим нагрузку на следующий зуб,
который будет снимать двойную толщину стружки.
Толщина стружки а, или, как часто называют, величина подъе-
ма на зуб, при работе протяжками профильного резания может быть
принята для различных материалов согласно табл. 35.
Меньшие величины толщины стружки применяют для обработки
весьма вязких материалов и при протягивании тонкостенных де-
талей.
Выбор толщины стружки надо связывать с получающейся дли-
ной протяжки с тем, чтобы последняя не получалась слишком боль-
шой. При получении очень длинной протяжки следует разделить
работу между несколькими протяжками. Длина протяжки вообще
ограничивается ходом головки станка. Кроме того, изготовление
очень длинной протяжки весьма сложно, особенно ее термическая
обработка.
Для круглых протяжек толщину стружки большей частью при-
нимают одинаковой для всех режущих зубьев. Для квадратной
протяжки толщину стружки для отдельных зубьев делают перемен-
ной, так как при одинаковой толщине стружки ее поперечное се-
чение уменьшалось бы для каждого следующего зуба и усилие ре-
зания на отдельных зубьях было бы неодинаковым.
При протяжках, работающих по групповой схеме резания, ве-
личина подъема на зуб берется больше и может доходить до 0,4 мм.
Для обеспечения заданной чистоты протягиваемой поверхности
три-четыре последних режущих зуба протяжки должны иметь мень-
ший подъем на зуб по сравнению с предшествующими. Последний
из этих режущих зубьев должен иметь подъем не больше 0,02-4-
4-0,03 лш.'Это приводит к увеличению (на 14-2) числа режущих
зубьев протяжки. Кроме того, обычно первый зуб протяжки делают
192
без подъема. Таким образом, число режущих зубьев увеличивается
на 2-4-3 зуба.
Число режущих зубьев протяжки можно подсчитать по форму-
ле
г = А + (2-гЗ),
а
где А — припуск на сторону, снимаемый протяжкой, мм;
а — толщина стружки, снимаемой одним зубом на сторону, мм.
Одновременно в работе должно находиться не менее двух зубьев
и только в исключительных случаях, при протягивании очень
коротких деталей, —один зуб, если длина протягивания больше
Рис. 179. Продольное сечение стружки и пло-
щадь профиля впадины между зубьями
шага зубьев. Детали малой длины обрабатывают протяжками с
большим шагом при одновременном протягивании нескольких де-,
талей. Чем больше зубьев одновременно участвует в работе, тем
выше чистота и точность обрабатываемого отверстия.
Величина шага зуба зайисит от длины протягиваемой детали.
Продольное сечение впадины между двумя зубьями должно быть
таких размеров, чтобы впадина могла вместить всю образующуюся
стружку.
Продольное сечение стружки f (рис. 179, а) определяется фор-
мулой
f = la мм2,
где I — длина стружки, снимаемой зубом, мм;
а — толщина стружки, мм.
Площадь профиля впадины между зубьями (рис. 179, б) при
рассмотрении Д АВС приближенно может быть выражена формулой
Л Л t .
р = -------- = h — мм2.
2 3
7 Металлорежущие инструменты
193
Учитывая на основании опытов разбухание стружки и вместе с
тем необходимость иметь большую площадь профиля впадины для
свободного размещения в ней стружки, можно вести расчет, исходя
из величины F=Kla, где /<=3-4-8.
Тогда
Kla = h— ,
3
откуда
t ЗК1а
~ h
Если принять
то
h = tit,
где и = 0,34-0,5.
Подставив значение h в предыдущую формулу, получим
t = ЗК1а
ut
или
Обозначая
через т, окончательно получаем
t = т У I .
Эта общая формула для определения величины шага t протяж-
ки получает частные значения в зависимости от принимаемых значе-
ний К, а и и. Для протяжек с профильной схемой резания хорошие
результаты получаются при т= 1,5-4-1,75, для протяжек группово-
го резания — при т=1,54-2,0.
Существует и другой способ определения шага зубьев. В пер-
вом приближении можно принять, что срезаемая при протягива-
нии стружка свертывается в плоскую спираль и размещается в так
называемой активной части впадины. Площадь этой части F долж-
на быть больше площади сечения стружки до ее срезания Fc. Пусть
отношение
194
где К — коэффициент заполнения стружечной канавки. Тогда,
учитывая, что
р =
4 ’
где Л—глубина впадины и Fc= al, получим
Р тс Л2 _______
к = — = , или h = 1,13 V Kai .
Шаг рекомендуется принимать /=2,75 Л; коэффициент К можно
брать по табл. 36, разработанной НИИТавтопром; Ь — ширина
срезаемой стружки.
Таблица 36
ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА К ДЛЯ ПРОТЯЖЕК ГРУППОВОГО РЕЗАНИЯ
ПРИ ОБРАБОТКЕ СТАЛИ
Подъем на зуб, 3
а, мм t = 4,5 4- 8 мм
< 0,05 0,05—0,1 > 0,1 Примечани 1. d — диаметр 2. При Ъ > 1/ 3. а > 0,1 при 4. При обрабо 3,3 3,0 2,5 г я: । протягиваемого от I Yd значение К ув меняется при Ь до тке чугунов /С > 1,
Значение К при Z>=1,2 V rd
t = 10 4- 14 мм | t = 16 4- 25 мм
3,0 2,7 2,2 2,8 2,5 2,0
гверстия, мм. величивать на 0,3. 3 мм. ,5.
Коэффициент К для протяжек профильного резания следует
брать примерно на 25% больше, чем для протяжек группового
резания.
Протяжка с одинаковым шагом всех зубьев вызывает колебания
при работе. При выходе каждого зуба из контакта с протягиваемой
поверхностью станок несколько разгружается; при захвате мате-
риала другим зубом станок вновь нагружается. Если эти чередова-
ния нагрузок и разгрузок повторяются периодически, то это вы-
зывает вибрации в процессе работы. Данное явление можно преду-
предить, увеличивая шаг зуба на 0,1—0,5 мм. Практически доста-
точно увеличить длину шага для группы из трех зубьев, что упрос-
тит изготовление протяжки.
Определив на основании выведенной выше формулы шаг про-
тяжки t, легко найти длину ее режущей части по формуле
£р= tz мм,
где t — шаг протяжки для режущих зубьев, мм,
z — число режущих зубьев протяжки.
7*
195
Следующим фактором, определяющим конструкцию режущей
части протяжки, является высота зубьев, которая также зависит
от свойств обрабатываемого материала и длины протяжки. Выше
приводилась зависимость Л=(0,3-^0,5) /, которая дает средние зна-
чения высоты зуба, особенно при сравнительно больших протяжках.
В отдельных случаях могут иметь место отклонения, вызываемые
необходимостью иметь более рациональную форму зубьев режущей
части протяжки.
Зубу протяжки необходимо придать соответствующий передний
угол у и задний угол а (см. рис. 178). Передний угол у принимают
в зависимости от обрабатываемого материала. Значения угла у
для разных материалов приведены в табл. 37.
Задний угол а принимают независимо от обрабатываемого мате-
риала. Значения угла а приведены в табл. 38.
Для полного конструктивного оформления отдельных зубьев
протяжки необходимо установить длину затылка зуба и величину
направляющей фаски на нем, а также закругление зубьев у осно-
вания, т. е. те характеристики, которые дают возможность получить
точную внешнюю форму режущего зуба протяжки.
Таблица 37
ВЕЛИЧИНА ПЕРЕДНИХ УГЛОВ 7 РЕЖУЩИХ
ЗУБЬЕВ ПРОТЯЖЕК
Обрабатываемый материал 7, град
Сталь ов до 60 кГ/мм2 (567 Мн/м2) ов от 60 до 100 кГ/мм2 (567—981 Мн/м2) ав свыше 100 кГ/мм? (981 Mw/jm2) Чугун НВ до 150 НВ свыше 150 Алюминий Бронза Баббит Медь красная Латунь хрупкая Латунь мягкая 15—18 12—15 8—10 8—10 4—8 12—15 0—5 10—15 15 2 6
Таблица 38
ВЕЛИЧИНА ЗАДНИХ УГЛОВ а ЗУБЬЕВ ПРОТЯЖЕК
Вид протяжки Задний угол а, град
режущие зубья калибрую- щие зубья
Для внутреннего протя- гивания 2-~3°30' 30'4-1°
196
Назначение направляющей фаски с (см. рис. 178) — направлять
зуб вдоль обрабатываемой поверхности и в то же время сохранять
размер диаметра протяжки при последующей заточке. Ширина фаски
оказывает существенное влияние на величину трения протяжки в
отверстии. Опыты показали, что с увеличением ширины фаски воз-
растают силы резания. При этом, однако, трение фасок уменьшается
за счет отрицательного действия колебаний усилий при вхождении
и выходе зуба, что создает более спокойный и равномерный ход
протяжки.
В последнее время считают, что фаски на зубьях необязательны,
и только для облегчения промера при изготовлении протяжек де-
лают минимально возможные фаски (0,1—0,15 мм), стачиваемые
после первой или второй заточки. .
Вторым фактором, определяющим очертание зуба, является его
затылочная поверхность /, расположенная под углом а к плоско-
сти резания (см. рис. 178). Она выполняется по длине до-^, таким
образом,
' 3
Ниже затылка зуб по своей задней поверхности очерчивается
или по дуге круга, или просто по прямой, для чего от конца затыл-
ка проводят касательную к закруглению впадины зуба или дугу
большого радиуса.
Последний элемент зуба — закругление впадины (см. рис.
178) — обычно определяется по формуле
г = (0,1 -г 0,2) t мм.
Больший радиус закругления принимают при протягивании вяз-
ких материалов, меньший — при протягивании хрупких материа-
лов. Острых углов в выемке допускать не следует, так как они
вредно сказываются на качестве протяжки и ведут к поломке или
выкрашиванию зубьев.
Таким образом, чтобы получить правильное оформление конст-
рукции зуба, необходимо подобрать соответствующие углы у и
а и создать соответствующую впадину между зубьями для разме-
щения и завивания в ней стружки. Если есть возможность, то
лучше произвести специальную опытную проверку как углов у
и а, так и образования и завивания стружки. Для этого на стро-
гальном станке производят опытное резание обрабатываемого мате-
риала резцом, изготовленным из материала протяжки с углами у
и а. Ширина резца должна по возможности соответствовать ширине
зуба протяжки, а скорость резания — фактической скорости про-
тягивания. Наблюдение за процессом резания на строгальном стан-
ке позволит установить характер образования стружки и ее форму.
197
Анализ этого процесса значительно поможет при конструировании
зубьев протяжки.
Таким образом, определение количества режущих зубьев, их
размеров и формы в рабочей части протяжки является наиболее
важным фактором, определяющим длину протяжки, а также ее
работоспособность и экономичность.
Указанные обстоятельства предопределяют порядок расчета как
обыкновенных протяжек профильного или одинарного резания,
так и прогрессивных или группового резания.
При протяжках одинарного резания сначала подлине протяги-
ваемой поверхности I находят шаг t зубьев, затем размеры канавки.
После этого устанавливают величину подъема на зуб и проверяют
достаточность размеров канацки для размещения срезанной струж-
ки. Определяют силу резания Pz и сопоставляют ее с тяговой силой
станка Рс, получаемой из табл. 39, и с силой Рп, получаемой из
расчета протяжки на прочность.
Лишь после этого окончательно устанавливают величины шага t
зубьев и подъема а на зуб, после чего определяют число режущих
зубьев и длину протяжки.
Таблица 39
ТЯГОВЫЕ СИЛЫ Рс И НАИБОЛЬШИЕ ДЛИНЫ ХОДОВ
ПРОТЯЖНЫХ СТАНКОВ
Модель станка Номинальная тяговая сила Рс , т (кн) Наибольшая длина хода, мм
Горизонтальные протяж- ные станки 7510, 751ОМ 10 1400
7А510 10 1250
7520, 7А520 20 1600
7530М 30 1800
7540 40 2000
7551 70 2000
7552 100 2000
Вертикальные протяж- ные станки 7705, 7705А, 7705Б . . . 5 600
7А70513 5 800
7710 10 1350
7А710 10 1200
7Б710, 7710В, 7А710Д . . 10 1000
7720 20 1600
7Б720, 7720В, 7А720Д . . 20 1250
При протяжках группового резания вначале также устанавли-
вают предварительную величину шага / зубьев и размеры канавок.
Затем выбирают число зубьев гг в группе (обычно два). Подъем
а на зуб при протяжках с выкружками принимают в пределах 0,14-
4-0,2 мм, проверяя его в отношении глубины выкружки или лыски
198
на возможность свертывания стружки в спиральный валик, а
также на заполнение стружечной канавки. После этого определяют
величину а подъема на зуб, допустимую с точки зрения прочности
протяжки. Принимая минимальную из всех величину а, определяют
число режущих зубьев и заканчивают расчет так же, как и при про-
тяжках одинарного резания.
Чтобы облегчить работу протяжки, на режущих лезвиях зубьев,
как указывалось ранее, делают специальные стружкоделительные
канавки, измельчающие стружку на
от 10 до 15 мм. Канавки имеют
ширину и глубину от 0,5 до 1 мм.
Необходимо обратить внимание на
то, что канавки двух смежных
зубьев должны быть смещены одна
по отношению к другой, благодаря
чему получается полное снятие
материала зубом. Иногда у кана-
вок предусматривают заднюю за-
точку под углом 5°, однако это
отдельные участки шириной
Рис. 181. Сравнение работы про-
тяжки А с работой протяжки В
Рис. 180. Плоская протяжка с
наклонными зубьями
не является обязательным. Канавки обычно делают в режущей
части протяжки. Необходимо учитывать указанные выше недостат-
ки при использовании таких канавок.
Плоские протяжки изготовляют с наклонными зубьями (рис.
180), что увеличивает опасное поперечное сечение протяжки (это
важно при слабых протяжках) и обеспечивает более легкое снятие
стружки. При работе протяжками с прямо или косо располо-
женными зубьями, последовательно входящими в материал, ха-
рактер изменения силы тяги будет несколько различным, что
видно из рис. 181, где по оси абсцисс отложена длина L протя-
гиваемой детали, а по оси ординат—сила тяги К. При врезании
первого зуба протяжки А (прямозубой) в деталь усилие К повы-
сится до величины а и останется таким до врезания второго зуба,
затем при врезании второго зуба orio повысится до величины Ь.
Такое повышение будет продолжаться до точки /, т. е. до врезания
в деталь последнего зуба, находящегося в контакте с протягивае-
мой поверхностью. В следующий момент в точке g усилие начинает
падать до величины I в связи с выходом из детали одного зуба, но,
199-
начиная с точки k, при врезании в деталь нового зуба усилие опять
возрастает до точки /и, и так последовательно по всей длине про-
тяжки.
При работе протяжкой В (с наклонными зубьями) получается
более плавное повышение усилия К, а именно: вначале — до точки
ах, затем — до точек bv clf dlt elt flt после чего в связи с выходом
первого зуба из детали усилие К постепенно снижается до точки
g19 а затем опять повышается и т. д. Это показывает, что в отно-
шении равномерности протяжка с наклонными зубьями работает
спокойнее. Чем больше угол а х, тем равномернее работает протяж-
ка, т. е. тем меньше колебания в силе тяги и, следовательно, тем
спокойнее работает станок.
м/г;
Рис. 182. Распределение уси-
лий на разных сторонах про-
тяжки
Рис. 183. Мгновен-
ный крутящий мо-
мент
Таким образом, наиболее желателен больший угол наклона зу-
бьев протяжки. Но при наклонных зубьях возникают боковые
усилия (рис. 182), которые будут изгибать протяжку. Давле-
ние резания на один зуб Sx разложено на усилие тяги на один зуб
/<! и боковое давление /Сх. Использование такого инструмента для
протягивания пазов невозможно. Поэтому протяжку конструируют
с лезвиями, скошенными под определенным углом вправо и влево
на разных сторонах протяжки, как показано на том же рисунке,
где при разложении сил Sx боковые усилия уравновешивают
друг друга, но все же в этом случае возникает мгновенный крутя-
щий момент Md = К/гх, стремящийся вывернуть протяжку
(рис. 183).
Крутящий момент зависит от угла ах и повышается с увеличе-
нием этого угла. Поэтому, несмотря на желательность увеличе-
ния угла ах для равномерности работы, необходимо учитывать так-
же возрастание крутящего момента Md. При малой длине протяги-
ваемой детали угол ах можно взять большим, так как при этом будет
работать меньшее число зубьев и уменьшится крутящий момент.
Во всяком случае вопрос о наивыгоднейшем угле ах наклона зубьев
плоской протяжки является весьма сложным и при разрешении его
200
в каждом частном случае необходимо учитывать как крутящий мо-
мент, так и режим работы. В среднем для таких протяжек рекомен-
дуется угол ах== 154-20°. Длина режущей части таких протяжек
Lp= tz + b tgax мм.
При протягивании длинных отверстий необходимо обеспечить
хорошее охлаждение. Оно достигается или смазыванием протяжки и
отверстия Детали перед каждым проходом, или при помощи спе-
циального быстродействующего затвора, подводящего охлаждение
к сердечнику протяжки, просверленному по всей его длине.
Первый способ применим лишь при коротких протяжках, вто-
рой— в том случае, если протяжку можно просверлить вдоль, т. е.
при достаточном сечении ее сердечника. Дальнейшая подача ох-
лаждающей жидкости происходит через поперечные отверстия,
подводящие жидкость к впадинам в зубьях, причем отверстия про-
сверливают наклонно, а не перпендикулярно к основному каналу,
обеспечивая подачу охлаждающей жидкости под зубья.
Калибрующая часть протяжки. Последние
4—6 зубьев протяжки предназначают не для резания металла, а
исключительно для калибрования отверстия, т. е. придания ему
точных размеров. Использование нескольких зубьев для калиб-
рования вызвано тем, что при износе первого калибрующего зуба
его роль выполняет другой, и т. д. Для уменьшения общей длины
протяжки шаг калибрующих зубьев делают несколько меньшим,
равным 60—70% шага режущих зубьев. Если необходимо первые
калибрующие зубья обратить в режущие для увеличения стойкости
протяжки, шаг их можно брать таким же, как и у режущих зубьев.
Калибрующие зубья имеют малый передний угол у, чем обеспе-
чивается чистота обрабатываемой поверхности. Задний угол a
тоже делают по возможности малым (в пределах 0,54-1°).
Концевая часть протяжки играет роль направ-
ляющей при выходе протяжки из отверстия и препятствует пере-
кашиванию протягиваемой детали, когда в ней находятся послед-
ние один-два калибрующих зуба. Форма концевой части обычно
цилиндрическая. Диаметр концевой части несколько меньше диа-
метра окружности, вписанной во внутренний профиль максималь-
но изношенной протяжки. Это необходимо для того, чтобы концевая
часть всегда могла пройти сквозь протянутое отверстие. Длина кон-
цевой части должна быть не менее 20—25 мм. На конце протяжки
необходимо снять фаску шириной рт 2 до 5 мм под углом 45°.
Протяжки с регулируемой по диаметру калибрующей частью
и съемным уплотняющим кольцом
При допусках на диаметр протягиваемого отверстия порядка
0,03 мм или менее срок службы протяжки в большинстве случаев
определяется размерным износом калибрующих зубьев, а не ста-
201
чиванием режущих зубьев. В связи с этим М. С. Берлинером пред-
ложены три варианта конструкции регулируемой калибрующей
части круглых протяжек, внедренных на автозаводе им. Лихачева,
каждая из которых имеет свою область применения (табл. 40).
Таблица 40-
КОНСТРУКЦИИ РЕГУЛИРУЕМОЙ КАЛИБРУЮЩЕЙ ЧАСТИ КРУГЛЫХ ПРОТЯЖЕК
Схема регулируемой части
протяжки
Особенности конструкции
Рекомендуемая
область применения
На коническую часть
протяжки напрессованы
однозубые режущие и
промежуточные кольца
На коническую часть
протяжки напрессована
многозубая втулка
На коническую часть
протяжки насажена раз-
резная многозубая втулка.
Перемещение ее в направ-
лении оси протяжки и со-
ответствующее изменение
диаметра регулируются
поворотом гайки, навер-
нутой на конец протяжки
Для протяжек
с большим шагом
зубьев (>20 мм)
Для отверстий
с допуском
<0,02 мм
Для отверстий
с допуском
>0,02 мм и ша-
гом <20 мм
Зону таких протяжек, которая обычно занята калибрующими
зубьями, выполняют конической. В конструкции № 1 на кониче-
скую часть напрессовывают однозубые кольца с промежуточными
кольцами, а на цилиндрическое заднее направление протяжки на-
прессовывают две втулки. В конструкции № 2 напрессовывают мно-
гозубую втулку. В конструкции № 3 насаживают многозубую раз-
резную втулку, имеющую одну спирально прорезанную радиаль-
ную прорезь. В последней конструкции рабочий-протяжник может
увеличивать диаметр протяжки, пользуясь установочным кольцом,
надеваемым на калибрующие зубья. Основным преимуществом кон-
струкции протяжки с разрезными насадными втулками является
возможность регулирования диаметра их калибрующей части не-
посредственно на рабочем месте.
Как на дальнейшее усовершенствование конструкции протяж-
ки необходимо указать на авторское свидетельство П. Г. Каце-
ва, предложившего снабжать протяжку в конце калибрущей
части съемным уплотняющим (заглаживающим) твердосплавным
кольцом. Оно имеет диаметр больше диаметра калибрующих
202
зубьев протяжки и может колебаться в пределах превышения
от 0,02 до 0,5 мм, благодаря чему достигается большая чистота
протянутого отверстия. После потери протяжкой размера в ре-
зультате переточек протяжка может быть использована путем
постановки кольца соответствующего диаметра.
Уплотняющие и шабрящие протяжки
Если необходимо получить деталь с особо чистым и точным от-
верстием, то после предварительной обработки каким-либо режу-
щим инструментом применяют специальные калибрующие про-
тяжки (рис. 184, а) только с шабрящими 1 и дополнительно к ним
уплотняющими зубьями 2. Первые работают по принципу шабера,
устраняя все неровности отверстия. Уплотняющие зубья не снимают
стружку, а только заглаживают и уплотняют материал. В резуль-
тате получается очень гладкое отверстие, особенно при обработке
мягких материалов. Контрукция таких протяжек аналогична обык-
новенным протяжкам, за исключением оформления их зубьев. Рас-
чет хвоста выглаживающей протяжки производят описанным выше
способом. Подсчитать возникающие при шабрении и выглаживании
усилия довольно затруднительно, поэтому в каждом случае необ-
ходима опытная проверка. При расчетах обычно руководствуются
данными, принятыми для проектирования
назначенных для внутрен-
него протягивания.
Направляющая часть этих
протяжек такая же, как и у
протяжек для внутреннего
протягивания; конструкция
же зубьев несколько иная,
хотя шаг и берется по при-
веденной выше формуле
t = т У I мм.
В работе одновременно
должно участвовать не менее
трех и не более восьми зу-
бьев, чтобы избежать пе-
ренапряжения протяжек.
протяжек, пред-
ТЯЖКИ
Высоту зубьев берут такой же, как у протяжек для внутреннего про-
тягивания, но по меньшим пределам. Шабрящим зубьям придают
форму, обеспечивающую снятие стружек небольших сечений. Офор-
мляют такой зуб аналогично калибрующему зубу обыкновенной
протяжки с малыми передним (у = 14-2°) и задним (а =0,54-1°)
углами.
Уплотняющие зубья должны не резать, а только уплотнять ма-
териал (заглаживать отверстие), поэтому они не имеют ни заднего,
203
ни переднего угла. Радиус закругления этих зубьев г=24-3 мм.
Необходимо обращать внимание на тщательность обработки поверх-
ности уплотняющих зубьев, в особенности закруглений, которые
должны полироваться до блеска. Уплотняющие зубья не имеют
специальных направляющих фасок; у шабрящих зубьев их делают
шириной от 0,2 до 1 мм. Основания уплотняющих зубьев имеют
закругления с радиусом от 1 до 2 мм, что способствует усилению
сердечников.
Длину затылков зубьев берут равной ^t. Подъем протяжки
А =0,14-0,25 мм. Для обработки твердых материалов подъем про-
тяжки должен быть меньшим, чем при обработке мягких материа-
лов, так как первые труднее шабрить и выглаживать. Протяжки,
предназначенные только для выглаживания и уплотнения поверх-
ности, имеют исключительно уплотняющие зубья. Для таких про-
тяжек на Горьковском автозаводе рекомендована специальная фор-
ма уплотняющего зуба (рис. 184, б), хорошо оправдавшая себя на
практике. Размеры отдельных элементов в зависимости от шага t
протяжки могут быть определены по следующим формулам:
R = (0,15 -5- 0,25)/;
f = (0,8 1,0)/Т;
h = (0,15 + 0,25)/;
г = 0,05 /.
Угол приемного конуса р =44-5°.
Шаг / протяжки обычно принимают в пределах от 5 до 20 мм в
зависимости от длины / протягиваемого отверстия согласно табл. 41.
Таблица 41
ВЕЛИЧИНА ШАГОВ t УПЛОТНЯЮЩЕЙ ПРОТЯЖКИ
Длина обрабаты- ваемого отвер- стия Z, мм 10-13 13-22 22-36 36-52 52-76 76-112 112-160 >160
Шаг мм .... 5 6 8 10 12 15 18 20
Скорость протягивания при работе такими протяжками при-
нимают в пределах 84-20 м!мин.
Конструирование протяжек для наружного протягивания
Как правило, наружными протяжками протягивают литые или
кованые заготовки, не подвергая их предварительной механической
204
обработке. При этом заготовки имеют большие припуски, которые
и снимаются зубьями протяжки.
Цельные и накладные протяжки для наружного протягивания
обычно используют при обработке главным образом простых по-
верхностей и элементарных участков сложных поверхностей.
Наборные или секционные протяжки применяют для протягивания
сложных поверхностей. Отдельные участки секций, смонтирован-
ные на общем корпусе, способствуют облегчению изготовления
протяжки и в ряде случаев являются единственным рациональным
вариантом ее конструкции. Кроме того, такая протяжка обладает
тем достоинством, что отдельные секции можно легко перемещать
или регулировать. По мере износа зубьев такой протяжки воз-
можно периодически заменять лишь калибрующую секцию. На
рис. 185 представлена наружная протяжка для горизонтально-про-
тяжных станков общего назначения. Вверху на рисунке показана
собранная протяжка, а внизу — со снятыми секциями. На рис. 186
представлена наружная протяжка для вертикально-протяжных
станков, предназначенная для обработки подошвы подшипника.
Она имеет корпус 4 и три секции 1, 2 и 3. Корпус протяжки крепят
Рис. 185. Наружная сборная протяжка с хвостовой частью для работы
на горизонтально-протяжных станках
Рис. 186. Наружная сборная протяжка для вертикально-протяжны»
станков, предназначенная для обработки подошвы подшипника
в каретке станка, устанавливая в определенном положении и
закрепляя винтами и шпонками.
Узкая плоскость выступа 1 обрабатывается первой секцией ’/,
а две плоские двусторонние протяжки 2 второй секции обрабаты-
вают боковые плоскости 2 и стороны выступа 1 детали. Две пазовые
протяжки третьей секции прорезают канавки 5. Восприятие осе-
вых усилий протягивания обеспечивается концевым упором 5.
205
Для наружного протягивания используют как профильную
(одинарная) и генераторную схемы резания, так и групповую.
Протяжки одинарного резания применяют при обработке узких
поверхностей шириной менее 5 мм, затачивая только по передней
поверхности, вогнутых поверхностей с постоянным радиусом, когда
протяжка получается круглой, и при обработке широких плоско-
стей в качестве чистовой секции комплекта.
Генераторная протяжка находит большее применение при на-
ружном протягивании, чем профильная. Она позволяет срезать
плоские узкие полосы металла, облегчая процесс образования
стружки и ее размещение во впадине, а это в свою очередь позво-
ляет применять большие подъемы на зуб, уменьшая длину протяж-
ки и обеспечивая протягивание без предварительной механической
обработки.
Для сравнения работы профильной и генераторной протяжек на
рис. 187, а показаны схемы резания наружными протяжками:
/— профильной и 2— генераторной при изготовлении фасонного
Рис. 187. Срезание
стружки с фасонной
поверхности и фасон-
ные протяжки при
профильной и гене-
раторной схемах ре-
зания
профиля детали. На рис. 187, б даны конструкции соответствующих
протяжек: 1— профильной и 2— генераторной. Из рисунка видно,
что каждый зуб профильной протяжки имеет фасонный профиль,
изготовление и заточка которого сложны, в то время как режущие
206
кромки генераторной протяжки имеют прямолинейную форму и
простое изготовление.
Более широкое применение получили протяжки группового ре-
зания. Здесь нашли использование схемы резания с выкружками и
с фасками (Юнкина). Первую из них применяют главным образом
для цилиндрических элементов протяжек, которые могут перета-
чиваться только по передней поверхности. Вторая схема находит
применение'при протягивании пазов, а также при обработке не-
широких плоскостей (до 25 мм).
При протягивании широких плоскостей лучше использовать
трапецеидальную схему резания. Преимуществом этих протяжек
является то, что они могут затачиваться по передней и задней по-
верхностям зубьев.
Рис. 188. Секция сборной твердосплавной протяжки
Рис. 189. Зуб твердосплавной протяжки
При большом припуске и значительной ширине протягиваемой
детали протяжку конструируют с двумя-тремя черновыми секция-
ми, на которых пазы соответственно сдвинуты относительно пазов
первой секции.
Когда тяговая сила станка недостаточна и приходится протяги-
вать сложные пересекающиеся поверхности детали, производяг
раздельное протягивание отдельных элементов профиля заготовки.
В связи с широким внедре-
нием в промышленность твер-
дых сплавов стали их исполь-
зовать и для оснащения про-
тяжек для наружного протя-
гивания. Изготовляют как
сборные протяжки с твердо-
сплавными резцами Или ре-
жущими кольцами,так и с на-
паянными и наклеенными
ножами. Примером может
служить протяжка, разрабо-
танная по предложению
Р. И. Маркова и внедрен-
ная на МЗМА (рис. 188).
Она позволила повысить стойкость в 8 — 10 раз по срав-
нению со стойкостью ранее применявшихся быстрорежущих про-
тяжек при протягивании полуотверстий чугунных крышек под-
шипника. Комплект протяжек, установленных на станке, имеет
207
три секции. Каждая секция состоит из оправки 1 с установленными
на ней 16 дисками (ножами) 2. Положение каждого диска на оправ-
ке определяется шпонкой 3. После набора всех дисков они закреп-
ляются гайкой 4. На корпусе каждого диска напаяны 11 пласти-
нок твердого сплава ВК8 (рис. 189). Подъем режущих дисков по
диаметру сделан в 0,16 мм в сторону, а последние четыре зуба треть-
ей секции не имеют подъема на зуб. Протяжка работает половиной
своего профиля, поэтому при затуплении зубьев она может быть
повернута на 180° и введена в работу второй половиной профиля.
Принципы работы и устройство наружных протяжек имеют много
общего с протяжками для внутреннего протягивания. Поэтому и
расчет их производят так же, как и протяжек для внутреннего про-
тягивания.
Подъем на зуб берут обычно несколько большим, чем при про-
тяжках внутреннего протягивания, и более увеличенный на первых
режущих зубьях и уменьшенный на последних чистовых зубьях.
Применяемые на практике подъемы на зуб для наружных про-
тяжек приведены в табл. 42.
Таблица 42
ПОДЪЕМЫ НА ЗУБ ДЛЯ НАРУЖНЫХ ПРОТЯЖЕК НА СТОРОНУ, мм
Типы протяжек Схема резания Обрабатываемый материал
углеродистая и малолегиро- ванная сталь высоколеги- рованная сталь чугун
Плоские угло- вые и канавоч- ные Цилиндрические и фасонные Обыкновенная Генераторная и прогрессивная Обыкновенная и генераторная Прогрессивная 0,04—0,12 0,15—0,80 0,04-0,10 0,08—0,4 0,04—0,10 0,15—0,50 0,04-0,08 0,08—0,3 0,06—0,2 0,5—1,0 0,06—0,15 0,1-0,5
Так как протяжки наружного протягивания большей частью
обрабатывают поверхности с коркой, вследствие чего первые режу-
щие зубья легко выкрашиваются или ломаются при встрече с твер-
дым слоем корки, целесообразно первый зуб, называемый «буфер-
ным», делать усиленным. Он имеет шаг в 1,54-2 раза больше шага
других режущих зубьев. Если протягиваемая поверхность предва-
рительно обработана, то «буферного» зуба не делают. Зубья наруж-
ных протяжек изготавливают цельными с телом протяжки и встав-
ными (при шаге 1>25мм). Вставные зубья могут быть в виде пла-
стин или резцов, оснащаемых в ряде случаев пластинками твердого
сплава.
В конце протяжки делают 34-5 калибрующих зубьев, причем
в наборных протяжках их располагают в виде отдельной секции.
При накладных и наборных протяжках крепление секции к кор-
пусам осуществляют лучше всего винтами, которые по отношению
208
к протяжке располагаются сверху, снизу и с боков. Используют
также крепление с помощью клиньев, когда применение винтов
затруднительно или когда по условиям производства наборная
протяжка регулируется непосредственно на протяжном станке.
Крепление секций накладками делают редко ввиду сложности его
выполнения. При кренлении цилиндрических и полуцилиндрических
секций применяют стойки, имеющие полукруглые седла, на кото-
рые секции опираются гладкими цапфами и прижимаются к ним
винтами.
Секции наборных протяжек регулируют подкладками из тон-
кого листового металла или большей частью специальными регу-
лировочными клиньями.
Для присоединения протяжки к горизонтально-протяжному
станку применяют цельные или отъемные хвостовики-оправки, обес-
печивающие присоединение протяжки к ползуну станка. Если же
протяжки работают на вертикальном наружно-протяжном станке,
то они, как правило, не присоединяются к каретке станка. Для этой
цели используют корпус протяжки или корпус и промежуточную
плиту-подушку.
КОНСТРУКЦИЯ ПРОШИВОК
Прошивки (рис. 190) отличаются от протяжек тем, что не имеют
хвостовика и шейки. Для облегчения ввода прошивки в обрабаты-
ваемое отверстие впереди направляющей ее части делают гладкую
коническую шейку длиной около 20 мм с углом конуса 5е.
Предельная длина прошивок определяется максимальным ходом
пресса, но не должна превышать своего 15-кратного поперечного
размера.
Деталь в процессе обработки прошивкой устанавливают на го-
ризонтальный стол пресса. В отверстие детали вставляют направ-
ляющую часть прошивки, и последняя продавливается ползуном
пресса сквозь отверстие.
209
Простота и быстрота прошивания, невысокая стоимость про-
шивки и пресса, быстрота переналадки являются преимуществом
процесса прошивания.
Но этот способ может применяться для обработки деталей с ма-
лыми припусками, так как длина прошивки, а следовательно, числа
зубьев ограничены ее работой на продольный изгиб.
Прошивка, как и протяжка, может работать по различным схе-
мам резания, иметь кольцевые и винтовые зубья. Они могут быть
режущими или выглаживающими и уплотняющими, обрабатывая
деталь путем пластической деформации металла.
Расчет и конструирование прошивок производят аналогично
протяжкам, но с определением усилий не на растяжение, как при
ппотяжках, а на сжатие.
КАЧЕСТВО ПРОТЯЖЕК
Качество протяжек устанавливается техническими условиями
на их приемку.
Твердость рабочей части протяжки должна быть в пределах
HRC 614-65, передней хвостовой части — в пределах HRC 404-45.
На рабочей части не должно быть обезуглероженных или мягких
мест.
Протяжки изготовляют по размерам и допускам, указанным в
рабочих чертежах.
По указанным ниже элементам протяжки допускаются следую-
щие отклонения:
1) разница по величине шагов зубьев — в пределах 0,5 мм;
2) общая длина протяжки: ±2 мм — для протяжек длиной до
1000 мм и ±3 мм —для протяжек длиной более 1000 мм;
3) по длине хвоста, направляющей, режущей, калибрующей и
концевой частей — до 1 мм;
4) по диаметру на режущих зубьях, кроме последнего
(см. табл. 43);
5) по диаметру на последнем режущем и на всех калибрующих
зубьях (см. табл. 44);
6) величина биения на четырех последних режущих и на калиб-
рующих зубьях — в пределах допуска на соответствующий диаметр
зубьев; величина биения на остальной части протяжки — в преде-
лах трехкратного допуска на соответствующий диаметр. Данное
условие распространяется на протяжки длиной не свыше 30-крат-
ного внутреннего диаметра протянутого отверстия;
7) овальность по хвостовой и рабочей части — в пределах до-
пуска на соответствующий диаметр;
8) по переднему углу ±1°;
9) по заднему углу ±30';
210
10) по ширине ленточки: на калибрующих зубьях ±1 мм, на
режущих зубьях (в целях контроля) — не свыше 0,034-0,05 мм.
Ширина ленточки на зубьях должна быть строго равномерна;
11) по ширине боковой ленточки ±0,2 мм*,
12) по размерам радиуса и глубины канавки ±0,1 мм*,
13) по симметричности расположения отверстия замка протяж-
ки под клиновой патрон относительно оси —до 0,1 мм*,
14) по симметричности расположения перемычки захватной
части протяжек относительно оси—до 0,1 мм.
Обработанные поверхности не должны иметь трещин, заусен-
цев, зазубрин, забоин, черновин, цветов побежалости, потемнений
и прочих дефектов.
При испытании протяжек в работе размерность протянутых об-
разцов и качество протянутой поверхности контролируют следую-
щим образом:
1. Испытание производят не менее чем на трех образцах, имею-
щих размеры, аналогичные размерам детали, для которой рассчи-
тана протяжка; материал образцов должен соответствовать мате-
риалу обрабатываемых деталей.
2. После испытания протяжки контролируют образцы, причем
точность размеров и качество обработанной поверхности протяну-
того образца должны соответствовать размерам и знакам обработки
соответствующего чертежа на деталь.
3. Испытанию подлежат не все протяжки данной партии, а
лишь одна или комплект протяжек из каждых 10 turn или комплек-
тов протяжек данной партии.
Если испытание одной протяжки или одного комплекта из пар-
тии показало неудовлетворительное качество, испытанию подлежат
все протяжки данной партии.
Скорость резания при испытании протяжек в каждом конкрет-
ном случае устанавливает завод-изготовитель по согласованию с
заводом-потребителем в соответствии с техническими условиями на
деталь и назначением протяжки.
После испытания зубья протяжки не должны иметь заметного
на глаз затупления режущей кромки.
Таблица 43
ОТКЛОНЕНИЯ НА РЕЖУЩИХ ЗУБЬЯХ
ПО ДИАМЕТРУ
Диаметр протяжки, мм Толщина стружки на один зуб
<0,05 мм | | >0,05 мм
допуск, мм
< 30 —0,015 —0,02
> 30 —0,02 —0,03
Таблица 44
ОТКЛОНЕНИЯ НА ПОСЛЕДНЕМ
РЕЖУЩЕМ И НА ВСЕХ КАЛИБРУЮЩИХ
ЗУБЬЯХ ПО ДИАМЕТРУ
Диаметр отверстия, мм Допуск, мм
<30 —0,005
304-50 —0,008
>50 —0,10
ГЛАВА VIII
ПИЛЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
В зависимости от вида рабочего движения пилы делят на круг-
лые и продольные.
Круглые пилы
Круглые пилы бывают двух видов: зубчатые и беззубые. Зуб-
чатые пилы в свою очередь делят на пилы для холодной и горячей
распиловки, а беззубые — на пилы трения и пилы электроискро-
вого действия.
Круглые пилы для холодной распило в-
к и металлов изготовляют цельными и со вставными зубьями.
У цельных пил толщина зубьев снижается к центру пилы для
уменьшения бокового трения и предотвращения заклинивания при
работе (рис. 191, а), что обеспечивается наличием вспомогатель-
ного угла в плане <рх.
Пила с параллельными вырезами на боковых поверхностях изоб-
ражена на рис. 191, б. Такие пилы выдерживают небольшое число
переточек.
Стремление повысить производительность привело к конструк-
циям пил со вставными зубьями из высококачественного материала,
в то время как полотно изготовляется из конструкционной стали.
На рис. 191, в представлена конструкция пилы с отдельными
вставными зубьями. В полотне пилы фрезеруют прорезь и в нее
вставляют предварительно обработанный и закаленный зуб квад-
ратного или прямоугольного сечения. Для бокового крепления зуб
снабжают продольным ребром, вставляемым в паз полотна пилы;
этим обеспечивают простое и достаточно прочное крепление зуба.
Для рредупреждения выпадения зуб закреплен в радиальном на-
правлении штифтом.
Однако такая конструкция крепления имеет и недостатки. Са-
мый существенный из них заключается в том,что при поломке зуба
212
легко повреждается расположенный под ним выступающий конец’а
полотна; вследствие низкой твердости этот конец загибается назад,
что затрудняет установку нового зуба. Другой недостаток состоит
в том, что такие пилы трудно изготовить с малым шагом.
Вторую группу пил, широко применяемых в нашей промышлен-
ности, составляют пилы со вставными зубчатыми сегментами.
Эти пилы изготавливают при диаметрах свыше 200 мм. Одна из
таких пил представлена на рис. 192, где 1—диск, 2—сегменты,
3— заклепки. Стандартные размеры этих пил приведены в
ГОСТ 4047—52, согласно которому диаметр пилы берется от 275 до
1510 мм, диаметр центрального отверстия — от 32 до 150 мм и
ширина пилы — от 5 до 10,5 мм.
а) б) 6)
Рис. 191, Круглые пилы:
а — сужающиеся к центру*, б — с параллельными вырезами на боковых по-
верхностях; в — со вставными зубьями
Для закрепления сегмента боковые поверхности полотна пилы
протачивают, в результате чего остается только узкое ребро, на
которое надевают сегмент при помощи двух лапок (по одной с каж-
дой стороны).
Установленные таким образом в паз полотна сегменты закреп-
ляют тремя заклепками, а между собой — одной заклепкой по плос-
костям соприкосновения. Крепление сегментов более надежно, чем
отдельных зубьев, но при поломке одного зуба приходится менять
целый сегмент.
Для уменьшения трения пилы во время работы ширину сег-
ментов делают несколько больше толщины диска пилы и, кроме
того, сегменты изготовляют со вспомогательным углом в плане
<р1до2° и с выточкой углублений на боковой поверхности зубьев
сегментов. Размеры сегментов стандартизованы по ГОСТ 4047—52.
По этому же ГОСТу берут также размеры дисков круглых пил.
213
Круглые пилы для горячей распиловки
применяют на металлургических заводах при разрезке металлов,
нагретых до 850—1050°С. Обычно для горячей распиловки приме-
няют цельные пилы. Они работают с большими окружными ско-
ростями. Высокие скорости, сильная струя воздуха при вращении
пилы и достаточное охлаждение водой значительно уменьшают наг-
рев полотна. В углублениях между зубьями во время работы очень
часто появляются трещины
вследствие неправильной конст-
рукции закругления выемок.
Иногда образование трещин
является следствием надрывов
и заусенцев при штамповке
зубьев на пиле. Неправильно
выбранный шаг зубьев также
может привести к их поломке.
Круглые п и л ы т р е-
н и я (беззубые) работают по
принципу размягчения и рас-
плавления материала вследст-
вие высокой температуры, раз-
вивающейся в результате силь-
ного трения диска пилы о ма-
териал. Стружка здесь не об-
разуется, как у пил для хо-
лодной резки. Расплавленные
частицы металла выбрасывают-
ся из прорези, увлекаемые по-
лотном пиЛы. Скорость резания
весьма значительна. Сама пила
Рис. 192. Пила для холодной резки
металла со вставными сегментами:
В — наружный диаметр; d — диаметр от-
верстия; В — ширина
нагревается очень мало благодаря возникающему при работе по-
току воздуха и водяному охлаждению.
Пилы трения рентабельны лишь при резке профилей и болванок
небольшого сечения. Эти пилы не обеспечивают чистоты разреза.
Кроме того, в месте разреза получаются повышенная твердость
Рис. 193. Электрическая схема
электроискрового распиливания
материала и некоторое поверх-
ностное изменение структуры.
Круглые пилы элек-
троискрового дейст-
вия начали применять в связи
с внедрением в промышленность
методов электроискровой и анод-
но-механической обработки ме-
таллов с применением специаль-
ных станков. У таких станков
(рис. 193) пилой служит диск-
инструмент 2, который закреп-
214
ляют на рабочем валу головки станка. Разрезаемую заготовку
1 закрепляют в суппорте станка. Разрезка является следствием
электроискровых процессов, протекающих между вращающимся
диском и разрезаемой заготовкой, являющимися электродами
разрядного контура. Такие установки могут работать по прин-
ципу электроискровой обработки низкого напряжения в растворе
каолина и по принципу анодно-механической обработки в водном
растворе жидкого стекла.
Обычным материалом для изготовления диска-инструмента слу-
жат малоуглеродистая тонкая листовая сталь, красная медь и
латунь.
Продольные пилы
Продольные пилы бывают двух типов: ножовочные полотна
(ножовки) и ленточные полотна (ленточные пилы).
Ножовочные полотна разделяют на станочные и
ручные. Размеры их стандартизованы по ГОСТ 6645—59, согласно
которому длина станочных полотен £=3504-600 мм, а ручных
— 2504-350 Толщина первых 1,24-2,5 мм, а вторых —0,64-0,8 мм
в зависимости от длины £. Ширина первых Полотен 254-45 мм,
а вторых—124-15 мм.
Число зубьев ножовочного полотна выбирают в зависимости
от разрезаемого материала. Для мягкого материала требуется
меньше зубьев, для твердого — больше. Например, для рас-
пиливания мягкой стали пользуются ножовочными полотнами,
имеющими в среднем 604-65 зубьев, для чугуна — 754-80 зубьев,
для труб и тонких прутков —90-^95 зубьев на 100 мм длины.
Ленточные пилы бывают трех видов: 1) зубчатые пи-
лы, 2) беззубые пилы трения и 3) пилы электроискрового действия.
Ленточные пилы с зубьями отличаются от ножовочных полотен
своей длиной и обычно делаются замкнутыми. По виду они анало-
гичны ножовочным.
Ленточные пилы трения работают по тому же принципу, что и
круглые пилы трения. Они также имеют зубья, но назначение этих
зубьев, как и в круглых пилах трения, несколько иное. Наличие
зубьев усиливает в процессе трения выделение тепла, следователь-
но, увеличивает производительность пилы. Ленточные пилы трения
обычно изготавливают шириной от 6 до 25 мм, а толщиной от 0,6
до 1,4 мм.
Ленточные пилы электроискрового действия работают по тому же
принципу, как и круглые пилы электроискрового действия. Они
применяются при разрезании заготовок толщиной свыше 150 мм,
которые нельзя разрезать круглыми пилами электроискрового дей-
ствия ввиду их значительного биения из-за большого диаметра и
шага. Ленточные пилы электроискрового действия обеспечивают
свободное разрезание заготовок диаметром до 300—400 мм. Глад-
215
кую ленту изготавливают из тех же материалов, как и диск круг-
лой пилы электроискрового действия. Обычно металлическая лента
толщиной 0,5—1,0 мм и шириной 4—5 мм достаточна по своей проч-
ности для разрезания заготовок средних размеров.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПИЛ
Основными конструктивными элементами пил являются:
1) соотношение между толщиной пилы и диаметром (или шири-
ной),
2) величина шага, число зубьев и профиль канавки зуба и
3) углы резания зубьев.
Круглые пилы для холодной распиловки имеют толщину, обыч-
но принимаемую по формуле
В — 0,2)/ D мм,
где D — диаметр пилы. Шаг зуба зависит от высоты распиливае-
мого материала Н или диаметра D, от величины подачи на зуб
sz и от рода обрабатываемого материала. Величину оптимального
шага выбирают из условия плавной работы; для этого необходимо,
чтобы в зацеплении находилось не менее 2—3 зубьев. Пусть длина
дуги контакта пилы с разрезаемым материалом будет I (рис. 194), а
шаг пилы t, тогда можно написать:
t —______I_
макс 2-гЗ ’
Наименьший шаг t определяется из такого расчета, чтобы в
углублении между зубьями вмещалась срезаемая стружка.
При разрезании стальных заготовок, т. е. когда образуется
сливная стружка, можно приближенно считать, что срезанная
стружка занимает в углублении объем, равный объему цилиндра
диаметром h (рис. 195), с высотой, равной ширине пилы В.
Объем стружки, снимаемой каждым зубом,
ц, = szlB.
С другой стороны, объем цилиндра
те Л2 D
Рц = —— В .
4
Так как стружка занимает не весь объем цилиндра, то, вводя
поправочный коэффициент Лх на неполное заполнение стружкой
углубления, получим
В = AxszlB ,
4 1 z
216
или
к h2 л .
-----= ALs2l.
4 1 z
Принимая в среднем h — 0,37 t, получим
или
^мин = 9,1 А1 szl .
Рис. 194. Резание пилой Рис. 195. Расположение стружки
Исследования по разрезанию стали с ав= 60 4- 80 кПмм2
(5894-785 ТИк/лс2) дают в среднем значение Дх== 4,6. Тогда, под-
ставляя величину Дх, получим для разрезания стали
^мин~ 6,5 j/"
Таким образом, величина шага пилы для стали определяется
неравенством
—1-—>Z>6,5Vs,/ мм.
24-3 r z
При разрезании чугуна получается стружка надлома, которая
более полно заполняет углубление между зубьями пилы. Объем
всего углубления может быть на основании измерений прибли-
женно представлен формулой
0Ц= 0,26 t2 В.
Этот объем будет занят стружкой, которая в процессе реза-
ния раздробится, вследствие чего ее объем будет
А2 sz I В,
217
где величина Д2 на основании исследований может быть в сред-
нем принята равной 4,26.
Тогда можно написать:
0,26 t2B = A2szlB,
откуда
^мин
IЛ2
0,26
Подставляя значение Л2, получим
МИН 4 У/
Таким образом, величина шага пилы для чугуна определяется
неравенством
—-— >t>4 Vszl мм,
2-гЗ г
где I —длина дуги контакта пилы с разрезаемым материалом, мм;
sg — подача на зуб пилы, мм.
Длину дуги I с некоторым приближением можно считать рав-
ной Н для квадратного сечения и равной 0,84 D для круглого се-
чения заготовки.
Зная диаметр пилы, длину дуги контакта с разрезаемым мате-
риалом и шаг зуба, легко определить количество зубьев пилы.
Зуб должен иметь высоту, равную 0,3—0,5 шага. Стружка,
сходящая с режущего острия зуба, попадая в углубление последне-
го, должна легко скользить и завиваться, поэтому форма углубле-
ния имеет большое значение. Для облегчения движения стружки
углубление между зубьями должно иметь закругление (перед пе-
редней частью зуба) достаточно большого радиуса. Тогда стружка
не будет заклиниваться, а будет завиваться и легко сходить с зуба.
Для облегчения работы круглой пилы при снятии больших се-
чений стружек необходимо,чтобы конструкция зуба позволяла раз-
мельчать стружку, что облегчает распиливание. Это конструктивно
разрешается тремя способами: 1) выемками в зубе для размельчения
стружки; 2) попеременной заточкой; 3) комбинацией подрезающих
и подчищающих зубьев. Применяют также совместно второй и тре-
тий способы.
. На рис. 195, а изображены зубья пилы, размельчающие стружку
при помощи выемок на зубьях. Выемки располагаются в шахмат-
ном порядке, чтобы размельчение стружки происходило не в одном
месте и не сказывалось неблагоприятно на резании. При этом спо-
собе вследствие ослабления зубьев выемкой не исключена возмож-
ность скалывания зубьев.
218
Схема попеременной заточки показана на рис. 196, б. Здесь зубья
работают неполной шириной и заточены таким образом, что один
зуб работает правой стороной, другой—левой.
Следующей конструкцией является пила с подрезающими и
подчищающими зубьями (рис. 196, в). Подрезающий зуб стачивается
с боковых сторон на х/3 его ширины, в то время как подчищающий
Рис. 196. Различные виды подточки зубьев
остается нормальным. Подрезающий зуб имеет боковые скосы под
углом 45°. Он выше подчищающего на величину а=0,24-0,3 мм,
вследствие чего и обеспечивается предварительная подрезка ма-
териала. На долю подчищающего зуба остается только окончатель-
ное отделение стружки в пропиле, уже подготовленном подрезаю-
щим зубом. Глубина зуба равна 0,4 его шага. Для шага более 35 мм
глубина зуба берется не свыше 18 мм. Фаска f подрезающего зуба
делается не более 0,5 мм, фаска подчищающего зуба — не более
1,5 мм.
В пилах этой конструкции подрезающие зубья обязательно долж-
ны быть выше подчищающих. Если это не соблюдается, то такая
конструкция никакими преимуществами не обладает, так как вся
работа резания производится лишь подчищающими зубьями.
219
На рис. 197, а изображен нормальный зуб круглой пилы. Зубья
пилы — это те же резцы, но работающие последовательно один за
другим. Зуб имеет следующие углы: у — передний угол, 0 —
угол заострения и а •— задний угол. Наличие угла у является
необходимым условием правильного снятия стружки, так как при
этом стружка свободно сходит по передней поверхности и завивается.
Задний угол а должен быть не слишком большим, так как это
ослабляет зуб пилы (уменьшается угол заострения 0). В табл.
45 приведены средние значения углов у и а зуба пилы при обра-
ботке различных металлов.
УГЛЫ ЗУБЬЕВ КРУГЛЫХ ПИЛ
Таблица 45
Разрезаемый материал 7, град к, град
Сталь % до 50 кГ/мм2 (490 Л4«/ле2) 18—22 14—16
ав до 75 кГ/мм2 (736 2И«/л<2) 15—20 10-12
ав свыше 75 кГ/мм2 (736 Мн/м2) и легиро-
ванная 10-15 8—10
Чугун 18—22 14-16
Латунь 0-8 8—10
Круглые пилы для горячей распило в-
к и имеют по возможности малую толщину В, которая обычно
определяется по формуле
Рис. 197. Зубья круглой пилы для
холодной и горячей распиловки
В =0,2 YD мм,
где D — диаметр пилы.
Уменьшение толщины полот-
на пилы к центру в данном
случае необязательно. Эти пи-
лы при большой скорости ре-
зания сильно вибрируют, вслед-
ствие чего ширина прореза ока-
зывается вполне достаточной
для нормальной работы пилы
без защемления. Однако умень-
шение толщины пилы к центру
имеет то преимущество, что
обеспечивает более чистый раз-
рез, но стоимость изготовления
ее повышается. Иногда шли-
фуют боковые поверхности пи-
лы, чем достигается большая чистота разреза и уменьшается
трение пилы о материал; в этом случае стоимость пилы тоже уве-
личивается.
220
Конструктивная форма зуба такой пилы показана на рис. 197, б.
Глубина зуба равна примерно 2/3 шага, а задняя заточка —1/3
шага. Задний угол а берут равным примерно 10°, а передний у =
= 104-15°.
Круглые пилы трения конструируют в зависимости
от толщины А разрезаемого материала. Так, диаметры дисков бы-
строходных пил определяют по формулам для разрезания материа-
ла: листового
D = 354 + 300,
квадратного
D = 104 + 300,
круглого, разрезаемого без вращающего приспособления,
D = 84 + 300,
круглого во вращающем приспособлении
D = 54 + 300.
Толщину диска В можно определить по формулам
B = 0,3]/“D—4
или
В = —,
200
где D — диаметр диска.
Чтобы усилить трение и, следовательно, нагрев разрезаемого
металла, на пилу накатывают рифления по краю полотна. По мере
изнашивания рифления надо возобновлять.
Круглые пилы электроискрового дей-
ствия конструируют в зависимости от диаметра разрезаемой
заготовки согласно табл. 46.
Таблица 46
ЗАВИСИМОСТЬ РАЗМЕРОВ ДИСКА ОТ ДИАМЕТРА
РАЗРЕЗАЕМОЙ ЗАГОТОВКИ
Диаметр разрезаемой заготовки, мм Размеры диска, мм
диаметр. толщина
<30 <200 0,5—0,6
30—100 200—400 0,8—1,0
100—200 500—700 1,2—1,7
200—300 800—1100 1,7—2,0
221
Эти пилы делаются по периферии без зубьев.
Большое значение в процессе резания заготовки имеет беспре-
рывное поступление рабочей жидкости в разрезаемый пай и интен-
сивное омывание ею диска. Для этого нужно, чтобы ширина пропила
была в 1,25—1,5 раза больше толщины диска. При толщине диска
свыше 0,8—1,00 мм это расширение обеспечивается некоторым тор-
цовым биением его, при толщине же 0,5—0,8 мм диску придают
«гофрированную» форму, как показано на рис. 198.
Ножовочные полотна станочные берут толщиной В,
находящейся от длины L в зави-
симости В=1,5 ^мм, ручные —
в зависимости В=1,5-^-мм.
Зуб ножовочного полотна
конструируют так же, как и зуб
круглых пил. Ножовочные по-
лотна делают цельными без
вставных зубьев. Форма зуба
обычно треугольная. Ввиду
необходимости иметь значитель-
ный задний угол а (для разме-
щения стружки во впадине) зуб
получается ослабленным. Для
его усиления передний угол у
приходится делать отрицатель-
ным от 0 до —12°. Задний угол
а берут от 27 до 40°. ВНИИ рекомендует брать передний угол у=0°,
а задний а =40°.
\^727//7//7/777/7///7/777. 7777Л
Рис. 199. Зоны закалки ножовочных полотен:
а — для машинных и ручных полотен; б —для ручных полотен
Ножовочные полотна при термической обработке должны иметь
определенные зоны закалки, как показано на рис. 199, где заштри-
хованные места являются закаленными до требуемой твердости.
222
Для машинных и ручных полотен ширина закаленной зоны равна
Ь, для ручных полотен ширина закаленной зоны h — не менее
3 мм.
Ножовочные полотна должны иметь разводку зубьев. Для по-
лотен с шагом зубьев 0,8 мм (допускается с шагом 1 мм) разводку
по полотну производят согласно рис. 200, а. Разводка выполняется
0л5 шага разводу
Рис. 200. Разводка зубьев:
а — разводка по полотну; б — разводка
по зубу
на высоте не более удвоенной высоты зуба. Шаг разводки прини-
мается равным 8 /, где t — шаг зуба. Расстояние К между противо-
положно разведенными сторонами полотна достигается в пределе
от 1 до 1,25 толщины полотна. Для полотен с шагом зубьев свыше
0,8 мм разводка по зубу производится согласно рис. 200, б. Раз-
водка выполняется по высоте зуба. Расстояние К между вершинами
противоположно разведенных зубьев принимается в пределе от
1,25 до 1,5 толщины полотна. В этом случае разводку делают по
каждому зубу или через зуб, или двух смежных зубьев через один
неразведенный.
Разводка ножовочного полотна может заканчиваться на рас-
стоянии не более 30 мм от края.
Ленточные пилы, отличаясь от ножовочных полотен
своей длиной, конструктивно аналогичны последним. Ленточные
пилы трения имеют свои специальные формы зубьев. На рис. 201
представлены две формы их зубьев. Форму а используют при раз-
резке черных металлов, причем величина шага зубьев /=1,4-4-
4-2,5 мм, а форму Ь — при разрезке цветных металлов и пластмасс;
в этом случае шаг /=6 мм. Чтобы уменьшить трение полотна о
разрезаемую заготовку, зубья целесообразно разводить. К кон-
струкции ленточных пил электроискрового действия предъявляют
те же требования, что и к круглым пилам того же действия.
223
КАЧЕСТВО ПИЛ
Таблица 47
ВЕЛИЧИНА ДОПУСТИМОГО
РАДИАЛЬНОГО И ТОРЦОВОГО БИЕНИЯ
ПИЛ
Диаметр пилы, мм Радиальное биение, мм Торцовое биение, мм
275—410 0,15 0,20
510—1010 0,20 0,30
1510 0,30 0,40
должно быть трещин, заусен-
Приемку пил производят По соответствующим техническим ус-
ловиям. Так, круглые сегментные пилы должны соответствовать по
качеству ГОСТ 4047—52.
Пилы не должны иметь черновик, следов ржавчины, заусенцев,
трещин, забоин, поджогов и выкрошенных мест. Сегменты должны
быть прочно приклепаны к диску пилы и соединены между собой.
Стыковые зазоры между сегментами на пиле, основанием сегментов
и диаметром заплечиков диска
не допускаются. Зубья должны
быть расположены симметрично
относительно средней плоско-
сти пилы.
Величина наибольшего ра-
диального и торцового бие-
ния не должна превышать оп-
ределенных величин, указан-
ных в табл. 47.
Станочные и ручные ножо-
вочные полотна должны соот-
ветствовать по качеству ГОСТ
6645—59. На их поверхности не
цев, окалины и коррозии. Зубья должны быть острыми, однород-
ными по шагу, высоте и разводке. Полотна должны быть прямы-
ми, без изгибов, перекосов и волнистости.
Все виды пил должны выдерживать испытание в работе по ре-
жимам, указанным в ГОСТах.
ГЛАВА IX
ФРЕЗЫ
ОСНОВНЫЕ понятия
Фреза — многозубый вращающийся инструмент, режущие зубья
которого последовательно один за другим вступают в работу. Пода-
ча осуществляется относительным движением обрабатываемой де-
тали и фрезы.
Фрезы в основном применяют для обработки: 1) плоскостей и
2) фасонных поверхностей.
По форме зубьев фрезы делят на: 1) фрезы с остроконечными
(острозаточенными) зубьями и 2) фрезы с затылованными зубьями.
ФРЕЗЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛОСКОСТЕЙ
Фрезы для обработки плоскостей подразделяют на цилиндриче-
ские, торцовые, насадные, дисковые, фрезы-пилы, угловые, конце-
вые и сборные, выделенные в самостоятельную группу лишь по
принципу сменности ножей, по внешнему же виду относящиеся к
одному из первых видов фрез.
На рис. 202 изображена цилиндрическая фреза.
Обычно она имеет угол наклона стружечной канавки 30—40° (до-
ходящий при тяжелых работах до 45°) и различное число зубьев.
Размеры ее стандартизованы по ГОСТ 3752—59. Такие фрезы де-
лают с мелким и крупным зубом диаметром от 40 до 100 мм. В
последние годы стандартизованы по ГОСТ 8721—58 цилиндриче-
ские фрезы, оснащенные винтовыми пластинками твердого сплава.
Общий вид такой фрезы представлен на рис. 203. Их изготавливают
диаметром от 62 до 125 мм.
На рис. 204 показана составная цилиндрическая фреза с вин-
товыми зубьями, позволяющая уравновешивать осевое давление.
Такие фрезы обычно применяют для обдирочных работ.
Разновидностью цилиндрических фрез являются так называемые
кукурузные фрезы (рис. 205). Они предназначены для тяжелых об-
дирочных работ с большой глубиной фрезерования, когда вопросы
8 Металлорежущие инструменты 225
облегчения образования стружки и ее отвода приобретают первосте-
пенное значение. Конструктивной особенностью кукурузной фрезы
является наличие на ее зубьях кольцевых выступов для измельче-
Рис. 202. Цилиндрическая фреза
Рис. 203. Цилиндрическая фреза, оснащенная винтовыми
пластинками твердого сплава
ния стружки, легко отводимой в процессе резания. Кольцевые вы-
ступы расположены в плоскостях, перпендикулярных к оси фрезы
(рис. 206). Вершины выступов, образующие режущие кромки, ле-
жат на винтовой линии с шагом S. Этим достигается смещение ре-
226
жущих кромок кольцевых выступов, расположенных на соседних
зубьях, на величину
S
X == --,
Z
где г — количество зубьев фрезы. В результате отдельные зубья
срезают ряд стружек шириной b (рис. 207, а), соответствующей
ширине режущей кромки, и толщиной в одной своей части azi
соответствующей подаче на один зуб sz, в другой а0, соответствую-
щей подаче на один оборот s0. Расположение режущих кромок на
зубьях фрезы со смещением в осевом направлении приводит к то-
Рис. 205. Кукурузная цилиндрическая фреза
му, что основная масса металла снимается с увеличенной толщиной
стружки, что значительно снижает усилие резания и необходимую
мощность. Величины S (шаг винтовой линии, по которой распола-
гаются вершины кольцевых выступов) и Ь (ширина режущих кро-
мок) должны быть подобраны так, чтобы, с одной стороны, было обес-
печено достаточное смещение кольцевых выступов, а с другой —
необходимая чистота обработки. Последнее достигается взаимным
8* 227
перекрытием соседних режущих кромок, чем устраняется появле-
ние продольных бороздок на обработанной поверхности (рис. 207, б).
Величина перекрытия режущих кромок/=&—х.
Рис. 207. Срезание стружки
при работе фрезы и перекры-
тие режущих кромок фрезы
Торцовые насадные фрезы (рис. 208) имеют
зубья как на цилиндрической поверхности, так и на торцовой. Ос-
Рис. 208. Торцовая насадная фреза
А-А
новная работа резания выполняется зубьями, расположенными на
цилиндрической поверхности, а торцовые только зачищают обра-
батываемую поверхность.
Работа торцовыми фрезами протекает более плавно по сравнению
с работой цилиндрических фрез. Угол контакта с обрабатываемой
поверхностью у торцовых фрез не зависит от величины припуска, а
228
только от ширины фрезерования и диаметра фрезы. Размеры этих
фрез с крупным и мелким зубом стандартизованы по ГОСТ 9304—59
для диаметров от 40 до 100 мм.
Разновидностью насадных торцовых фрез являются кукурузные
торцовые фрезы, оформляемые
аналогично цилиндрическим ку-
курузным.
На рис. 209 изображена одна
из конструкций торцовых фрез
для скоростного резания с на-
паянными твердосплавными
пластинками. Эти фрезы отли-
чаются большой жесткостью
крепления пластинки и исполь-
зуются тогда, когда фрезы по
конструкции не могут быть сде-
ланы сборными. Заточка фрез
Рис. 209. Торцовая фреза с напа-
янными твердосплавными пластин-
ками
этого типа сложна, а выкраши-
вание или поломка пластинок при эксплуатации вызывает необхо-
димость переточки всех зубьев на большую величину, а иногда и
замены сломанной пластинки новой. Эти фрезы изготовляют лишь
Рис. 210. Пазовая дисковая фреза
небольших диаметров. Так, диаметр фрез, конструкция которых
представлена на рис. 210, не превышает 50 мм.
Дисковые фрезы бывают четырех типов: пазовые, дву-
сторонние, трехсторонние и регулируемые.
Пазовые дисковые фрезы (рис. 210) имеют зубья только на ци-
линдрической поверхности. Для уменьшения трения по торцам на
229
фрезах предусматривается вспомогательный угол в плане <pv
Важным элементом дисковой пазовой фрезы является ширина,
так как фреза предназначена для обработки пазов. Дисковые па-
зовые фрезы стандартизованы (ГОСТ 3964—59) для диаметров от
Рис. 211. Трехсторонняя дисковая фреза
Рис. 212. Трехсторонняя дисковая фреза с переменным на-
клоном зубьев
50 до 100 мм. Находят применение пазовые фрезы с затылованными
зубьями.
Двусторонние дисковые фрезы, кроме зубьев, расположенных
на цилиндрической поверхности, имеют зубья на торце.
У трехсторонних дисковых фрез (рис. 211) зубья расположены
на цилиндрической поверхности и на обоих торцах. Условия реза-
ния у торцовых зубьев менее благоприятны, чем у зубьев, располо-
230
женных на цилиндрической поверхности. Небольшая глубина ка-
навки у торца не дает возможности получить необходимые задние и
передние углы. У фрез с прямыми зубьями (по ГОСТ 3755—59)
для диаметров от 60 до 100 мм количество зубьев одинаково как на
цилиндрической части фрезы, так и на торцовой.
У фрез с переменным наклоном зубьев (рис. 212) количество
зубьев неодинаково. На цилиндрической поверхности распола-
гаются косые зубья с переменным наклоном спирали; торцовые
зубья там, где они имеют тупой угол резания, срезаются, вслед-
ствие чего их в 2 раза меньше, чем на цилиндрической поверх-
ности. Фрезы с переменным наклоном зубьев работают спокойно и
дают более точные пазы. Такие фрезы с мелким и нормальным
зубом стандартизованы по ГОСТ 9474—60 для диаметров от 63 до
125 мм.
Регулируемая фреза аналогично цилиндрическим составным
фрезам состоит из двух половинок и делается толщиной не менее
12 мм, что ограничивает ее применение. Возможность восстановления
ее ширины после переточки путем прокладок соответствующей тол-
щины, а также применение спиральных зубьев повышает стойкость
и производительность таких фрез.
Применяют дисковые фрезы с напаянными твердосплавными пла-
стинками, используемые при скоростном резании металла. Эти
фрезы выполняют диаметром от 75 до 150 мм.
В таких фрезах малая площадь прилегания пластинки к телу
фрезы не создает достаточных условий для прочной припайки.
Вследствие этого более целесообразно применять фрезы с припаян-
ными пластинками твердого сплава, имеющими опорную поверх-
ность клиновой формы по аналогии с отрезными резцами. Такое
крепление значительно увеличивает площадь припайки и создает
благоприятные условия для удержания пластинки при возникно-
вении боковых сил, действующих при резании.
Фрез ы-п илы являются разновидностью пил, рассмотрен-
ных выше в гл. «Пилы», но ввиду применения фрез-пил для работы
на фрезерных станках они введены в номенклатуру фрезерных ин-
струментов. Эти фрезы служат главным образом для обработки на
фрезерных станках прорезей в изготовляемых деталях и реже для
разрезки материала. Размеры фрез-пил отрезных (круглых) и про-
резных (шлицевых) стандартизованы по ГОСТ 2679—61.
Угловые фрезы находят применение преимущественно для
фрезерования канавок, особенно при изготовлении различных ин-
струментов. Они бывают одноугловые и двухугловые.
Одноугловые фрезы (рис. 213,а) применяют преимущественно для
фрезерования прямых канавок на фрезах и других инструментах.
Другой тип одноугловых фрез (рис. 213,6) применяют для фрезеро-
вания канавок между зубьями у дисковых фасонных фрез.
Двухугловые несимметричные фрезы (рис. 213, в) применяют
для фрезерования прямых и винтовых канавок, а двухугловые сим-
231
метричные фрезы (рис. 213, г) — для фрезерования канавок у фа
сонных фрез с прямыми и винтовыми канавками.
Концевые фрезы представляют собой группу фрез, отли-
чающихся креплением в шпинделе фрезерного станка. Крепление
фрез в шпинделе станка производят при помощи цилиндрического
или конического хвоста. Зубья на
Цилиндрической части конструируют
аналогично зубьям цилиндрических
фрез, а на торцовой части — анало-
гично зубьям на торцовой части
торцовых фрез.
Концевые фрезы подразделяют
на: 1) концевые обыкновенные с не-
Рис. 213. Угловые фрезы
равномерным окружным шагом зубьев (рис. 214) по ГОСТ 8237—
57 с цилиндрическим и коническим хвостовиками; 2) концевые, ос-
нащенные коронками и винтовыми пластинками из твердого спла-
ва, по ГОСТ 8720—58 (рис. 215, а, б); 3) концевые шпоночные
(рис. 216, а) по ГОСТ 9140—59 с цилиндрическим и коническим
хвостовиками; 4) шпоночные, оснащенные твердым сплавом, по
ГОСТ 6396—59 (рис. 216, б); 5) концевые для Т-образных пазов
(рис. 217, а); 6) концевые для сегментных шпонок (рис. 217, б, в)
по ГОСТ 6648—59.
232
Рис. 214. Концевая фреза обыкновенная
а)
Рис. 215. Концевые фрезы, оснащенные:
а — коронкой из твердого сплава и б — винтовыми пластинками из твердого
сплава
Для тяжелых работ применяют концевые обдирочные (кукуруз-
ные) фрезы по ГОСТ 4675—59. Особенности конструкции режущей
части указанных фрез изложены выше. Их изготавливают с тор-
цовыми зубьями и без них.
Сборные фрезы со вставными зубьями получили широ-
кое применение. Они требуют для изготовления меньшего количе-
ства высококачественной инструментальной стали и позволяют с
большей производительностью использовать современные твердые
Рис. 216. Концевая шпоночная фреза (а) и шпоночная фреза,
оснащенная твердым сплавом (б)
сплавы. В сборных фрезах сломавшиеся и износившиеся зубья лег-
ко заменяют новыми.
Изготовление фрез со вставными зубьями обходится дороже
цельных, но в эксплуатации они более рентабельны. Износившиеся
или сломавшиеся зубья обычно заменяют нозыми, корпус же слу-
жит продолжительное время. Сборные фреш должны быть: 1) не-
сложными, а следовательно, и более дешевыми. 2) удобными и про-
стыми,в сборке и разборке; 3) прочными и жесткими в условиях удар-
ных нагрузок при работе; 4) детали их должны быть взаимозаме-
няемыми.
Вставные зубья и ножи находят применение преимущественно
в цилиндрических, дисковых и особенно в торцовых фрезах.
Общий вид цилиндрической фрезы со вставными ножами изобра-
жен на рис. 218, а. В корпус фрезы устанавливают ножи клино-
видной формы с рифлениями на спинке ножа. Закрепляют ножи
234
a)
Конус Морзе
® L
номинального л
размера о/п 28мм\^
и выше
Рис. 217. Концевая фреза для Т-образных пазов (а) и конце-
вые фрезы для сегментных шпонок (б, в)
ffe долее 1мм
235
Рис. 218. Цилиндрическая фреза со вставными зубьями
затяжкой в клиновых пазах корпуса. Такие фрезы по стандарту
изготовляются диаметром от 60 до 150 мм и могут иметь вставные
ножи с напаянными пластинками из твердых сплавов. На рис. 218,6
представлена такая цилиндрическая фреза с винтовыми твердо-
сплавными пластинками.
Общий вид цилиндрической сборной составной фрезы представ-
лен на рис. 219. Эти фрезы обычно изготовляют диаметром от 75
до 200 мм.
236
Клиновидная форма ножей вызывает сложный технологический
процесс изготовления. В связи с этим завод «Фрезер» применяет
плоские ножи, имеющие рифление с одной стороны, а крепление но-
Рис. 219. Цилиндрическая сборная составная фреза
жей осуществляют с помощью
клиньев с углом 3°. Благодаря
такому изменению конструкции
крепления резко снижен расход
быстрорежущей стали на комплект
ножей и упрощена технология
их изготовления.
На рис. 220 изображена сбор-
ная цилиндрическая фреза со
вставными ‘регулируемыми зубья-
ми, закрепленными с помощью
«солдатиков» и гаек. На зубья на-
паяны твердосплавные пластинки.
Дисковые фрезы со вставными
ножами обычно изготовляются
трехсторонними и состоят так же,
как и цилиндрические фрезы, из
Рис. 220. Сборная цилиндриче-
ская фреза со вставными регу-
лируемыми зубьями
двух частей — корпуса и ножей. На рис. 221 представлена такая
фреза со вставными ножами из быстрорежущей стали согласно ГОСТ
1669—59; ножи к ней — согласно ГОСТ 6214—59. Для закрепления
ножей в корпусе делают пазы в виде клинообразной прорези. На
одной стороне паза, к которой прилегает нож своим рифлением,
также сделано рифление. Нож клинообразной формы при посадке
237
в паз конуса заклинивается в нем. Благодаря рифлению в корпусе
и ноже последний садится плотно и не может сдвинуться или пе-
рекоситься.
После переточки ширина такой фрезы уменьшается и для вос-
становления ее ножи передвигают на соседние рифления. В целях
Рис. 221. Дисковая трехсторонняя фреза со вставными ножами из быстро-
режущей стали
повышения долговечности фрезы, а также увеличения впадины для
стружки под зубом делается выкружка. Для того чтобы работа
такой фрезы проходила спокойно, рекомендуется применять дис-
ковые (пазовые) фрезы с шевронными зубьями. Такая конструк-
ция состоит из двух отдельных фрез с одинаковым наклоном зубьев,
но с различным направлением наклона к оси фрезы. Изготовление
’таких фрез возможно для пазов шириной не менее 20—f5 мм. Дис-
ковые (пазовые) фрезы могут иметь вставные зубья с напаянными
пластинками из твердых сплавов. Такие трехсторонние фрезы
(рис. 222) стандартизованы по ГОСТ 5348—60. Диаметры их при-
нимают в пределах от 100 до 315 мм при ширине от 12 до 40 мм.
Торцовые фрезы со вставными ножами изготовляют двух типов:
насадные и концевые с коническим хвостом.
Торцовые насадные фрезы со вставными ножами из быстроре-
жущей стали (рис. 223) стандартизованы по ГОСТ 1092—57, ножи
к ним — по ГОСТ 6214—59. Эти фрезы изготавливают диаметром
от 80 до 250 мм. Крепление ножей аналогично описанному выше.
Торцовая насадная фреза со вставными ножами, оснащенными
твердым сплавом по ГОСТ 8529—57, изображена на рис. 224. Раз-
меры ножей к ней приведены в том же ГОСТе.
238
Рис. 222. Дисковая трехсторонняя фреза со вставными ножами, оснащен-
ными твердым сплавом
Рис. 223. Торцовая насадная фреза со вставными ножами из быстрорежущей
стали
239
Рис. 224. Торцовая насадная фреза со вставными ножами, оснащенными
твердым сплавом
Мелкозубый тип такой фрезы стандартизован по ГОСТ 9473—60.
Торцовые концевые фрезы с коническим хвостом (рис. 225) вы-
полняют диаметром от 35 до 60 мм.
Торцовые фрезы со вставными зубьями затачивают по периферии
и по торцу, так как работа резания производится зубьями на ци-
линдрической поверхности фрезы, а торцовые зубья зачищают обра-
батываемую поверхность.
На рис. 226 изображена торцовая концевая фреза, оснащенная
твердосплавными пластинками. Такая фреза диаметром 75 мм имеет
зубья, закрепленные с помощью цилиндрического клина. Ее при-
меняют для скоростного резания металлов.
Работа фрезами, оснащенными твердым сплавом, требует боль-
ших мощностей, что не всегда возможно при наличном парке фре-
зерных станков, поэтому часто применяют так называемые одно-
зубые и двузубые фрезы вместо обычных многозубых, чем и
достигают уменьшения расходуемой мощности. Такиефрезы изготов-
ляют цельными с непосредственно припаянными пластинками из
твердых сплавов или со вставными зубьями, оснащенными теми же
пластинками. При работе этих фрез возможно появление вибраций
в результате ударов при входе и выходе зуба. Для уменьшения
вибраций оправку фрезы снабжают маховиком, который необхо-
240
димо устанавливать возможно ближе к фрезе. Часто маховик уста-
навливают на хвостовике фрезы.
Для получения более чистой поверхности рекомендуется снаб-
жать торцовые фрезы одним или двумя зачистными зубьями. В
этой конструкции фрез для окончательной отделки поверхности
Рис. 226. Торцовая фреза, оснащенная твердосплавными пластинками
используют торцовое лезвие зачистных зубьев, которое выполняется
с углом ф1=0° на длине 10=(4—6) s0, где s0 — подача на один обо-
рот фрезы, мм (рис. 227). Изготовление таких зубьев особой труд-
ности не представляет.
При снятии больших припусков за один проход в целях облег-
чения процесса фрезерования целесообразно разделение широкой
стружки на несколько менее широких стружек. Принцип такого
ступенчатого фрезерования заключается в дроблении заданного
припуска на ступени по ширине и глубине и в снятии каждой сту-
241
пенью резца тонкой стружки
определенной ширины, а всем
резцом — всего заданного при-
пуска (рис. 228). Такая фреза
может быть установлена на
вертикальный и на горизонталь-
ный шпиндель станка.
Зачистной зуб ^ачистноу 3yS
Рис. 227. Зачистные зубья
Трехступенчатая Двухступенчатая
Рис. 229. Ступенчатые фрезы:
/, 2, 3 — зубья
Рис. 228. Принцип ступенчатого
фрезерования
Схема работы трех
ступенчатой фрезы
д)
Ступенчатая заточка каждого зуба (рис. 228, а) отличается от
заточки зуба у нормальной торцовой фрезы с углом <р =90° (рис.
228, б). Каждый зуб ступенчатой фрезы разделен на несколько
ступеней, выступающих по отношению друг к другу на некоторую
величину. Если у торцовой фрезы с углом <р =90° активная длина
режущего лезвия равна /, то в ступенчатых фрезах она будет иметь
величину L, увеличенную в К=ураз. Коэффициент К характе-
ризует величину повышения производительности такой фрезы.
В ступенчатой фрезе при незначительной величине а подача s
может быть допущена во много раз больше, чем у нормальной.
242
Количество ступеней каждого резца фрезы зависит от назначе-
ния фрезы и заданного припуска. У фрезы для черновой обработки
число ступеней в среднем равно десяти, а для чистовой обработки —
пяти. Диаметр фрезы связан с принятой длиной резцов. В среднем
он колеблется от 375 до 600 3
мм. Количество резцов при-
нимают от 20 до 30 и увязы-
вают с числом оборотов фре-
зы и подачей.
Рис. 231. Торцово-коническая фреза:
1 — конус; 2 — диск; 3 — удлиненный
нож; 4 — укороченный нож; 5 — цилинд-
рическая направляющая часть оправки
Рис. 230. Схема работы торцово-
конической фрезы
Ступенчатые фрезы высокопроизводительны, но их заточка
сложна, так как, кроме заточки каждой ступени по торцу с/, тре-
буется еще заточка по образующим cd (рис. 228, а).
Следующей конструкцией торцовых фрез со вставными зубьями
являются двух- и трехступенчатые фрезы, применение которых
повышает производительность фрезерования. На рис. 229 слева
дан общий вид таких фрез, а справа — схема их работы. Отличи-
тельной чертой этих фрез является наличие ступенчатой заточки не
только по лезвиям, расположенным по торцу, но и по цилиндри-
ческой поверхности. Остальные элементы геометрии фрезы такие
же, как и в нормальных фрезах.
Дальнейшим улучшением конструкции торцовых фрез является
торцово-коническая фреза, предложенная заводом ЗИЛ и МВТУ
им. Баумана (рис. 230), у которой увеличения активной длины ре-
жущих лезвий достигают путем расположения главного режущего
лезвия под углом ф =10—30°. У этой фрезы коэффициент
К = — = —5—.
I sin ср
При малых углах <р коэффициент К достигает довольно значитель-
ной величины, большей, чем при ступенчатых фрезах. На таком
принципе разработана конструкция торцово-конической фрезы ди-
аметром 250 мм (рис. 231). Для достижения более или менее по-
стоянного шага зубьев предусмотрены два типа ножей — удлинен-
ный и укороченный, расположенные в корпусе фрезы поочередно.
Таким образом, на окружности радиуса г, вдвое меньше зубьев,
чем на окружности радиуса г2, и, следовательно, подача sz на зуб
в два раза больше.
243
Торцово - конические фрезы
отличаются простотой заточки и
широко распространены в про-
изводстве, так как в зависимо-
сти от условий работы можно
брать любой коэффициент по-
вышения активной длины ре-
жущих лезвий, изменяя только
главный угол в плане <р.
Применяют фрезы со встав-
ными дисковыми поворачиваю-
щимися резцами, обеспечиваю-
щими длительность работы фре-
зы за счет возможности их по-
ворота и ввода в работу новых
режущих кромок. На рис. 232
изображены такие фрезы: а —
насадная и б — концевая.
На рис. 233 показана тор-
цовая фреза конструкции
Рис. 232. Фрезы со вставными дис-
ковыми резцами
Рис. 233. Торцовая фреза с быстросменными взаимозаменяемыми ножами
244
ВНИИ с быстросменными взаимозаменяемыми ножами, оснащен-
ными твердосплавными цилиндрическими пластинками.
В корпусе 1 фрезы жестко закреплены подкладки 6 и сво-
бодно вставлены обоймы 4, представляющие собой совместно с
твердосплавными цилиндрическими пластинками 7 ножи фрезы. Для
предотвращения радиального смещения в конусе каждой подкладки
сделан паз, в который входит своим буртиком кольцо 5. Ножи 4
крепятся в корпусе с помощью сил резания, а предварительное ба-
зирование производится пружинящими лепестками кольца 3, ко-
торые, опираясь на скосы ножей, поджимают их к базовым поверх-
ностям— плоскости подкладки и дну паза, расположенного на
цилиндрической части, а также к торцу опорного кольца 2, жестко
связанного с корпусом. Крепление пластинки силами резания поз-
воляет ей при каждом врезании в обрабатываемый материал систе-
матически поворачиваться на некоторый угол, что дает возмож-
ность за время работы использовать весь периметр режущей
кромки.
В разработанной ВНИИ конструкции торцовой фрезы с вра-
щающимися чашками последние во время работы постоянно вра-
щаются за счет соответствующего наклона и под действием схо-
дящей стружки, чем и удлиняют срок своей работы до пере-
точки.
ФРЕЗЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
К ним относятся все фрезы, применяемые для обработки опре-
деленных фасонных контуров на деталях. Фрезы для обработки
фасонных поверхностей можно разделить на шесть типов: 1) по-
лукруглые; 2) для сложных очертаний; 3) для канавок спиральных
сверл; 4) для насадных зенкеров; 5) для канавок разверток; 6) для
канавок метчиков.
Полукруглые фрезы бывают выпуклые (рис. 234, а) и вогнутые
(рис. 234, б). Размеры их стандартизованы по ГОСТ 9305-^59. Эти
фрезы применяют для фрезерования полукруглых канавок и вы-
ступов с радиусами от 1,5 до 16 мм. Для облегчения условий реза-
ния профиль выполняется по окружности только на углах, рав-
ных 90° в обе стороны от осевой линии (рис. 234, а и б).
В зависимости от заданного профиля режущая часть фасонных
фрез может иметь более сложные очертания.
Фрезы для канавок спиральных сверл имеют специальные очер-
тания режущих частей, обеспечивающие получение нужного про-
филя канавки сверла. Они могут быть острозаточенными (рис. 235,а)
или затылованными , (рис. 235, б). Острозаточенные фрезы
дают более правильную и гладкую канавку. Зубья их затачивают
на специальном станке, который с помощью копира обеспечивает
получение требуемого профиля фрезы.
245
Фреза, изображенная на рис. 236, а, позволяет придать нужное
оформление режущим элементам четырехзубых насадных зенкеров.
Для фрезерования канавок разверток с крупным зубом (при
диаметре развертки свыше 25 мм) часто применяют специальные
фасонные фрезы (рис. 236, б).
Режущую часть фрез для
Рис. 234. Полукруглые фрезы
канавок метчиков оформляют
различно. Здесь находят приме-
нение формы от полукруглой до
криволинейной, составленной из
кривых различных очертаний.
Хорошей является форма ре-
жущей части, составленная из
двух кривых (рис. 236, в).
На рис. 237 приведена раз-
работанная ВНИИ конструк-
ция специальной фасонной фре-
зы для обработки профиля же-
лезнодорожных колес (без выка-
тывания их из-под локомотива),
снабженной круглыми твердо-
сплавными режущими пластин-
ками. Фреза состоит из корпу-
са 1 со вставными ножами 2. По
периферии фасонной поверхнос-
ти ножа, имеющей профиль
обрабатываемого бандажа, в ци-
линдрических гнездах смонти-
рованы твердосплавные цилин-
Рис. 235. Фрезы для канавок спиральных сверл
дрические вставки 3. Ножи крепят в корпусе с помощью клина 4
и зажимного винта 5. Поворачивая твердосплавные вставки по ме-
ре их износа вокруг оси, можно полностью использовать круговую
режущую кромку. За период работы их удается поворачивать во-
246
круг оси до 10 раз и, кроме того, использовать с обоих торцов. Таким
образом, каждая пластинка без переточки работает в 20 положе-
ниях. Такая фреза обеспечивает работу без вибраций и дает хоро-
шее дробление стружки. Благодаря применению такой фрезы уда-
Рис. 236. Фрезы для канавок четырехзубых насадных зенкеров (а), для
канавок разверток (б) и для канавок метчиков (в)
Рис. 237. Фреза для обработки профиля железнодорожных колес
лось сократить машинное время в 2,5—3 раза по сравнению с су-
ществующими методами обработки колесных пар без выкатывания
их из-под вагонов локомотивов.
247
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И РАСЧЕТ ФРЕЗ
С ОСТРОКОНЕЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ
Основными конструктивными элементами фрез с остроконечны-
ми зубьями являются диаметр фрезы, число зубьев и их шаг, форма
зуба, его высота, радиус закругления у основания зуба и геометри-
ческие параметры режущих элементов фрез.
Диаметр фрезы. Диаметр фрезы является важным кон-
структивным элементом. Он влияет на образующуюся при резании
стружку. Чем больше диаметр осевых фрез, тем больше длина дуги
резания и меньше средняя толщина срезаемого слоя. Наоборот, в
торцовых фрезах при увеличении диаметра длина дуги резания
уменьшается, а средняя толщина сре-
заемого слоя увеличивается. Чем боль-
ше диаметр фрезы, тем больше ее стой-
кость. Если другие факторы режима ре-
зания остаются теми же, виброустойчи-
вость снижается. Величины диаметра
фрезы связаны с величиной диаметра
оправки. Практика устанавливает, что
диаметр фрезы D=(2,24-2,3) d, или в
среднем D=2,25 d, где d — диаметр оп-
равки. Таким образом, задача нахож-
дения диаметра фрезы D сводится к
определению величины диаметра оп-
равки d. Эту величину можно опре-
делить двумя путями: 1) расчетом на прочность под действием из-
гибающего и крутящего моментов и 2) по максимально допусти-
мому прогибу оправки.
Обычно расчет производят на прочность. На рис. 238 показана
фреза в момент резания зубом в точке А. При этом возникают два
усилия: усилие резания Р, создающее крутящий момент, и усилие
N, вызывающее изгиб оправки фрезы. Перенесем точку приложе-
ния усилия N в центр О фрезы и приложим в центре О две равные и
противоположные силы Р. На рис. 238 силы Р образуют пару сил,
характеризующуюся моментом
Л4кр= Р — кГ *мм(Н’М).
Складывая силы N и Р, приложенные к точке О по правилу
параллелограмма сил, получаем их равнодействующую
Р = V № + Ра.
Сила Р будет вызывать изгиб оправки, а пара сил РР — ее скру-
чивание. Следовательно, оправка подвергается одновременно скру-
248
чиванию и изгибу. Изгиб оправки будет определяться жестким
креплением одного конца ее в гнезде шпинделя, а другого — сво-
бодным положением в опорном подшипнике хобота. Изгибающий
момент М зависит от длины I оправки и усилия и определяется
з
по формуле Мизг=кГ‘мм(н- м) (формула для цилиндрических
фрез; для торцовой и концевой фрезы М=Rl). Тогда суммарный
момент
«с= V + м!„ =
Так как для круглого сечения оправки момент сопротивления
№=0,1 d3, то можно написать
Мс= 0,Ызо„,
где ои—допускаемое напряжение на изгиб материала оправки.
Из этой формулы получаем
d
Таким образом, для определения диаметра оправки необходимо
знать допускаемое напряжение на изгиб материала оправки ои
и момент Мс, зависящий в свою очередь от усилий резания Р и N,
длины I оправки и диаметра D фрезы.
Нужно стремиться работать с возможно меньшим диаметром
фрезы и возможно большим диаметром оправки. Больший диаметр
оправки увеличивает ее жесткость, что способствует безвибрацион-
ной работе фрезы и получению чистой поверхности обработки.
Практически можно рекомендовать следующие диаметры D ци-
линдрических фрез в зависимости от диаметров оправок:
Диаметр оправки d, мм . . . .
« цельной фрезы D, мм
« сборной « D, мм
16 22 27 32 40 40 50 60
40 50 60 75 90 ПО 130 150
— 60 75 90 ПО ПО 130 159
Указанные диаметры D фрез приведены в имеющихся стандар-
тах. В настоящее время размерный ряд диаметров заменяется
другим, составленным по геометрической прогрессии со знамена-
телем <р, равным знаменателю ряда чисел оборотов станка. В ка-
честве основного знаменателя принимается <р = 1,26.
При выборе диаметра торцовых фрез исходят из ширины фре-
зеруемой поверхности В: для торцовых фрез с ножами из быстро-
249
режущей стали диаметр фрезы D определяется по формуле
D = 1,1В;
для твердосплавных фрез выгоднее брать
D= 1,2В 4- 1,3В.
Число зубьев и их шаг. Число зубьев у различ-
ных фрез зависит от характера их работы и режима резания. Об-
работка практических данных показывает, что для условий свобод-
ного размещения стружки в пространстве между зубьями при об-
работке сталей можно установить следующие зависимости: для
цилиндрических, концевых, дисковых и фасонных фрез
г_... 0-2 О
4 — .0,5 0,5 ’
‘макс гмакс
для торцовых фрез с высокой угловой кромкой
„ 0.6D
2 .0.5 0,5 ’
макс гмакс
Де /Макс—наибольшая глубина резания, мм;
5гмакс— наибольшая подача на один зуб, мм.
Практически число зубьев не зависит от качества обрабатывае-
мого материала. При обработке чугуна пространство между зубья-
ми не лимитируется объемом образующейся стружки, следовательно,
число зубьев в этом случае может быть увеличено в пределах до
50%.
Для цилиндрических фрез число зубьев приближенно можно
принимать по формуле
где D — диаметр фрезы, мм;
т — коэффициент, принимаемый в зависимости от условий
работы и требуемой конструкции фрезы.
Значения коэффициента т приведены в табл. 48.
Таблица 48
Фрезы <о, град т
Цельные с крупным зубом . . . » с мелким » ... Сборные с крупным » ... То же <30 15-20 20 45 1,00 2 0.9 0,8
250
Обычно число зубьев для различных типов фрез подбирают по
таблицам, составленным на основании приведенных выше зависи-
мостей, причем учитывается следующее:
а) фрезы с мелкими зубьями применяют при обработке хрупких
металлов (чугун, бронза и др.) и деталей с небольшими припусками;
б) фрезы с крупными зубьями применяют при обработке стали
(пластичных металлов) и деталей со значительными припусками.
Для торцовых и дисковых твердосплавных фрез число зубьев
можно выбирать по следующим практическим формулам: для об-
работки стали
z = 0,04 D при D < 200 мм\
z = 0,4 D + 2 при D > 200 мм;
для обработки чугуна
z = 0,102),
где D — диаметр фрезы, мм.
Определив число зубьев фрезы z, легко найти шаг фрезы /,
который равен длине окружности фрезы, деленной на число зубьев,
т. е.
__ кР
2
Величина шага должна быть такой, чтобы было обеспечено со-
ответствующее размещение стружки во впадинах зубьев.
Форма зуба фрезы. При выборе формы зуба необхо-
димо учитывать, что зуб должен иметь надлежащую прочность и
впадина перед ним должна обеспечивать свободное размещение
срезаемой стружки.
Самая простая форма зуба показана на рис. 239, а. Передняя
поверхность зуба направлена к центру фрезы. Отсутствие перед-
него угла (у =0°) утяжеляет сход стружки по передней поверх-
ности и увеличивает расход энергии на фрезерование.
251
ловия резания и является
Рис. 240. Оформление затыл-
ка зуба фрезы по кривой
Форма зуба, изображенная на рис. 239, б, обеспечивает боль-
шую производительность резания как вследствие большей проч-
ности зуба, способствующей снятию стружки большего сечения,
так и наличия переднего угла у, улучшающего условия резания.
Отличительная особенность этого зуба состоит в том, что он, кроме
обычной затылочной поверхности, имеет позади нее дополнительную
затылочную поверхность под углом а '=20—30°. Это увеличивает
шаг зуба и, следовательно, уменьшает число зубьев фрезы.
В третьей форме зуба (рис. 239, в) ломаная линия затылка
зуба второго типа заменена кривой большого радиуса. Этот зуб так-
же обеспечивает высокую производительность фрезы, улучшает ус-
более прочным.
Если определять форму зуба мате-
матически, как балку равного сопро-
тивления, то оформление его заты-
лочной поверхности необходимо де-
лать по кривой, близкой к параболе.
Действительно, если рассматривать
зуб с радиальной режущей поверх-
ностью, находящейся под действием
касательной силы (рис. 240), то,
принимая Оу за переднюю режущую
поверхность, а кривую О А — за за-
тылок зуба, можно установить, что
кривая ОА должна быть парабо-
лой.
Для каждой точки кривой ОА (например, точки х, у) изгибаю-
щий момент
М = Ру.
С другой стороны,
М = яч,
где W — момент сопротивления, лги3,
о и — допускаемое напряжение на изгиб, кПмм* (н/м*).
Для прямоугольного сечения зуба
W = Ьх* ;
тогда можно написать
Принимая
получим
т. е. уравнение параболы.
252
Таким образом, правильная форма затылка зуба при простом
касательном напряжении будет параболической. Практически си-
ла Р обычно направлена под некоторым углом к оси 0у. Кроме того,
усилие Р распределяется на небольшой площади передней поверх-
ности зуба. Это несколько изменяет форму затылка, но она все же
остается близкой к указанной параболе.
Таким образом, третья форма зуба ближе всего подходит к тео-
ретически наиболее целесообразной форме, но ее труднее изго-
товить. Наличие переднего угла у у двух последних типов фрез
повышает производительность фрезерования по сравнению с теми
же фрезами, не имеющими переднего угла.
Высота зуба фрезы. Чем выше зуб, тем долговечнее
фреза, так как увеличивается число возможных переточек, но в то
же время изменяется прочность зубьев, так как растет изгибающий
момент, действующий на зуб. Сопоставление этих условий и обес-
печивает соответствующий выбор высоты зуба.
Отношение высоты зуба h к торцовому шагу /т может являться
критерием целесообразной величины h:
h __ hz_____1_ hz
kD « ’ D ’
где D — диаметр фрезы, az — число зубьев.
Пусть = К, тогда К . Величину К назовем коэффи-
* т D
циентом высоты зуба, тогда h—K . Величину коэффициента
К для цельных фрез можно взять из табл. 49.
Таблица 49
ЗНАЧЕНИЯ К ДЛЯ ЦЕЛЬНЫХ ФРЕЗ
Типы фрез К
Концевые 0,9-1,2
Торцовые и цилиндрические с крупными зубьями . . . 1,2—1,5
Цилиндрические с мелкими зубьями Дисковые двусторонние с наклонными зубьями и трех- 0,8—0,9
сторонние с разнонаправленными зубьями Торцовые, цилиндрические и дисковые для обработки 1,4—1,8
легких сплавов 0,7—0,9
Радиус закругления у основания зуба.
На рис. 241 показаны два зуба фрезы, каждый из них снимает
стружку запятообразного сечения, показанную штрихом. Ее
длина — /стр, а средняя толщина среза — аср. Тогда ее площадь
^СТр ^ср ^СТр
253
Для размещения этой стружки впадина зуба должна иметь оп-
ределенное округление радиуса г и площадь FBn=nr2. Если обозна-
чим коэффициент размещения стружки через Лс, то
Р вп zz
/7 с /
* стр 1
откуда
f 1 / s*^c~
Величина коэффициента Кс обычно принимается равной 3—4.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ФРЕЗ
Основными параметрами являются передний у и задний а
углы зуба, а также углы в плане: главный <р и вспомогательный
Фр Также имеют значение величины углов наклона ш винтовых
зубьев и % косых зубьев у соответствующих конструкций фрез. Все
эти углы оказывают влияние на технологические условия обработки.
Таблица 50
ЗАВИСИМОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕДНЕГО УГЛА т ОТ
ОБРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА ___________
Обрабатываемый материал 7, град
Сталь ав < 60 кГ/мм2 (<589М«/л<2) . . ав =604-100 кГ/мм2 (589—98\Мн/м2) ов > 100 кГ/мм2 (>981 Мн/м2) . . Чугун НВ < 150 . . НВ > 150 20 15 10 15 10
254
Для цилиндрических, торцовых, концевых, дисковых, шпоноч-
ных фрез величину переднего угла у в сечении, перпендикулярном
к главной режущей кромке фрезы, рекомендуется принимать по
табл. 50.
При возможности определения коэффициента усадки обрабаты-
ваемых конструкционных сталей величину переднего угла у реко-
мендуется принимать:
Коэффициент усадки 7, град
<0,45 20
0,45—0,55 15
>0,55 10
Коэффициент усадки стружки определяется при строгании без
охлаждения резцом с передним углом у = 10°, задним углом а =
=8° и углом наклона режущей кромки Х=0®. Длина строгания
/=100 мм; толщина снимаемого слоя—0,5 мм, ширина строгания
6=4 мм. Коэффициент усадки
IZ _ А) __ ^0
А°“ I ~ 100’
где /0 — длина снятой стружки.
Для фрез, выпускаемых инструментальными заводами и пред-
назначенных для обработки различных материалов, величину
переднего угла у устанавливают согласно табл. 51.
В табл. 50 и 51 приводятся величины углов для обработки ста-
лей со снятой коркой; при наличии корки ввиду уменьшения
пластичности материала величину угла у следует снижать на 5°.
СРЕДНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕДНИХ УГЛОВ
Таблица 51
Фрезы
7, град
Цилиндрические, торцовые, концевые, дисковые двусторон-
ние и трехсторонние, шпоночные............................
В конструкциях фрез с пластинками из твердых сплавов при
обработке высокопрочных и закаленных сталей применяют по ана-
логии с резцами отрицательный передний угол вплоть до у = 10®.
Величину заднего угла а для основной затылочной поверхности
зуба фрезы можно принимать согласно табл. 52.
Дисковые, пазовые, шлицевые, фрезы-пилы и Т-образные пазо-
вые фрезы следует затачивать, не оставляя круглошлифованной
ленточки. При заточке фрез других типов можно оставлять круг-
лошлифованную ленточку /: для фрез диаметром до 30 мм — не
более 0,05 мм, диаметром свыше 30 мм — не более 0,02 мм.
255
Кроме основных углову и а, определяющих геометрию режущих
элементов фрезы, для отдельных типов фрез необходимо обеспе-
чить определенные величины углов в плане <р и <р х. Как известно,
главный угол в плане <р предназначается для изменения соот-
ношения между шириной и толщиной стружки, а вспомогательный
угол в плане ф! — для создания условий беспрепятственного пере-
мещения торцовой кромки в процессе резания.
Таблица 32
ВЕЛИЧИНА ЗАДНИХ УГЛОВ а________________
Фрезы а, град
Цилиндрические и торцовые: с мелкими зубьями с крупными зубьями или вставными ножами Дисковые дву-и трехсторонние: с прямыми мелкими зубьями с прямыми крупными зубьями или вставными ножами . . . с наклонными мелкими зубьями с наклонными крупными зубьями или наклонными вставными ножами ’ Концевые и угловые с цилиндрическим или коническим хвос- товиком: диаметром до 10 мм » » 10—20 мм свыше 20 мм Дисковые пазовые незатылованные .Шлицевые (прорезные) Пилы круглые (отрезные фрезы) Т-образные (для станочных пазов, сегментных шпонок): диаметром до 25 мм » свыше ?5 мм Угловые насадные Фасонные: незатылованные с мелкими зубьями затылованные и незатылованные с крупными зубьями . . . 16 12 20 16 16 12 25 20 16 20 30 20 25 20 16 16 12
Торцовые фрезы, работающие на проход, изготовляют с угловы-
ми режущими лезвиями (рис. 242, а), причем для обычных фрез
можно применять высокую угловую кромку с А=3 мм и угол в
плане <р=60°4
Для увеличения стойкости фрезы следует на стыке главной и
вспомогательной режущих кромок делать переходную кромку с
углом в плане <р0=-%'> ширина переходной кромки f0 принимается
в пределах от 0,5 до 2 мм. Угол в плане переходной кромки <р0 у
концевых фрез принимается равным 45° (рис. 242, б). Такой же
величины угол <р0 принимается и для дисковых фрез (рис. 242, в).
Длина переходной кромки f0 =0,54-1,5 мм.
Величина вспомогательного угла в плане <р t для разных типов
фрез, изображенных на рис. 242, а, б ив, принимается по табл. 53.
256
После выбора углов у, а, <р и <рх необходимо определить кон-
струкцию зуба в продольном направлении фрезы. Здесь встречаются
следующие конструкции зубьев: прямые’ зубья, расположенные
вдоль оси фрезы, винтовые левые зубья, расположенные по левой
винтовой линии на поверхности фрезы, и винтовые правые зубья,
расположенные по правой винтовой линйи на поверхности фрезы.
Прямой зуб — Самый простой в отношении изготовления, но в
то же время и менее совершенный, чем винтовой.
Таблица 53
ВЕЛИЧИНЫ УГЛОВ У1 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТИПОВ ФРЕЗ И ИХ Р/аЗМЕРОВ
Тип фрезы Диаметр фрезы £>, мм Ширина фрезы В, мм ?х, град
Шлицевые 40 <0,6 15'
0,6-1,0 30'
60 до 0,8 15'
0,8—1,0 30'
75 1,0-2,0 1°
2,0-3,0 1°30'
3,0—5,0 30'
Фрезы-пилы 75—100 1,5—2,0 15'
2,0—3,5 30'
110—200 2,0-3,5 15'
3,5-5,0 30'
Концевые и торцовые 1—2°
Шпоночные 4—6°
Дисковые двух-и трехсторонние .... 1—2°
Дисковые и Т-образные 1°30'—2°
Концевые и торцовые без торцового зуба 8—10°
При прямом зубе фреза работает неравномерно, так как вход
и выход каждого зуба происходят сразу по всей его длине. Нагруз-
ка на фрезу изменяется, в особенности в моменты выхода отдельных
зубьев из работы. Поэтому фреза работает толчками. Если зубья
фрезы расположены по винтовой линии, они входят в деталь и вы-
ходят из нее постепенно, а значит колебания усилий резания будут
выравниваться.
Оформление режущих углов фрез с винтовыми зубьями аналогич-
но оформлению углов во фрезах с прямо расположенными (вдоль
оси) зубьями. При этом нужно лишь учитывать, что истинные’ве-
личины углов необходимо определять в сечении, нормальном к
винтовому направлению зубьев. Это приводит к тому, что вместо
переднего угла у приходится брать истинный угол ун нормально к
режущему зубу.
На рис. 243 изображена фреза с углами а и у в торцовой плос-
кости, т. е. в плоскости, нормальной к оси фрезы. Прямая АВ
9 Металлорежущие инструменты
257
показывает направление развернутой режущей кромки, параллель-
ная ей линия CD — след дна канавки; NN — след плоскости,
перпендикулярной к направлению режущей кромки АВ.
В С
Рис. 242. Оформление углового режущего лез-
вия фрезы (а), переходной кромки (б), вспомо-
гательного угла в плане 94 (в)
Рис. 243. Углы в тор-
цовой плоскости
Отложим на прямых АВ и AM отрезки AL и ALV равные вы-
соте зуба фрезы h. Тогда
^T = tgT и ^=tgTH.
Так как
AL = Л£,,
то
tg Yu _ APi
tg 7 HD
258
Но из прямоугольного треугольника ADJ)
ADi
AD
COSCO,
следовательно,
tg Th = tg Y COS 0),
где co — угол наклона винтовой канавки (или зуба).
На рис. 244 приведены фрезы с двумя типами винтовых зубьев —
правым (а) и левым (б)—при показанном направлении вращения фре-
зы. Усилие в процессе резания Q, нормальное к винтовому зубу, при
угле его наклона к оси фрезы, равном со, можно разложить на два
усилия: Р — нормальное к
оси фрезы и R — действую-
щее в направлении оси фре-
зы. При первом положении
винтовой линии и направле-
нии вращения фрезы осевое
усилие будет вытягивать фре-
Рис. 245. Условия равно-
мерного фрезерования
3)
Рис. 244. Направление усилий на фре-
зы с винтовыми зубьями
зу из шпинделя станка, во втором же положении, напротив, —
вдавливать в шпиндель. Угол наклонам винтовой канавки обычно
берут с учетом обеспечения, с одной стороны, более равномерной
работы фрезы, с другой — возможно меньшего осевого усилия.
Для уничтожения осевого усилия R во фрезах с винтовыми зубья-
ми соединяют вместе две фрезы с различными направлениями вин-
товых зубьев так, чтофы осевые усилия взаимно уравновешивались.
Для создания условий равномерного фрезерования необходимо,
чтобы суммарное сечение стружки и усилие резания, действующее
на фрезу, оставались постоянными в течение процесса фрезерова-
ния. Это постоянство сечения стружки и усилия резания может
быть достигнуто только при работе цилиндрических фрез с винто-
выми зубьями, если ширина фрезерования будет кратна осевому
шагу (рис. 245), т. е.
9е
259
где В — ширина фрезерования;
К—коэффициент кратности;
t0 — осевой шаг фрезы.
Таким образом, если ширина фрезеруемой поверхности кратна
осевому шагу в целое число раз, суммарное сечение стружки в про-
цессе фрезерования будет оставаться постоянным, и работа в этом
случае будет равномерной.
Учитывая, что
t0 = t0K ctg й) = — ctg CO,
где /ок—шаг фрезы по окружности, условие равномерного фрезе-
рования можно выразить формулой
в - к с^ш-
Таким образом, для обеспечения равномерного фрезерования в
каждом случае в зависимости от ширины фрезерования нужно
подбирать фрезу, имеющую определенный диаметр, число зубьев и
угол наклона винтовой линии.
Рис. 246. Расположение вставных зубьев в корпусе торцо-
вой фрезы
Угол наклона винтового зуба для фрез выбирают по табл. 54.
Таблица 54
ЗНАЧЕНИЕ УГЛА НАКЛОНА со ВИНТОВОГО ЗУБА ФРЕЗЫ
ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ФРЕЗ
Фрезы 1 со, град
Цилиндрические » сдвоенные : Концевые Шпоночные Дисковые двусторонние » трехсторонние » трехсторонние сдвоенные . . . Торцовые цельные » со вставными ножами и высокой угловой кромкой 30 55 30 15 10 10 15 15 10
Вставные зубья торцовых фрез могут иметь различное располо-
жение в корпусе фрезы, а именно: зубья расположены по направле-
260
нию образующей цилиндра корпуса (рис. 246, а); зубья располо-
жены по направлению образующей конуса (рис. 246, б); зубья рас-
положены в торцовой плоскости (рис. 246, в). Лучшим из них яв-
ляется расположение зубьев по образующей цилиндра или конуса
(рис. 246, а и б). Расположение зубьев, изображенное на рис.
246, в, имеет ограниченное применение, хотя такое расположение
зубьев позволяет производить регулирование диаметра фрезы.
Расположение вставных зубьев торцовых фрез в осевой и радиаль-
ной плоскостях тоже может быть различным. Зубья, расположен-
ные в осевой плоскости (рис. 247,а), упрощают изготовление фрезы
и применяются как для фрез с зубьями из быстрорежущей стали,
так и для твердосплавных фрез; расположение зубьев по рис. 247,6
применяют в твердосплавных фрезах, а расположение по рис. 247,в —
во фрезах с быстрорежущими зубьями.
При расположении вставных
зубьев в радиальной плоскости
возможны те же три положения,
как изображено на рис. 248,а —
для твердосплавных фрез;
б — для быстрорежущих, а при
подточке передней поверхности
и для твердосплавных фрез;
в — для быстрорежущих фрез,
а также при условии специ-
альной подточки передней
Рис. 248. Расположение вставных зубьев в
радиальной плоскости торцовой фрезы
поверхности зуба и для твердосплавных фрез. Специаль-
ную подточку передней поверхности осуществляют путем образо-
вания на ней фаски шириной 3—5 мм под необходимым отрицатель-
ным передним углом.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И РАСЧЕТ ФРЕЗ
С ЗАТЫЛОВАННЫМИ ЗУБЬЯМИ
У фрез с затылованными зубьями затылки у зубьев делают по
кривой (рис. 249). У таких фрез для обеспечения точности профиля
детали передний угол .у должен быть равен 0°.
261
По ГОСТ 9305—59 для получения круглых фасонных фрез в
целях облегчения процесса резания принимают угол у = 10®, что
приводит к небольшому искажению профиля обрабатываемой де-
тали. Такое искажение допустимо при изготовлении профилей не-
высокой точности. Для получения точного профиля при у >0°
необходимо производить корректирование профиля фасонной фрезы
с затылованными зубьями.
Н а рис. 250 изображен зуб фасонной фрезы, у которого перед-
ний угол у>0°. Пусть Яф—высота профиля зуба фрезы, Нл —
высота профиля, получающегося на детали. Как видно из рисунка,
Яф = Нл — Мг.
Рис. 249. Затылованные зубья Рис. 250. Оформление затылованных
фрезы зубьев
Величину А/г можно определить из соотношения
Д/i ф Т “ W '
где ^ = ^.
Отсюда А , /12 , АЛ ш= "зву у®
Тогда
— Нц -ggQO Ф •
Угол ф определяется из косоугольного треугольника D0A.
В нем DO = R, а АО = R —Нц. Из дПОЛ можно написать
Я-Нл______R
sin? sin(180°—(f -ф- ф)] ’
откуда
, R sin т
262
Таким образом, Нл определяется через Нф, h, z, R и у.
Такой расчет профиля зуба фрезы применяется для фрез, фа-
сонный профиль которых ограничен прямыми линиями.
Задний угол а фрез с затылованными зубьями (см. рис. 249)
образуется касательной к направлению резания и касательной к
кривой, образующей заднюю поверхность зуба фрезы. Величину
заднего угла а, отнесенного к крайней точке зуба фрезы, обыч-
но берут в пределах 10—15°. Зная этот угол, можно подсчи-
тать падение затылка зуба фрезы Л, позволяющее получить вели-
чину хода затыловочного резца. При подсчете пользуются формулой,
связывающей угол а и величину падения затылка. Если представить
отдельно кривую, соответствующую величине шага Л прямую h и
кривую затылка зуба, то получим криволинейный треугольник
Рис. 251. Спрямление сторон &DNP для опреде-
ления величины падения затылка
DNP (рис. 251, а). При спрямлении сторон этого треугольника
получится прямоугольный треугольник DNP (рис. 251, б), в кото-
ром стороны DN=t и NP—h, a NDP=a при прямом угле DNP,
так как PN_[_ND (но лишь при условии, что кривая DP улеглась
при развертывании на прямой DP). Тогда можно написать, что
h = t tg а.
Принимая
где D — диаметр фрезы, az — число ее зубьев,
получим
Отсюда для каждого диаметра фрезы D и каждого числа зубьев
z можно определить величину h падения затылков зубьев фрезы.
В приведенной формуле величина h является точной лишь для од-
ной кривой DP (рис. 251, а), длина которой действительно равна
прямой DP (рис. 251, б), для всех же других кривых формула будет
приближенной. Из большого числа кривых, которые можно про-
вести между точками D и Р и которые оформляют затылок зуба фре-
зы, имеют значение лишь те кривые, которые обеспечивают постоян-
263
ство заднего угла а по всей длине кривой, а также вызывающие
возможно меньшие колебания величины углов а. Постоянству уг-
ла а удовлетворяет логарифмическая спираль.
Выше при выводе зависимости между задними углами ам и а
фасонного резца было Сделано построение затылочной кривой
DZ и выведена зависимость
, R'e
В данном случае линия DZ может быть оформляющей заты-
лок фасонного зуба фрезы, и основное требование заключается
в том, чтобы по всей ее длине угол а был постоянным, следо-
вательно, необходимо, чтобы tga равнялся какой-то постоянной
величине т, т. е.
tg a = т = const.
Тогда
Подставляя
получим
или
» md^
Интегрируя, получаем
In Re = m<f + С.
При замене С через 1пЛг предыдущая зависимость примет
вид
1п/?г In Ае,
потенцируя который, получим
Re = Ае emf.
Указанное выражение и будет уравнением кривой, обеспечива-
ющей постоянство угла а. В этом уравнении, представляющем
собой уравнение логарифмической спирали:
264
Re — текущий радиус-вектор;
Ае— постоянный параметр;
е — основание натуральных логарифмов;
/n=tga=ctgp,=const — постоянный коэффициент;
ф — текущий переменный угловой параметр в радианах, имею-
щий отрицательный знак при вращении переменного радиуса-
вектора Re по часовой стрелке от полярной оси и положительный
при вращении против часовой стрелки.
При ф=0° получаем а при ф = оо получаем Re—0.
Отсюда следует, что при вращении радиуса-вектора Re по часовой
стрелке логарифмическая спираль стремится к полюсной точке О,
как к асимптоте. Это видно из рис. 252, на котором изображена кри-
вая в виде полной логарифмической спирали, для точки D которой
полярными координатами будут ф и Re.
Рис. 252. Логарифмическая
спираль
Рис. 253. Построение затылован-
ного зуба фрезы
Таким образом, логарифмическая спираль обеспечит правиль-
ное очертание затылка зуба. Чтобы получить точную величину
падения затылка зуба при этой спирали, напишем выражение для
передней точки зуба D и задней точки его Р (рис. 253). Разница меж-
ду ними и даст падение затылка зуба h, а именно:
h = Re ф) — Re(P)-
Пусть полярная ось проходит через середину зуба и составляет
в точке D начала зуба и в точке Р его конца полярные углы
<Pd = р и <рр = — р,
265
причем по абсолютной величине угол
Тогда
1 П D Я Ptga я ~Ptea л ( Ptea —- р tg a\
h = Re(D)— Re(P) = Aee —Aee =Ае[е — е )•
Выражение в скобках представляет собой двойной гиперболи-
ческий синус угла ptga, т. е.
Р tga
е
—- р tg a
— е — 2 sin h (ptga).
Ввиду незначительности угла р tg а, заменяя синус самим уг-
лом, получим
h = 2 Аер tga.
Так как
ТС
Р —
получим
/ 2 ТС А а 1
Il = tg a,
но
е
следовательно,
/l==2^I£It—1—
~~z tga
е
Величина Re(D) в данном случае является радиусом фрезы,
т. е.
р ____
Ke (D) — "у.
Подставляя величину Re(D) в предыдущую формулу,
получим
< nD + . 1
й ------tg a —-------
7 tga
е
266
Данная формула несколько отличается от приведенной ранее фор-
мулы для определения h, в ней имеется добавочный член —?— ,
ег
который может равняться единице лишь в том случае, если у tga =
=0. Это означает равенство нулю одного из множителей: у- или
tga, что дает или z=oo, или а=0°. Реализовать это практически
невозможно. Таким образом, для логарифмической спирали выра-
жение величины h будет отличаться от приведенного ранее: оно
окажется несколько большим. В предельных случаях эта разница
доходит до 20% (при z=6 и tga= .)• Поскольку кулачок (ко-
торый передает на токарно-затыловочном станке движение резцу
для получения логарифмической кривой на затылке зуба фрезы)
приходится изготовлять по специальной разметке с последующим
опиливанием, что представляет известную трудность, стремятся
логарифмическую кривую заменить более простой, облегчающей из-
готовление кулачка, по возможности учитывая необходимость коле-
бания величины заднего угла а. Такой кривой является архимедова
спираль. Выведенная ранее величина
= —tga
Z
точно соответствует падению затылка при архимедовой спирали.
Уравнение архимедовой спирали в полярных координатах имеет
вид
/? = — ф
2л т>
где Ra—текущий радиус-вектор;
Аа—постоянный параметр;
<р — текущий переменный угловой параметр в радианах.
Если обозначить
Аа
-- а.
2п
то получим
% а = <Xf>-
Выше для общего уравнения кривой было выведено
tga =
"а
267
Преобразовывая это уравнение, получим
tga=^=^-=-L
ь atp acp ср
#7
Так как полярный угол ф — величина переменная, то и угол а
при архимедовой спирали тоже переменный и будет изменяться
обратно пропорционально углу ф. Применительно к зубу фрезы
уравнение архимедовой спирали можно представить так:
р я 360°-<?«
^a—^а 360°
или
Рис. 254. Архимедова спираль
360° —
360°
где ф имеет отрицательный знак
при вращении текущего радиуса-
вектора по часовой стрелке и поло-
жительный при вращении против
часовой стрелки. Если принять
<р=0°, то
или
Ra = 2тш,
так как
Аа = 2ка.
Если принять ф=360°, то
7?Л=0. Следовательно, архимедова
спираль стремится к полюсной
точке, как к пределу, что и пока-
зано на рис. 254 (со всеми обозна-
чениями, относящимися к построе-
нию архимедовой спирали).
Изменение угла ф при построении архимедовой спирали затыл-
ка зуба фрезы будет зависеть от числа ее зубьев, увеличиваясь
при уменьшении их количества. Следовательно, предел колебания
угла ф зависит от z, а так как tga=—, от z зависит и колебание
заднего угла а фрезы.
2тх
Так как — = 2р, где,2р — центральный угол зуба, то задний
угол а зуба зависит от центрального угла его 2р (см. рис. 253).
Самое большое колебание угла а будет при минимальном г.
268
Если для точки D зуба полярный угол будет—<р,тодля точки Р
ои будет на 2р меньше и, следовательно, получим
(«)
tg«p = z^=-2p. (б)
Подставив в уравнение (б) величину угла <р из уравнения (я),
получим
, г _ tg^p _ tg 7р___ _ ztgqp
g rJ'P ~ 1 — 2p tg 1D ~ 2rc “ Z —2ir tgaD’
1- z tgaD
Если примем
т. е. обычную величину угла aD, то
Отсюда для любого числа зубьев z можно определить величину
угла , т. е. величину заднего угла арв крайней точке Р по срав-
нению с величиной угла ад в передней точке D или диапазон его
колебаний. Если возьмем предельный случай зубьям, то
, 6 27 _ 6
5 — Юл:
и
10° 49'.
Таким образом, диапазон колебания угла а при архимедовой
спирали в обычной конструкции фрезы максимально равен 1°46'
(при 2=6 и ап=9°3'). Эга величина колебания угла а даже в своем
предельном значении невелика и не может значительно влиять на
условия резания зубом фрезы. Отсюда ясно, что архимедова спи-
раль вполне применима для оформления затылка зуба фасонных
фрез. Ввиду большей простоты изготовления кулачка ее широко
применяют при задней заточке фрез. Падение h затылка зуба при
архимедовой спирали может быть определено как разность радиу-
сов-векторов точек D и Р спирали, а именно:
= % а (О) #а(РУ
269
но
R°W = a<fD, Ra (p} = a 2p),
где cpD — полярный угол для точки D;
2р — угол между точками D и Р или центральный угол
зуба фрезы.
Тогда
h = a<pD — a(cpD — 2о) = 2ра = 2 ~а.
Величина а может быть определена из уравнения
Ra (D) = WpD ,
а именно:
а = ^a(D) _ D
Фд 2Фо '
Но так как
ТО
а — ~2~ tg “d.
Подставив величину а в выражение для h, получим
h = 2 — а=2— . 2-tgaD= — tgaD
Это выражение h вполне соответствует полученному ранее
путем приближенного определения из прямоугольного треуголь-
ника DNP (см. рис. 251).
Таким образом, общее выражение
характеризует падение затылка зуба именно по архимедовой спи-
рали; для других же кривых, в частности логарифмической
спирали, оно будет приближенным.
Принимая
tg« = ^ = tg9°3',
получим приведенную формулу величины h в другом виде, приме-
нимом для угла 9°3', а именно:
, _ др 1 _ _D_
П z ’ 2 — 2г ’
как обычно приводится в отдельных справочниках.
270
При упрощенном оформлении затылка зуба фрезы можно
пользоваться дугой круга, так как радиусы кривизны логарифми-
ческой и архимедовой спирали мало отличаются от радиуса окруж-
ности, если принять задние углы равными 10—15°. Для этого до-
статочно очертить затылок зуба дугой радиуса, равного половине
диаметра фрезы; центр этой окружности определится пересечением
дуг окружности с центром в точках D и Р зубьев (рис. 53).
Из полученного центра проводится дуга окружности между точка-
ми D и Р, которая будет приближаться к приведенным выше кривым.
Все сделанные выше выводы относятся к затылочной кривой в
верхушечной части зуба (рис. 255). В других же точках М зуба
кривые окажутся несколько
иными. В результате по затыл-
кам каждого зуба фрезы пройдет
ряд кривых (если провести соот-
ветствующие диаметральные се-
чения зуба фрезы). Эти кривые
будут находиться в определен-
ном отношении одна к другой.
В гл. IV было установлено,
что для нахождения заднего угла
амв любой точке фасонного про-
филя надо знать Р и Rm— соот-
ветствующие расстояния наруж-
ной и произвольной точек от цен-
тра крепления и — угол меж-
ду касательной к профилю в рас-
а-а
Рис. 255. Оформление задних углов
сматриваемой точке и прямой, перпендикулярной к оси обрабаты-
ваемого профиля детали. Таким образом, была получена формула
tga^ = ^7tgasin^.
Если заменить в указанной формуле применительно к фрезам
и
то получим
tga^tgasin^-p^T
Эта формула позволяет определить действительный задний угол
в любой боковой точке М профиля зуба фрезы через задний угол в
вершинной точке профиля, угол наклона профиля в определяемой
точке и отношение радиусов обеих точек.
271
Анализируя уравнение
tg^ = tgasin,
можно установить, что влияние члена на результат не-
значительно; исключение, его из уравнения упрощает решение за-
дачи и дает известную гарантию получения фактически несколько
больших углов, чем ам.
Из сказанного следует, что можно пользоваться уравнением
tg - tgasin ^.
Из уравнения видно, что при увеличении а соответственно уве-
личивается и задний угол ам, который тем больше, чем больше
угол <рм наклона участка (или касательной) к направлению оси
режущего зуба.
ЕсЛи принять угол <Pm=0°, то tgaM—0и аЛ{=0, и, следовательно,
заднего угла в таких точках не должно быть, иначе при переточке
исказится профиль. Если же угол <рЛ1=90“, то tgaM=tga; ам—а,,
и действительный задний угол в таких точках будет равен заднему
углу а.
Для обеспечения нормальных условий резания надо принять
аМмин=^°’ так как ПРИ меньших углах соответствующие .участки
профиля притупляются значительно быстрее других участков. Из
уравнения
tg«Af = tgasin^
можно определить минимальные значения удовлетворяющие
условию аМмнн=4° при разных а.
В табл. 55 приведены значения ср д; , определяемые равенством
sin« = Л^мин _ Jgjl.
?Л4МИН tga tga
Данные таблицы показывают, что, например, при a = 10° участ-
ки, угол наклона которых <рЛ1>22°2Г, безусловно удовлетворяют
условию ал1>4°; угол же наклона <pM, меньший 22°21', требует со-
ответствующего увеличения проектного угла а.
Таблица 55
ЗНАЧЕНИЕ УГЛА ср В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА а (ПРИ a = 4°)
м М
a, град ^ЛГмнн 4 * 8 29°50' 9 26°1Г 10 22°2Г 11 2Г25' 12 19°13' 13 17°38' 14 16°17'
а, град <? -Ммин 15 15°09' 16 1446' 17 13°13' 18 12°25' 19 1Г49' 20 1Г04' 21 10°30' 22 9°48'
272
величины задних углов.
Рис. 256. Графическое определение
заднего угла
Чтобы определить графическую зависимость аЛ) от а иср^, на
криволинейных участках профиля необходимо построить эпюру
изменений задних углов ам- Возьмем криволинейный профиль,
представленный па рис. 256 для простоты в виде полной полуок-
ружности произвольного радиуса г. Разделим эту полуокружность
на части и, установив величину углов наклона касательных в точ-
ках деления к направлению оси режущего зуба фрезы, определим
по уравнению tgaA( = tga sin<pM
Для построения эпюры под
профилем в прямоугольной
системе координат отклады-
ваем по оси абсцисс ширину
профиля, а по оси ординат—
значения задних углов в лю-
бом масштабе.
Наносим соответствующие
значения углов ам- Соединяя
их плавной кривой, получаем
эпюру изменения углов. С по-
мощью этой эпюры можно
легко определить участки
профиля, не удовлетворяю-
щие условиюалг=4°. Для это-
го ограничиваем эпюру гори-
зонтальной граничной лини-
ей, лежащей на уровне от-
метки 4°, и, проектируя точ-
ку пересечения по линии про-
филя фрезы, устанавливаем
участки профиля, для кото-
рого угол ам равен или мень-
ше 4°. На рис. 256 такой
участок лежит левее точки
VI; точка VII, лежащая на
горизонтали, имеет aM=0° вне
зависимости от величины а и г.
Обозначим через а расстояние от точки, имеющей аммин, Д° гори-
зонтальной оси, проходящей через центр кривизны (центр ок-
ружности), и через г — радиус дуги окружности. Так как
а
sln?M= —
уравнение
примет вид
= tga sin
tgaM = tgay-,
273
откуда
^ам
tga
Принимая
а —
получим
tga
а = f]r.
В табл. 56 приведены значения •/] при ам=4° при различных зна-
чениях а.
Таблица 56
ВЕЛИЧИНЫ т] В ЗАВИСИМОСТИ ОТ а (ПРИ 4°)
а, град . . . 8 0,497 9 0,441 10 0,396 И 0,365 12 0,329 13 0,302 14 0,280 15 0,261 16 0,243
а, град . . . 17 0,228 18 0,215 19 0,204 20 0,191 21 0,182 22 0,173 23 0,164 24 0,157 25 0,150
Можно различными путями увеличить углы а на боковых по-
верхностях зубьев. Первый путь — это увеличение угла задней за-
точки до a = 15°, но не выше, так как в противном случае зуб ста-
новится излишне заостренным и слишком увеличивается глубина
канавки для выхода резца при заднем обтачивании.
Второй путь — установка детали под углом, обеспечивающим
оптимальное значение угла <рм- Этот способ пригоден при откры-
том одностороннем резании, но неприменим при фрезеровании замк-
нутого или вогнутого профиля.
Третий путь — косое заднее обтачивание, при котором движение
затыловочного резца происходит под углом к оси фрезы за счет по-
ворота под этим углом верхней части суппорта.
Можно сделать общий вывод, что оформлять затылки зубьев
фрез целесообразно по архимедовой спирали, как упрощающей из-
готовление фрез и дающей задние углы зубьев, хотя и перемен-
ные по длине кривой, но не влияющие на условия резания.
Вследствие изменения задних углов в различных точках зуба
по радиусу фрезы необходимо изготовлять кулачок по размеру,
соответствующему расчетному диаметру фрезы, так как при заты-
ловании с помощью одного и того же кулачка фрез разных размеров
получатся различные задние углы на расчетном диаметре фрезы, а
274
именно: при размерах фрез, больших расчетного диаметра, полу-
чаются меньшие задние углы, а при размерах фрез, меньших рас-
четного диаметра, получаются большие задние углы. Расчетные же
задние углы (а =9-4-10°) получаются только тогда, когда размер
кулачка соответствует расчетному диаметру фрезы.
Диаметры фрез с затылованными зубьями берутся в зависимости
от условий резания аналогично разобранным выше остроконечным
фрезам, а именно:
0^(2,2-2,3) d,
где d — диаметр оправки, мм.
Число зубьев затылованных фрез должно быть выбрано так,
чтобы необходимая толщина зуба обеспечивала значительное число
переточек по передней поверхности зуба. Их число должно обеспе-
чить достаточное пространство для размещения стружки при ми-
нимальном диаметре с минимальной высотой зуба. Обычно берут
толщину зуба Р=(0,84-1,0)77, где Н — вся высота зуба, мм. Она
определяется из соотношения
Н = h h3 4~ г,
где h — высота профиля детали (при у=0°), h3 — высота затыло-
вания и г — радиус закругления у основания зуба (г=14-5 мм).
КАЧЕСТВО ФРЕЗ
Для контроля качества фрез необходимо иметь соответствующие
измерительные и контрольные приборы.
При контроле геометрии фрез используют три метода измере-
ния; абсолютный, косвенный и относительный.
К приборам для абсолютных измерений относят:
1) шкальные шарнирно-угломерные приборы, базирующиеся при
измерении на два зуба, и
2) инклинометрические приборы, базирующиеся при измерении
на один зуб.
Основной базой шкальных шарнирно-угломерных приборов,
опирающихся при измерении на два соседних зуба, служит хорда,
проходящая через вершину двух смежных зубьев фрезы и опираю-
щаяся на центральный угол W между этими зубьями. На этом ос-
нован принцип измерения передних и задних углов приборами Баб-
чиницера (рис. 257) и Неприна (рис. 260).
Прибор М. И. Бабчиницера состоит из следующих основных
частей: сектора 7, к которому прикреплены градусная шкала 2
и пластина 5, имеющая паз для измерительной линейки 4\ эта ли-
нейка в зависимости от высоты зуба измеряемого инструмента за-
крепляется винтом 5 в требуемом положении; дуги 6, на которой
нанесена неравномерная шкала zb пределах от 3 до 60 зубьев, при-
275
чем к этой дуге прикреплена линейка 7, по которой может переме-
щаться подвижная линейка 8, фиксируемая винтом 9; прижима 10,
которым с помощью винта 11 обеспечивают направление дуги 6
при ее перемещении относительно сектора 1, а с другой стороны
прижимом 10 эта дуга закрепляется в том или ином положении.
Пружинная шайба .12 предупреждает возможность защемления
прижима.
д г*
Рис. 257. Общий вид прибора М. И. Бабчиницера
A-U
Линия хх перпендикулярна линии уу.
Измерение на таком приборе производят по схеме, показан-
ной на рис. 258, где AN — касательная к окружности фрезы в точ-
ке Л; АВ — хорда, проведенная через вершину двух соседних
зубьев; АК. — касательная к задней поверхности зуба; AM. — каса-
тельная к передней поверхности зуба;а — задний угол; -(т— перед-
ний угол; ах — расчетный угол при измерении заднего угла; г —
число зубьев измеряемой фрезы; ~(х.— расчетный угол при измере-
нии переднего угла; W — центральный угол между вершинами
двух соседних зубьев.
Тогда
W 360° „ 180°
а,.— а----=-; и/ =----- или аг=а----------.
л 2 ’ z х г
Точно так же
. W . 180°
1х — Тт + -у , ИЛИ lx — 1т Н — •
276
При конструктивном оформлении прибора учтены характерные
свойства приведенных формул, позволившие нанести шкалу таким
образом, чтобы можно было прочитать величины углов непосред-
ственно на приборе.
Для измерения заднего угла (pi
зы, например с г=18, необходимо
1) наложить прибор на верши-
ны двух соседних зубьев так, что-
бы плоскость прибора была пер-
пендикулярна оси фрезы;
2) повернуть шкалу 2 с изме-
рительной линейкой 5 вправо или
влево (в зависимости от положе-
ния задней поверхности зуба) до
совмещения пластины 3, установ-
ленной на кронштейне 1, с задней
поверхностью и завернуть винт 4\
3) против значения z =18 про-
читать на шкале 2 величину зад-
него угла; это значение заднего
угла соответствует дуге, заключен-
ной между риской 0 на шкале
2 и риской 18 на шкале Z,
т. е. 26°.
При измерении переднего угла
(рис. 259, б) поступают так же,
как и при измерении заднего угла,
с той лишь разницей, что в дан-
. 259, а) цилиндрической фре-
Рис. 258. Схема измерения на
приборе
Рис. 259. Измерение заднего
(а) и переднего (б) углов
277
ном случае измерительная линейка 5 совмещается с передней по-
верхностью зуба. Против значения г=18 читают величину перед-
него угла тт. Это значение переднего угла соответствует дуге, зак-
люченной между риской 0 на градусной шкале и риской 18 на шкале
Z, т. е. 10°. При измерении переднего угла фрез с винтовыми канав-
ками необходимо для получения значения переднего угла в нор-
мальном сечении произвести пересчет по формуле
tg т = tg fT COS 0),
где f — передний угол
ут — передний угол
со — угол наклона
в нормальном сечении;
в торцовом сечении;
винтовой канавки.
Рис. 260. Общий вид прибора Неприна
Использование данной формулы имеет практический смысл при
измерении переднего угла фрез с углом винтовой канавки больше
25°.
Прибор конструкции инж. Неприна, изображенный на рис. 260,
имеет самоустанавливающиеся наконечники-шаблоны со стрелками
и позволяет измерять одновременно передний и задний углы фрезы.
Он состоит из корпуса 1, крышки 2, дуги 3 с нанесенными на ней
неравномерными делениями 4, стопорного винта 5, тормоза 6,
подвижной линейки 7, самоустанавливающихся стрелок 8 и 9,
сидящих на осях 10, градусных шкал 11 и таблицы, расположенной
на обратной стороне прибора.
Прибор устанавливают в плоскости, перпендикулярной к оси
измеряемой фрезы, причем самоустанавливающиеся измерительные
278
наконечники плотно прижимаются к поверхностям зуба, а соеди-
ненные с ними стрелки устанавливаются по шкале и отмечают од-
новременно величину переднего и заднего углов. Для непосред-
ственного отсчета углов спиральных фрез на циферблате прибора
помещены дополнительные шкалы, по которым можно отсчитать
передние углы фрез с винтовыми канавками с углом свыше 20°.
Прибор конструкции инж. Неприна позволяет также произво-
дить измерение углов торцовых фрез.
К приборам, базирующимся на один зуб, относят инклиномет-
рические угломеры с отвесом и с уровнем.
Рис. 261. Установка для измерения углов фрез:
/ — фреза; 2 — оправка; 3 —- бабки; 4 — рейсмас; 5 — тормозное приспо-
собление
Инклинометрический угломер с отвесом, описанный выше,
может быть применен не только для измерения углов резца, но и
для измерения передних и задних углов фрез. Для этого измеряе-
мую фрезу укрепляют на оправке в центрах. На плите рядом с цент-
рами устанавливают штангенрейсмас по высоте центров. Установив
зуб в осевой плоскости и затормозив фрезу, измеряют инклиномет-
рическим прибором передний и задний углы фрезы. Накладывая
линейку прибора на канавку фрезы, можно определить угол накло-
на винтовой канавки. Такая установка для измерения углов фрез
представлена на рис. 261.
При применении описанного выше инклинометрического при-
бора с уровнем измеряемую фрезу закрепляют в центрах и, пользуясь
приспособлением, указанным на рис. 261, устанавливают зуб фрезы
при помощи рейсмаса в положение по оси инструмента и заторма-
живают фрезу. Измерение углов фрезы производят путем соответ-
ствующего поворота диска с уровнем.
279
Ккосвенным методам измерений углов фрез относят три-
гонометрические координатные методы: тангенсный и комбиниро-
ванный.
Рис. 262. Измерение заднего (а ) и переднего (б) углов
Тангенсный метод основан на измерении двух сторон прямоуголь-
ного треугольника с последующим подсчетом величины измеряемо-
го угла по таблицам тригонометрических функций. Прибор для
комбинированного метода позволяет получить величины углов
непосредственно на приборе.
Рис. 263. Схема прибора:
1 — з>б фрезы; 2 — упор; 3 и 4 — рычаги; 5 и 6 — индикаторы
Тангенсный координатный метод осуществляют при помощи
индикатора. Измеряемую фрезу закрепляют в центрах, индикатор
помещают на подвижном столике или суппорте, имеющем отсчет
продольного хода. Для измерения заднего угла устанавливают из-
меряемый зуб фрезы по оси при помощи штангенрейсмаса. Затем,
передвигая индикатор по задней поверхности зуба, отмечают по
280
шкале индикатора величину падения h на ширине а лезвия, как
представлено иа рис. 262, а. Из Л АВС получим
, h
а = arc tg —.
Для измерения переднего угла на шпинделе индикатора укреп-
ляют колодку с рычажным приспособлением, как представлено на
рис. 262,6. После.установки измеряемого зуба в осевом положении
передвигают индикатор по передней поверхности зуба фрезы вдоль
ее ширины а на величину h. Из Л АВС получим величину переднего
угла
, h
7 = arc tg —,
где h — спад передней поверхности измеренного зуба.
Рис. 264. Общий вид прибора
Комбинированный прибор позволяет одновременно измерять
передний и задний углы фрез координатным методом, сразу опре-
деляя величины этих углов. Прибор основан на измерении индика-
тором падения точки, находящейся на заданном расстоянии от
вершины зуба по передней или задней его поверхности. Принцип
работы такого прибора представлен на рис. 263.
Показания индикаторов определяют величину катетов h и
Лх треугольников, соответствующих углам у и а. Вторым катетом
являются постоянные прибора а и ах. Измерение производят при
281
помощи двух ломаных передаточных рычагов с ножевыми нако-
нечниками, соприкасающимися с передней и задней поверхностями
измеряемого зуба. Установочный упор 2 помещен между рычагами.
Зуб фрезы, расположенный в нем в упор, автоматически устанав-
ливается при измерении по оси фрезы. Подсчет сочетания рыча-
гов позволяет получать на приборе непосредственные отсчеты
углов.
На рис. 264 представлен общий вид прибора, в котором первая
головка 1 для закрепления инструмента • и вторая измерительная
головка 2 установлены на плите 3. Фреза 4 закрепляется в центрах
первой головки и имеет возможность вместе с ней поворачиваться в
вертикальной и горизонтальной плоскостях и устанавливаться на
необходимый угол в зависимости от конструкции фрезы и наклона
ее зубьев. Вторую измерительную головку можно переставлять
продольно по плите 3 в зависимости от диаметра фрезы. Два дву-
плечих рычага 5 и 6 одними своими контактными наконечниками
упираются в переднюю и заднюю поверхности зуба фрезы, вторыми
же они контактируют с индикаторами 7 и 8.
Практика применения описанных выше приборов показала, что
наиболее точные измерения углов фрез дают координатный тангенс-
ный метод и прибор для комбинированного метода, также основан-
ный на координатном методе. Приборы Бабчиницера, Неприна и
инклинометрический угломер менее точны.
Измерительными средствами для относительных изме-
рений углов фрез при их изготовлении являются различные кон-
струкции шаблонов.
После изготовления фрезы должны пройти приемку. Приемка
состоит из: 1) тщательного внешнего осмотра; 2) проверки размеров
и точности изготовления; 3) проверки твердости; 4) испытания в
работе.
Качество фрез определяется техническими условиями на их
поставку. Имеются стандартные технические условия: 1) по ГОСТ
1695—48 на фрезы торцовые, дисковые трехсторонние и дисковые
пазовые; 2) по ГОСТ 1671—53 на фрезы дисковые трехсторонние и
торцовые насадные со вставными ножами из быстрорежущей стали;
3) по ГОСТ 9304—59 на фрезы полукруглые; 4) по ГОСТ 8529—57
на фрезы торцовые насадные со вставными ножами, оснащенными
твердым сплавом; 5) по ГОСТ 5808—51 на фрезы дисковые трех-
сторонние со вставными ножами, оснащенные твердым сплавом;
6) по ГОСТ 4675—59 на фрезы концевые обдирочные (кукурузные)
с затылованным зубом и с коническим хвостовиком; 7) по ГОСТ
6648—59 на фрезы для пазов шпонок сегментных; 8) по ГОСТ
6396—59 на фрезы шпоночные, оснащенные твердым сплавом;
9) по ГОСТ 8720—58 на фрезы концевые с коническим хвостови-
ком, оснащенные коронками и винтовыми пластинками из твердо-
го сплава; 10) по ГОСТ 9140—49 на фрезы шпоночные; 11) по
ГОСТ 8237—57 на фрезы концевые; 12) по ГОСТ 8721—58 на фрезы
282
цилиндрические, оснащенные винтовыми пластинками из твердого
сплава, и 13) по ГОСТ 3752—59 на фрезы цилиндрические.
На всех поверхностях фрез не должно быть трещин, забоин, чер-
новик, выкрошенных мест, ожогов, заусенцев и следов коррозии.
На шлифованных поверхностях отверстия и торцов допускаются
небольшие черновины общей площадью не более 5% шлифованной
поверхности отверстия или торца.
Твердость фрез из инструментальной углеродистой и легирован-
ной стали должна быть в пределах HRC 614-64, твердость фрез из
быстрорежущей стали — в пределах HRC 624-65. Твердость про-
веряется на торце не далее 5 мм от режущих кромок или на задней
поверхности зубьев.
На рабочей части фрезы не должно быть обезуглероженных и
мягких мест.
Фрезы должны выдерживать испытание в работе без изломов,
выкрашивания, вмятин и заметного притупления режущих кромок;
после испытания фрезы должны сохранять свои режущие свойства
и быть пригодными к дальнейшей работе.
Испытание в работе производится по стали марки 40 или Ст. 6
с твердостью НВ 1604-190 при режимах, устанавливаемых техни-
ческими условиями.
ГЛАВА X
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ РЕЗЬБЫ
Резьбу на деталях можно получать методом нарезания со сня-
тием стружки и накатыванием, т. е. методом пластических дефор-
маций.
Для нарезания резьбы применяются метчики, плашки, резьбо-
нарезные головки, резьбовые резцы и резьбовые фрезы, а для на-
катывания — накатные плашки, накатные ролики и накатные
головки.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ
МЕТЧИКИ
Основные понятия
Метчик представляет собой инструмент для нарезания резьбы
в отверстиях. Его изготовляют в виде винта, снабженного несколь-
кими продольными прямыми или винтовыми канавками, образую-
щими режущие кромки. Процесс нарезания происходит при двух
совместных относительных движениях: а) поступательном вдоль
оси и б) вращательном (метчика или детали).
В зависимости от назначения метчики делят на следующие ти-
пы: ручные, гаечные, машинно-ручные, плашечные и маточные,
сборные и специальные.
Ручные метчики применяют для нарезания резьбы
вручную и делают в виде комплекта, состоящего из двух или трех
метчиков. Все метчики комплекта имеют разный диаметр, прйчем
полный профиль резьбы имеет только чистовой метчик.
Ручные метчики разделяют по виду нарезаемой ими резьбы на
четыре типа: 1) для метрической резьбы; 2) для дюймовой резьбы;
3) для трубной (или газовой) резьбы; 4) для прямоугольной и трапе-
цеидальной резьбы.
284
Два первых типа ручных метчиков стандартизованы по ГОСТ
9522—60. На рис. 265 показан комплект таких метчиков, а на рис.
266 представлен чистовой метчик с размерами по ГОСТу. В этом
стандарте длина метчика принята в зависимости от номинального
диаметра нарезаемой резьбы.
Метчики для трубной или газовой резьбы, а также метчики для
прямоугольной и трапецеидальной резьбы не стандартизованы.
Для трубной (или газовой) резьбы применяют комплекты, сос-
тоящие из двух метчиков.
Для прямоугольной и трапецеидальной резьб применяют ком-
плекты, состоящие из трех метчиков для мелкой резьбы и четырех—
для крупной.
llltlllllltlMIttiri
Рис. ,265. Комплект ручных
метчиков
Рис. 266. Чистовой ручной метчик
Гаечные метчики бывают четырех видов: 1) с корот-
ким хвостовиком; 2) с длинным хвостовиком; 3) с длинным хво-
стовиком станочные и 4) с изогнутым хвостовиком.
К гаечным метчикам первого вида относятся те, у которых от-
ношение длины нарезанной части ко всей длине метчика -—>
>0,45, а ко второму и третьему видам — те, у которых --<^0,45;
таким образом, указанное деление весьма условно.
Гаечные метчики с коротким хвостовиком находят применение на
заводах, изготовляющих гайки в небольших количествах. Их при-
меняют на станках или для нарезания гаек вручную. Эти метчики
стандартизованы по ГОСТ В —1604—60.
На гаечные метчики с длинным хвостовиком, применяемые пре-
имущественно на многошпиндельных станках, нанизывают наре-
занные гайки, поэтому их делают с удлиненной хвостовой частью.
Два вида этих метчиков — длинные и станочные — различаются
между собой тем, что последние имеют более короткую нарезанную
и коническую части и, кроме того, на приемной части имеют кони-
ческую резьбу. Длинные метчики применяют преимущественно для
нарезания чистой и полной резьбы при повышенных технических
285
требованиях, а станочные — при массовом производстве гаек обыч-
ного качества (метизов).
Гаечные метчики с изогнутым хвостовиком, стандартизованные
по ГОСТ 6951—60, применяют на специальных гайконарезных
автоматах. Такой метчик изображен на рис. 267. Он вставляется в
Рис. 267. Метчик гаечный о
изогнутым хвостовиком
Рис. 268. Машинно-ручной метчик
для цилиндрической резьбы
шпиндель автомата и во время работы вращается вместе с ним.
Гайки при помощи магазинного устройства подаются к заборной
части метчика и последовательно нарезаются, после чего сходят
по изогнутому хвостовику и падают в специальный ящик.
Рис. 269. Плашечный метчик:
а — до диаметра 8 мм; б — выше диаметра 8 мм
Машинно-ручные метчики применяют для по-
лучения цилиндрической и конической резьб. Этими метчиками
можно нарезать машинным способом резьбы всех размеров и вруч-
ную резьбы с шагом до 3 мм включительно. Их конструируют двух
типов.
286
Первый тип — метчики для цилиндрической резьбы — стандар-
тизован по ГОСТ 3266—60. Они имеют короткую рабочую часть,
позволяя нарезать как метрическую, так и дюймовую резьбу. Такой
метчик представлен на рис. 268 для диаметра резьбы до 5,5 мм вклю-
чительно (а) и свыше 5,5 мм (б). Метчики для метрической резьбы
диаметром от 0,25 до 0,9 мм стандартизованы по ГОСТ 8859—60.
Второй тип — машинно-ручные метчики для конической резьбы —
стандартизован по ГОСТ 6227—52. В отличие от метчиков для ци-
линдрической резьбы эти метчики работают не только заборным
конусом, но и всей поверхностью резьбовой части. Поэтому длина
метчика зависит от длины нарезания.
Рис. 270. Маточный метчик
Плашечные и маточные метчики служат
для нарезания резьбы на плашках, причем плашечный метчик
(рис. 269) производит предварительное нарезание, а для получения
совершенно правильной и чистой резьбы служит маточный мет-
чик (рис. 270).
Плашечный метчик нарезает резьбу начерно в один проход;
он обеспечивает глубину нарезания 0,9 t, т. е. его диаметр DV=D—
—0,2 t. Этот метчик изготовляется так же, как и гаечный. После
него маточный метчик должен снимать не более 0,1 t. Маточный
метчик имеет более мелкие канавки, причем иногда их делают вин-
товыми.
Сборные метчики могут быть трех видов: нерегули-
руемые, регулируемые и самовыключающиеся.
287
У нерегулируемых метчиков режущие элементы (гребенки)
изготовляют из быстрорежущей стали, а корпус — из поделочной,
причем режущие элементы вставляют или заваривают в корпус
метчика.
Регулируемые метчики применяются главным образом при
больших диаметрах нарезаемой резьбы и благодаря особенностям
своей конструкции позволяют регулировать диаметр резьбы за
счет передвижения гребенок.
На рис. 271 представлена схема
такого метчика. При вращении
винтов 5 стержень 2 может по-
ступательно перемещаться в кор-
пусе метчика 1. Это перемещение
заставляет гребенки 3, находя-
щиеся в пазах стержня 2 и удер-
живаемые крышкой 4, раздви-
гаться или сдвигаться по диа-
Самовыключающийся метчик в виде резьбонарезной головки,
выпускаемый в настоящее время заводом «Фрезер» под маркой
КБ 1-7 в зависимости от диаметра нарезаемой резьбы, изображен
на рис. 272. В корпусе 1 головки имеется четыре или шесть пазов в
288
зависимости от размера головки, в которые вставляют плашки 14<
входящие в соответствующие пазы крестовины 2. Плашки закрьг
вают крышкой 12, привинчиваемой винтами 13 к корпусу головки.
Регулировочный винт 3 с одной стороны завинчивается в крестови-
ну 2 и стопорится винтом 4, а с другой — входит в отверстие сер-
дечника 5 и запирается в нем штифтами 10. В сердечнике 5 закреп-
лен палец 6, проходящий через винтовой паз кольца выключения
7 и скользящий по стенке паза корпуса роликом 9, сидящим на
пальце 6. В палец 6 завертывается рукоятка 15 с шаровой руч-
кой 16.
Пазы в корпусе и зам-
ки крестовины расположе-
ны несимметрично. Для
соответствия крестовина
имеет шпоночный паз и
фиксируется в корпусе
шпоночным винтом 17.
Между сердечником 5 и
ступицей внутри корпуса
помещена пружина 11, че-
рез которую проходит ре-
гулировочный винт 3.
Кольцо выключения 7 дви-
жется вдоль оси корпуса,
скользя боковыми стенка-
ми шпоночного паза по
ролику 21, свободно сидя-
щему на штифте 22, запрес-
сованном в корпусе голов-
ки. В упорное кольцо. 8
завернуты направляющие
стержни 18, которые про-
Рис. 273. Бесканавочный метчик для на-
резания резьбы в сквозных (а) и глухих
(б) отверстиях
ходят через отверстия в
кольце включения и стопорятся винтами 20. В крышке 12 имеется
пробка 19, предохраняющая механизм головки от засорения.
После окончания нарезания резьбы установленной длины го-
ловка автоматически выключается, плашки сближаются, и головка
свободно выводится из изделия.
Специальные метчики составляют большую груп-
пу, в которую входят ненормализованные конструкции метчиков.
Рассмотрим два типа метчиков оригинальной конструкции, в ко-
торой отсутствуют канавки на калибрующей части, благодаря чему
они отличаются повышенной прочностью и стойкостью. Такие мет-
чики дают более точную резьбу (если исключить возможность пор-
чи ее при обратном ходе), так как отсутствие сквозных канавок обес-
печивает хорошее направление метчика. Для нарезания резьбы в
сквозных отверстиях применяют метчик, показанный на рис. 273, а.
10 Металлорежущие инструменты
289
На его заборной части выфрезеровывают канДвкИ (ot одной До
трех) под углом X к оси метчика. Такая конструкцйя обеспечивает
при поступательном движении метчика в нарезаемом сквозном от-
верстии направление стружки впереди метчика.
Для нарезания резьбы в глухих отверстиях применяют метчик,
изображенный на рис. 273, б. Он имеет пустотелую цилиндрическую
форму, а его заборная часть — заточку, аналогичную рассмотрен-
ной выше. При поступательном движении метчика в отверстии
снимаемая им стружка направляется внутрь пустотелого мет-
чика и выходит в верхнее окно, расположенное выше рабочей
части.
Рис. 274. Метчик-протяжка для трапецеидальной резьбы
Рис. 275. Работа метчика-протяжки
Еще одним примером развития специальных конструкций мет-
чиков может служить метчик-протяжка, предложенный токарем-
новатором Б. Ф. Даниловым. Новый инструмент предназначен для
нарезания многозаходных трапецеидальных и метрических резьб.
Основными особенностями конструкции являются расположение
хвостовика впереди режущей части, выполнение заборной части на
всей длине метчика с небольшим конусом по наружной поверхности
при отсутствии калибрующей части, выполнение зуба метчика с
уменьшенной шириной продольной части по наружной поверхности
и с двойной заточкой задней грани.
290
На рис. 274 изображен метчик-протяжка, его хвостовик 1 на-
ходится впереди режущей части и имеет окно 2 под клин.
На рис. 275 показана работа такого метчика. Она производится
на любом токарном станке без какой-либо специальной настройки.
В резцедержателе 1 зажимают державку 2, имеющую отверстие 5,
соответствующее хвостовику метчика-протяжки, и отверстие под
клин. Деталь 4, расточенную по внутреннему диаметру, надевают
на хвостовик метчика-протяжки, который вставляют в отверстие
державки и крепят клином.
Движением продольного суппорта метчик-протяжку с надетой
заготовкой вводят в раскрытые кулачки патрона и в шпиндель стан-
ка. На станке устанавливают шаг резьбы. Суппорт соединяют с хо-
довым винтом маточной гайкой, деталь сжимается кулачком патро-
на и станок пускают на обратный ход, если резьба правая, или на
прямой ход, если резьба левая. Метчик-протяжка, продолжая свое
движение из шпинделя станка, проходит сквозь деталь и за один
проход нарезает резьбу заданного размера и профиля.
Таким образом, обычный принцип работы метчиков — ме-
тод толкания — заменен у нового инструмента методом вытяги-
вания.
Указанные выше конструктивные особенности инструмента обес-
печивают работу метчика на растяжение и за счет большей проч-
ности увеличивают длину режущей части метчика и обрабатывае-
мой детали со снижением крутильных колебаний, снижая нагрузки
на зуб и увеличивая крутящий момент. Они сокращают количество
метчиков в комплекте, исключают затылование по среднему диа-
метру и обеспечивают резание и отвод стружки.
Практическое исследование такого инструмента позволило уве-
личить производительность при нарезании однозаходной резьбы в
3—4 раза, а многозаходной — в 10—15 раз при высоком качестве
работ.
Конструктивные элементы метчиков
Основными конструктивными элементами метчиков являются
принимаемая схема распределения работы, оформление режущей
калибрующей и хвостовой частей, число канавок, их профиль и
направление, геометрия режущих элементов и элементы резьбы.
Схема распределения работы. При распре-
делении работы метчиков существуют три конструкции их внешнего
оформления: нормальная, шахматная и корригированная. Нормаль-
ная конструкция предусматривает два вида: цилиндрическую и ко-
ническую.
Цилиндрическая конструкция предусматривает комплект из
двух или трех метчиков. Все метчики комплекта имеют разные на-
ружный и средний диаметры, причем полный профиль резьбы имеет
лишь последний метчик. Наиболее употребительный комплект из
10е
291
трех метчиков представлен на рис. 276. Он имеет черновой, средний и
чистовой метчики, отличающиеся как диаметрами, так и величиной
заборной части.
Для чернового метчика принимают
Da = D — 0,525,
а
D, ср = Dcp-0,16 5.
Для среднего метчика
£)х =£> — 0,165,
а
£>1ср = £>ср-0,08 5,
где D, и D2 —минимальные наружные диаметры метчиков;
£>ср, Dlcp и £>2ср— минимальные средние диаметры метчиков;
5 — шаг резьбы.
Рис. 276. Цилиндрическая конструкция метчика
Черновой метчик выполняет основную работу по нарезанию
резьбы, средний — ее меньшую долю, а чистовой лишь зачищает и
калибрует ее. В связи с этим нагрузка при резании отдельными мет-
чиками комплекта распределяется примерно следующим образом:
на черновой метчик —56—60%, на средний —28—30% и на чисто-
вой—16—10%. При комплекте из двух метчиков примерно 75%
нагрузки падает на черновой метчик и 25% — на чистовой. Кони-
ческую часть /х для всех трех метчиков комплекта берут различной
в зависимости от шага 5 резьбы, примерно не ниже следующих ве-
личин: для чернового метчика /"х=4 5, для среднего /'х=2,5 5
и для чистового/х =(1,54-2) 5. Угол наклона образующей конуса
метчика к его оси: для чернового метчика — <р"=5°, для средне-
го—ф'=13° и для чистового—ф =234-18°.
При ручных метчиках диаметром от 2 до 24 мм большей частью
используют комплект из двух метчиков, а при метчиках диаметром
от 27 до 52 мм — комплект из трех метчиков.
292
При машинных метчиках используют комплект из двух метчиков
или один метчик с соответствующей длиной заборной части.
Коническая конструкция предусматривает использование одного
метчика и применяется главным образом при машинных станочных
метчиках. На рис. 277 представлена такая конструкция. По обычной
схеме цилиндрической конструкции метчик, нарезая резьбу после-
довательно по всей высоте гайки, срезает при вращении за один обо-
рот стружку толщиной а (рис. 278), метчик конической конструкции
Рис. 277. Коническая конструкция Рис. 278 Схема нарезания резьбы
метчика:
а — профиль режущей части; б — последова-
тельность снятия стружки
Рис. 279. Заборная часть метчиков
выполняет работу иным способом (рис. 278, б). Если рассмотреть
резание указанными метчиками в другой проекции, то увидим, что
в процессе резания метчиком цилиндрической конструкции соз-
даются малые и непрочные гребни ab винтовой нитки (рис. 279, а),
легко срывающейся, особенно при нарезании резьбы в хрупких ма-
териалах. При нарезании метчиком конической конструкции, на-
против, остаются прочные и широкие гребни Ьс (рис. 279, б), обес-
печивающие чистую и точную резьбу в хрупких материалах, но такая
резьба более сложна в изготовлении. Благодаря тому, что в по-
следнем случае каждый зуб метчика режет по всему профилю
резьбы, в конце работы метчик перегружается из-за большого тре-
ния между витками метчика и детали, что способствует быстрому
износу и затуплению метчика.
Таким образом, цилиндрическая конструкция метчиков имеет
более широкое применение.
293
Метчики с шахматным расположением зубьев отличаются от
нормальных тем, что зубья у них срезаны через шаг, в результате
чего толщина среза в два раза больше, чем для нормальных метчи-
ков, что способствует уменьшению момента резания. Площадь
контакта зубьев шахматного метчика с резьбой изделия меньше,
чем у нормальных метчиков, что вызывает уменьшение момента
трения, обеспечивая меньшую склонность к защемлению.
В то же время увеличение толщины среза приводит к увеличению
температуры резания и снижению стойкости, а операция по удале-
нию части зубьев увеличивает трудоемкость и стоимость изготов-
ления. В силу указанных обстоятельств такая схема распределе-
ния работы метчиков не нашла широкого применения.
Корригированные метчики устраняют недостатки метчиков с
шахматным распределением режущих зубьев. Корригированный
метчик (рис. 280) имеет угол профиля зубьев а х меньше угла про-
филя нарезаемой резьбы а 0, а именно а Х=55О при нарезании мет-
рической резьбы. В результате между режущими зубьями и обра-
батываемой деталью возникают угловые зазоры, что облегчает
Рис. 280. Схема работы корригированного метчика
работу метчика. Получение же требуемого профиля резьбы осуще'
ствляется за счет обратной конусности, величина которой может
быть определена по формуле
tgS = tg^tg -j-ctg-^- — 1).
Как видно из схемы, на профиле резьбы, нарезаемой корриги-
рованным метчиком, остаются несрезанные гребенки высотой /г,
укладывающейся в допустимые пределы для 7—8 классов чистоты
по ГОСТ 2789—59. Таким образом, при этой схеме работы метчика
контакт зубьев с обрабатываемым материалом осуществляется лишь
в зоне резания, и поэтому крутящий момент определяется только
силами резания, а момент трения нерабочих боковых поверхностей
и момент защемления отсутствуют. Большим преимуществом таких
294
МетЧиков являются также улучшение условий смазки И отсутствие
налипания стружки на боковых поверхностях зубьев.
Эти метчики показали себя лучшими в сравнении с нормальны-
ми и шахматными при нарезании резьбы на деталях из жаропрочных
и титановых сплавов.
Оформление режущей {заборной), калиб-
рующей и хвостовой частей. Метчик состоит из
следующих основных частей: 1) заборного конуса, выполняющего
основную работу резания, 2) цилиндрической части, которая ка-
либрует резьбу и направляет метчик и 3) хвостовой части.
Основной частью метчика является его заборная коническая
часть, поэтому его работоспособность зависит в первую очередь
от оформления этой части.
Рис. 281. Снятие стружки последовательно расположенными зубьями
(а) и площадь суммарного поперечного сечения стружки для
треугольной резьбы (6)
Каждый зуб метчика работает, как резец, все же зубья его дают
общую работу метчика, причем в, дополнение' к сопротивлению
резанию необходимо учитывать и защемление метчика. В резуль-
тате сопротивления резанию и трения зажима создается крутя-
щий момент, которому должен противостоять метчик. ’ Посколь-
ку сопротивление резанию зависит от величины снимаемой струж-
ки, исходным моментом для создания нормальных условий реза-
ния является сечение стружки, снимаемой одним зубом метчика,
или при известной толщине стружки ее толщина.
Если метчик имеет по окружности z канавок, то на длине, равной
одному шагу, он снимает z зубьями стружку толщиной za, где а —
толщина стружки, приходящаяся на один зуб (рис. 281, а).
При работе метчика необходимо нарезать резьбу на полную глу-
бину, т. е. на величину /, при использовании всей длины забор-
ной части /х метчика. Если шаг резьбы метчика будет S, то коли-
чество резцов на заборной части его будет и каждый из них
снимет стружку толщиной
295
Отсюда Длина заборной части метчика
1 аг
Принимая -4- = а — коэффициенту конусности, получим
По приведенной формуле, зная о, z и t, можно определить длину
заборной части 1±. Если величины /иг задаются размером резьбы
и конструкцией метчика, то величина о зависит дополнительно от
обрабатываемого материала. Толщина стружки а, входящая в
выражение о, берется постоянной, в результате чего создаются
переменные сечения стружки, а следовательно, создается неравно-
мерность работы метчика. Метчик будет работать рационально, если
сечения стружки одинаковы, но это достижимо лишь в том случае,
если заборной части метчика придать криволинейную (параболи-
ческую) форму, что практически сделать трудно. Обычно заборную
часть делают по конусу.
Рекомендуется принимать значение о =0,0104-0,012. Иногда
эту величину принимают лишь для непроходных метчиков, а для
гаечных, работающих в" сквозных отверстиях, значение о прини-
мают в пределах 0,0044-0,006.
Площадь суммарного поперечного сечения стружки для тре-
угольной резьбы вычисляют по формуле
/ ~ J j-V-y)dy = 4-[1 - (1 - f
как следует из рис. 281, б, где показана треугольная резьба с высо-
той t и шагом S.
Длина заборной части метчика может изменяться в пределах
высоты гайки (рис. 282, а и б) или выходить за ее пределы (рис. 282, в).
В первых двух случаях площадь поперечного сечения стружки
остается постоянной и равной своему максимальному значению,
так как в последней формуле y=t и значение f = -у- = const.
В этих случаях изменение величины крутящего момента метчика бу-
дет происходить лишь при изменении удельного давления резания.
Известно, что удельное давление увеличивается с уменьшением
толщины срезаемой стружки; значит, в положении б (рис. 282)
крутящий момент метчика будет больше, чем в положении а.
В положении в площадь суммарного поперечного сечения стружки
будет непрерывно уменьшаться вследствие уменьшения глубины
резания до величины у при полной высоте резьбы t. Таким обра-
29S
зом, в положении в метчик так же, как и в положении а, будет ис-
пытывать меньший крутящий момент. Поскольку задача состоит
в том, чтобы обеспечить наибольшую прочность метчика, это озна-
чает, что при прочих равных условиях надо иметь меньший кру-
тящий момент. Таким образом, наиболее благоприятные условия
работы метчика соответствуют или очень короткому, или очень
длинному заборному конусу. Так как длинные метчики сложнее в
изготовлении, менее производительны и требуют большого расхода
1
инструментальной стали, бо-
лее целесообразны конструк-
ции с короткой заборной
частью. При этом необходимо |~ГУ
обеспечить специальные кон-
структивные элементы, повы-
шающие прочность метчика.
Следовательно, наименее ра-
циональными следует считать
метчики, имеющие длину за-
борной части, равную высоте
к.
if
i д Г*~ i
6)1
S
нарезаемой гайки.
Режущие кромки заборной
части должны быть располо-
Рис. 282. Изменение длины
заборной
части метчика
жены равномерно по окруж-
ности и одинаково затылованы. Биение на режущей части должно
быть минимальным: не более 0,03—0,04 мм для метчиков со шли-
фованной резьбой, не более 0,06—0,08 мм для магнитных и гаечных
метчиков и не более 0,08—0,10 мм для ручных метчиков.
После режущей заборной части метчик по своей длине должен
иметь калибрующую (цилиндрическую или направляющую) часть,
которая своим первым калибрующим витком обеспечивает оконча-
тельное формирование резьбы. Последующие витки направляют
метчик в работе и реализуют самозатягивание его по подаче. Когда
первый виток затупится, его роль выполняет следующий и так пос-
ле каждой переточки, обеспечивая соответствующий резерв для
переточки метчика.
Чем короче калибрующая часть, тем легче работает метчик.
Вообще калибрующая часть для ручных метчиков берется в пре-
делах 12—6, а для гаечных—8 витков. Чтобы обеспечить соответ-
ствующее направление и удобство в работе, целесообразно после
всех переточек иметь длину калибрующей части не менее 0,5 диа-
метра нарезаемой резьбы, а при мелких размерах — даже до 1,2—
1,0 диаметра.
По биению калибрующие перья должны быть более точны, чем
режущие. Так, для метчиков с шлифованной резьбой — в пределах
0,02—0,03 мм, для гаечных — 0,03—0,04 мм и для ручных —
0,06-—0,08 мм.
С целью улучшения работы метчика следует делать утонение
297
калибрующей части, что снижает крутящий момент и трение между
метчиком и нарезаемой деталью. При этом уменьшается также раз-
бивка отверстия. Для метчиков со шлифованной резьбой утонение,
отнесенное к 100 мм длины, не должно превышать 0,05—0,10 мм,
а для метчиков с нешлифованным профилем резьбы—0,08—0,12 мм.
У метчиков для легких сплавов утонение принимают в 0,2—0,3 мм.
Хвостовая часть метчика состоит из хвостовика и квадрата и
служит для передачи крутящего момента. Диаметр хвостовика у
метчиков диаметром 7 мм и выше делается меньше внутреннего
диаметра резьбы на 0,25—1,5 мм, а при меньших диаметрах мет-
чиков хвостовик делается толще или равным наружному диаметру
резьбы. Длина хвостовика берется в зависимости от диаметра мет-
чика.
Число канавок, их профиль и направ-
ление. Число зубьев по окружности метчика определяется нали-
чием z канавок, оформляющих углы резания. Число канавок зави-
сит от ряда факторов: обрабатываемого материала, точности наре-
заемой резьбы, диаметра метчика и длины заборной части. Число
канавок метчика можно принимать согласно табл. 57.
Т а б л и ц а 57
ЧИСЛО КАНАВОК МЕТЧИКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕГО КОНСТРУКЦИИ
И ДИАМЕТРА
Диаметр резьбы, мм Метчики метрические Метчики трубные
Ручные, гаечные машинные Плашеч- ные Маточные Диаметр резьбы, дюймы Число канавок
для легких сплавов для черных металлов
Число канавок
2—3 4—6 8—14 16—20 22—24 27—30 33—36 39—52 2 2 2 3 3—4 4 4—6 6 2—3 2—3 3 3 3—4 4 4—6 6 3 3 3 4 4 4 4 4 1 1 6 6 6 8 8 10 1/8-3/4 7/8—1 3/8 1 1/2—1 3/4 2—2 1/4 2 1/2—2 3/4 3-3 1/4 3 1/2—3 3/4 4 4 5—6 6 7-8 8 8—10 10 11—12
Профиль канавки оказывает большое влияние на работу метчи-
ка. Форма канавки должна соответствовать ряду требований:
1) обеспечивать размещение в ней образующейся при нарезании
стружки, особенно при нарезании глухих отверстий;
2) содействовать хорошему образованию и отводу образующейся
стружки;
3) не допускать резания при вывертывании метчика, а также
налипания и спрессовывания стружки в канавке;
298
4) не иметь острых и резких переходов для Предотвращений
трещин при закалке.
Основными факторами, определяющими рациональность формы
канавки, являются число канавок г, диаметр сердцевину d, шири-
на пера Р, передний угол у и углы р и 5 (рис. 283).
О числе канавок z было сказано выше. Диаметр сердцевины d
и ширину пера Р в зависимости от числа канавок можно брать из
табл. 58.
Таблица 58
ДИАМЕТР СЕРДЦЕВИНЫ d И ШИРИНА ПЕРА Р В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ЧИСЛА КАНАВОК z (В ДОЛЯХ ДИАМЕТРА МЕТЧИКА)
Число канавок
Наименование 2 3 4 5 6
Диаметр сердцевины, d 0,36- 0,38 0,38— 0,40 0,42— 0,45 0,50— 0,52 0,52— 0,55
Ширина пера, Р . . 0,40— 0,45 0,30— 0,32 0,20— 0,22 0,17- 0,20 0,16— 0,18
Этими данными целесообраз-
но пользоваться для калибрую-
щей части метчика, для режу-
щей части следует уменьшать ди-
аметр сердцевины до 0,7—0,8, а
ширину пера до 0,6—0,7 соот-
ветствующих величин калибру-
ющей части.
Чтобы не было защемления
стружки при вывертывании мет-
чика, следует угол $ брать в
пределах 85—82°. Таким обра-
зом, угол р должен принимать-
ся больше 90°. Передний угол
у следует брать в соответст-
вии с обрабатываемым материа-
лом (см. ниже).
Канавку в режущей части
по сравнению с калибрующей че
Рис. 283. Профиль канавки
метчика целесообразно углублять
1стью. Это позволит несколько уве-
личить пространство для стружки, которое иначе за счет конусно-
сти заборной части метчика будет уменьшено.
Обычно метчики изготовляют с прямыми канавками вдоль их
оси. Для лучшего отвода стружки целесообразно иметь винтовые
канавки с углом наклона к оси в 10—16°. На рис. 284 изображены
два направления канавок: левое (а) — для сквозных отверстий и
299
йравое (б) — для глухих отверстий. В первом случае стружка вы-
водится вниз, во втором — вверх.
Целесообразно при прямой канавке метчика делать винтовую
или наклонную канавку только на режущей его части, что будет
способствовать лучшему отводу стружки, как представлено на
рис. 285, где показан срез пера на режущей части под углом к
к оси метчика, который определяют из формулы
где h =(0,5—0,7)Р,
а = 24-12 мм,
1Х — длина режущей части метчика, мм.
Рис. 284. Направление канавок
Обычно угол к = 54-6®.
При таком оформлении кана-
вки стружка отводится вниз
и при этом уменьшается кру-
тящий момент при работе мет-
чика.
Рис. 285. Наклонная канавка
в режущей части
Существует ряд форм канавок, которые не стандартизованы. На
рис. 286, а показано наиболее употребительное очертание канавки,
полученной при помощи полукруглой фрезы. Такая форма приме-
нима при нарезании резьбы на мягких и вязких материалах, даю-
щих хорошо завивающуюся стружку, но при этом получается
переменный угол резания по высоте зуба: у наружной окруж-
ности — меньше 90° (до 85,5°), а у внутренней — больше 90° (до
93°). При вывертывании такого метчика выявляется и другой не-
достаток: задняя сторона пера может срёзать стружку и испортить
резьбу. Поэтому часто видоизменяют полукруглую форму фрезы,
применяя специальную ее форму, как показано на рис. 286, а
сплошной линией (очертание пунктиром у затылка относится к
полукруглой фрезе). В этом случае метчик при вывертывании мень-
ше искажает резьбу. Размеры полукруглых канавок можно при-
нимать по табл. 59.
300
Таблица 59
РАЗМЕРЫ ПОЛУКРУГЛЫХ КАНАВОК
Число канавок
3 4 5 6 7 8
Ширина фрезы, А ..........
Глубина канавки или радиус
фрезы, 7?....................
0,75D0,5 D
0,31D0,25D
0,4 D0,34D0,28D0,25D
0,2 DO,17D0,15D0,14D
На рис. 286, б показан профиль канавки, рекомендуемый для
гаечных метчиков. Гаечные метчики должны иметь усиленный зуб,
так как они работают в более тяжелых условиях, чем слесарные мет-
чики. С другой стороны, очертание задней поверхности зуба (пера)
а)
не играет большой роли, так как метчики не приходится вывинчи-
вать из отверстия. Канавки такого метчика прорезают специальной
фрезой. Ширина зуба (пера) равна половине ширины канавки, а
глубина одинакова с глубиной канавки, получаемой при приме-
нении полукруглой фрезы.
Лучшими являются канавки с прямолинейной режущей кромкой
зуба и постоянным передним углом у. У таких метчиков легко
изменять величину угла у в зависимости от обрабатываемого ма-
териала. На рис. 286, в изображен метчик с такой канавкой. Здесь
передний угол у изменяется в небольших пределах. Длина режу-
щей кромки принимается равной I1/, глубины нарезки. Задняя
301
Поверхность зуба радиальная. Глубина канавки равна приблизи-
тельно 2/7 наружного диаметра метчика. Ширина зуба немного
больше половины ширины канавки. Испытания показали, что та-
кие метчики режут значительно легче. Кроме указанных типов
канавок, имеется ряд других, на которых останавливаться не
будем.
Геометрия режущих элементов. Для полу-
чения нормальных условий резания необходимо соответствующим
Рис. 287. Зуб метчика
образом оформить углы резания
зубьев (перьев) метчика. Зубья
метчика режут аналогично токар-
ным резцам, как видно из рис. 287.
Передний угол у принимают
в зависимости от обрабатываемо-
го материала согласно табл. 60.
Задний угол а принимают в
зависимости от типа метчика и
его назначения согласно табл. 61.
Таблица 60
ВЕЛИЧИНА ПЕРЕДНЕГО УГЛА
I МЁТЧИКОВ
Таблица 61
ВЕЛИЧИНА ЗАДНЕГО УГЛА а
МЕТЧИКОВ
Обрабатываемый материал 7, град
Тип и назначение метчика
а, град
Твердая сталь ....
Сталь средней твер-
дости ...............
Мягкая и вязкая сталь
Чугун и бронза . . .
Латунь........... .
Алюминий, силумин,
электрон ............
5
8—10
12—15
0—5
10
30
Ручные метчики ....
Гаечные и машинные мет-
чики ....................
Метчики для обработки
легких сплавов:
при глухих отверстиях
при сквозных отверстиях
6-8
10—12
3—4
5—8
Заднюю поверхность зубьев метчика для получения необходи-
мого заднего угла затылуют обычно по архимедовой спирали. Ве-
личину падения ее затылка h определяют по формуле
где D — диаметр переднего торца метчика, мм\
z — число перьев.
Ручные нешлифованные метчики затылуют только по режущей
части. Калибрующая часть не затылуется, так как при вывертыва-
нии метчика может быть защемление стружки и порча резьбы.
Напротив, гаечные, нешлифованные метчики затылуются и на ка-
либрующей части, так как они не вывертываются после нарезания.
302
Шлифованные метчики затылуют также и на калибрующей части,
чтобы избежать прилипания частиц металла к резьбе метчика.
Элементы резьбы. Основными элементами метчиков
являются угол профиля, шаг, наружный, средний и внутренний
диаметры. Они имеют допуски согласно ГОСТ 7250—60. Учиты-
вая, что метчик несколько разбивает резьбу, верхний предел его
профиля располагают несколько ниже верхнего предела резьбы
гайки. Так как метчик изнашивается по профилю, его нижний пре-
дел располагают несколько
выше нижнего предела про-
филя резьбы гайки. Метчи-
ки изготавливают четырех
степеней точности: С, D, Е
и Н, причем метчики С и D
делают только со шлифован-
ной по профилю резьбой, а
метчики Е и Н — с нешли-
фованной. Наиболее точную
резьбу изготавливают по сте-
пени С. Для метрической и
дюймовой резьб метчики
делают всех четырех степе-
ней точности, а для труб-
ной цилиндрической резьбы—
двух степеней: D и Е.
Предельные отклонения
Рис. 288. Схема предельных отклоне--
ний метчиков для метрической резьбы
отсчитываются от линии теоретического профиля резьбы, приве-
денного в соответствующих чертежах. На рис. 288 представлены
предельные отклонения в метчиках для метрической резьбы, где
d, dt и d2 — соответственно наружный, внутренний и средний ди-
аметры метчика, а — угол профиля и S — шаг резьбы метчика.
Предельные отклонения отдельных элементов приведены в ГОСТ
7250—60.
Отклонения по углу профиля резьбы зависят в основном от пра-
вильной установки инструмента на станке и его точности, а иногда
и дефектов термической обработки. Они установлены по отношению
к половине угла профиля, т. е. к Допуск на угол уменьшается с
увеличением шага. Для метчиков степени С и D для резьбы с шагом
0,7—5,0 мм отклонения берут в пределах от ±35' до ±15', степе-
ни Е для резьб с шагом 0,2—5,0 мм — в пределах от ±85' до ±20'
и степени Н для резьб с шагом 0,2—5,0 мм — в пределах от ±100'
до ±30'.
Шаг резьбы в основном зависит от точности механизма нарезаю-
щего резьбу станка и дефектов термической обработки. Предельные
отклонения по шагу, отнесенные к длине 25 мм для метчиков всех
метрических резьб, принимают для степени С величиной ±0,010 мм,
303
степени D — величиной ±0,015 мм, степени Е — величиной
±0,050 мм и степени Н — величиной ±0,070 мм.
Наружный диаметр метчика ограничивается по верхнему и
нижнему пределам, хотя наружный диаметр резьбы гайки по верх-
нему пределу не ограничивается. По среднему диаметру метчик
имеет нижнее отклонение выше нижнего предела среднего диамет-
ра гайки на 0,01—0,03 мм. Верхнее отклонение располагается ни-
же верхнего отклонения резьбы гайки и определяется величиной
допуска на средний диаметр метчика. Для внутреннего диаметра
резьбы метчика принимается только верхний предел.
Качество метчиков
При контроле качества метчиков в первую очередь измеряют гео-
метрические параметры их
Рис. 289. Измерение передне-
го угла при помощи штанген-
рейсмаса
режущих элементов, т. е. передний и
задний углы.
Контроль переднего угла у мо-
жет быть произведен в центрах с
помощью штангенрейсмаса или на
специальном приборе. При измере-
нии переднего угла у при помощи
штангенрейсмаса проверяемый мет-
чик ставят в центре и штангенрейсма-
сом измеряют высоту М положения
передней поверхности (рис. 289).
Величину переднего угла при этом
определяют по формуле
2 (Н — М)
sin у =-5-р—
где Н — высота центров,
D — наружный диаметр метчи-
ка.
На рис. 290 представлен специ-
альный прибор конструкции ВНИИ для измерения переднего
угла у. Метчик устанавливают в раздвижные центры 1 на оси 2
прибора и к передней грани подводят каретку 3 с закрепленным
на ней измерительным устройством 4. Колодку 6 измерительного
устройства приводят в соприкосновение с передней гранью метчи-
ка и устанавливают на ней. При этом стрелка 5 прибора показы-
вает на шкале величину переднего угла. Установку прибора на
нулевое положение производят по специальному эталону.
Погрешность прибора не превышает 20'.
Контроль заднего угла а производят путем определения спада
h затылка по ширине пера, связанного с углом а вышеприведенной
формулой:
Л = tg«,
304
Контроль величины затылования h на режущей части метчика
осуществляют в центрах при помощи индикатора с ценой деления
0,01 мм по схеме, показанной на рис. 291. Этот метод наиболее на-
дежен и прост.
Рис. 290. Прибор для измерения переднего угла метчиков
Таблица 62
ТВЕРДОСТЬ МЕТЧИКОВ
Материал рабочей части метчиков HRC ’ HRC хвостови- ков
Сталь Р18 диаметром до 6 мм вкл. Сталь Р18 диаметром свыше 6 мм Сталь У10А, У11А, У12А диа- метром до 6 мм вкл Сталь У10А, У11А.У12А диамет- ром более 6 мм ......... 61-63 62—65 59—61 60—62 35—50
Качество метчиков определяют техниче-
скими условиями согласно ГОСТ 3449—62,
охватывающими ручные, гаечные и машинно-
ручные метчики. Твердость метчиков приве-
дена в табл. 62.
На поверхности метчиков не должно
быть трещин, забоин, черновин, выкрошен-
ных мест, ожогов, заусенцев и следов кор-
розии. Метчики должны быть остро заточены
без завалов на режущих кромках. Шерохо-
ватость поверхности метчиков должна со-
ответствовать указанным в табл. 63 классам
чистоты (по ГОСТ 2789 — 59).
Допуски на резьбу метчиков должны со-
ответствовать требованиям ГОСТ 7250—60.
Предельные отклонения переднего и за-
днего углов не должны превышать ± 1°.
Режимы и условия испытания метчиков
в работе принимают согласно ГОСТ 3449—62.
Рис. 291. Измерение
величины затылова-
ния при помощи ин-
дикатора
305
Таблица 63
ШЕРОХОВАТОСТЬ МЕТЧИКОВ
ПЛАШКИ
Основные понятия
Плашки применяют для нарезания наружной резьбы. Они пред-
ставляют собой целое или разъемное кольцо (а иногда и часть коль-
ца), снабженное резьбой, с соответствующим оформлением режущих
элементов. Плашками нарезают резьбы как вручную, так и на стан-
ках.
В зависимости от конструктивных форм и применения, плашки
разделяют на два типа: круглые и раздвижные (клупповые).
Круглые плашки изготавливают трех конструкций:
цельные, прорезные (пружинящие) и трубчатые.
Цельные плашки обеспечивают получение цилиндри-
ческой резьбы вполне определенного диаметра. Как и остальные
типы круглых плашек, они применяются большей частью на ре-
вольверных станках и' автоматах. Они обеспечивают получение чи-
стой резьбы, но быстро изнашиваются. Цельные плашки рекомен-
дуется применять для зачистки готовой резьбы малого диаметра.
Выпускаемые заводами цельные плашки по мере изнашива-
ния и потери размеров обращаются в прорезные путем удаления пе-
ремычки. Общий вид такой плашки по ГОСТ 9740—62 представлен
на рис. 292 (К — перемычка). Иногда при наличии соответствую-
щего патрона для закрепления внешнюю: форму такой плашки де-
лают шестигранной. Для калибрования крупных резьб диаметром
42 мм и выше применяют специальные калибровочные круглые
плашки. Они имеют большое число режущих перьев и конструк-
тивно несколько отличаются от обычных круглых плашек^
306
Для нарезания мелких резьб диаметром от 0,25 до 0,9 мм при-
меняют плашки по ГОСТ 8860—60.
На рис. 293 изображен общий вид воротка, в котором закрепля-
ются круглые плашки при ручном нарезании резьбы. Для плашек,
Рис. 292. Круглая плашка
работающих на станках, имеются специальные плавающие плашко-
держатели, которые дают возможность плашке самоустанавливаться
по оси вращения изделий. Наиболее рациональной является кон-
струкция такого плашкодержателя, разработанная на заводе
«Фрезер».
Круглые плашки для нарезания конической резьбы стандарти-
зованы по ГОСТ 6228—52. По внешнему виду и методу закрепления
в плашкодержателе они не отличаются от плашек для цилиндриче-
ской резьбы, но имеют отличия по ряду конструктивных элементов.
Их изготовляют для нарезания конической резьбы с углом профиля
60° по ГОСТ 6111—52, а также трубной конической резьбы по ГОСТ
6211—52.
307
Рис. 293. Вороток
S)
Рис. 294. Трубчатая плашка и зажимное кольцо к ней
308
Прорезные плашки можно устанавливать на требуемый диаметр
нарезки по калибру. Они более употребительны и дают достаточно
хорошую резьбу в случаях, когда не требуется высокой точности
профиля. Изменение их диаметра можно регулировать в пределах
0,1—0,25 мм. Общий вид такой плашки аналогичен цельной плашке,
только перемычка К разрезана (см. рис. 292).
Круглые плашки, цельные и прорезные, довольно просты по
конструкции, благодаря чему имеют широкое распространение.
Однако выполненная ими резьба всегда' будет иметь некоторую пог-
решность в шаге, так как эти плашки деформируются при закалке.
Трубчатые плашки (прогонки) наиболее удобны для уста-
новки в специальном патроне благодаря большой длине наруж-
ного цилиндра; значительным преимуществом их является также
простота заточки. Прогонки предназначены в основном для калиб-
309
рования й нарезаний резьбы. Их применяют редко йз-за Сложности
изготовления и большого расхода металла.
Размеры прогонок стандартизованы по ОСТ/НКТП 6313/299.
На рис. 294, а дан общий вид такой плашки для метрической, дюй-
мовой и трубной резьбы, а на рис. 294, б — общий вид зажимного
кольца, надеваемого на такую плашку для регулирования ее диа-
метра, с обозначением размеров по ОСТ/НКТП 6314/300.
Раздвижные плашки состоят из двух половинок,
постепенно сдвигаемых в процессе резания. Закрепление их для
работы производят в специальном приспособлении, называемом
косым клуппом. Раздвижными плашками работают вручную при
диаметре резьбы от 6 до 24 мм. На рис. 295, а показан общий вид
такой плашки по ОСТ 4259 с обозначением стандартизованных раз-
меров. Клуппы к ним (рис. 295, б) берут по ОСТ 4258.
Эти плашки удобны тем, что с помощью их можно изготовлять
резьбу на деталях, предварительно не обработанных. Резьба наре-
зается обычно в несколько проходов. Перед нарезанием плаш-
ки разводят, чтобы заготовка могла свободно войти в клупп.
После этого плашки немного сдвигаются и, слегка нарезая заго-
товку, проходят по всей длине резьбы. Сжатие плашек и наре-
зание повторяют несколько раз, пока не будет нарезана полная
резьба.
Конструктивные элементы плашек
Основными конструктивными элементами плашки являются ее
внешние размеры, размеры стружечных отверстий, ширина перьев,
оформление режущей и калибрующей частей, геометрия режущих
элементов, оформление отверстий для крепления и регулирования
плашки и элементы резьбы.
Внешние размеры плашки зависят от нарезаемой резьбы, а также
от диаметра стружечных отверстий. Пусть диаметры нарезаемого
винта будут: внешний — d, внутренний —dt (рис. 296). Тогда
внешний диаметр D плашки, диаметр Dr окружности, по которой
располагаются центры отверстий для образования режущих кро-
мок, и диаметры d2 указанных отверстий можно определить в за-
висимости от диаметра dr нарезаемого винта. Передний угол у
режущего зуба принимают равным в среднем 15°. Благодаря на-
личию этого угла передние поверхности зубьев должны касаться
окружности круга радиуса п, причем
п = -у- sin -у = -у- sin 15°.
Пусть половина центрального угла, измеряющего дугу между
двумя соседними зубьями, будет р. Если —расстояние между
310
центром плашки О и центром отверстия для удаления стружки
то из Л OMOi
sin (р + 7)
। _
_ 2 + _ ds4-2n
~ Pi
2
Но так как
то
п = -у sin 7,
: / । \ d2 ф dx sin7
sin(P + 7) = -^i--------L
Обозначим расстояние, до-
d, -К d»
полняющее величину '2 до
величины у-, через I =k
причем I может быть положи-
тельным и отрицательным, смот-
ря по условиям. Тогда
jDj == “j~ cig 4* kd^.
Подставляя это выражение
Dj в предыдущую формулу, по-
лучим
sin (р + 7) =
d2 -fr dx sin у
dx (1 ± kj-^-dz
Рис. 296. Оформление конструкции
круглой плашки
откуда находим величину диа-
метра отверстия для выхода
стружки d2:
Л _ Я П sin (р 4^ у) — sin 7
3 1 1 — sin (р -ф* 7)
или
d2 —
где
А = ± sin (р sin ?
1 1 — sin (р 4-7)
Подставив в выражение для определения найденную ве-
личину диаметра d2 = А^, получим
= d^ (1 + k) -|- Hjdj,
3U
или
где
DY — 2A2dlt
л2--------2
Внешний диаметр D плашки находится из выражения
D = Di + d2 + —.
где —доля диаметра D, необходимая для обеспечения проч-
ности стенки плашки.
Подставив в эту формулу величины и d2, получим
или
D — A2dlt
где
А = 12Л1 + С1 ± *)!•
Для облегчения подсчетов можно пользоваться данными
табл. 64.
Таблица 64
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ Лп А, и А,
Число отвер- стий в плашке Р 1±Л sln(p+7) (1±*) X X sin (р+т) а А Л, А9
3 27° 1 0,66913 0,66913 8 1,240 1,12 4,64
4 24° 0,95 0,62932 0,59785 8 0,914 0,932 3,70
15 19°20' 0,95 0,56337 0,53520 9 0,633 0,792 2,85
6 16°40' 0,9 0,52498 0,47248 10 0,449 0,675 2,25
Примечание, 7 = 15° : и sin т = 0,25882.
Таким образом, кроме величины диаметра заданного при кон-
струировании плашки, необходимо выбрать число отверстий для
вывода стружки или соответственно число режущих зубьев,
31?
Если приемная часть платки имеет п витков резьбы, а число
зубьев по окружности равно z, то при нарезании за один проход
резьбы высотой t толщина стружки, снимаемой одним зубом плаш-
ки, будет
Эта формула показывает, что при изменении числа зубьев плаш-
ки меняется толщина стружки, снимаемой одним зубом, а значит
подвергаются изменению и условия резания. Правильный подбор
числа зубьев z и толщины стружки а повышает стойкость плашки.
При выборе числа стружечных отверстий можно пользоваться
табл. 65.
При расчете круглой плашки необходимо учитывать ширину
пера, играющую значительную роль в конструкции плашки. Шири-
ну пера, с одной стороны, надо выбирать по возможности большей,
так как этим обеспечивается прочность и жесткость пера, а с другой
— размеры пера надо стремиться уменьшать, так как при большой
ширине увеличиваются силы трения. При сопоставлении указанных
моментов ширину пера b (рис. 297) берут меньше ширины просвета с;
обычно принимают отношение ^=(0,654-0,7).
Величины Ь и с (по хордам) могут быть определены по формулам:
/180° \
b sin (-у — т)
b = d, sin т; с = rf, sin (о =----.-----;
1 1 * sin т
180° b sint
(О —---------— = —-—,
п ’ С Sin О)
313
Последним элементом, характеризующим внешние размеры пЛаш-
ки, является ее толщина. Толщина плашки должна обеспечивать
размещение достаточного количества витков на режущей и калибру-
ющей частях. Обычно она соответствует шести-девяти виткам.
Режущая (заборная) и калибрующая части круглых плашек
выполняют работу образования
Рис. 298. Режущая часть плаш-
ки
нимают d0=d+2e, где е=0,054
резьбы, причем первая — основную
работу нарезания, а вторая —
лишь зачистку и калибрование
резьбы.
Плашка режет заборной частью,
как метчик, а середина плашки
лишь калибрует резьбу. На рис. 298
показана заборная часть плашки.
Угол заборной части 2<р практи-
чески принимают равным 50°; при
твердых материалах этот угол
уменьшают до 30°. У круглых и
раздвижных плашек заборный ко-
нус делают с обеих сторон, чтобы
обеспечить большую работоспособ-
ность плашки за счет работы двумя
сторонами. Для обеспечения луч-
шего захватывания заготовки при-
-0,15 мм.
Рис. 299. Режущие углы зу- Рис. 300. Изменение условия резания
ба круглой плашки раздвижных плашек
Длину заборной части 1Г можно определить по формуле
Zx = (Z + e)ctg<p.
Вся ширина плашки
h = 2Za I %,
где Z2— длина калибрующей части, равная 3—6 шагам.
Геометрия режущих элементов. На рис. 299 показана конструк-
ция круглой плашки. Каждый из ее зубьев имеет соответствующие
314
режущие углы, особенно выделяющиеся при сравнении зуба плаш-
ки с резцом (показан пунктиром), а именно: передний угол у и зад-
ний угола. В круглой плашке в процессе резания эти углы остаются
постоянными, что не наблюдается в раздвижных плашках. Раздвиж-
ные плашки нарезают метчиком, диаметр которого больше диаметра
винта на двойную глубину нарезки. Благодаря этому плашки вна-
чале режут не свободно, без заднего угла, но по мере врезания в
тело винта они работают легче, т. е. условия резания улучшаются
к моменту снятия большей стружки. Рис. 300 иллюстрирует это из-
менение условий резания раздвижных плашек. В положении а
показана плашка в начале резания; каждый зуб ее имеет максималь-
ный передний угол у и задний угол а=0°. По мере врезания перед-
ний угол у уменьшается, а задний угол а увеличивается до тех пор,
пока плашка не углубится на двойную высоту резьбы, когда угол
7 станет наименьшим, а угол а — наибольшим (положение б). Сле-
довательно, у раздвижных плашек углы у и а меняются в течение
всего периода резания.
Величины режущих углов для различных типов плашек зависят
от обрабатываемого материала. Практикой установлены следующие
средние значения углов: для круглых плашек у = 15°, а=0® (на
калибрующей части), а =44-6° (на заборной части); для раздвиж-
ных плашек в начале резания у = 10°; а=0в (на калибрующей
части), а =44-6° (на заборной части); в конце резания у =5°, а
до 2° (на калибрующей части), а=64-8° (на заборной части).
Оформление отверстий для крепления и регулирования плашки.
Крепление круглой плашки после разрезания перемычки /С произ-
водят тремя винтами (рис. 292). Средний из них входит в прорез
плашки (60°) и ее разжимает, а два других боковых (90°) ее сжи-
мают. Боковые винты ставятся под углом 45° к оси симметрии плаш-
ки. Чтобы предохранить плашку от поворота в воротке, делают
еще два дополнительных раззенкованных под углом 90е отверстия
для крепления винтов. При малых размерах плашки делают одно
отверстие.
Элементы резьбы. Поскольку контроль резьбы плашки почти
невозможен, обычно устанавливают отклонения на элементы резь-
бы для маточных и плашечных метчиков, применяемых при изго-
товлении плашек. При этом учитывается, что поле допуска на резь-
бу плашки и метчика должно находиться внутри поля допуска на
резьбу болта. Плашки должны'обеспечить резьбу по второму клас-
су точности по ГОСТ 9253—59. Отклонения предусматриваются на
угол профиля, шаг резьбы и на средний, наружный и внутренний
диаметры. Допуск на половину угла профиля резьбы для плашечных
и маточных метчиков можно брать по табл. 66.
Это составляет примерно 0,75—0,8 отклонений, принятых для
шлифованных метчиков.
Допуск на шаг у плашечных и маточных метчиков принимается
для всех шагов резьбы ±0,01 мм на 10 витков резьбы. При установ-
315
Таблица 66
ДОПУСК НА ПОЛОВИНУ УГЛА ПРОФИЛЯ РЕЗЬБЫ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ШАГА РЕЗЬБЫ
Шаг резьбы S, мм . . 0,35 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3,0
Допуск на половину угла, мин ±55 ±35 ±27 ±27 ±20 ±20 ±17 ±15 ±14 ±14
метчик
Рис. 301. Схема допусков* на сред-
ний диаметр резьбы плашки и мет-
чиков для ее нарезания
лении отклонений на диаметры
исходят из допусков на болт с
резьбой по 2-му классу точности.
Ниже приведены схемы распо^
ложения полей допусков по сред-
нему, внешнему и внутреннему
диаметрам (И. И. Семен-
ченко. Энциклопедический
справочник «Машиностроение»,
т. 7). На рис. 301 представлена
схема расположения допусков
по среднему диаметру, где АВ —
номинал и верхнее отклонение
болта, CD — верхнее отклонение
плашки, EF — верхнее отклоне-
ние маточного летчика, GH —
Рис. 302. Схема допусков на наруж-
ный диаметр резьбы плашки и мет-
чиков для ее нарезания
метчик
Рис. 303. Схема допусков на внут-
ренний диаметр резьбы плашки и
метчиков для ее нарезания
316
нижнее отклонение нового маточного метчика, JK — нижнее от-
клонение плашки, LM — нижнее отклонение изношенного маточ-
ного метчика, NO — верхнее отклонение плашечного метчика, PQ —
нижнее отклонение плашечного метчика и RS — нижнее отклоне-
ние болта.
На рис. 302 представлена схема расположения допусков по на-
ружному диаметру резьбы, где АВ — номинал, CD — верхнее от-
клонение маточного метчика, EF — нижнее отклонение нового ма-
точного метчика и верхнее отклонение плашечного метчика, GH—'
нижнее отклонение плашки, — нижнее отклонение изношенного
маточного метчика, LM—нижнее отклонение плашечного метчика.
На рис. 303 представлена схема расположения допусков по внут-
реннему диаметру резьбы, где АВ — номинал, CD — верхнее от-
клонение плашки, EF—верхнее отклонение маточного метчика,
GH — нижнее отклонение маточного метчика, JK — верхнее откло-
нение плашечного метчика, LM. — нижнее отклонение плашечного
метчика.
На указанных рисунках приведены также данные для расчета
всех отклонений по среднему, наружному и внутреннему диаметрам.
Качество плашек
При контроле качества плашек в первую очередь измеряют гео-
метрические параметры их режущих элементов, т. е. передний и
задний углы.
Измерение переднего угла у производят стрелочным прибором
довольно простой и удобной конструкции, позволяющим определить
Рис. 304. Прибор для измерения величины переднего угла 7 круглой плашки,
в — общий вид, б — схема измерения
317
величину угла у с точностью до 34'. Общий вид этого прибора пред-
ставлен на рис. 304, а, а схема его действия—на рис. 304, б. Плашку
помещают на столе прибора и вводят в центроискатель 1. При пово-
роте плашки вокруг оси ее передняя грань соприкасается с колод-
кой 4, закрепленной на оси 2. Колодка устанавливается по передне-
му углу грани, а соединенная с ней стрелка.? показывает величину
этого переднего угла. Установку прибора в нулевое положение про-
изводят по специальному эталону.
Для измерения заднего угла а плашек специальных приборов
нет.
Качество плашек определяют техническими условиями по ГОСТ
9740—62; для круглых плашек, предназначенных для нарезания
резьб,— по ГОСТ 9150—59 и ГОСТ 6357—52.
По техническим условиям плашки должны иметь зубья, терми-
чески обработанные до твердости HRC 58—62. Шероховатость по-
верхностей плашек (по ГОСТ 2789—59) указана в табл. 67.
Таблица 67
ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛАШЕК
Наименование Класс чистоты
Передние поверхности зубьев: а) для плашек с диаметром резьбы < 4 мм б) » >» » » > 4 мм Задние поверхности зубьев на заборной части: а) для плашек с диаметром резьбы < 6 мм б) » » » » » > 6 мм Поверхности опорных торцов Профиль резьбы Наружные цилиндрические поверхности . . 6 7 6 7 7 6 6
Допуски на основные размеры приведены в табл. 68.
Таблица 68
ДОПУСКИ НА ПЛАШКИ
Наименование Допуски
Наружный диаметр Толщина: а) плашек типа А б) » » Б и В Радиальное биение плашек с диамет- ром резьбы 54-52 мм Торцовое биение плашек диаметром 5 4-52 мм Смещение гнезд под зажимы винта от средней плоскости: а) у плашек толщиной < 18 мм б) » » » > 18 мм Х4 по ОСТ 1014 С5=~Вб по ОСТ 1015 С4=В4 по ОСТ 1014 <0,15 мм < 0,25 мм <0,2 мм < 0,25 мм
318
Режимы и условия испытания плашек в работе принимают Сог-
ласно ГОСТ 9740—62.
РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ ГОЛОВКИ ДЛЯ НАРУЖНОЙ РЕЗЬБЫ
Основные понятия
Самооткрывающиеся резьбонарезные головки являются более
совершенными инструментами для нарезания наружной резьбы по
сравнению с круглыми плашками. Они позволяют нарезать резьбу
несравненно лучше и быстрее. В резьбонарезных головках гребенки
Рис. 305. Самооткрывающаяся головка и радиальные гребенки к ней
(плашки) по окончании нарезания резьбы отходят от нарезаемой де-
тали. Это позволяет возвращать головку в ее исходное положение
без реверсирования заготовки, чем значительно уменьшается время
холостого хода. Таким образом, головка не свинчивается с нарезае-
мой детали, а просто отодвигается назад. Головки изготовляют с
хвостовиком или фланцами для крепления на станках, с автомати-
ческим раскрытием при остановке механизма, несущего головку, а
также с внутренним или наружным упором.
Различают два типа гребенок (плашек) для таких головок: ра-
диальные и тангенциальные. Радиальные гребенки сдвигаются по
радиусу, тангенциальные же перемещаются по касательной к наре-
заемой детали. Головки выполняют различных конструкций. На
рис. 305, а показана одна из конструкций головок с призматически-
ми гребенками радиального типа (головка показана с вырезанной
передней частью, благодаря чему видно расположение гребенок).
319
На рис. 305, б изображены два типа таких гребенок: с прямым
(слева) и дуговым (справа) профилями. Имеются конструкции го-
ловок с радиальными круглыми гребенками.
Радиальные гребенки самооткрывающихся головок устанавли-
вают одну от другой точно на 1/4 оборота; они нарезают резьбу так
же, как и круглые плашки, что видно на рис. 306, где а — гребенка
с прямым, б — с дуговым про-
филем. На рис. 307, а изобра-
жена одна из конструкций го-
ловок с гребенками тангенци-
ального типа (рис. 307, б), фор-
ма которых стандартизована
а) б)
Рис. 306. Схема расположения Рис- 307- Самооткрывающаяся го-
радиальных гребенок ловка и гребенка тангенциального
v н типа к ней
(ГОСТ 2287—61). Самооткрывающиеся головки с тангенциаль-
ным расположением гребенок режут аналогично круглым плашкам.
На рис. 308 показано расположение таких гребенок по отношению
к нарезаемому винту.
Рис. 308. Схема расположения . гре-
бенок тангенциального типа
Величины режущих углов
для радиальных гребенок прини-
мают: передний угол у = 104-15°,
задний угол калибрующей части
а = 104-15°, а заборной части
а «18°; для тангенциальных
гребенок у =20°, а =0°.
Головки с тангенциальными
гребенками требуют значитель-
ного времени на наладку. Их
преимуществом является деше-
визна. Эксплуатация головок с
призматическими радиальными
320
гребенками стоит дороже, так как плашка допускает небольшое
число переточек. Головки с круглыми радиальными гребенками поз-
воляют уменьшить стоимость расходуемого инструмента примерно
в 10 раз по сравнению с призматическими радиальными гребен^
ками, так как круглые гребенки выдерживают большое число пе-
реточек. Таким образом, наиболее целесообразно применение резь-
бонарезных головок с круглыми гребенками, что и подтверждает
опыт отечественных заводов, все более и более использующих эти
головки. Они стандартизованы по ГОСТ 3307—61. Ввиду их большой
распространенности и дальнейшего внедрения в промышленность
на их конструкции остановимся подробнее.
Конструкция резьбонарезных головок с радиальными круглыми
плашками
Резьбонарезные головки могут быть вращающимися и невраща-
ющимися (стационарными). Те и другие оснащены круглыми гре-
бенками (плашками) и могут в зависимости от вида нарезать наруж-
ную резьбу диаметром от 4 до 90 мм с шагом до 4 мм.
Вращающиеся головки типов 1КА-6КА предназначены для на-
резания резьб на сверлильных станках и автоматах, а невращающие-
ся, мало отличные по внешнему виду, — для нарезания резьб на ре-
вольверных и токарных станках. При вращающейся головке заго-
товка обычно не вращается, головка же подается на заготовку
самозатягиванием или от механизма подачи с шагом, равным шагу
нарезаемой резьбы. Раскрывание и закрепление головки делается
при помощи упоров на станке и вилки, свободно расположенной
в кольцевой выточке головки. При невращающейся головке заго-
товка вращается, а головка подается самозатягиванием или от ме-
ханизма подачи. Открывание головки делается автоматически, а за-
крывание — рукояткой вручную.
Для автоматов 1124 и 1136 для резьб диаметром от 4 до 10 мм
применяется специальная конструкция невращающейся головки
типа 1КИ.
Вращающаяся резьбонарезная головка изображена на рис. 309.
Круглые гребенки 2 установлены на кулачках 4, которые могут дви:
гаться в пазах 3 оправки 1. Каждый кулачок снабжен шпилькой,
на которую нажимает пружина, находящаяся в специальных проре-
зях оправки на дне каждого паза, вследствие чего кулачки прижи-
маются своей криволинейной поверхностью а к четырем плоским
срезам е, имеющимся на внутренней поверхности скользящей втул-
ки 5 (рис. 310, а). На кольцевую выточку этой втулки (справа)
надевают хомутик, связанный с упорами станка. При отведении хо-
мутика упором вправо, после окончания нарезки, его срезы е будут
находиться против выступов а на кулачке, вследствие чего плашки
разойдутся на величину большую, чем глубина резьбы. Второй
упор сдвигает втулку 5 влево, поверхности а вновь прижмутся к
11 Металлорежущие инструменты
321
Рис- 309.
Вращающаяся резьбонарез-
ная головка с круглыми гребенками
О)
6)
кулачка
и
Рис. 310. Взаимодействие
втулки (а), кулачок, звездочка и гребен-
ка (б)
срезам е втулки 5, и гребенка будет готова к нарезанию резьбы. Сво-
им поворотом относительно подвижной втулки 5 оправка 1 позво-
ляет регулировать средний диаметр нарезаемой резьбы. Это осуще-
ствляется нажимом винта 7 или 8. На рис. 310, б представлена схема
2 з / соединения гребенки 2 с ку-
4 лачком 4 с помощью звездоч-
ки 9. Закрепление гребенки
производится винтом 6.
Стационарная резьбона-
резная головка представлена
на рис. 311. Назначение ее
отдельных частей то же, что
и в описанной выше вращаю-
щейся головке. Резьбонарез-
ную головку устанавлива-
ют в резьбонарезной патрон,
который своим хвостовиком
крепится в револьверной го-
ловке станка. Для нареза-
ния резьбы револьверную
головку станка с установлен-
ной резьбонарезной головкой
перемещают вдоль оси нареза-
емой детали на длину резь-
бы. Раскрытие головки и от-
ход гребенок происходят в
тот момент, когда подача ре-
вольверной головки прекра-
щается.
Применяемые в саморас-
крывающихся резьбонарез-
ных головках круглые гре-
бенки снабжаются кольцевы-
ми гребешками с профилем
нарезаемой резьбы (рис. 312).
Установку гребенки под уг-
лом подъема нарезаемой
резьбы производят путем со-
шлифовки кулачка. Каждую
гребенку смещают на */4 ша-
га относительно другой. Ве-
личина главного угла в пла-
не 9 оказывает большое влияние на работу гребенок, значитель-
но повышая их стойкость и уменьшая износ. Необходимо стре-
миться к возможно меньшему углу заборного конуса.
Практически угол <р берут при свободном нарезании равным 20°
и нарезании резьбы в упор — равным 45°. Угол отвода стружки
322
00
to
м
Рис. 312. Круглая гребенка
служит для образования большего зазора у заборной части гребенки,
способствуя отводу стружки гребенками в сторону заборной части.
Угол со принимают равным 12°. Переднюю поверхность затачивают
под передним углом у и углом наклона или возвышения X в зави-
симости от обрабатываемого материала. Рекомендуемые величи-
ны у и % приведены в табл. 69.
Таблица 69
ВЕЛИЧИНЫ УГЛОВ 7 И X В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ОБРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА
Обрабатываемый материал 7, град X
Автоматная сталь . . . Легированная сталь . . . Инструментальная сталь Ковкий чугун Бронза Медь 25 25 15 20 20 25 1°30' 1°30' 1° 1°30' 1°30' 2°
Задний угол а получают путем смещения центра гребенки от-
носительно центра нарезаемой детали при ее постановке на ку-
лачок на величину /С, определяемую размером головки (/С«1,5 мм),
как показано на рис. 313. Зная величину /С, можно найти абсолют-
ное значение угла а. Приближенно
где h — высота профиля.
Вследствие наличия у гребенки угла X режущие точки ее рас-
положены на разной высоте относительно центра детали, что в свою
Рис. 314. Устройство для точного центрирования головки
очередь изменяет величину задних углов для каждой из этих точек.
Вследствие этого задний угол имеет переменную величину: на ре-
жущей части он больше (3—5°), чем на калибрующей (2—3°).
3?4
Канд. техн, наук Д. Т. Васильев усовершенствовал конструкцию
резьбонарезных головок с круглыми плашками путем введения в
конструкцию головки специального центра. Нарезаемая деталь
(шпилька, болт) одним концом опирается на центр шпинделя токар-
ного или револьверного станка, а к другому концу прижат центр
головки. При нарезании резьбы головка получает поступательное
движение. Центрирующие головки обеспечивают получение соосной
резьбы, что достигается строго симметричным расположением гре-
бенок и центрированием всей головки, дают большую точность
нарезаемой резьбы, не требуют при нарезании зажима детали, так
как последнюю устанавливают в центрах, а выступающие части
служат поводком.
На рис. 314 представлено устройство для точного центрирова-
ния головки. В прошлифованное соосно с наружной поверхностью
хвостовика отверстие голов-
ки вставляется со скользя-
щей посадкой центр /, при-
жимающийся к детали 2 пру-
жиной 3. С противоположной
стороны деталь упирается в
центр 4 шпинделя станка. Для
предохранения детали от вра-
щения используется хомутик.
РЕЗЬБОВЫЕ РЕЗЦЫ
Резьбовые резцы разделя-
ют на обыкновенные резьбо-
вые резцы и резьбовые гребен-
ки. Они могут быть цельными
и вставными (вставляющими-
ся в специальные державки).
Резец для нарезания на-
ружной треугольной резьбы
изображен на рис. 315, а, на
Рис. 315. Резцы для нарезания наруж-
ной (а) и внутренней (б) треуголь-
ной резьбы
котором показано его конст-
руктивное оформление. Для
метрической резьбы угол
е=60°, а для дюймовой е=55°.
Резец для внутренней нарезки изображен на рис. 315, б.
Указанные резцы затачивают по передней плоскости. Задний угол
их обычно принимают а =124-15°. Направление острия резца (в
поперечном виде) делают или в соответствии с углом подъема резьбы
(около 3°), или (при а>Л5о) вертикальным, как показано на
рис. 315, а и б.
В резцах для получения прямоугольной или трапецеидальной
резьбы величина углов бокового зазора зависит от наклона резьбы
325
и не должна превышать 3° к боковым поверхностям резьбы детали.
Определение боковых углов можно сравнительно просто выполнить
построением.
Пусть шаг резьбы (рис. 316) равен S, тогда
1X1 — лР’
где а 1— угол подъема резьбы, a D — диаметр ее.
Если принять эту зависимость для внешнего D и внутреннего d
диаметров резьбы, то получим
С с
И ^«2 = -^
(углыa fn а 2 нельзя смешивать
Сделаем построение (рис.317).
На вертикальной линии ХХг
отложим nD и nd так, чтобы
середины этих линий были в точ-
ке А; получим линию BC=nD
и bc=nd. При точках Ви b по-
строим углы а 1 и а 2; получим
точку D пересечения сторон этих
углов. Отрезки се и СЕ будут
равны S, что видно из треу-
гольников ВЕС ии bee. Если
задними углами резцов).
Рис. 317. Сечение рёзца для трапеце-
идальной или прямоугольной резьбы
Рис. 316. Расположение резца при
нарезании прямоугольной резьбы
далее отложить отрезок DF, равный половине шага резьбы, то,
проведя линию Y F Yx параллельно BE, получим боковые границы
витка резьбы. Боковые поверхности резца не должны совпадать с
этими граничными линиями, а должны образовывать с ними боковые
задние углы р, равные примерно 3°, чтобы обеспечить нормальные
условия резания. Контур DFfd дает сечение резца, а углы р будут
равны 3°.
326
Установку резца необходимо производить в положениях 1 и 2
(см. рис. 316), т. е. так, чтобы передняя режущая кромка была гори-
зонтальна, что предотвращает искажение профиля.
Внешняя форма цельных резцов для прямоугольной или трапе-
цеидальной резьбы отличается от резцов для Остроугольной резьбы
лишь очертанием режущей части.
Кроме цельных резьбовых резцов, как для наружной, так и
для внутренней резьбы применяют вставные резцы, в которых ре-
жущую головку вставляют в державку.
Если цельный илй вставной резец расположен не по центру де-
тали, а выше, ниже или на-
клонно к ней (угол у не ра-
вен 0°), то получается ис-
кажение резьбы. На рис.
318 показано искажение
резьбы в результате того,
что резец не находится в
плоскости, проходящей че-
рез ось нарезаемой детали.
Здесь резец М, располо-
женный с левой стороны
ниже оси детали на вели-
чину h по линии CD, об-
разует настолько искажен-
ный профиль нарезки, что
правильно установленный
с правой стороны резец /V
не совпадает своим профи-
лем с профилем резьбы, по-
Рис. 318. Искажение профиля резьбы
лученной от первого рез-
ца М. При этом глубина резьбы f уменьшается по сравнению с
нормальной глубиной Л что ясно видно на рис. 318 (левый разрез),
где сечение стержня винта плоскостью АВ при таком сниженном
резце значительно отличается от нормального (правый разрез).
Когда передняя поверхность резца находится не в плоскости,
проходящей через ось детали, могут встретиться четыре случая:
1) резец расположен выше оси детали;
2) резец расположен ниже оси детали;
3) резец расположен по оси детали, но заточен с положительным
углом у;
4) резец расположен по оси детали, но заточен с отрицательным
углом у.
Случаи 3 и 4 расположения резца можно свести к случаям 1 и 2,
последние же (положение 1 — выше, 2 — ниже оси) искажают вин-
товую поверхность. Следовательно, чтобы получить неискаженный
профиль, резец необходимо устанавливать строго перпендикулярно
оси детали и затачивать его переднюю поверхность под углом у =
327
=0°. Это и является основным требованием для получения правиль-
ного профиля резьбы.
Таким образом, резьба будет иметь тот же профиль, который имеет
резец при условии правильной его установки и заточки. Если же
рассматривать профиль резца в плоскости, перпендикулярной к
его задней поверхности, то он не будет соответствовать резьбе. Этот
профиль можно определить аналитически или построением, описан-
ным выше при разборе обыкновенных призматических фасонных рез-
цов с углом у =0°. В этом случае резьба в сечении, перпендикуляр-
ном к задней поверхности резца, исказится не только по длине, но
и по углу ее. Если угол профиля резьбы обозначим р, то в перпенди-
Рис. 319. Искажение профиля
резьбового резца
Рис. 320. Определение высоты
профиля /' резца
кулярном сечении он изменится и получит величину причем
шаг резьбы останется тем же, а глубина ее t будет равна /':
tg J-L — _А_ • tg — — —
2 “ 2/' ’ 2 “ 2Г
причем
t' = / cos а;
тогда, взяв отношение тангенсов, получим
«4 ,
0 - е
328
Но так как
l = t = 1
t' t COS a COS а '
ТО
tg-|- = tg-^-cosa.
Если же резец имеет угол у >0°, то аналитическим расчетом или
построением, как это сделано выше для обыкновенных призмати-
ческих фасонных резцов, можно определить искажение профиля
как результат такой установки. На рис. 319 показано это построе-
ние. Профиль резьбы отличен от профиля резца в сечении аа или сс.
Вершина нарезки в сечении аа, общем для детали и резца, получает
смещение ДВ, вызванное тем, что вершина резьбы переместилась
по винтовой линии соответственно шагу резьбы и углу поворота
р. Если при полном повороте резьбы на 360° она смещается на ве-
личину шага S, то при указанном повороте р она сместится на
С
Д£=36®о, в то же время укоротившись за счет наклона плоскости
аа на угол у. При проектировании резьбы на направление, перпен-
дикулярное к задней поверхности резца, это смещение будет оста-
ваться неизменным, как видно из рис. 319.
Если резец опустить на величину h ниже оси детали, то
резьба получится также с искаженным углом и высотой. Пусть
на рис. 320 линия ВЛ —передняя поверхность резца М, снижен-
ного на величину h, a N — деталь с глубиной нарезки резьбы t.
Определим необходимую высоту профиля резца t'.
Из А СОА получаем
СА = У Я2 —Л2,
где R — внешний радиус нарезки,
CB = yr2 — h2,
где г — внутренний радиус нарезки.
Тогда
t' = /У?2 —/г2 — У г2 — /г2.
При h = 0
Г = R — г = /;
при h = r
t' =VR2 — r2.
Но r = R — t,
тогда ______
f = У#2 — h2 — У (/? — О2 — Л2.
329
Угол профиля резьбы ₽ определяют по формуле
, a s
tgT ~ ~2t‘
Искаженный же угол профиля резца (при измерении в
плоскости ЛВ) определится по формуле
Подставляя f, получим
tg А = -_________-_________.
2 2[/??2 —й2—/(Я —О2—Л2]
Тогда
toll
tg 2 _ __________S_________. _S_.
tg 1- 2[//?2-й2-V(R- t)*-ha] ' 2t ’
tg_L yw-tf-ytR-tji-h*
или
tg -y- = tg ; - -—7==-
2 2 у /?2 — Й2 — /(/?— Z)2 — Й2
В связи с развитием скоростного метода нарезания внутренней
и наружной резьбы применяют резцы, оснащенные твердым сплавом.
Существуют два способа нарезания резьбы такими резцами: Добыч-
ным резцом и 2) вращающимся резцом. Нарезание резьбы обычным
резцом дает возможность повысить скорость резания. Движение рез-
ца за каждый проход может осуществляться автоматически при по-
мощи специального резьбонарезного приспособления. Конструкция
резца для данного способа нарезания резьбы может быть принята
нормальная. Опыты показывают, что более экономичными являются
резцы, отличающиеся от нормальных тем, что их рабочая часть ото-
гнута вправо или влево от тела резца, причем острие резца лежит
в одной плоскости с боковой поверхностью державки, как это изо-
бражено на рис. 321. Для нарезания профиля метрической резьбы
с углом 60° резец приходится затачивать под углом 59°, так как
при больших скоростях резания резьба «разваливается».
Метод скоростного (вихревого) нарезания вращающимся резцом
осуществляют при помощи специального приспособления — быстро-
ходной головки, установленной на суппорте токарно-винторезного
330
станка, в которой закреплены один или несколько резцов. При этом
происходит прерывистый процесс резания вращающимися с боль-
шой скоростью резьбовыми резцами, оснащенными твердым спла-
вом. Такое нарезание резь-
бы может быть осуществлено
двумя способами:
1) способом внутреннего
касания, когда нарезаемая
деталь находится внутри тра-
ектории резца (рис. 322, а);
это достигается смещением оси
вращения резца по отношению
коси детали;
или
2) способом внешнего ка-
сания, когда деталь находится
вне траектории резца (рис.
322, б).
Рис. 321. Резец для скоростного
нарезания резьбы
Рис. 322. Нарезание резьбы способом Рис. 323. Приспособление для
внутреннего (а) и внешнего (б) касания крепления резцовой головки
Первый способ более распространен, так как протекает спокой-
нее и обеспечивает более чистую поверхность резьбы. Для осуществ-
ления этого процесса применяют приспособления различной кон-
струкции, одно из которых представлено на рис. 323. Приспособле-
331
ние состоит из чугунного корпуса 1, в котором на шариковых под-
шипниках 3 смонтирован шпиндель 2 со сквозным коническим от-
верстием. Шпонка 5 закрепляет этот шпиндель в корпусе приспо-
собления. Масло для смазки подается через отверстие в корпусе,
Рис. 324. Схема установки для скоростного
резания резьбы
закрытое пробкой 4, а отработанное масло удаляется через отвер-
стие 6. Резцовая головка (показанная на рис. 323 пунктиром слева)
закрепляется в приспособлении и вращается вместе с ним. Схема
такой установки на станке для нарезания резьбы по первому
способу представлена на рис. 324. Нарезаемая деталь 1 устанав-
ливается в центры и получает медленное вращение (от 3 до
а)
Рис. 325. Восьмирезцовая головка (а) и схема работы
проходного и резьбового резцов в головке (б)
30 об/мин) от электродвигателя главного движения станка. План-
шайба 2 с резьбовыми резцами имеет встречное вращение, полу-
чаемое от электродвигателя 3. Скорость резания в этом случае
332
принимается от 150 до 500 м/мин. Полная резьба нарезается за
один проход суппорта с головкой. Головка может иметь один или
несколько резцов. На рис. 325, а изображена восьмирезцовая го-
ловка, позволяющая нарезать резьбу на черновых заготовках с
одновременным снятием припуска на заданный диаметр резьбы, а
на рис. 325, б показаны оба резца — проходной и резьбовый — для
данной обработки.
Рис. 326. Гребенки для нарезания
наружной (а) и внутренней (б) резьбы
Если призматический резьбовый резец имеет несколько зубьев,
благодаря чему увеличивается производительность резания, то та-
кой резец называется гребенкой. Гребенки применяют как для на-
ружного, так и для внутреннего нарезания. На рис. 326, а показа-
ны два типа гребенок
для наружной резьбы:
1 — с вогнутой и 2 — с
плоской задней поверх-
ностью. Обычно ширину
гребенки принимают
равной шести шагам на-
резки. Гребенка имеет не
менее шести зубьев, из
которых первые три ска-
шивают под углом ф =
=20°. Гребенка для
внутренней резьбы изо-
бражена на рис. 326, б.
Все произведенные
а) б) в)
Рис. 327. Круглые резцы для нарезания
резьбы
выше расчеты по искажению резьбы для резьбовых резцов примени-
мы и для резьбовых гребенок.
Круглые резцы для нарезания резьбы конструируют в виде од-
нозубых дисковых резцов с соответствующими нарезаемой резьбе
профилями (рис. 327, а) или в виде дисковых гребенок с двумя или
333
несколькими зубьями двух разновидностей: кольцевыми (рис. 327, б)
и винтовыми (рис. 327, в) с нарезкой того же подъема, как и подле-
жащая нарезанию резьба. Кольцевые гребенки, а также однозубые
резьбовые резцы применимы для остроугольных нарезок с малым уг-
лом подъема, так как при максимальном заднем угле а (до 15°) у них
д л должен быть обеспечен достаточный боко-
Я V вой зазор между направлением резьбы и бо-
V БОа /7 V ковой поверхностью резца, чего при боль-
шом подъеме резьбы получить нельзя. Вин-
товые гребенки, напротив, допускают ра-
боту при большом подъеме резьбы. У них
угол нарезки должен быть приблизительно
одинаковым с углом подъема нарезки об-
рабатываемой детали.
Угол подъема резьбы а х связан с шагом
S и диаметром D детали формулой
Рис. 328. Искажение
резьбы Таким образом, чтобы углы совпадали,
диаметры резца и детали должны быть
одинаковыми или диаметр резца должен быть кратным диаметру
детали, но тогда нарезку надо делать соответственно кратности
диаметра двухзаходной, трехзаходной и т. д.
Рис. 329. Различные типы крепления круглых
резьбовых резцов
При многозубой круглой гребенке необходимо брать не менее
пяти-шести зубьев, скашивая первые два-три зуба под углом 20°,
как и у плоской гребенки.
334
Гребенки и однозубые резцы, устанавливаемые режущей кромкой
не на высоте центра детали, а выше его, могут быть заточены с пе-
редним углом у=0° или у>0°. Если у=0°, то резьба в сечении,
перпендикулярном к задней поверхности резца, будет искажена
не только по длине, но и по углу ее, как в плоских резьбовых рез-
цах. Но дополнительно к этому в круглых резьбовых резцах, как
и в обычных фасонных круглых резцах, получается искажение пря-
мых линий профиля резьбы, обращающихся в дуги гипербол. На-
резанная некорригированной гребенкой резьба будет иметь откло-
нение Z (рис. 328). Поэтому профиль гребенки нужно заранее ис-
правлять на эту величину. Для небольших шагов резьбы при. зна-
чении заднего угла а =84-9° искаженйе среднего диаметра резьбы
детали настолько незначительно, что им можно практически прене-
бречь.
При у>0° к указанным искажениям в гребенке добавляется сме-
щение точек наружной поверхности детали, вызванное тем, что пе-
редняя поверхность резца располагается под углом к центру детали.
При оформлении конструкции дисковых резьбовых резцов необ-
ходимо учитывать тип крепления их в державках. Наиболее распро-
страненными являются следующие типы крепления:
1) затяжка болтом с конической головкой (рис. 329, а);
2) крепление, усиленное радиальными рифлениями, выполнен-
ными непосредственно на торцах резца и державки, с затяжкой
болтом с круглой головкой (рис. 329, б);
3) комбинированное крепление гребенки 1 на державке 2, снаб-
женной регулировочным устройством, состоящим из двух шайб
3 и 4, имеющим рифления для поворота гребенки (рис. 329, в).
Крепление первого типа представляет собой наиболее простой
и распространенный вид зажима дисковых резцов и имеет следующие
преимущества: а) простоту выполнения; б) возможность свободного
регулирования положения резца. Недостатком является сравни-
тельно слабая затяжка при больших нагрузках и диаметрах резцов
свыше 40 мм.
Крепление второго типа менее распространено. Оно дает более
надежное крепление диска (при больших нагрузках и больших диа-
метрах резцов), но имеет следующие недостатки: а) неточность уста-
новки резца (отсутствие возможности регулирования в пределах осе-
вого шага одного рифления); б) удорожание резцов ввиду необхо-
димости выполнения рифлений на них; в) более сложное, чем у пре-
дыдущего типа, изготовление державок.
Крепление третьего типа имеет следующие преимущества:
а) свободное регулирование; б) надежное крепление резца; в) уде-
шевление изготовления резца (без рифлений с отверстием). Недо-
статком этого типа является некоторое удорожание изготовления
собственно державки.
Первый тип крепления является предпочтительным не только
как самый распространенный, но и как наиболее выгодный для рез-
335
цов, не несущих большой нагрузки. Этот тип принят на большинстве
заводов для резцов диаметром до 40 мм. Для резцов, несущих боль-
шую нагрузку (для трапецеидальной резьбы с крупным шагом),
целесообразно применять крепление третьего типа ввиду его явных
преимуществ перед другими в данных условиях.
РЕЗЬБОВЫЕ ФРЕЗЫ
Резьбовые фрезы по конструкции разделяют на дисковые (одно-
ниточные) и цилиндрические (гребенчатые), представляющие собой
как бы набор дисковых резьбовых фрез.
Рис. 330. Дисковая резьбовая фреза
Форма зуба дисковой
резьбовой фрезы соответ-
ствует профилю нарезае-
мой резьбы. На рис. 330
показана такая фреза для
нарезания трапецеидаль-
ной резьбы. Эти фрезы
большей частью применя-
ют для нарезания резьб с
крупным шагом, многохо-
довых и длинных.
Форма зуба цилиндри-
ческой фрезы также соот-
ветствует профилю наре-
заемой резьбы. Эти фрезы
применяют в основном
для изготовления корот-
ких резьб. Цилиндрические фрезы бывают хвостовые (кон-
цевые) и насадные. Они стандартизованы по ГОСТ 1336—62.
По предельным отклонениям профиля нарезки оба вида фрез раз-
деляются на две степени точности, обозначаемые буками Е и Н.
Рис. 331. Хвостовая гребенчатая фреза
Хвостовые фрезы (рис. 331) применяют для фрезерования внут-
ренних резьб. Эти фрезы изготовляют с конусными хвостовиками и
разделяют на праворежущие и леворежущие.
Насадные фрезы (рис. 332) могут быть с прямыми или винтовыми
канавками. Фрезы с прямыми канавками работают неравномерно,
так как все зубья врезаются и выходят из работы одновременно, что
336
вызывает вибрацию при резании и в результате приводит к получе-
нию нечистой резьбы. Фрезы с винтовыми канавками более сложны
в изготовлении и не обеспечивают одинакового резания всеми режу-
щими кромками, так как с одной стороны профиля они острые, а
Тип А
Насадные гребенчатые фрезы
с другой — тупые, вследствие
чего при резании возникает осе-
вое усилие. В результате обыч-
но применяют небольшой угол на-
клона зубьев в пределах 5—10°.
Расчет отдельных элементов
дисковых и цилиндрических резь-
бовых фрез производят теми
же методами, как и обычных
фрез.
Размеры зубьев резьбовых фрез
(рис. 333) приведены в табл. 70.
Передний угол у следует принимать в зависимости от материала
обрабатываемой детали в пределах от 4 до 22°.
Если передний угол у превышает 4°, то угол профиля нарезки
должен быть скорректирован по следующему расчету (рис. 334).
Определяют:
1. Угол 7! из соотношения
sinT1 =
J? sin т
R — tt '
337
РАЗМЕРЫ ЗУБЬЕВ РЕЗЬБОВЫХ ФРЕЗ
Таблица 70
D, мм Число канавок h, мм Я, мм со, град г, мм Наиболь- ший шаг резьбы 5, мм
профиль шлифован- ный профиль нешлифо- ванный
(10) 5 0,75 1,0 2,5 45 0,75 1,5
12 6 0,75 1,0 2,5 45 0,75 1,5
15 6 1,00 1,0 3,0 45 1,00 2,0
18 6 1,25 1,5 3,5 45 1,00 2,0
20 6 1,50 2,0 4,0 45 1,50 2,0
25 8 1,25 1,5 4,5 45 1,50 3,0
30 8 1,50 2,0 4,5 45 1,50 3,0
35 10 1,50 2,0 5,5 30 2,00 4,0
40 10 1,50 2,0 5,5 30 2,00 4,0
45 12 1,50 2,0 6,0 30 2,00 5,0
55 12 2,00 2,5 7,0 30 2,00 6,0
65 14 2,00 2,5 7,0 30 2,50 6,0
75 16 2,00 2,5 8,0 30 3,00 6,0
85 16 2,00 3,0 8,0 30 3,00 6,0
где у — передний угол, град;
R=%- — радиус фрезы, мм;
£
/2— номинальная высота профиля резьбы, нарезаемой данной
фрезой, мм.
Рис. 334. Корректирование угла про-
филя нарезки фрезы
2. Центральный угол
Р =71—Т-
3. Величину падения кри-
вой затылования, соответст-
вующую углу р:
А —- Aj.
К1 ~ 360° ’
где k — величина падения
кривой затылования
мм;
z — число зубьев.
4. Угол ctj профиля в
радиальном сечении из соот-
ношения
4
— fej
(а =60° для метрической резьбы и 55°—для дюймовой).
При рекомендованных ГОСТом величинах угла у допускаемые
значения угла профиля в радиальном сечении приведены в табл. 71.
338
Таблица 71
' ВЕЛИЧИНА УГЛА а, ПРОФИЛЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ЗНАЧЕНИЯХ УГЛА у
7 Метрическая резьба Дюймовая резьба
профиль шлифо- ванный профиль нешли- фованный профиль шлифо- ранный профиль нешли- фованный
< 4° 60° 60° 55° 55°
< 8° 61° 61°30' 56° 55°30'
<22° 63° 64° 58° 59°
Применяют сборные цилиндрические резьбовые фрезы, позво-
ляющие экономить качественную инструментальную сталь за счет
использования ее лишь для изготовления режущих гребенок. Такая
фреза представлена на рис. 335. Она состоит из корпуса /, сепа-
А-А
L
Рис. 335. Сборная цилиндрическая резьбовая фреза
ратора 2, гайки 4 с двенадцатью винтами и сменных ножей 3. Ножи
устанавливают в пазы сепаратора, навинчивают гайку и зажимают
винтами. Данная конструкция фрезы позволяет обойтись без спе-
циального резьбошлифовального станка для снятия затылка по про-
филю резьбы. Это достигается тем, что нарезание и шлифование
резьбы на рабочей поверхности ножей производят в приспособле-
нии, отличающемся от сборной фрезы наличием смещенных пазов,
благодаря чему при установке в корпус фрезы ножи получают нор-
мальный задний угол с необходимой величиной затылования, допу-
скающей в 2—3 раза большее количество переточек, чем у обычной
фрезы.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ РЕЗЬБЫ
Накатывание резьбы находит в последние годы все большее при-
менение. Это наиболее производительный и экономичный метод по-
лучения наружной резьбы, обеспечивающий ее большую прочность.
При использовании данного метода улучшается чистота поверх-
339
ности резьбы. При этом резьба как бы полируется вследствие нали-
чия скольжения между деталью и плашками в результате разности
окружных скоростей у наружного и внутреннего диаметров резьбы.
Прочность резьбы, полученной накатыванием, значительно выше,
чем при нарезании. Все указанные моменты выдвигают метод накаты-
вания резьбы на первое место в
сравнении с другими методами ее
получения. Накатку можно выпол-
нять: 1) на специальных накатных
станках с помощью плоских на-
катных плашек или накатных ро-
ликов, а также накатного ролика
и плашки и 2) на обычных метал-
лорежущих станках с помощью
накатных головок и круглых
накатных плашек. Накатывание
плоскими плашками при диа-
метрах резьбы от 2 до 40 мм
заключается в том, что деталь
прокатывают между двумя плаш-
Рис. 337. Схемы накатывания
резьбы
Р
Рис. 336. Действие сил в про-
цессе накатывания резьбы пло-
скими плашками
ками с нарезанной на них резьбой. Одна из плашек, за-
крепленная на станине, неподвижна, а другая, укрепленная
в специальном ползуне станка, совершает возвратно-поступатель-
ное движение. При этом процессе деталь подвергается воздействию
в первую очередь радиальных сил Р (рис. 336), благодаря которым
получают требуемый профиль резьбы. Кроме того, действуют тан-
генциальные силы Q, заставляющие деталь вращаться, благодаря
чему профиль инструмента передается на всю длину детали.
Накатывание резьбы роликами можно производить с примене-
нием одного, двух или трех роликов.
340
Накатывание резьбы одним роликом применяют при обработке
деталей на токарных автоматах, револьверных и токарных станках
главным образом на мягких материалах и при необходимости полу-
чения мелкой резьбы. На рис. 337, а представлена схема накатыва-
ния резьбы одним роликом. Ролик 1 давит на деталь 2 при совместном
встречном их вращении. Под действием радиальных и тангенциаль-
ных сил на детали получается резьба.
Накатывание резьбы двумя роликами применяют при обработке
сплошных, а также пустотелых деталей, так как усилия при накаты-
вании роликами значительно меньше, чем при накатывании плоски-
ми плашками. Схема накатывания двумя роликами показана на
рис. 337, б. Вращение роликов осуществляется в одну сторону. Воз-
действие сил здесь такое же, как при накатывании одним роликом.
Накатывание резьбы тремя роликами является новым видом
накатки. Схема накатывания показана на рис. 337, в. Три ролика с
вертикальным расположением осей вращаются в одном направлении
и могут передвигаться радиально к детали, благодаря чему под
действием радиальных и тангенциальных усилий на детали выдав-
ливается резьба.
При схеме накатывания резьбы роликом и плашкой используется,
кроме ролика, дуговая или кольцевая плашка.
Конструкции головок и круглых накатных плашек позволяют
применять их на тех же станках, на которых применяют резьборе-
жущий инструмент, в виде резьбонарезных головок и круглых пла-
шек. Различают два типа резьбонакатных инструментов данной кате-
гории: 1) резьбонакатные головки, которые после накатывания резь-
бы раскрываются и не требуют реверсивного хода, и 2) резьбэнакат-
ные круглые плашки, производящие накатывание резьбы в условиях,
идентичных резьбонарезанию круглыми плашками.
ПЛОСКИЕ НАКАТНЫЕ ПЛАШКИ
Плоские накатные плашки конструктивно оформляют в зависи-
мости от схемы профилирования ими резьбы и в основном могут быть
разделены на три типа: 1) плашки без заборной части; 2) плашки с
заборной частью и 3) плашки с сошлифованным под определенным
углом к основанию плашки про-
филем ниток в их заборной части.
Плашки первого типа, не имею-
щие заборной части, устанавлива-
ют так, чтобы между ними был не-
который угол <р. Схема такого рас-
положения плашек представлена
на рис. 338. Из схемы видно, что
плашки изготовлены без заборной рис 338 Расположение плоских
части, которая получается лишь за плашек без заборной части под
счет наклона плашек под углом ср. углом
sL__P
341
Второй тип плашек с наличием заборной части (рис. 339) стан-
дартизован по ГОСТ 2248—60. Здесь плашки строго параллельны
и смещены относительно друг друга на 0,5 шага. Заборная часть L3
позволяет постепенно выдавливать резьбу, калибрующая часть LK
окончательно отделыва-
ет ее, и сбрасывающая
часть Lc освобождает за-
готовку от зацепления
с инструментом. Забор-
ную часть L3 в этих
плашках принимают
равной rcdcp, где dcp—
средний диаметр резьбы.
Общая длина плашек по
Рис. 339. Расположение плоских * плашек с
заборной частью на неподвижной плашке
стандарту равна при-
мерно (5-4-7) rcdcp в зависимости
от диаметра резьбы.
Совершенно по-другому
оформляют конструкцию треть-
его типа плашек, получаемую
путем шлифования профиля ни-
ток под углом <р к основанию
плашки (рис. 340). Эти плашки
отличаются способом профили-
рования резьбы. В то время как
при указанных выше конструк-
циях плашек при каждом полу-
обороте детали удельный объем
вытесненного металла непрерыв-
но увеличивается и к моменту
окончания накатки делается
максимальным, в последней кон-
Рис. 340. Конструктивное видоизме- струкции он, напротив, умень-
нение плоских плашек шается и обеспечивает ка-
чество и точность полученной
Рис. 341. Схемы профилирования резьбы
342
резьбы. На рис. 341, а и б приведены схемы профилирования
резьбы по первым двум конструкциям плашек, а на рис. 341, в —
по третьей конструкции.
Плашки третьего типа могут быть получены из стандартных пла-
шек путем шлифования резьбы по гребням под углами ср и ср' к осно-
ванию плашки, чем обеспечивается образование заборной части пла-
шек (см. рис. 340). Для лучшего затягивания детали дополнитель-
но вышлифовывают поперечные канавки.
Вершины резьбы плашки должны лежать в плоскости, параллель-
ной опорной поверхности последней. Допускают отклонение от па-
раллельности не более 0,02 мм на длине 100 мм. Установочные по-
верхности плашки должны быть перпендикулярны опорной поверх-
ности. Допускают отклонение от перпендикулярности не более
0,02 мм на длине 100 мм. При восстановлении плашек допускают
уменьшение высоты плашки не более чем на половину.
НАКАТНЫЕ РОЛИКИ
Накатные ролики в сравнении с плоскими плашками обеспечи-
вают большую точность деталей по шагу и углу профиля, а также
большую чистоту резьбы. Ролики бывают двух конструкций: 1) нор-
мальной и 2) с сошлифованным по архимедовой спирали профилем
ниток в их заборной части.
Накатной ролик нормальной конструкции выполняет работу на-
катывания вследствие того, что радиальное усилие вдавливает ро-
лик (или ролики) в деталь, а тангенциальное — передает профиль
резьбы на весь периметр детали. Диаметр ролика зависит от конст-
рукции станка и должен в несколько раз превышать диаметр накаты-
ваемой резьбы. Ролики имеют многозаходную резьбу. Витки роли-
ков имеют направление, противоположное направлению витков де-
тали. Если средний диаметр накатываемой резьбы dcp, а число за-
ходов i, то наружный диаметр ролика выразится формулой
^нар = ^ср^ ”1“ ^о>
где t0— глубина резьбы.
Если S — шаг резьбы детали, то шаг резьбы роликов Sp опреде-
ляют по формуле
Sp=Si.
Резьбонакатные ролики нормальной конструкции в настоящее
время стандартизованы по ГОСТ 9539—60. Они выполняются
двух типов и двух исполнений. Тип А —для работы на станках с
расстояниями между осями шпинделей: наибольшим 230 и наимень-
шим 130 мм, тип Б — для работы на станках с расстоянием между
осями шпинделей: наибольшим 135 и наименьшим 90 мм. По испол-
нению I изготавливают ролики повышенной точности, а по испол-
343
Форма /
Форма I
Загрузочно разгрузочная
часть ролика
Рис. 342. Накатные ролики
нению II — ролики обычной точности. На рис. 342, а представлен
ролик типа А, причем форма 2 допускается для роликов с накатан-
ным профилем резьбы. Ролик типа Б отличается только своими
размерами.
Ролики с сошлифованным профилем в заборной части подают
на деталь с некоторым усилием до соприкосновения начала забор-
ной части роликов с деталью. После этого подачу роликов прекра-
щают, и ролики увлекаются деталью, накатывая на ней резьбу.
Конструктивное выполнение ролика изображено на рис. 342, б.
Заборную часть его оформляют по архимедовой спирали. Расчетные
данные для Онар и Scp те же,что и при нормальной конструкции роли-
ков. Здесь, так же как и в плоских плашках, в заборной части можно
вышлифовывать поперечные канавки. Такие ролики значительно
упрощают работу, не требуя подачи подвижной бабки станка во
время процесса накатывания, и повышают производительность в
сравнении с роликами нормальной конструкции.
Из всех рассмотренных способов накатки резьбы роликами наи-
большее распространение в промышленности получила накатка
резьбы двумя роликами.
НАКАТНЫЕ РОЛИКИ, ДУГОВЫЕ И КОЛЬЦЕВЫЕ ПЛАШКИ
При накатке с помощью ролика и дуговой плашки (рис. 343, а)
рабочее (вращательное) движение получает ролик. Полный цикл
накатывания резьбы происходит за время прохода заготовки между
Рис. 343. Схема работы накатного ролика и дуговой
плашки (а) и накатного ролика и кольцевой плашки (б)
345
роликом и плашкой; при этом заготовка совершает несколько обо
ротов вокруг своей оси. Так как инструмент для такой накатки имеет
высокую стоимость, этот метод накатки в инструментальном произ-
водстве не применяют.
Вторая разновидность накатки с использованием ролика и коль-
цевой плашки позволяет производить накатывание резьбы непре-
рывным процессом, что обеспечивает его выгодность в сравнении
с вышеописанным, к тому же изготовление кольцевой плашки проще,
так как нет необходимости делать специальную заборную часть.
Заготовка, попадая в разгрузочную зону, прокатывается
между наружной резьбой ролика и внутренней резьбой кольца
(рис. 343, б). При этом происходит постепенное формообразование
профиля на заготовке изделия благодаря постепенному уменьшению
расстояния между рабочими поверхностями ролика и кольца.
В настоящее время имеется специальный автомат, позволяющий
накатывать с помощью такого ролика и кольцевой плашки методом
непрерывной подачи. Пока указанная разновидность метода накат-
ки в инструментальном производстве практически не внедрена.
НАКАТНЫЕ ГОЛОВКИ И КРУГЛЫЕ НАКАТНЫЕ ПЛАШКИ
В промышленности используют две конструкции резьбонакат-
ных головок НГ и НГН, а в последнее время завод «Фрезер» присту-
пил к выпуску головок ВНГН.
Головка НГ (рис. 344) имеет консольную конструкцию, допускаю-
щую накатывание резьбы до упора. Резьбонакатные ролики 10
вращаются с помощью игольчатых подшипников 9 на цилиндричес-
ких выступах кулачков /, которые входят и радиально перемещают-
ся в трех Т-образных пазах. Опорные плоскости кулачков накло-
нены к оси на угол, примерно равный углу' подъёма накатываемой
резьбы. Кулачки опираются на скошенные площадки, имеющиеся
на внутренней поверхности нажимного кольца 2, надетого на корпус
головки. В отверстии корпуса расположен сердечник 3 с упором 4
и гайкой 5.
Включение и выключение головки происходят от осевого пере-
мещения нажимного кольца 2, которое осуществляется поворотом
рукоятки <8 от упора 4, или вилкой через проточку нажимного
кольца. Рукоятка 8 ввернута в палец 7, который в свою очередь
проходит через муфту 6, ввернутую в нажимное кольцо 2. Поворот
нажимного кольца 2 вокруг оси корпуса, осуществляемый сто-
порными винтами 11. позволяет регулировать диаметр резьбы.
Головка НГН имеет неконсольную конструкцию, благодаря
чему не позволяет накатывать резьбы близко к торцу. •
Резьбонакажая головка ВНГН-3 для резьб диаметром 8—16 juju,
принятая к серийному производству на заводе «Фрезер» взамен го-
ловки НГН, представлена на рис. 345. Ролики 9 установлены на экс-
центричных осях 4. имеющих две опоры, что обеспечивает удобную
346
регулировку и хорошую жесткость осей, а следовательно, стабиль-
ность размеров накатываемой резьбы. Головка Может использовать-
ся в качестве стационарной и вращающейся, причем без заметного
усложнения конструкции. Достигается это за счет устройства вы-
ключающего механизма. Задняя часть корпуса 2 сидит на выступаю-
щей части хвостовика /. Хвостовик 1 с центральной шестерней пред-
ставляет, одно целое. По корпусу 2 передвигается кольцо выключе-
ния 6. В хвостовике / имеется паз, состоящий из двух участков:
прямого, параллельного оси головки, и винтового.
Рис. 344. Резьбонакатная головка НГ
Аналогичный паз имеется и в корпусе 2, но если продольные
участки этих двух пазов совпадают, то винтовые участки взаимно
перекрещиваются. Сквозь оба паза проходят укрепленные в кольце
6 пальцы 7 с сидящими на них роликами 10. Конец пальцев 7 входит
в отверстие сердечника 12, несущего внутренний упор // и контр-
гайку 14. Таким образом, сердечник 12 и кольцо 6 жестко между
собой связаны.
От осевого перемещения корпус 2 удерживается шариками 13,
засыпанными в канавку, образованную деталями 2 и 1. Существует
вариант конструкции без шариков, тогда корпус 2 удерживается на-
вернутой сзади гайкой. В случае использования невращающейся
головки в кольцо 6 может быть ввернута рукоятка (на рисунке она не
показана).
Головка подается на заготовку и, захватив ее, накатывает резь-
бу на установленную длину. По достижении необходимой длины то-
рец заготовки упирается в торец внутреннего упора и перемещает
его вместе со связанными деталями до тех пор, пока ролики 10
дойдут до точки перелома пазов, пружина 3 резко повернет корпус
347
Ф90
Рис. 345. Резьбонакатная головка ВНГН
2 относительно оси, вследствие чего произойдет раскрытие головки-
При обратном ходе головки вилка станка, сухари которой введены
в кольцевой паз кольца выключения 6, находит на упор, останавли-
вается, в то время как весь механизм продолжает перемещение
назад вместе со шпинделем станка. Тем самым ролики 6 начинают
воздействовать на винтовой участок паза, перемещаясь к перед-
Рис. 346. Резьбонакатные плашки НП:
а — общий вид плашек; б — разрез плашки НП-2: 1 — корпус; 2 — регули-
ровочные винты; 3 — зубчатое колесо; 4 — ось; 5 — игольчатые ролики;
6 — резьбонакатные ролики
нему концу головки. Перемещение же роликов 10 и пальцев 7 к пе-
реднему концу головки приводит к повороту корпуса 2 в обратном
направлении, т. е. головка возвращается в исходное положение.
Накатывающие ролики 9 сводятся к центру и головка готова к пов-
торению цикла. Возврат головки в исходное положение в случае
работы ее как невращающейся может осуществляться рукояткой,
которая таким же путем перемещает кольцо 6 к переднему торцу
головки. В этом случае рукоятка завернута в кольцо выключения 6.
Возможна установка рукоятки на корпусе 2, для чего несколько
изменяют форму паза. Однако это не позволяет выключить головку
349
рукояткой на ходу и на головках меньших размеров может привести
к столкновению роликов при закрывании. Длину накатывания ре-
гулируют изменением положения внутреннего упора 11, а диаметр
накатывания — поворотом деталей 5, 8 и других, с ними связанных
относительно корпуса 2. Головкой можно накатывать изделия любой
длины. В этом случае необходимо или снять внутренний упор, или
изготовить его специальной формы (типа стакана). На основе базо-
вой конструкции ВНГН-3 заводом «Фрезер» серийно освоены еще
два размера головок: Типа ВНГН-2 (для резьб диаметром 4—6 мм)
и ВНГН-4 (для резьб диаметром 18—27 мм). Таким образом, базо-
вая конструкция ВНГН-3 послужила основой для создания гаммы
резьбонакатных головок универсального типа ВНГН.
Резьбонакатные плашки выпускаются промышленностью одной
конструкции НП (рис. 346, а). Их применяют для машинного и руч-
ного накатывания резьбы в условиях, идентичных условиям работы
круглых резьбонарезных плашек. При работе вручную в боковые
отверстия корпуса ввертывают две ручки.
Конструкция такой плашки НП-2 (для нарезания резьбы диамет-
ром 8—16 мм) представлена на рис. 346, б. В ней резьбонакатные
ролики 6 с помощью игольчатых подшипников 5 вращаются на эк-
сцентричных шейках осей 4. Угол наклона отверстий для осей 4 к
оси корпуса 1 равен средней величине угла подъема накатываемых
данной плашкой резьб.
Опыт работы резьбонакатными головками и плашками ряда
заводов позволяет сделать заключение, что они имеют следующие
преимущества: 1) повышение скорости накатывания до 30 м/мин,
2) повышение точности и чистоты резьбы и 3) увеличение стойкости
инструмента.
ГЛАВА XI
ЗУБОРЕЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
ОСНОВНЫЕ понятия
Зуборезные инструменты, применяемые для нарезания зубчатых
колес, должны обеспечивать соответствующий профиль зуба и необ-
ходимую точность.
Существует несколько типов зубчатых передач: 1) цилиндричес-
кими зубчатыми колесами с прямыми и косыми зубьями для пере-
дачи вращения как между параллельными осями, так и между ося-
ми, расположенными под любым углом; 2) зубчатыми рейками;
3) коническими зубчатыми колесами для передачи вращения при не-
параллельных пересекающихся осях.
При оформлении конструкции инструментов для нарезания ука-
занных зубчатых пар необходимо учитывать требуемый профиль
зуба нарезаемого колеса, применительно к которому и оформляется
режущая часть инструмента.
Профиль зубьев зубчатых колес обычно очерчивается циклои-
дальными или эвольвентными кривыми.
Циклоидальное зацепление очень чувствительно к малейшему из-
менению расстояния между осями зубчатых колес. Обрабатывать
такие профили на станках весьма сложно; профили получаются
неточными, а поверхность зубьев негладкой, так как разные части
зуба очерчены по различным кривым.
Эвольвентное зацепление обеспечивает более легкое изготовление
зубчатых колес.
ЭВОЛЬВЕНТНОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ
Эвольвентой, или разверткой круга, называется кривая, образуе-
мая точкой прямой линии при качении ее без скольжения по окруж-
ности. Это показано на рис. 347, где прямая ху катится без сколь-
жения по окружности О, в результате чего каждая точка Р прямой
при качении ее по окружности будет описывать эвольвенту. Если
точка Р касания прямой и окружности будет одной точкой эвольвен-
ты, то вторую ее точку можно получить, откладывая дугу РМ, рав-
ную дуге PN, и описывая из точки М, как из центра, дугу радиусом,
351
равным отрезку прямой PN, и из точки Р—другую дугу радиусом,
равным прямой MN. Точка пересечения этих дуг и будет второй
точкой эвольвенты. Если взять вместо точки М другие точки Mlt
М2, М з и т. д. на окружности О и отнести к ним подобное построение,
т. е. рассматривать их как точку касания прямой ху и окружности
О, то получится ряд точек эвольвенты, лежащих на кривой PR.
Согласно приведенному оп-
ределению эвольвенты, ее можно
рассматривать как частный, слу-
чай циклоидальной кривой, ког-
да производящая эту кривую ок-
ружность обращается в прямую.
,0
Рис. 347. Образование эвольвенты
Рис. 348. Образование линии зацеп-
ления
Пусть 0х02— линия центров двух сопряженных зубчатых колес
(рис. 348); Q и Т — начальные окружности колес, касающиеся в
точке Р. Если провести прямую ху под углом касания и описать из
центров Oj и О2 окружности, касающиеся прямой ху в точках А
и А 1г то получим те основные окружности F± и F2, от которых начи-
нается эвольвентное очертание зуба. Общая касательная явится
линией зацепления, а участок ее АА1— наибольшей возможной
длиной линии зацепления.
Легко видеть, что при увеличении угла ад радиусы основных
окружностей будут уменьшаться, а длина линии зацепления уве-
личиваться. Этот угол не должен быть слишком малым, так как в
этом случае уменьшится длина линии зацепления и потребуется
большое число зубьев для сцепляющихся колес.
Пример эвольвентного зацепления двух зубчатых колес показан
на рис. 349, где линией зацепления является прямая AAlt располо-
женная под углом ад к перпендикуляру к линии центров колес. Фак-
тически используется лишь участок ВВ1этой прямой, ограниченный
точками пересечения внешних окружностей с линией зацепления.
352
При эвольвентном зацеплении обкатка прямой производится по
основным окружностям, поэтому степень перекрытия или продолжи-
тельность зацепления будет равна длине ВВ1У деленной на шаг по
основной окружности, называемый образующим шагом t0. Шаг
t0 связан с шагом по начальной окружности соотношением
Co = /cosad,
так как отношение радиусов основной и начальной окружностей
равно косинусу угла наклона линии зацепления. Указанное соот-
ношение можно получить из рис. 348, где
АО2Р = Л1О1Р = аа;
АО2 = О2Р cos аа;
А1О1 = О.Р cos aa;
или
АО д q Рис. 349. Эвольвентное зацепление
o^- = -oy- = cosa^
отсюда (рис. 349) продолжительность зацепления
длина _________длина BBt
t0 t cos ад
Длина ВВХ может быть меньше t0, равна ему или больше — до
2/0 и, наконец, больше 2/0; тогда продолжительность зацепления
в будет меньше единицы, равна ей, больше единицы (до двух) и,
наконец, более двух:
1) при е<1 получатся удары зубьев ввиду перерывов в зацеп-
лении;
2) при е =1 в зацеплении будет находиться постоянно один
зуб;
3) при 1<е<2 в зацеплении будет находиться попеременно от
1 до 2 зубьев;
4) при 2<е <3 в зацеплении будет находиться попеременно от
2 до 3 зубьев.
Отрезок линии ВВЪ участвующий в зацеплении, может быть ме-
нее длины всей линии зацепления АА1У равен ей или больше нее. В
первом и втором случаях получается нормальное очертание зубьев,
в третьем же — так называемая подрезка зубьев. Последняя уко-
рачивает линию зацепления, уменьшая этим величину е — продол-
жительность зацепления. Подрезка зубьев начинается при разном
числе зубьев зубчатого колеса в зависимости от их угла зацепления
(табл. 72).
Ликвидация подрезки зубьев, или, как говорят, исправление
их, состоит в использовании того или иного приема для предотвра-
12 Металлорежущие инструменты
353
щения образования искаженных
участков эвольвенты. Исправле-
ние зубьев происходит путем из-
менения пределов использова-
ния эвольвенты по сравнению с
рядовым симметричным зацеп-
лением, т. е. таким, в котором
два любых зубчатых колеса дан-
ного модуля дают расчетное
зацепление при межцентровом
расстоянии, равном
X? = (21 + z2)-
Таблица 72
Угол зацепления ад Число зубьев колеса, при котором начина- ется их подрезка, z
5 10 15 20 25 30 35 265 64 30 17 11 8 6
В расчетном зацеплении глубина захода делится полюсом попо-
лам. Высоты головок зубьев обоих сопряженных зубчатых колес
равны между собой.
Приемами корригирования зубьев являются: 1) увеличение угла
зацепления; 2) введение комбинированного зацепления; 3) уменьше-
ние высоты головки зубчатых колес.
При первом приеме, как показывают данные табл. 72, повышение
угла зацепления понижает подрезку, но в то же времД уменьшает
продолжительность зацепления е; следовательно, этот способ мо-
жет найти применение лишь в известных пределах.
При втором приеме на участках зацепления, в которых имеется
подрезка, вводят циклоидальное зацепление, изменяя этим линию
зацепления. Этот способ не универсален и при каждом числе зубьев
требует специального подсчета.
Третий прием является более употребительным. Высоту зуба,
при которой не будет наблюдаться подрезка, можно подсчитать по
соответствующим формулам зацепления. Например, при угле
ад=20° высота головки зуба при зацеплении рейки и зубчатого
колеса должна быть:
при 12 зубьях . . . . . . 0,702 т
» 13 » ... . . . 0,761 т
» 14 » ... . . . 0,780 т
» 15 » . . . . . . 0,816 т
» 16 » ... . . . 0,926 т
» 17 » . . . . . . 0,995 т
» 18 » ... . . . 1,000 т
т — модуль
На основе приведенных указаний применяется ряд практических
способов исправления зацепления.
Общесоюзный стандарт профилей зубьев колес останавливается
на более целесообразном угле зацепления 20° по следующим сооб-
ражениям:
1. В отношении подрезания зуба угол 20° дает более компактную
систему колес.
354
2. Коэффициент полезного действия зацепления при прочих рав-
ных условиях оказывается всегда выше для угла 20°.
3. При равных условиях угол 20° обеспечивает большую стой-
кость зубьев на износ, так как обусловливает меньшее удельное
скольжение и уменьшает местные напряжения от сжатия.
4. При угле 20° зубья оказываются несколько прочнее.
5. При равных условиях продолжительность зацепления для
угла 20° меньше. Однако исследования показывают, что это нельзя
считать недостатком системы с углом 20°. В ГОСТ 3058—54, регла-
ментирующем нормальный профиль эвольвентных зубьев, под ис-
ходным контуром подразумевается для цилиндрических колес кон-
тур зубьев рейки, для конических — контур зубьев плоского коле-
са в нормальном к направлению зубьев сечении.
Рейка и плоское колесо, зубья которых очерчены по впадинам
Рис. 350. Исходный контур зубча- Рис. 351. Исходный контур зубчатой
той рейки рейки со срезом
§
исходного контура («рабочая рейка» и «рабочее плоское колесо»),
определяют форму и номинальные разрезы зубьев нарезаемых колес
в результате обкатки их при номинальном положении рейки и плос-
кого колеса относительно заготовки.
Основные параметры исходного контура приведены на рис. 350,
где угол профиля ад=20°, глубина захода й3=2 т (т — модуль).
Радиальный зазор С устанавливают: для цилиндрических ко-
лес — 0,25 т, для конических — 0,20 т. Радиус закругления гх
у корня зуба исходного контура: для цилиндрических колес —
0,40 т, для конических — 0,20 т.
Для цилиндрических колес внешнего зацепления при большей
окружной скорости, чем указана в табл. 73, должен применяться
исходный контур со срезом, как показано на рис. 351.
Высота среза hc у исходного контура рейки должна быть равна
0,45 т, а коэффициент глубины среза ас в зависимости от модуля й
класса точности должен соответствовать указанному в табл. 74.
Для изготовления эвольвентного зуба требуется соответствую-
щий зуборезный инструмент.
12* 355
Таблица 73
ОКРУЖНЫЕ СКОРОСТИ
Типы колес Класс точности колеса
‘ 1 2 1 3
окружная скорость, м/сек
Прямозубые Косозубые 10 16 6 10 4 6
Таблица 74
ВЕЛИЧИНА КОЭФФИЦИЕНТА ГЛУБИНЫ ас В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МОДУЛЯ
И КЛАССА ТОЧНОСТИ
Классы точности
1 2 3
модуль, мм ас модуль, мм ас модуль, мм °C
2 2,25—2,75 3,0—4,5 5,0—7,0 8,0—10,0 0,01 0,009 0,008 0,006 0,005 2 2,25—3,5 3,75—5,0 5,50—7,0 8,0—11,0 12,0—20,0 0,015 0,012 0,010 0,009 0,008 0,006 2—2,75 3—4,25 4,5-5 5,5—9 10—20 22—30 33—50 0,02 0,0175 0,015 0,012 0,010 0,009 0,008
Все зуборезные инструменты работают по одному из двух мето-
дов: 1) копирования или 2) сопряжения (обкатки, огибания).
Первый из них основан на чисто геометрическом построении
профилей зубьев изготовляемого фасонного режущего инструмента,
очертание режущей кромки которого точно повторяет впадины наре-
заемого колеса. Инструментами, работающими поэтому методу, яв-
ляются дисковая и пальцевая фрезы.
При методе сопряжения или обкатки зубья колеса образуются
инструментом, не совпадающим по профилю с образуемой им впади-
ной. При этом подачи инструмента и детали воспроизводят кинема-
тическую картину фактического зацепления, т. е. сопряжения
зубчатой пары. Метод сопряжения является более совершенным,
точным и удобным, чем метод копирования*. Метод сопряжения
применяется при изготовлении зубчатых колес для всех ответствен-
* Метод копирования является частным случаем обработки методом об-
катки, когда «характеристика» производящей поверхности, т. е. линия, по
которой в данный момент производящая поверхность касается поверхности
детали, полностью совпадает с режущей кромкой.
356
ных передач. В данном случае режущим инструментом является зуб-
чатое колесо или рейка того или иного вида. Режущий инструмент
и нарезаемое колесо должны иметь такое относительное движение
в процессе резания, как если бы колесо было готово и инструмент
находился с ним в сопряженном зацеплении наподобие второго
колеса зубчатой пары. Поэтому необходимо принять, что начальные
окружности инструмента и колеса катятся одна по другой без
скольжения. Здесь начальные окружности будут в то же время де-
лительными, т. е. окружностями зубчатых колес, на которых шаг
и угол зацепления нарезаемого колеса равны шагу и углу зацепле-
ния инструмента. В результате подобного огибания режущая кромка
инструмента при рабочем его движении образует в заготовке про-
филь, сопряженный с профилем инструмента.
Из большого числа винтовых поверхностей наибольший интерес
представляет так называемая открытая эвольвентная винтовая
поверхность. Вообще винтовая поверхность образуется путем винто-
вого движения прямой или кривой вокруг оси. Если та-
кая поверхность образована при помощи прямой линии, она носит
название линейчатой поверхности. В тех случаях, когда образующая
прямая пересекает ось винтовой поверхности, последняя называется
закрытой, или архимедовой, поверхностью, а если образующая пря-
мая не пересекает оси, то открытой винтовой поверхностью. В
357
последнем случае образующая прямая все время остается касатель-
ной к цилиндрической поверхности, называемой направляющим ци-
линдром, радиус которой равен кратчайшему расстоянию образую-
щей прямой до оси.
На рис. 352, а показана открытая винтовая поверхность в проек-
циях, а на рис. 352, б— в перспективе. Если рассечь эту поверхность
плоскостью АА, перпендикулярной к ее оси, то в сечении получится
кривая ab, имеющая вид спирали. Если угол наклона образующей
прямой равен углу подъема винтовой линии на направляющем ци-
линдре, то в сечении получается кривая cd, являющаяся эволь-
вентой с основной окружностью
ющего цилиндра.
Рис. 353. Построение эвольвенты
в виде окружности направля-
Открытая винтовая поверх-
ность, дающая в сечении ее го-
ризонтальной плоскостью эволь-
венту, называется эвольвентной
винтовой поверхностью.
На рис. 353 изображено в об-
щем виде построение эвольвенты
как развертки круга, где г—ра-
диус основной окружности, на
которой развернута эвольвента.
Очевидно, каждая точка ее М
образована касательной Ь, рав-
ной длине дуги, с которой она
развернута. Угол между ради-
альными лучами к начальной и
рассматриваемой точкам эволь-
венты является эвольвентным
углом 6, а угол между радиаль-
ными лучами к рассматриваемой
точке эвольвенты и к точке каса-
ния касательной b является углом давления ад. Когда точка М
лежит на начальной окружности, угол ад равен углу зацепления.
Сумма угловад и 6 называется углом развернутости 6 эвольвен-
ты в данной точке М, т. е. углом, заключающим крайние точки раз-
вернутой дуги основной окружности:
8 == + 6*
На основе приведенных понятий можно написать:
6 = г(0 + ад) и &=rtgad,
откуда
r(6 + ad)=rtgad,
или эвольвентный угол
0 = tg ад — ад.
358
Угол развернутости 6, равный ад+9, на основании приведенно-
го в отвлеченном выражении, будет
8 = Л = JLtg^ = tg
т. е.
8 = tgaa.
Получив основные понятия и зависимости при определении точки
М эвольвенты, отнесем эту точку к полярным координатам, распола-
гая полюс в центре основной окружности и начальную ось горизон-
тально. Тогда эвольвентный угол 6 будет полярным углом точки М
эвольвенты и
О = tgad — ад,
а радиусом-вектором будет длина
г
р =--------.
‘ cos
Таким образом, можно определить координаты любой точки эволь-
венты.
С другой стороны, величины tgad и ад можно выразить через
р и г, а именно:
И
ae = arctgj/' (-7-)*“ I’
Тогда эвольвентный угол
е = |/ -arctg|/ (v)2- L
Это уравнение эвольвенты в полярных координатах в обычной
форме, так как оно содержит только координаты 0 и г.
КОНСТРУКЦИЯ ЗУБОРЕЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Зуборезные инструменты разделяют на следующие типы. 1. Ра-
ботающие методом копирования: дисковые модульные фрезы, паль-
цевые фрезы, фасонные зуборезные головки. 2. Работающие
методом сопряжения (обкатки, огибания): червячные фрезы, зуборез-
ные долбяки, зуборезные гребенки, зуборезные резцы.
359
ДИСКОВЫЕ МОДУЛЬНЫЕ ФРЕЗЫ
Основные понятия
В настоящее время применение дисковых модульных фрез огра-
ничено. Они распространены главным образом при индивидуаль-
ных и ремонтных работах.
Дисковые модульные фрезы —наиболее старый инструмент для
изготовления зубчатых колес. При их использовании не требуется
специального оборудования; фрезерный станок с делительным при-
способлением вполне обеспечи-
Рис. 354. Дисковая модульная фре-
за цельная (а) и сборная (б)
вает их работу. В то же время
такие фрезы имеют значитель-
ные недостатки: 1) необходи-
мость соблюдения точного
размера и формы зуба в соот-
ветствии с размерами и формой
впадины между двумя соседними
зубьями зубчатого колеса и 2) не-
возможность достижения той
степени точности нарезания зу-
ба, которую можно получить при
применении инструментов, ра-
ботающих методом обкатки,
из-за трудности установки фре-
зы как относительно оси
впадины, так и на требуемую
глубину.
Дисковые модульные фрезы
бывают черновые и чистовые.
Черновые фрезы применяются
для предварительной прорезки
впадин между зубьями колес, а
чистовые — для окончательной
отделки впадин.
Внешние формы дисковых мо-
дульных фрез стандартизованы
(ОСТ 20181—40). На рис. 354
изображен общий вид таких фрез.
Размеры их следующие: модуль—от0,3 до 16 жж, De=40-H70 жж;
d—164-40 жж; число зубьев z=264-10 (соответственно). Чер-
новые фрезы можно делать также со ступенчатыми зубьями, обес-
печивающими более интенсивную обработку.
Дисковые модульные фрезы для нарезания зубчатых колес с
/п=224-45 жж изготавливают сборными со вставными зубьями
(рис. 354, 6). Эти фрезы выполняются с De = 2454-375 мм, d=
= 504-60 мм и шириной В=664-130 жж (соответственно).
360
Расчет и профилирование дисковых модульных фрез
Исходными данными при расчете дисковой модульной фрезы для
нарезания цилиндрических колес являются: модуль т, угол дав
ления ад, диаметр начальной ок-
ружности Da, задний угол а и
число зубьев нарезаемого ко-
леса г.
Наружный диаметр фрезы De,
число ее зубьев z и диаметр от-
верстия d (рис. 355) принимают
по табл. 75 в зависимости от мо-
дуля Ш. Рис. 355. Основные размеры фрезы
Глубину канавки между
зубьями фрезы принимают
Н = hr -|- h2 + Из,
где Aj=^y^-tga— падение затылка на один зуб, мм;
й2=2,25 т — высота зуба, мм и й3=24-3 мм.
Таблица 75
ВЕЛИЧИНЫ Dgt г и d ФРЕЗЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ МОДУЛЯ НАРЕЗАЕМОГО
КОЛЕСА
т De г d т De Z d
0,3 40 26 16 4,5 85 И 27
0,4 40 22 16 5 90 И 32
0,5 40 20 16 5,5 95 11 32
0,6 40 18 16 6 100 и 32
0,7 40 18 16 6,5 105 и 32
0,8 40 16 16 7 105 11 32
1,0 50 14 16 8 110 и 32
1,25 50 14 18 9 115 10 32
1,5 55 14 22 10 120 10 32
1,75 60 12 22 И 135 10 40
2 60 12 22 12 145 10 40
2,25 60 12 22 13 155 10 40
2,5 65 12 27 14 160 10 40
3 70 12 27 15 165 10 40
3,5 75 12 27 16 170 10 40
4 80 12 27
Радиус закругления канавки г=0,54-2 мм в зависимости от ве-
личины De. В результате указанного расчета получают величину
а — толщину тела фрезы или ступицы. Толщина тела фрезы а=
=(0,44-0,6) d.
361
Углы резания дисковой модульной фрезы оформляют аналогич-
но углам фасонных дисковых фрез: задний угол а принимают рав-
ным 10—15°, передний угол у у черновых фрез — 8—10°, а у чис-
товых — 0°.
Для получения точного эвольвентного профиля зуба при про-
филировании дисковой модульной фрезы применяют метод коорди-
Рис. 356. Метод координат
нат. Он состоит в определении координат ряда точек эвольвенты,
по которым можно получить точный контур эвольвентного очерта-
ния зуба. Для этого необходимо построить координаты любой точки
эвольвенты.
Описанный метод применим к определению точек эвольвенты,
определяющих впадину между зубьями. На рис. 356 показана
впадина между зубьями, причем надо определить полярные коор-
динаты отдельных точек кривых, оформляющих ее. Пусть полярный
полюс будет в центре О зубчатого колеса, а начальной осью— сред-
няя линия OY впадины. Последовательно найдем координаты точек:
Р — на делительной, А — на основной и X — на произвольной ок-
ружностях.
Координаты точки Р — радиус г и угол 6. Радиус г известен, а
. 360° 90°
z — число зубьев.
Координаты точки А— радиус а и угол S . Радиус-а известен, а
8л = в _ о,
где 6=tgad—аа;
362
тогда
6 л=6 — (tgad—ad).
Координаты произвольной точки X — радиус гх и угол 6х-
Радиус гх известен, а
®х“ tgax ах,
где ах получается из приведенной ранее формулы
а
cos ОС v .
Х гх
Таким образом, можно определить положение любой точки эволь-
венты от наружной окружности до основной. Если впадина выходит
за основную окружность, то профиль между ней и внутренней ок-
ружностью очерчивается по переходной кривой. При угле зацепле-
ния ад=20° это имеет место при г>34. Практически дугу дна впа-
дины заменяют прямой линией, а для увеличения прочности зуба у
основания его делают закругления, увеличивающие размер зуба по
окружности зубчатого колеса.
Если полярный центр О принять за начало декартовых коорди-
нат, а оси их х и у расположить, как показано на рис. 356, то поляр-
ные координаты можно перевести в декартовы, взяв равенства
*х = гх sin 8Х; Ух = гх cos 8Х,
гдех^иух—декартовы координаты точки X, а гх и 6х—полярные.
Имея декартовы координаты точки X профиля, можно ее поло-
жение определить через: 1) величину абсциссы Хх, представляющей
половину хорды дуги окружности, проходящей через данную точку;
2) стрелку hx=rx—rxcos 6х===^(1—cos6x), представляющую собой
снижение точки X с окружности радиуса гх, если ее положение оп-
ределять по оси у.
Проведя ряд концентрических окружностей через различные точ-
ки профиля впадин и найдя величины hx и Хх для каждой точки про-
филя, отнесенной к этим окружностям, получим ряд точек, опреде-
ляющих профиль, по которым и строится полное очертание профиля
зуба.
ВНИИ предложил специальные таблицы значений координат
х и у для любой точки профиля фрезы, отсчитываемых от дна впади-
ны зуба, координат хц— центров закруглений во впадине зуба, ве-
личин радиусов закруглений гг, а также точек В, С, D и Е профилей
согласно рис. 357. На рисунке тип I соответствует форме профиля
для фрез от № 1 до 5. Профиль состоит из дуги окружности АВ, от-
363
резка прямой линии ВС и эвольвенты СЕ. Тип II соответствует фор-
ме профиля для фрез от № 6 до 8. Профиль состоит из отрезка пря-
мой линии О А, дуги окружности АВ и эвольвенты BE. хв, у в— коор-
динаты точки В сопряжения окружности с прямолинейным участком
(тип I) или с эвольвентой (тип II); хс, ус—координаты точки С
сопряжения прямой с эвольвентой (тип I); xD,yD—координаты точ-
ки D эвольвенты, лежащей на окружности выступов; хв, Уе— коорди-
Тип 7 Тио 9
Рис. 357. Профиль дисковых модульных фрез
наты последней точки Е эвольвенты точного профиля; хц, у^—коор-
динаты центра окружности; rt— радиус окружности; х, у — теку-
щие координаты точек эвольвенты.
Значения координат х и у дают для модуля т~ 100 мм. Для дру-
гих модулей необходимо табличные значения разделить на 100
и умножить на модуль нарезаемого колеса.
По рассчитанным координатам готовят шаблон и контршаблон
для проверки изготовляемого профиля фрезы.
При разном числе зубьев нарезаемых зубчатых колес, но одина-
ковом модуле их получаются различные профили очертаний зубьев,
причем наибольшие отклонения получаются у вершин зубьев. Таким
образом, если необходимо нарезать точные зубья, то надо брать для
данного числа зубьев колеса соответствующую ему фрезу. А это
значит, что для нарезания всех колес в пределе зубьев, например, от
12 до со нужно было бы иметь бесконечно большое число различных
фрез. На практике допускают определенную неточность, нарезая од-
ной фрезой ряд чисел зубьев, используя при этом ограниченный
набор фрез.
Все числа зубьев нарезаемых колес разбиваются по группам.
Для каждой из них берется одна фреза, соответствующая наимень-
шему числу зубьев той или иной группы. Основной набор состоит из
восьми фрез для 12, 14, 17, 21, 26, 35, 55 и 135 зубьев с соответ-
ствующими номерами фрез 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8. Этот набор при-
меняют для шестерен до модуля 8 включительно.
При делении групп зубьев пополам получается более точный на-
364
бор из 15 фрез с соответствующими половинными номерами
(табл. 76).
При нарезании зубьев фреза должна быть точно установлена
как по центру, так и по глубине, потому что при всяком изменении
установки по глубине или смещении фрезы меняется положение
центра основной окружности эвольвентной части профиля нарезае-
мого зуба относительно центра вращения колеса, что- вызывает из-
менения в условиях зацепления зубчатой пары.
Так как для нарезаемой дисковой фрезой зубчатой передачи
необходимо обеспечить отсутствие защемления зубьев вследствие
ряда неточностей и ошибок при ее изготовлении, обычно предусмат-
ривают боковой зазор между сопряженными зубьями. Этот зазор
можно получить двумя способами: 1) расстановкой осей зубчатых
колес и 2) уменьшением толщины зуба (увеличением ширины впа-
дины).
НАБОРЫ ФРЕЗ
Таблица 76
15 шт. 8 шт. 15 шт. 8 шт.
№ фрезы для числа зубьев № фрезы для числа зубьев № фрезы для числа зубьев № фрезы для числа зубьев
1 11/2 12 13 1 12—13 5 5^2 26—29 30—34 5 26-34
2 21/г 14 15—16 2 14—16 6 6^2 35—41 42—54 6 35—54
3 31/2 17—18 19-20 3 17—20 7 7Ч2 55—79 80—134 7 55—134
4 4‘/2 21—22 23—25 4 21—25 8 135 и зуб- чатая рейка 8 135 и зуб- чатая рейка
При первом способе процесс нарезания зубьев дисковой фрезой
протекает нормально, обеспечивая теоретическую их ширину. При
втором способе уменьшения толщины зуба достигают одним из сле-
дующих трех путей:
1) углублением фрезы при нарезании больше нормального;
2) вторичным фрезерованием фрезой при условии сдвига наре-
заемого колеса;
3) увеличением ширины профилирующей части фрезы.
Дисковую фрезу применяют для нарезания: 1) прямых зубьев
цилиндрических колес; 2) косых зубьев тех же колес; 3) зубьев ко-
нических колес.
Точно нарезать цилиндрическое колесо с косыми зубьями можно
только специально сконструированной дисковой модульной фрезой.
Для неточных колес можно использовать и обычную дисковую мо-
дульную фрезу. В этом случае форма фрезы зависит не только от
365
числа зубьев и модуля колеса, но и от угла наклона <р его зубьев от-
носительно оси колеса.
Пусть требуется нарезать z зубьев с величиной шага t на колесе,
имеющем диаметр начальной окружности Рд (рис. 358); угол нак-
лона зубьев — ф. Если обозначить шаг по нормали к направлению
зубьев через tit то можно вообразить зубчатое колесо с шагом /г-
и числом зубьев zz, полученное
в разрезе по нормали зубьев
действительного колеса. Такое
колесо называется идеальным.
По отношению к числу зубьев
его zt и подбирают фрезу для
фрезерования действительного
колеса.
Определим величину zt. За-
V метим, что радиус идеального
колеса равен радиусу кривизны
эллипса, полученного при та-
ком определении колеса и пока-
занного на рис. 358 слева. Боль-
Рис. 358. Нарезание косых зубьев ]Цшая П0Лу0СЬ эллипса
а = -у: cos<p,
что легко вывести, так как угол между большой осью эллипса и нап-
равлением диаметра зубчатого колеса равен ф. Малая полуось эл-
липса Ь— ,так как она остается без изменения. Здесь D —диа-
метр начальной окружности. Известно, что радиус кривизны эл-
липса
Подставляя величины а и 6, получим
п _ D
1 (2созф)2 2cos2cp
2
Число зубьев zt идеального колеса связано с и ti формулой
z£ ti = 2тс
откуда
366
а подставляя
И ^ = *ccs?’
получим
2 к D ____ к D
1_________________2 cos2 ф t cos <p_t cos3 cp ’
HO
к D
~T~==Z\
тогда
z = .- 2 .
1 cos3 9
т. e. число зубьев идеального колеса, по которому ведется рас-
чет фрезы, равно числу зубьев действительного зубчатого колеса,
деленному на куб косинуса угла наклона зубьев колеса к его
оси.
Если рассчитывать фрезу для нарезания косых зубьев по числу
зубьев идеального колеса, то в торцовом сечении зубьев колеса
не обеспечивается эвольвентный профиль, поэтому подобное нареза-
ние косозубого колеса с точки зрения правильного зацепления зубь-
ев является нерациональным.
При нарезании зубьев конических колес необходимо учитывать,
что профиль зуба такого колеса является переменным при переходе
от одного конца зуба к другому, в результате чего дисковой фрезой
точно нарезать профиль невозможно. Дисковые модульные фрезы
можно применять лишь в том случае, если к конической зубчатой
передаче не предъявляют требований точности, а также при неболь-
шой длине зуба (менее х/3 длины образующей начального конуса) и
большом числе (более 25) зубьев конического колеса.
Для фрезерования зубьев конических колес можно применять дис-
ковые модульные фрезы, рассчитывая профиль их зубьев двумя
способами:
1) по модулю и шагу большего (заднего) профиля зуба колеса,
причем ширину зуба фрезы берут немного меньше ширины впадины
между зубьями меньшего модуля;
2) по модулю и шагу меньшего (переднего) профиля зуба коле-
са, причем ширину зуба также берут немного меньше ширины впади-
ны между зубьями меньшего модуля.
Фрезой сначала прорезают впадины между зубьями на опреде-
ленную глубину, а затем фрезеруют боковые поверхности зубьев.
ПАЛЬЦЕВЫЕ МОДУЛЬНЫЕ ФРЕЗЫ
Пальцевые фрезы применяют в тяжелом машиностроении для фре-
зерования профиля зубчатых колес (прямозубых и косозубых) круп-
ных модулей. Пальцевые модульные фрезы бывают черновые и чи-
367
стовые. Фрезы эти не стандартизованы. Они состоят из двух частей —
режущей и хвостовой (крепежной). Обычно хвостовую часть закреп-
ляют на внутренней резьбе, что позволяет сократить длину вылета
фрезы. На рис. 359, а изображена пальцевая фреза.
А-А
Рис. 359. Общий вид пальцевой фрезы Цельной
(а) и с приваренными зубьями (б)
Размеры таких фрез: модуль т — 104-50, диаметр фрезы De—
404-175 мм', длина фрезы L — 5004-200 мм (соответственно). Чис-
ло зубьев фрезы для удобства контроля профиля должно быть чет-
ным. Их число в зависимости от диаметра фрез приведено в
табл. 77.
Таблица 77
ЧИСЛО ЗУБЬЕВ ЧИСТОВЫХ ФРЕЗ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДИАМЕТРА ФРЕЗ
Диаметр фрезы, мм 40-45 50-70 75-140 150-175
Число зубьев .... 2 или 4 4 6 8
Зубья чистовых фрез затачивают с передним углом у=0°.
368
Черновая фреза незначительно отличается от чистовой. Для
обеспечения дробления стружки черновую фрез^ снабжают стружко-
ломателиными канавками, расположенными на расстоянии 10—30 лш
одна от другой в шахматном
порядке; ширина каждой ка-
навки 2—4 мм. Эти фрезы за-
тачивают с передним углом
7=5-4-10°.
С целью обеспечения эко-
номии качественных инстру-
ментальных сталей имеются
конструкции пальцевых фрез
с приваренными клиновидны-
ми зубьями (рис. 359, б).
Метод профилирования
пальцевых фрез для прямо-
зубых колес тот же, что и
для дисковых, а для косо-
зубых и шевронных колес
необходимо производить спе-
циальный расчет. в)
ФАСОННЫЕ ЗУБОРЕЗНЫЕ
головки
Рис. 360. Схема фасонной зуборезной
головки
Одним из высокопроизго-
дительных методов обработки
зубчатых колес является од-
новременное зубодолбление
всех зубьев колеса на зубо-
долбежном станке типа 5110
завода «Комсомолец». Такую
обработку зубьев применяют
в массовом производстве с ис-
пользованием специальных
фасонных зуборезных голо-
вок. Головка (рис. 360) со-
стоит из двух стальных дис-
ков 1 и 2. В нижнем диске
прорезаны пазы для резцов.
Число пазов точно соответ-
Рис. 361. Схема срезания металла зу-
борезной головкой (а) и резец зубо-
резной головки (б)
ствует числу нарезаемых
зубьев колеса. Таким образом, каждый резец предназначен для про-
резания только одной впадины. Сводящее кольцо 3 устанавливает
резцы для работы, а разводящее кольцо 4 отводит резцы после каж-
дого рабочего хода. В результате фасонные резцы 5 производят дол-
369
бление впадин заготовки 6. Одну резцовую головку используют
только для нарезания зубчатого колеса одного размера.
В процессе зубодолбления головка в целом стоит неподвижно,
а резание происходит за счет вертикального возвратно-поступатель-
ного движения заготовки. Подача состоит в радиальном перемещении
резцов в пазах головки в пределах от 0,5 в начале врезания до
0,06 мм дв. ход в конце врезания при каждом рабочем ходе заготовки
за счет опускания сводящего кольца 5. Схема срезания слоев метал-
ла при таком процессе зубодолбления представлена на рис. 361, я,
а резец, используемый в такой головке,— на рис. 361, б. Передний
угол на вершинах зубьев у=5°, а задний а =8°. Эти резцы имеют
на боковых сторонах малые углы у и а, что является существенным
недостатком таких головок.
ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ
Основные понятия
Червячные фрезы позволяют нарезать как цилиндрические ко-
леса с прямыми и косыми зубьями, так червячные и конические с
Рис. 362. Цилиндрическая червячная фреза
криволинейными зубьями. При изготовлении цилиндрического коле-
са с прямыми или косыми зубьями применяют цилиндрические чер-
вячные фрезы, которые при своем вращении и поступательном дви-
жении вдоль оси нарезаемого колеса воспроизводят на нем эвольвент-
ный профиль зубьев. Червячная фреза в процессе работы кинемати-
чески связана с нарезаемым колесом, представляя собой сцепленные
колесо и червяк.
Червячные фрезы для нарезания цилиндрических колес изго-
тавливают по ГОСТ 9324—60 трех типов и четырех классов точности.
Тип I представляют цельные фрезы прецизионного класса точности
370
А А, а тип II— цельные фрезы общего назначения классов точ-
ности А, В и С. Общий вид фрез I и II типов изображен на рис. 362.
Фрезы типа I изготавливают для модулей /п=14-10, диаметром
Ое=70-г-225 мм, б!=324-60 мм, 1^=51 + 120 мм, 1=704-215 мм,
а=4-т-5 мм, z= 164-12 (соответственно). Фрезы типа II изготавлива-
ют для модулей /71=14-12, диаметром Ье=634-180 мм, d=274-50 мм.
Рис. 363. Червячная фреза со вставными гребенками:
1 — контргайка; 2 — зажимная гайка; 3 корпус фрезы; 4 — режущая
гребенка; 5 — сухарь; 6 — зажимной винт
£>х=404-75 мм, для коротких фрез £=404-160 мм, для длинных —
£=634-225 мм, а=44-5 мм и z= 124-9 (соответственно).
Тип III включает сборные фрезы общего назначения классов
точности Л, В и С. По стандарту их изготавливают для модулей /тг=
= 104-20, диаметром£>е= 1804-250мм, d=404-60мм, £=1804-250мм,
z=8. Практически существует ряд конструкций таких сборных фрез.
На рис. 363 изображена одна из конструкций червячной сборной
фрезы (со вставными гребенками).
Режущие гребенки 4 крепят в корпусе фрезы при помощи зажим-
ных гаек 2, которые, прижимая гребенки к корпусу, в то же время
предохраняют их от продольного перемещения. Контргайки 1 при-
меняют только для фрез, имеющих сравнительно большую длину
гребенок (/тг^>8). Основная трудность при конструировании таких
фрез заключается в оформлении крепления вставных гребенок.
На заводе «Фрезер» разработана и успешно применяется введен-
ная в ГОСТ 9324—60 конструкция фрезы со вставными гребенками
371
для модуля от 10 до 20 (рис. 364, а). В корпусе 1 профрезерованы кли-
новидные пазы с уклоном к центру 1 : 10. В эти пазы запрессованы
гребенчатые ножи 2 из быстрорежущей стали. На буртики, прото-
ченные на торцах фрезы, насажены в нагретом до 300°С состоянии
кольца 3. Эти кольца после остывания охватывают буртики с ножа-
ми, обеспечивая прочное соединение; дополнительно для предохра-
нения от смещения при случайных ударах кольца крепят винтами 4.
Для меньших модулей (от 5 до 9) завод «Фрезер» применяет
другую конструкцию сборной фрезы (рис. 364,6). Гребенчатые но-
жи 2 и пазы корпуса 1 имеют с одной стороны радиальные рифления.
Дополнительно ножи закрепляют клиньями 3 с углом 2°.
Применяют червячные фрезы со вставными гребенками из твер-
дого сплава (рис. 365, а), предназначенные для скоростного зубофре-
372
зерования. В этой червячной фрезе твердосплавную гребенку 1 кре-
пят в корпусе 2 при помощи двух прижимных гаек 3 и клиньев 4.
Применяют также разработанные ВНИИ червячные фрезы с литыми
гребенками, оснащенными пластинками из твердого сплава
(рис. 365, б).
Рис. 365. Червячная фреза со вставными гребенками из твердого
сплава (а) и со вставными гребенками, оснащенными пластинками
из твердого сплава (б)
При изготовлении червячных колес применяют червячные фрезы,
работающие с радиальной или тангенциальной подачей. В первом
случае фреза имеет цилиндрическую форму, во втором форму фрезы
получают путем стачивания цилиндрической фрезы с переднего
конца на конус, образуя таким образом заборный конус фрезы. При
нарезании червячных колес с радиальной подачей фрезе, кроме вра-
щательного движения, сообщают поступательное радиально к наре-
373
заемому колесу, а при нарезании червячных колес с тангенциальной
подачей фреза, кроме вращательного движения, имеет движение
подачи вдоль своей оси. В первом случае фреза постепенно углуб-
ляется в материал колеса в радиальном направлении, обеспечивая
получение необходимой высоты зуба; во втором — расстояние меж-
ду осями червячного колеса и фрезы остается постоянным. На
Рис. 366. Положение цилиндриче-
ской и конической фрез при на-
резании червячного колеса
Рис. 367. Червячная фреза
для нарезания конических
зубчатых колес с криволи-
нейным зубом
рис. 366, а изображены положение и направление перемещения при
нарезании червячного колеса методом радиальной подачи, а на
рис. 366, б — положение и направление перемещения при нарезании
того же червячного колеса методом тангенциальной подачи. В обоих
случаях оси фрез располагаются параллельно осям зубчатых колес.
Фрезы, работающие с тангенциальной подачей, обеспечивают
получение более точного профиля зубьев червячного колеса. В связи
с этим фрезы, работающие с радиальной подачей, применяют только
в тех случаях, когда станок не обеспечивает возможности сообщить
фрезе тангенциальную подачу.
При изготовлении конических зубчатых колес с криволинейным
зубом применяют специальные конические червячные фрезы
(рис. 367). Червячные фрезы можно применять также для нарезания
различных профилей как прямолинейного, так и криволинейного
очертания.
Расчет и профилирование червячных фрез для нарезания
цилиндрических колес
Если обозначить число заходов червячной фрезы через и, а число
зубьев нарезаемого колеса — через z, то при одном обороте зубчатого
374
колеса фреза сделат ~ оборотов. Чем больше заходов, тем меньше
оборотов совершает фреза, в результате чего многозаходная фреза
работает более производительно. Но с возрастанием числа заходов
увеличивается и угол наклона зубьев, что в свою очередь оказывает
значительное влияние на правильность профиля зубьев как самой
фрезы, так и изготовляемого колеса. Для образования режущих
поверхностей зубьев фрезы на ней делают винтовые канавки под
углом со. Вследствие этого передние режущие поверхности являются
частями винтовой поверхности, профиль зубьев искривляется и,
следовательно, профиль изготовляемого колеса получают искажен-
ным тем в большей мере, чем значительнее угол наклона витков,
а значит чем больше число заходов.
В осевом сечении зуб червячной фрезы теоретически должен
иметь эвольвентное очертание. Но построение такого зуба фрезы до-
вольно сложно, поэтому применяют прямолинейные трапецеидаль-
ные зубья с малым углом подъема винтовой линии, чтобы получить
большую идентичность фактически требуемого профиля фрезы с
профилем прямолинейной трапецеидальной рейки. Придавая прямо-
линейную форму зубу фрезы, мы тем самым обусловливаем непра-
вильную форму зубьев изготовляемого колеса. Зубья колеса будут
иметь точный эвольвентный профиль только вблизи делительной
окружности, профили же головок и ножек зубьев.будут отступать
от точного профиля зубьев. Это отступление на практике незначи-
тельно, вследствие чего принято считать, что червячная фреза с
прямолинейным трапецеидальным профилем зубьев при малых
модулях дает правильное эвольвентное очертание зубьев колеса;
при крупных же модулях указанные отступления увеличиваются.
При конструировании червячных фрез для нарезания цилиндри-
ческих колес с прямыми и косыми зубьями задаются модулем т,
углом давления ад, диаметром наружной окружности De, который
принимают в зависимости от модуля т и точности нарезаемого
зуба колеса по ГОСТ 9324—60, и задним углом а = 104-12°.
Число зубьев фрезы также принимают по указанному выше
ГОСТу.
Шаг по оси фрезы определяют по формуле
у __
ос COS to ’
где 1И— нормальный шаг нарезаемого колеса;
со— угол подъема винтовой линии на делительном цилиндре.
Нормальный шаг
tH — tz т,
так как
375
тогда
. __ тс т
1°с ~ cos (О *
Угол со определяют из формулы
sinw = —
nDd
но
тогда
т
sin О) = ——,
Dd
где Dd — диаметр делительного цилиндра.
Глубина канавки зуба
Н = hx + й2 + й3,
где hr — падение затылка на один зуб, а й2 — высота зуба.
1 тс 1
К = —y^-tg а;
U _ De ~ £>/ .
"2 ~ 2 ’
И
h = 1 <- 3,5 мм.
Здесь Dt — диаметр окружности впадин.
Диаметр отверстия d, длину фрезы L, а также остальные эле-
менты червячных фрез принимают по ГОСТ 9324—60.
Задние углы в различных частях профиля зубьев червячных фрез
определяют по ранее приведенным формулам для фасонных фрез с
задней заточкой, поскольку зубья червячной фрезы являются одним
из видов фасонных зубьев.
Профили зубьев оформляют согласно формам стандартных зуб-
чатых реек.
Все основные элементы многозаходной червячной фрезы рассчи-
тывают так же, как и однозаходной.
Расчет и профилирование червячных фрез для нарезания
червячных колес
При конструировании фрезы для нарезания червячных колес не-
обходимо учитывать, что фреза должна являться копией червяка, с
которым будет работать нарезаемое червячное колесо, чего не тре-
буется при конструировании червячных фрез для нарезания цилин-
376
дрических зубчатых колес. Угол подъема винтовой канавки фрезы
должен быть равен углу подъема винтовой канавки рабочего червя-
ка; угол профиля нарезки в осевом сечении, число заходов и диаметр
начальной окружности фрезы также должны полностью совпадать
с соответствующими элементами червяка, в связи с чем фрезы для
нарезания червячных и цилиндрических колес будут отличаться
одна от другой при одном и том же модуле т.
При конструировании фрезы для нарезания червячных колес,
работающей с радиальной подачей, задаются модулем/п, углом дав-
ления ад, делительным Ddi, наружным Dei и внутренним Dix диамет-
рами червяка, числом заходов и, углом подъема винтовой линии
червяка, длиной нарезаемой части червяка Ln радиальным зазо-
ром с и задним углом а = 10°.
Делительный диаметр фрезы Dd берут равным Dde Запас на пере-
точку фрезы по высоте зуба ^=0,24-0,5 в зависимости от т и Ье.
Наружный диаметр фрезы De=Dei 4-2(с4-и); при этом минималь-
но допустимое значение наружного диаметра после переточки
De =De+ 0,2 т.
мин 1
Внутренний диаметр фрезы
Dt = Dt.
Число зубьев фрезы определяют по формуле
Длина L фрезы равна £г4-^я.
Диаметр отверстия d принимают по табл. 78.
Таблица 78
ВЕЛИЧИНА d В ЗАВИСИМОСТИ ОТ Dg ФРЕЗЫ
De d De d
<50 16 130—175 40
50—65 22 180—240 50
70—85 27 250—325 60
90—125 32
Фрезы для нарезания червячных колес с тангенциальной пода-
чей в отличие от фрез, работающих с радиальной подачей, имеют
срезанную коническую заборную часть на протяжении четырех-пяти
377
ниток. Благодаря тангенциальной подаче наиболее загруженными
будут режущие кромки передней части заборного конуса. Для бо-
лее равномерного распределения нагрузки между отдельными режу-
щими кромками профиль на заборной части должен быть нарезан на
конус. Остающиеся несрезанными две-три нитки предназначены для
чистовой работы. Конструирование такой фрезы аналогично кон-
струированию фрезы для нарезания червячных колес с радиальной
подачей, длина же ее в отличие от приведенного выше расчета
L = (5-^-6)/лк,
причем диаметр конца заборного конуса
DK = 0,25(De + Dz).
Фрезы, работающие с тангенциальной подачей, имеют существен-
ные преимущества, так как у них зубья на цилиндрической части
окончательно обрабатывают профиль зуба в течение времени прохож-
дения всего рабочего пути, в то время как при работе фрезами, ра-
ботающими с радиальной подачей, окончательная обработка зубьев
(профилирование) осуществляется за время одного оборота колеса.
Червячная фреза, работающая с тангенциальной подачей, изго-
товляется в виде копии червяка. По мере износа и заточки фрезы ее
действительный диаметр уменьшается. В результате изменяются
угол подъема в нарезаемом колесе и радиус кривизны зуба, что в
свою очередь вызывает сокращение срока службы передачи и шум при
ее работе. Эти недостатки мало заметны на однозаходных передачах,
но сильно отражаются на плавности и бесшумности работы много-
заходных передач (с большим углом подъема).
Для устранения этих недостатков применяют специальные фре-
зы, у которых не изменяются параметры после переточки по сравне-
нию с червяком. Существует два типа таких фрез: первый тип —
сборная фреза, второй тип — фреза, отличающаяся от обычной
формой канавок и затылованием зубьев.
На рис. 368 показана сборная фреза на оправке для семизаход-
ной передачи (диаметр червяка Dd). Ведущая часть Д, которая пер-
вой врезается в материал, представляет собой обыкновенную чер-
вячную фрезу, в передней части конусную, а в задней — имеющую
два полных зуба, которые подготовляют впадины червячного коле-
са под чистовую нарезку. Часть А работает как обдирочная.
Чистовая часть В фрезы содержит два ряда режущих зубьев с
заключенными между ними и обдирочной частью установочными
кольцами Ь, причем в каждом ряду имеется столько режущих зубьев,
сколько заходов на фрезе. Оба ряда зубьев чистовой части В пред-
ставляют собой специальные фрезы без спирально снятых затылков,
но со снятыми по бокам затылками зубьев, обеспечивающими при пе-
реточке уменьшение толщины зубьев и вместе с тем сохраняющими
постоянным действительный диаметр фрез. Наличие двух рядов зубь-
378
ев и установочных колец гарантирует необходимую толщину зубьев
нарезаемого колеса в соответствии с заданным зазором, чего нельзя
было бы сделать при одном ряде зубьев вследствие уменьшения
при заточке их толщины.
Обдирочная часть такой сборной фрезы рассчитывается как
обычная червячная фреза, чистовая же требует дополнительных
расчетов. Число зубьев чистовой фрезы zi соответствует числу за-
ходов п фрезы, так как оставшийся слой металла после обдирочной
Рис. 368. Сборная коническая фреза на оправке для семизаходной
передачи
фрезы настолько незначителен, что работа чистового зуба сводится
только к зачистке зуба и дна впадины.
Рис. 369. Оправка для крепления резца-летучки
Для определения ширины чистовой части фрезы необходимо под-
считать ширину каждой однозубой фрезы и установочных колец.
Общая длина фрезы L определится как сумма всех слагаемых
£ = Lo + 21 + /х + Z2,
где Lo— длина обдирочной части фрезы;
Z — ширина каждой однозубой чистовой фрезы;
Zi и Z2— ширина установочных колец.
379
Величины /, Zi и /2 берутся по конструктивным соображениям.
Второй тип фрезы для многозаходных червячных колес отли-
чается от обычной формой канавок и затылованием зубьев.
В том случае, когда необходимо изготовить ограниченное число
червячных колес одного и того же размера с пониженной точностью,
нецелесообразно использовать нормальную червячную фрезу. При-
меняют однозубые червячные фрезы, называемые летучками. Ле-
тучки значительно дешевле и требуют меньше времени для изготов-
ления; процесс нарезания ими значительно медленнее.
На рис. 369 изображена одна из оправок для крепления резца-
летучки (показан пунктиром). Конструкции летучек и оправок
для них, и особенно креплений, могут быть различны и берутся в
зависимости от условий работы.
Летучки бывают как черновые, так и чистовые. Резцы черновых
летучек часто имеют ступенчатый профиль аналогично черновым
фрезам; иногда их делают меньшей толщины, чем чистовые. Можно
совместить черновой и чистовой резцы на одной оправке, обеспечив
последовательную работу чистового резца летучки после чернового.
Конструкция червячных фрез для нарезания конических колес
с криволинейным зубом
Конические червячные фрезы, применяемые для нарезания кони-
ческих зубчатых колес с криволинейными зубьями, работают по
Рис. 370. Червячная фреза для нарезания конического червячного
колеса с криволинейными зубьями:
а — схема работы и б — оформление переднего угла зуба фрезы
способу обкатки. В процессе нарезания они копируют так называе-
мое плоское коническое колесо при помощи вращательного движения
фрезы вокруг собственной оси и движения подачи вокруг оси плос-
кого конического колеса (рис. 370, а).
Фреза укрепляется на специальной планшайбе станка, вращением
которой и обеспечивается движение подачи фрезы. В основу конст-
380
рукции этих фрез положена обычная рейка с прямолинейными режу-
щими кромками, имеющими у ножки зуба небольшую угловую кор-
рекцию с углом 5°. Такая конструкция устраняет заклинивание зуб-
чатой пары и облегчает процесс шлифования профиля зубьев кони-
ческих фрез.
При шлифовании затылков зубьев рейки в основном сечении
фрезы имеет место кривизна. Радиус кривизны делительной кривой
изогнутой рейки очень велик. В результате этого соприкосновение
зубьев работающих колес ограничивается некоторым участком по-
верхности зубьев в середине, что устраняет возможность закли-
нивания зубьев и облегчает монтаж колес. Заточка зубьев фрезы
производится либо по передней режущей поверхности, плоскость
которой проходит через ось, либо особым способом, дающим пере-
менный передний угол. Как видно из рис. 370, б, передний угол зуба
изменяется от 0° на малом диаметре фрезы до 10° на большом. Угол
конуса фрезы, равный 60°, сохраняется неизменным. Угол подъема
нарезки переменный. Он достигает наибольшей величины у малого
диаметра фрезы, что вызывает в различных точках длины образую-
щей режущей части разные радиусы кривизны винтовой нарезки.
Расчетный шаг зубчатой рейки фрезы tH=ntn, а толщина зуба рей-
ки равна Практически их берут переменными: толщина первого
полного зуба у малого диаметра составляет ^-+0,01 т; толщина
зуба, отстоящего от малого диаметра на расстоянии 1/3 длины обра-
зующеи конуса, составляет -у, а последнего полного зуба у
большого диаметра ^+0,02 tn. Остальные зубья получают проме-
жуточные размеры. Указанная различная толщина зубьев фрезы
обеспечивает нарезание на зубчатых колесах спирали паллоидной
формы, которая при сцеплении дает возможность незначительного
поворота зубьев во впадинах. Это необходимо в связи с возможной
неточностью осевой установки зубчатых колес, что при отсутствии
паллоидной спирали может вызвать поломку зубьев. Длину режущей
части фрезы берут в зависимости от ширины обода нарезаемых зуб-
чатых колес.
ЗУБОРЕЗН Ы Е ДОЛ БЯКИ
Основные понятия
Зуборезные долбяки работают методом обкатки. Долбяк представ-
ляет собой зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с изготовля-
емым, но в то же время выполняющее процесс резания в результате
получаемого им вертикального возвратно-поступательного дви-
жения аналогично долбежному резцу. При работе долбяка воспроиз-
водится зацепление двух зубчатых колес. Долбяком нарезают ци-
381
лин дрические зубчатые колеса как с прямыми, так и с косыми зубь-
ями наружного и внутреннего зацепления. По ГОСТ 9323—60 они
предназначаются для обработки колес с углом профиля исходного
контура 20° по ГОСТ 3058—54. Обычно долбяки применяются для
А
Рис. 371. Стандартные типы долбяков:
а — дисковый прямозубый долбяк; б — дисковый косозубый долбяк; в — чашечный
прямозубый долбяк; г — хвостовой прямозубый долбяк; д — хвостовой косозубый долбяк
нарезания колес с эвольвентным зацеплением, но их можно исполь-
зовать для обработки деталей и с произвольным повторяющимся
профилем.
Долбяки по ГОСТ 9323—60 изготавливают пяти типов и трех
классов точности.
К первому типу относят дисковые прямозубые долбяки классов
точности АА, А и В (рис. 371, а). Их делают с номинальным дели-
тельным диаметром dd в 75, 100, 125, 160 и 200 мм.
Ко второму типу относят дисковые косозубые долбяки классов
382
точности А и В (рис. 371, б). Их делают с dd= 100 мм и углами накло-
на винтовой линии р в 15 и 23°.
К третьему типу относят чашечные прямозубые долбяки: при
de=75, 100 и 125 мм — классов точности АА, А и В, а при dd=
= 50 мм — классов точности А и В (рис. 371, в).
К четвертому типу относят хвостовые прямозубые долбяки клас-
са точности В (рис. 371, г). Их делают с номинальным делительным
диаметром dd в 25 и 38 мм.
К пятому типу относят хвостовые косозубые долбяки класса
точности В (рис. 371, д). Их делают с dd=38 мм и с углом наклона
винтовой линии р в 15 и 23°.
Кроме того, в настоящее время по ГОСТ 6762—53 стандартизо-
ваны зуборезные дисковые прямозубые долбяки для шлицевых сое-
динений с эвольвентным профилем.
Конструирование долбяков для нарезания цилиндрических
колес с прямыми зубьями
Общий вид дискового долбяка для нарезания цилиндрических
колес с прямыми зубьями изображен на приведенном выше
рис. 371, а, а способы его крепления в станке представлены на
рис. 372, а и б. При небольшом диаметре долбяк изготавливают
цельным с цилиндрическим или коническим хвостовиком, как пока-
зано на рис. 371, г, где L — длина всего долбяка и И — высота
зубьев. Видоизменением основного типа является чашечный
долбяк (рис. 371, в).
Рис. 372. Крепление долбяка
Развертка сечения зуба долвяка цилин-
дром радиуса гд/делительной окружности)
Рис. 373. Режущие углы долбяка
Для обеспечения возможности резания долбяку придают несколь-
ко измененный вид по сравнению с обычным зубчатым колесом, а
именно создают режущие кромки и несколько увеличивают высоту
головки зубьев. Толщину зубьев по делительной окружности делают
383
равной ширине впадин зубчатого колеса. Режущие поверхности дол-
бяк получает за счет образования режущих углов: переднего у,
основного заднего а и боковых а' (рис. 373).
Вследствие наличия углов а и а' (заднего и бокового заты-
лования) толщина зуба долбяка по мере удаления от плоскости ВВ
уменьшается. Для нарезания заточенным долбяком зубчатых колес
с профилями, очерченными также по эвольвенте, необходимо, чтобы
произвольная плоскость XX, перпендикулярная к оси долбяка,
пересекала поверхность зуба его по эвольвенте.
Полученная в сечении эвольвента повернута относительно эволь-
венты в передней плоскости на некоторый угол Дф, а эвольвента
в задней плоскости СС—на угол ф. Таким образом, боковая
поверхность зуба долбяка является эвольвентной винтовой поверх-
ностью: левая сторона зуба — правой винтовой поверхностью, а
правая — левой винтовой поверхностью.
Передний угол у вводят для обеспечения рационального резания
долбяком. Угол у обращает плоскость переднего торца долбяка в
коническую поверхность, в результате чего режущая кромка та-
кого долбяка уже не будет точно эвольвентной. Этим искажением на
практике пренебрегают, затачивая долбяки с углом у =5°.
Задний угол а у вершины обычно берут равным 6°. Наличие
этого угла придает долбяку коническую форму.
Оформление зуба долбяка от вершины до основной окруж-
ности производится по эвольвенте, а дальше — по прямой, направ-
ленной по радиусу. Это устраняет подрезание зубьев у изготовляе-
мых зубчатых колес.
Число зубьев долбяка и диаметр начальной окружности выби-
рают в зависимости от модуля нарезаемого зубчатого колеса, а
именно Dd =mz, а диаметр основной окружности
D0 = Dd cosa^,
где ад— угол зацепления.
’ Для того чтобы сделать работу долбяка и станка более устойчи-
вой, диаметр начальной окружности должен быть по возможности
малым. С другой стороны, для того чтобы в зацеплении находилась
большая часть длины рабочей части эвольвенты и чтобы уменьшить
возможное искажение, стремятся к увеличению диаметра Dd дол-
бяка. Сопоставление двух указанных требований привело к исполь-
зованию на практике размеров начального диаметра долбяков в
200, 160, 125, 100, 75 и 50 мм.
Начальный диаметр Dd принимается теоретическим, т. е. таким,
который проходит в плоскости, где сечение зубьев долбяка имеет
размеры, равные соответствующим размерам зубьев изготовля-
емого долбяком зубчатого колеса (в плоскости делительной окруж-
ности).
384
На рис. 374 изображен для упрощения долбяк без переднего угла.
Вследствие наличия конусообразной формы зубьев долбяка рейка
(в данном случае червячная фреза), при помощи которой изготовляет-
ся долбяк, должна получать дополнительное движение, перпендику-
лярное к оси долбяка. Если рейка (червячная фреза) установлена
так, что ее делительная прям:
костью ab долбяка в точке А4,
сти, то в сечении а1Ь1 эта точ-
ка займет новое положение
на прямой MMlt парал-
лельной уклону зуба, равно-
му его заднему углу а. В та-
ком случае получим смеще-
ние профилей нарезающей
рейки и нарезаемого долбя-
ка, понимая под смещением
изменение расстояния рейки
от центра долбяка для полу-
чения правильного зацепле-
ния по сравнению с нор-
мальным, т. е. таким, когда
средняя и действительная ли-
нии исходного контура сов-
падают. Это смещение берет-
ся относительным к модулю и
1я соприкасается с передней плос-
лежащейр на делительной окружно-
где х — абсолютное смещение.
Этому смещению режущей рейки, естественно, соответствует та-
кое же смещение профиля зубьев долбяка. Абсолютное смещение х
переменно при движении по оси ОО и пропорционально расстоянию
данного сечения от передней плоскости долбяка; значит в точке Лй,
лежащей в плоскости а2Ь2, абсолютное смещение будет большим
и пропорциональным расстоянию сечения а2Ь2 от сечения ab и т. д,
Вследствие смещения профиля долбяка толщина зуба его изменяет-
ся (рис. 374).
Заточку затупившихся долбяков производят по передней по-
верхности, т. е. по плоскости YK (рис. 375), или наклонной, если
передний угол у>0°. Каждая новая плоскость заточки вследствие
наличия заднего угла уменьшает толщину зуба долбяка по началь-
ной окружности и образует новую режущую кромку. Для устранения
искажения профиля нарезаемого зуба в результате заточки долбяка
необходимо, чтобы в сечениях, перпендикулярных к оси долбяка,
эвольвенты, очерчивающие профиль его зуба, были образованы раз-
верткой одной и той же основной окружности. В этом случае пере-
точенный долбяк можно рассматривать как колесо с отрицательным
13 Металлорежущие инструменты 385
смещением х профиля и можно быть уверенным, что он даст правиль-
ное зацепление с нормальным колесом (х=0). Таким образом, пере-
точенный долбяк изготовит такое же колесо, как и новый, но только
е несколько измененной толщиной зуба при постоянном расстоянии
между осями колеса и долбяка. Если же толщину зуба необходимо
оставить .постоянной, то расстояние между осями колеса и долбяка
Рис. 375. Расположение делите-
льной окружности
можно соответственно установить
эмпирически путем пробных наре-
заний зубчатых колес.
Чтобы уменьшить при переточ-
ке долбяка изменение в шаге на-
резаемого колеса, вызываемое
уменьшением диаметра Dd началь-
ной окружности долбяка, делают
делительную плоскость XX с диа-
метром Dd и шагом зубьев t, не-
сколько удаленную от передней ре-
жущей плоскости долбяка (рис.
375).
Как было указано выше, долбяк
является несколько измененным
(корригированным) зубчатым коле-
сом, у которого величина сдвига
(смещения) производящей рейки
различна в каждом сечении, пер-
пендикулярном к оси долбяка. В
плоскости XX величина сдвига
производящей рейки равна нулю.
Это сечение называется исходным. Величина /, определяющая по-
ложение исходного сечения относительно средней плоскости, на-
зывается коррекцией долбяка.
При таком положении начальной окружности в частях режущих
зубьев долбяка, расположенных по обе стороны от начальной илй
делительной окружности, будут получаться режущие элементы,
несколько искаженные по сравнению с нормальными, и тем больше,
чем дальше они отстоят от начальной окружности. На некотором
определенном расстоянии эти искажения для практической работы
Долбяка являются незначительными и ими пренебрегают в целях
увеличения срока службы долбяка.
На рис. 375 делительная окружность расположена на расстоянии
I от передней поверхности YY. Проводя через точки М направле-
ние ZZ, ограничивающее диаметр Dd начальной окружности при
пересечении им передней режущей поверхности YY, получим точ-
ку N, соответствующую точке Ni на делительной плоскости XX,
если принять ее диаметр равным D'd. Таким образом, определение
размеров зуба долбяка в режущей плоскости сводится к определе-
386
нию размеров зуба в делительной плоскости, но при диаметре на-
чальной окружности D'd<Dd.
В исходном сечении толщину зуба по дуге делительной окруж-
ности принимают равной половине шага, т. е.
с t _____ нт
Высота головки зуба fti=l,25 т для долбяков малых модулей
(до /п=2,5 включительно) и 1,30 т для долбяков больших моду-
лей. Высота ножки зуба Й2 (на рис. 375 не показана) должна быть та-
кой же, как и высота головки. Высота головки зуба по режущей
плоскости
/г, = 4- Д ,
где
Д hi = I tg а .
Тогда
Л, = hi + / tg а,
где I — расстояние передней режущей плоскости от делительной,
а угол а — задний угол долбяка.
Величина
I« 0,257.,
где L — толщина долбяка.
Принимая для средних модулей /=5лии, получаем
Д hi = 5 tg 6° = 0,525 мм;
так как а =6°. Таким образом, Ai'=/ii4-0,525 мм, что дает точную
величину hi' высоты головки зуба долбяка в передней режущей
плоскости.
В передней режущей плоскости долбяка шаг больше нормаль-
ного, а по другую сторону делительной плоскости немного меньше.
Это обусловливается тем, что диаметр начальной окружности, взя-
тый по указанным плоскостям, будет больше или меньше Dd и опре-
делится по формуле
Dd ± 21 tg а = Dd + 2 • 5 • tg 6° = Dd ± 1,05 мм.
При числе зубьев колеса z от 100 до 20 изменение в шаге полу-
чается от 0,01 до 0,05 мм, что не вызывает заметных искажений при
изготовлении колес нормальной точности. При изготовлении более
точных колес необходимо уменьшать величину I до 0,25—0,5 мм.
Внешний и внутренний диаметры долбяка принимают по собт-1
ветствующим ГОСТам.
13*
387
Чтобы обеспечить частичный срез головки зуба нарезаемого
колеса (что в известных пределах влияет на качество зацепления,
устраняя шум и обеспечивая более плавное зацепление) у ножки зуба
долбяка, делают утолщение, называемое одинарным фланкирова-
нием. Такое фланкирование значительно расширяет пределы макси-
мальных чисел зубьев кодрс, возможных для нарезания долбяками.
Рис. 376. Различные методы флан-
кирования зуба долбяка
Рис. 377. Сборные долбяки
Место спайки
Существуют два метода одинарного фланкирования зубьев. При
первом методе шлифовальный круг, заправленный по плоскости
(рис. 376, а), в конечный момент шлифования ножки зуба долбяка
располагается касательно к профилю зуба в точке а, не дошлифовы-
вая его эвольвенту до окружности впадин; в результате эта часть
зуба остается утолщенной и при работе срезает головку зуба коле-
са.
При втором методе профиль шлифовального круга заправляется
по фасонному профилю (рис. 376, б), что при шлифовании обеспечи-
вает на ножке зуба соответствующее утолщение, которое образует
на головке зуба нарезаемого колеса постоянный срез независимо от
степени стачивания долбяка.
388
Двойным фланкированием называется одновременное утолщение
ножки и головки зуба (рис. 386, в), что дополнительно обеспечивает
образование переходной кривой, получающейся у ножки зуба наре-
заемого колеса, гарантируя полную доброкачественность зацепле-
ния. Для получения двойного фланкирования необходимо шлифу-
ющему кругу придать специальный фасонный профиль. Долбяками
с двойным фланкированием можно нарезать колеса с любым коли-
чеством зубьев.
Долбяки конструируют для черновой и чистовой работы. Первые
менее точны, чем вторые.
Зубчатые колеса мелких и средних модулей мм) нарезают
чистовыми долбяками с одногц установа. При модуле п?<1,5 мм
их обычно нарезают за один оборот заготовки плюс предварительный
угловой ее поворот, осуществляемый для постепенного врезания
долбяка в заготовку. При модуле т — 1,5-?4 мм зубчатые колеса
обычно нарезают за два оборота заготовки (из которых первый
является как бы черновым) плюс некоторый угол поворота для вре-
зания.
Зубчатые колеса больших модулей нарезают в два установа: пред-
варительное нарезание (черновым долбяком) и окончательное наре-
зание (чистовым долбяком).
В целях экономии качественного материала разработаны конс-
трукции долбяков со вставными зубьями из быстрорежущей стали и
сборно-паяных долбяков. На рис. 377, а показан долбяк со встав-
ными зубьями. Зубчатые сегменты закреплены в теле долбяка при
помощи винтов. На рис. 377, б представлена конструкция сборно-
паяного долбяка. В этом долбяке режущий венец насаживают на
тело инструмента, имеющее выточку, в которую вкладывают припой.
Пайка производится совместно с термической обработкой.
Конструирование долбяков для нарезания цилиндрических
колес с косыми зубьями
Долбяки для нарезания цилиндрических колес с косыми зубьями
бывают правые и левые в зависимости от наклона зубьев. Косозубые
колеса с левым наклоном нарезают долбяками с правым наклоном
зубьев, а колеса с правым наклоном — долбяками с левым накло-
ном зубьев. Такой долбяк в основном представляет собой косозу-
бое колесо, но аналогично долбякам для колес с прямыми зубьями
имеет передние и задние углы резания, а также углы бокового заты-
лования, как представлено на рис. 378, где у — передний угол
(в данном случае у=0°); а — основной задний угол, а а' и а" —
боковые задние углы.
За счет углов а' и а" толщина зуба такого долбяка уменьшается
по мере перехода от передней плоскости долбяка ВВ к задней СС.
Для нарезания долбяком зубьев колеса с профилем, очерченным по
эвольвенте, необходимо, чтобы произвольная плоскость XX, пер-
389
Рис. 378. Оформление косозубого долбяка
пендикулярная к оси долбяка, пересекала поверхность зуба по эволь-
венте. Последняя ввиду наличия углов а, а' и а" будет повернута
относительно эвольвенты в плоскости ВВ на угол для левой
стороны зуба и Д-ф2—для правой. При переходе к плоскости СС
получим поворот эвольвенты на углы фх и ф2.
Таким образом, боковые поверхности зуба косозубого долбяка
являются эвольвентными винтовыми поверхностями с разными
шагами спирали левой и правой сторон, но одинакового направле-
ния. Все выводы, сделан-
ные для долбяков с пря-
мым зубом, применимы и
для косозубых долбяков.
Косозубые долбяки бы-
вают двух типов. Они от-
личаются один от другого
формой заточки передней
поверхности, а также тем,
что в одном долбяке при-
нимают стандартный мо-
дуль в торцовом сечении,
а в другом — в нормаль-
ном сечении. На рис. 379
показана форма зуба с
разными заточками перед-
ней поверхности: а — раз-
вертка сечения зуба долбя-
ка цилиндром радиуса де-
лительной окружности с
одной формой заточки пе-
редней поверхности; б — та же развертка зуба долбяка с другой
формой заточки передней поверхности. При таких заточках перед-
Рис. 379. Форма зуба долбяка
ней поверхности долбяк нарезает зуб колеса большей толщиной,
чем требуется. Поэтому необходимо в величину толщины зуба
долбяка вводить поправку, значение которой зависит от снятия
390
фаски NB в долбяках типа а или полного сечения по нормали NB
в долбяках типа б. При проектировании долбяка необходимо угол
зацепления его делать несколько больше нормального.
Дисковые косозубые долбяки применяются также для нарезания
шевронных зубьев цилиндрических колес. Долбяки эти работают
комплектом, состоящим из двух штук: один с правым, а другой с
левым наклоном зубьев.
Комбинированные долбяки
Выше было указано, что зубчатые колеса нарезаются с пред-
варительным постепенным врезанием долбяка в тело заготовки.
Зубья долбяка быстро затупляются и теряют точность, так как им
Рис. 380. Комбинированный долбяк (а) и началь-
ное положение долбяка и заготовки (б)
приходится выполнять не только чистовую, но и значительную об-
дирочную работу. Кроме того, время подвода к заготовке и отвода
от нее шпинделя, несущего долбяк, входит в машинное время, что
удорожает обработку.
391
Для устранения указанных недостатков применяют комбини-
рованные долбяки (рис. 380, а). В таком долбяке половина зубьев
(1—17) имеет уменьшенную толщину; эти зубья черновые, а осталь-
ные зубья (18—35), имеющие нормальную толщину, являются чис-
товыми. Участок долбяка от 35-го до 1-го зуба является установоч-
ным, он допускает снятие и установку заготовки на оправку без
отвода шпинделя и сокращает путь, необходимый для врезания
долбяка.
На рис. 380, б показано начальное положение долбяка и заго-
товки, вращающихся с передаточным отношением i=l : 2. Долбяк
в течение первого оборота заготовки выполняет работу резания чер-
новыми зубьями, а при втором — чистовыми, после чего нарезанное
колесо возвращают в исходное положение и снимают с оправки.
Такие долбяки применяют для нарезания зубчатых колес с опре-
деленным, заданным при конструировании данного долбяка числом
зубьев. Их нельзя использовать для нарезания зубчатых колес с
большим числом зубьев, так как для этого требуются чрезмерно
большие долбяки.
ЗУБОРЕЗНЫЕ ГРЕБЕНКИ
Основные понятия
Гребенка представляет собой эвольвентную зубчатую рейку,
превращенную в режущий инструмент, и обрабатывает зубчатые
колеса наружного зацепления подобно долбяку. Зуборезные гре-
бенки нормализованы.
Гребенки бывают двух типов: с прямыми и с косыми зубьями,
Второй тип гребенок применяют при нарезании шевронных зубьев
на цилиндрических колесах.
Г ребенка с прямыми зубьями (рис. 381 а, б) представляет собой зуб-
чатую рейку, оформленную так, что она при своем движении может
выполнять работу резания.
Особое преимущество данного способа перед нарезанием зубча-
тых колес червячной фрезой состоит в том, что образование боковых
поверхностей зубьев гребенкой с прямыми зубьями можно произ-
водить при любом числе тангенциальных проходов ее. Это легко до-
стигается изменением скорости обкатки, т. е. величиной подачи, в
то время как при червячной фрезе получается столько тангенци-
альных проходов, сколько зубьев фрезы сцепляется с одним зубом
нарезаемого колеса. Гребенка производит лишь одно режущее дви-
жение, а все обкаточные движения осуществляются нарезаемым
зубчатым колесом и состоят из перемещения заготовки и ее по-
ворота.
На рис. 382 показаны гребенка А и нарезаемое ею зубчатое коле-
со В. При вращении колеса и его подаче вдоль гребенки последняя
выбирает материал впадин зубьев п, образуя зубчатое колесо с
392
теоретически правильным эвольвентным очертанием зубьев, так как
сама гребенка является эвольвентной зубчатой рейкой. Число пе-
реходов для образования профиля зуба зависит от подачи, которая
имеет широкие пределы регулирования. Вращение и прямолинейное
движение нарезаемого колеса производятся во время подъема гре-
бенки, в результате чего в самом процессе нарезания зубьев гребен-
кой колесо находится в покое.
Незначительная длина гребенки приводит к необходимости пос-
ле нарезания одного-трех зубьев каждый раз отводить обрабатывае-
мое колесо назад.
Часто под гребенку помещают стальную опорную подкладку,
снабженную зубьями, которая воспринимает при ударах все напря-
жения, возникающие от изгиба.
Конструкция гребенок
Для обеспечения правильного проведения процесса резания гре-
бенкой ей придают, как и другим режущим инструментам, необ-
ходимые углы резания: задний угол а и передний угол у.
Для получения углов а и у, кроме соответствующей заточки,
необходимо установить гребенку по отношению к нарезаемой де-
тали под углом <р, как показано на рис. 383. Такой установкой из-
меняют профиль, который в плоскости MN будет отличен от теоре-
тического профиля в плоскости Мп. Если последний одновременно
явится и ирофилем нарезаемого колеса, то первый профиль необхо-
дим для изготовления шаблона, применяемого для проверки зуба
гребенки. Пусть угол наклона боковой поверхности профиля, наре-
393
заемого на колесе по оси I—I, будет a i, тогда угол наклона боковой
поверхности гребенки по оси II—II будет уже иным; назовем
его в.
Выведем формулу, связывающую ах с в через угол <р.
Из Д АВС находим
где
Н = АС-, -^-=ВС.
Из Л Xj аналогично получаем
где
Hr = AtCt, а -ф- = ВХСХ = ВС.
Из треугольника, построенного на размерах и направлениях
Н и Нг и подобного Д Al/Wj/n, можно написать:
Н = Hl cos ср ,
или
Q
Н = ctg 8 COS ф .
Тогда, сопоставляя последнее выражение с приведенным вы-
О
ше Н = -g5- ctg 04, получим
-^-ctgscosip = -y-ctg^,
что дает
1 1
—J-— COS ф = -Т- ,
tg е т tgax
откуда
tg е = tg a! cos ср.
Угол наклона гребенки ср обычно берется равным 6°30'.
Следовательно, угол 8 наклона поверхности профиля гребенки бу-
дет отличен от угла «ц наклона поверхности профиля нарезаемого
колеса. Высоты профилей зубьев тоже окажутся иными и будут на-
ходиться в приведенной выше зависимости H=Hl cos<p. В такой
же зависимости будут высоты головок и ножек, а именно:
cos ф; й2 = &2 cos ф,
что можно получить из A Mtnitn.
394
Угол профиля зуба гребенки имеет особое значение при образо-
вании формы зуба на зубчатых колесах; его отклонение от теорети-
ческого размера должно быть от 5 до 15', смотря по тому, для какой
работы применяется гребенка.
Гребенка, как правило, имеет задний угол <х=5°30', что дает
величину угла наклона
Х = 9 + а== 12°.
На боковых поверхно-
стях задние углы а', из-
меряемые в плоскостях,
перпендикулярных к боко-
вым кромкам, аналогично
долбяку и другим про-
фильным инструментам бу-
дут определяться в зависи-
мости от основных задних
углов а.
Высоту зубьев гребен*
ки принимают большей на
величину зазора между
зубьями колеса и рейки;
ширина же зуба гребенки
может быть либо большей,
либо меньшей в зависимо-
сти от необходимой шири-
ны впадины между зубья-
ми нарезаемого колеса.
Наконец, дно впадины ме-
жду зубьями гребенки дол-
жно быть опущено настоль-
ко, чтобы оно не касалось
наружной поверхности на-
резаемого колеса.
Для предварительной
обработки применяют чер-
новые гребенки, а для
окончательной —чистовые,
Гребенка
Рис. 383. Установка гребенки по отноше-
нию к нарезаемому колесу
работающие лишь боковыми сторонами профиля, дно же впади-
ны нарезают черновой гребенкой. Последняя гребенка — шлифо-
вочная, применяемая для обработки под шлифование. Припуск т],
оставляемый под чистовую гребенку, меняется в зависимости от
модуля и исчисляется по эмпирической формуле
т] = 0,4 V т.
395
Если высоту головки чистовой гребенки обозначить через
то у черновой гребенки она будет
Л! +-у = +0,2/т .
Рис. 384. Косозубая гребенка
Шлифовочные гребенки применяют для зубчатых колес малых
модулей, у которых зубья после закалки шлифуют. Такие гребенки,
нарезая зубья, оставляют припуск под шлифование, составляющий
лишь несколько сотых долей миллиметра. Углы у вершины зубьев
для большей стойкости обычно закругляют радиусом г=0,2 т.
Гребенки с косыми зубья-
ми (рис. 384) отличны от рас-
смотренных выше гребенок.
Они работают попарно. Пра-
вая и левая гребенки попе-
ременно двигаются по своим
направляющим, наклоненным
под углом 30° к горизонтали,
образуя угол спирали нареза-
емого зубчатого колеса также
30°. Конструктивно такие
гребенки оформлены анало-
гично рассмотренным выше
гребенкам.
-Для улучшения условий
резания прямозубых гребе-
нок рекомендуется произво-
дить дополнительную заточ-
ку переднего угла.
Этот угол получается на
передней поверхности зубьев,
со стороны боковых поверх-
ностей, путем выточки шлифовальным кругом специальных же-
лобков. Последние особенно необходимы при гребенках, предназ-
наченных для работы по вязким материалам (сталь), так как в этом
случае сказывается недостаточность переднего угла, предусмотрен-
ного на основной поверхности зуба гребенки, ввиду его значи-
тельного уменьшения при переходе к боковым поверхностям зубьев
гребенки. При малых модулях (/n<J0) желобки делают одинарны-
ми (рис. 385, а), а при больших (т>10) — двойными вдоль каждой
боковой кромки (рис. 385, б).
Заточку жел.обков производят шлифовальным кругом с наклон-
ным расположением его оси к горизонту. Задавшись постоянным
углом наклона шлифовального круга при заточке желобка, можно,
меняя его диаметр, обеспечить заточку гребенок разных модулей.
В результате такой заточки гребенки ее профиль несколько иска-
396
жается: боковые кромки зубьев теряют свою прямолинейность, полу-
чая форму пологих вогнутых кривых. При правильной установке
камня величина отклонения незначительна, и ошибка, вносимая в
профилировку, невелика — не больше других ошибок, которые
получаются в процессе производства.
Схема заточки косозубой гребенки изображена на рис. 386.
На стороне зуба А гребенки делается подточка для получения поло-
Рис. 385. Способ заточки передней по-
верхности зубьев прямозубых гребенок
Рис. 386. Схема заточки зуба
косозубой гребенки
жительного переднего угла у, а на стороне зуба В, где передний угол
очень большой (30°), отшлифовывается узкая ленточка тоже под
углом у •
ЗУБОРЕЗНЫЕ РЕЗЦЫ И РЕЗЦОВЫЕ ГОЛОВКИ
Основные понятия
Для нарезания конических колес применяют парные резцу и
резцовые головки. Парными резцами нарезают конические зубчатые
колеса с прямыми зубьями, а резцовыми головками — конические
зубчатые колеса с криволинейными зубьями.
Парные резцы применяют как для черновой, так и для чистовой
обработки зубьев колес. При черновой обработке резцы прорезают
впадины между зубьями и поэтому могут работать, не производя
движений обкатки. При чистовой обработке резцы работают ho
методу обкатки, причем режущие кромки их представляют собой
поверхности двух смежных зубьев воображаемого плоского колеса
(конической рейки), образуя как бы впадину между его зубьями.
На рис. 387 представлена схема нарезания конического колеса
указанными резцами. Резцы с прямолинейной режущей кромкой,
двигаясь возвратно-поступательно (взад и вперед), обрабатывают
397
7
Рис. 387. Схема нарезания прямых
зубьев конического колеса парны-
ми резцами:
/ — воображаемый начальный конус;
2 — ось люльки; 3 — ось заготовки; 4 —
заготовка; 5 — откидная державка; 6 —
резец; 7*— люлька
каждый одну сторону зуба. Го-
ловка (люлька), в которой за-
крепляют резцы, представляет
собой некоторую часть плоского
воображаемого колеса, а наре-
заемое колесо установлено так,
что вершина его конуса совпада-
ет с центром плоского колеса и
поверхность его начального ко-
нуса касается поверхности на-
чального конуса плоского коле-
са. Резцы выстругивают пра-
вильный эвольвентный профиль
зуба вследствие принудительно-
го вращения с ними головки и за-
готовки вокруг своих осей. При
движении одного резца по на-
правлению к точке А второй ре-
зец перемещается в обратном
направлении. Такая обкатка
дает точный профиль зуба.
Резцовые головки представ-
ляют собой вращающуюся тор-
цовую фрезу; эти головки про-
резают своими вставными но-
жами впадину зуба по дуге ок-
ружности с радиусом, равным
Рис. 388. Схема нарезания криволи-
нейных зубьев конического колеса:
/ — резцовая головка; 2 — резец; 3 — на-
резаемое колесо; 4 — плоское колесо
Рис. 389. Последовательные по-
ложения резцов резцовой голов-
ки при нарезании зубьев
398
радиусу резцовой головки, образуя при этом криволинейный зуб
конического колеса, как изображено на рис. 388. Зубьями вообра-
жаемого плоского колеса являются те резцы, которые в данный мо-
мент находятся во впадине нарезаемого колеса. Ввиду этого режу-
щие кромки резцов прямолинейны. Вращение резцовой головки
требуется для прорезания впадины у нарезаемого колеса. На рис. 389
показано последовательное перемещение резцов головки при наре-
зании криволинейных зубьев конического колеса.
Резцовые головки бывают односторонние и двусторонние.
В односторонних головках имеются или наружные резцы для на-
резания вогнутой стороны зуба, или внутренние — для нарезания
выпуклой стороны при чистовой обработке малого колеса.
В двусторонних головках имеются чередующиеся наружные и
внутренние резцы, смещенные друг относительно друга на величи-
ну развода, применяющиеся в основном для чистовой обработки
большого колеса. В мелкосерийном и индивидуальном производстве
они находят применение для черновой и чистовой обработки как
большого, так и малого колеса.
Конструкция резцов и резцовых головок
Чистовые зуборезные резцы стандартизованы по ГОСТ 5392—50,
который предусматривает четыре типа резцов: первый тип — для
модулей 0,34-3,25 лш, второй — для модулей 0,54-5,5 мм, третий —
для модулей 14-10 мм и четвертый — для модулей 34-20 мм. Соглас-
но стандарту, тип резца выбирают в зависимости от типа и модели
станка, для которого предназначен резец.
Рис. 390. Резец для нарезания конических прямозубых колес
399
На рис. 390 изображен общий вид парного резца типа II. Очер-
тание зуба имеет профиль рейки с прямолинейными зубьями и
наклоном сторон резца под определенными углами. Угол передней
заточки у данных резцов в вертикальной плоскости составляет 12°,
а в горизонтальной — 20°, угол задней заточки равен 0°. Углы в
процессе резания получают при соответствующей установке
резца.
Резцовая головка изображена на рис. 391. В корпусе 1 головки
имеются пазы для установки наружных резцов 6 и внутренних 5.
Резцы с помощью винтов 9 крепят к корпусу головки. Для точной
установки резцов относительно центра резцовой головки применя-
ют специальные регулировочные клинья 2 и 3 и прокладки 4 и 8.
Регулирование клиньев производят винтами 7. Два резца головки
не могут регулироваться в радиальном направлении и являются
установочными для остальных резцов головки. Размеры диаметров
головок— 3%, 6, 9 и 12". Число резцов в головке может быть от
4 до 20.
Резцы к резцовой головке изображены на рис. 392. Их разде-
ляют на наружные и внутренние и устанавливают в головке попе-
ременно (см. рис. 391).
Резцы плотно вставляются в пазы резцового диска и опираются
выступом на его торцовую поверхность. Так как резцы в момент
Рис. 391. Резцовая головка
резания должны представлять собой зуб плоского колеса (круговой
рейки), то их режущие кромки должны быть прямыми, лежащими в
плоскости, совпадающей с осью резцовой головки, и составлять с
400
этой осью угол, равный требуемому углу давления данного резца.
При всех последующих переточках резцов это условие должно быть
выдержано. В зависимости от направления вращения резцовой го-
ловки резцы делают право- и левосторонними.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ШЕВИНГОВАНИЯ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Для окончательной чистовой обработки боковых сторон зуба ко-
леса применяют шевингование. Этот процесс заключается в соскаб-
ливании тонкой стружки с боковой поверхности зубьев*. При этом
применяют три типа режущих инструментов: шевер-рейку, диско-
вый шевер, червячный шевер. Все шеверы указанных типов работают
по методу обкатки. Это значит, что инструмент является здесь
одним из элементов зубчатой или червячной пары.
Принцип работы шевера-рейки представлен на рис. 393, а. В
то время как обрабатываемое колесо прижимается с небольшим дав-
лением своими зубьями к зубьям рейки, последняя имеет возврат-
но-поступательное движение, благодаря чему колесо, установленное
свободно в центрах, начинает перекатываться по рейке. Направле-
ние движения рейки не совпадаете направлением вращения колеса,
а образует угол 10—15°. Это вызывает как бы скольжение зуба коле-
са вдоль зуба рейки. Обрабатываемое колесо при перемещении рейки
из точки А в точку В должно соответственно повернуться на дугу АС,
а затем «проскользнуть» в перпендикулярном направлении на вели-
чину ВС. Головка с обрабатываемым колесом имеет постепенное вер-
тикальное движение, колесо как бы «вдавливается» в рейку, в кото-
рой прорезаны канавки для образования режущих кромок. «Изли-
шек» металла, получаемый на сторонах зуба от вдавливания колеса
* Это явление скольжения профилей используют также в новых зубо-
резных инструментах при зуботочении, процесс которого разработал д-р
техн, наук Ю. В. Цвис (1956 г.).
401
в рейку, соскабливается зубьями рейки во время проскальзывания
колеса.
Шевер-рейка (рис. 393, б), состоящая из отдельных зубьев, дол-
жна изготовляться и перетачиваться с высокой точностью. Слож-
ность изготовления и сборки шевера-рейки препятствует широкому
распространению шевингования.
Наиболее широкое применение имеет дисковый шевер, общий вид
которого по ГОСТ 8570—57 представлен на рис. 394. Такие шеверы
изготавливают с углом профиля исходного контура рейки 20° и
с номинальными делительными диаметрами: 85 лии — для модулей
Рис. 393. Шевёр-рейка:
в — расположение режущей рейки и колеса; б — режущая рейка
14-1,5 мм, 180 мм — для модулей 1,254-6 мм и 240 мм — для моду-
лей 24-8 мм.
Принцип работы дискового шевера представлен на рис. 395.
При зацеплении шевера с обрабатываемым колесом ось шевера об-
разует с осью колеса угол 10—15°, вследствие чего при вращении
шевера и колеса происходит как бы скольжение зуба колеса вдоль
зуба шевера, на боковых поверхностях которого так же, как и у ше-
вера-рейки, прорезаны узкие канавки. Эти канавки расположены
вертикально к горизонтальной оси шевера. Контакт зубьев при за-
цеплении шевера и колеса происходит в точке, поэтому для обработ-
ки зуба колеса по всей длине стол станка вместе с установленным
на нем колесом имеет возвратно-поступательное перемещение вдоль
оси колеса, как показано на рис. 395.
402
Для снятия всего припуска колесо имеет радиальную подачу при
каждом двойном ходе стола.
Режущие кромки на зубьях дискового шевера образуются канав-
ками (рис. 396, а). Эти канавки получают долблением гребенкой
в радиальном направлении, причем для выхода гребенки в основа-
нии впадин зубьев обычно сверлят отверстия. Используют три ва-
рианта оформления канавок (рис. 396, б, ей г). Обычно принимают
Рис. 394. Дисковый шевер
шаг канавок /к=1,8 мм, ширину канавки — равной ширине высту-
па, т. е. SK=0,9 лии, глубину канавок /гк=0,б4-1,0 лип.
В качестве исходных данных для расчета дискового шевера при-
нимают размеры шевингуемого зубчатого колеса в нормальном сече-
нии к направлению зуба, а именно: модуль т, шаг t, угол профиля
а д, угол наклона зубьев 6, а также размеры зубьев: толщину зуба
S, высоту головки зуба h, высоту ножки зуба h", величину среза
вершины профиля зубьев, числа зубьев сопряженной пары zL и
z2 и т. д.
На основании указанных данных устанавливают с учетом модели
станка номинальный диаметр делительной окружности шевера,
угол скрещивания осей <р, затем определяют угол наклона зубьев
ри, диаметр делительной окружности </ди, число зубьев ги, модуль
тит, угол профиля в торцовом сечении а ит и диаметр основного ци-
линдра шевера d0H, учитывая возможности шлифования эвольвент-
ного профиля.
Угол скрещивания осей шевера и колеса принимают <р =104-20°,
403
в среднем 15е. Угол наклона зубьев для стандартных шеверов при-
нимают двух значений: ри=15° и ри=5°.
Диаметр делительной окружности
Угол профиля аит, модуль /пи и толщину зуба по дуге делитель-
ной окружности^ в торцовом сечении определяют по формулам:
tg &ит
tg аи . j.__________.
cos ри ’ ит ~ COS ри ’
о Sm
/Иит = -----5“ I ОИт = ---------
ит COS Ри ’ ит СОЗ ри
Число зубьев шевера ги = —— .
/пит
Диаметр основной окружности
^ои = ^ди cos аит.
Для мелких модулей (до" 1,75 мм)
применяют дисковые шеверы, у которых
вместо канавок прорезают кольцевые
выточки углового профиля, идущие до
основания зуба. Это вызвано тем, что при
малых модулях не представляется воз-
можным изготовление даже неглубо-
Рис. 395. Расположение шевера и
зубчатого колеса
Рис. 396. Канавки на зубь-
ях шевера:
а — зуб шевера; б, в, г — ви-
ды канавок
ких канавок на боковых сторонах зубьев дискового шевера.
Дисковые шеверы получили наибольшее распространение ввиду
простоты шлифования их профиля.
С целью экономии качественных материалов недавно предложе-
на конструкция сборно-паяного дискового шевера, представленная
на рис. 397. Режущий венец инструмента насаживают на его тело,
имеющее выточку, в которую вкладывают припой. Для большей на-
дежности соединения применяют дополнительное крепление вин-
тами.
404
Червячный шевер представлен на рис. 398. Он по конструкции
является червяком, на боковых сторонах витков которого насечены
мелкие зубья, в результате чего образуются режущие кромки. Этот
тип шевера находит применение при окончательной обработке точ-
ных червячных пар. В процессе шевингования ось червячного шеве-
ра и ось обрабатываемого червячного колеса образуют угол 90е.
Снятие припуска происходит за счет сближения осейшевера и колеса.
Рис. 397. Дисковый сборно-паяный шевер
Рис. 398. Червячный шевер
КАЧЕСТВО ЗУБОРЕЗНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
Изготовленные зуборезные инструменты проходят приемку, ко-
торую производят в соответствии с техническими условиями.
Качество дисковых модульных фрез регулируется техническими
условиями по ГОСТ В—1678—53. Согласно этим техническим ус-
ловиям, отверстия под оправку и торцовые плоскости должны быть
отшлифованы, кромки отверстия — закруглены или со снятыми
фасками, поверхности шпоночной канавки — чисто обработаны,
зубья фрезы — чисто затылованы. Дробление и неровности на за-
тылках не допускаются. Чистота поверхности фрез должна быть:
а) передних поверхностей, поверхностей посадочного отверстия и
опорных торцов — не ниже 7-го класса, б) затылованных поверх-
ностей профиля зубьев — не ниже 6-го класса точности по ГОСТ
2789—59. Завалы у режущей кромки и следы несвоевременного вхо-
да или выхода резца при затыловании не допускаются.
405
На всех поверхностях фрез не должно быть трещин, забоин,
выкрошенных мест, дробления, плен и ожогов, заусенцев и следов
коррозии. Твердость на рабочих частях фрез должна быть в преде-
лах HRC 62-Т-64 при изготовлении фрез из быстрорежущей стали
марки Р9.
Твердость зубьев проверяют на торцовой плоскости или на заты-
лованной части зубьев, возможно ближе к режущей кромке.
На рабочей части фрезы не должно быть обезуглероживания
и мягких мест.
Фрезы должны выдерживать испытание в работе без изломов,
выкрашивания, вмятин и заметных притуплений режущих кромок.
После испытания фрезы должны сохранять свои режущие свойства
и быть пригодными к дальнейшей работе.
Испытание в работе производят по стали марки 40 или Ст. 6. твер-
достью НВ 160-5-190. Режимы испытания берут по ГОСТ 1678—53.
Качество червячных фрез регулируется техническими услови-
ями по ГОСТ 9324—60. Согласно этим техническим условиям, фре-
зы изготавливают трех типов 1,11 и III и четырех классов точности
АА, А, В и С. Фрезы классов А А, А и В изготавливают со шлифо-
ванным профилем. Шлифованная часть у фрез типа I и II, обеспечи-
вающая требуемую точность профиля, должна быть не менее Уг
длины зуба для модулей до 4 jhaj, считая по наружному диаметру
фрезы, и 1,3 длины зуба — для модулей свыше 4 мм.
Фрезы класса АА предназначаются для колес 7-й степени точ-
ности, класса А — для колес 8-й степени точности, класса В — для
колес 9-й степени точности и класса С — для колес 10-й степени точ-
ности.
Чистота поверхностей фрез должна быть не ниже приведенной
в табл. 79.
Таблица 79
КЛАССЫ ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ ФРЕЗ
Наименование поверхности Классы фрез
АА А В с
шлифован- ный про- филь нешли- фованный профиль
Классы чистоты
Передняя поверхность зубьев . . 8 8 8 7 1
Поверхность отверстия 10 9 8 7 т
Поверхность торцов Задняя поверхность на боковых 8 8 8 7 т
сторонах зубьев Задняя поверхность на вершине 9 9 8 7 6
зубьев Цилиндрическая поверхность бур- 9 8 8 7 6
тиков 8 8 7 7
406
Обработанные поверхности фрез не должны иметь трещин, воло-
совин, раковин, плен, следов ржавчины и других пороков металла.
Рабочие части зубьев, отверстия и торцы не должны иметь забоин и
зазубрин. Отверстия под оправку не должны иметь черновик, они
должны быть отшлифованы. Твердость фрез из быстрорежущей ста-
ли марки Р18 должна быть в пределах HRC 624-65.
Для испытания червячных фрез в работе должны применяться
те же марки сталей, как и при испытании дисковых модульных фрез.
После испытания фрезы не должны иметь выкрошенных и смятых
режущих кромок, должны сохранять свои режущие свойства и быть
пригодны для дальнейшей работы. Режимы испытания берут по
ГОСТ 9324—60.
Качество долбяков определяется техническими условиями по
ГОСТ 9323—60. Согласно этим техническим условиям, обработан-
ные поверхности не должны иметь черновин, цветов побежалости,
потемнения. Дол бяки выпускают трех классов точности: класса
АА — для обработки колес 6-й степени точности; класса А — для
обработки колес 7-й степени точности; класса В — для обработки
колес 8-й степени точности. Чистота поверхностей долбяков должна
быть: а) передних и задних поверхностей зубьев — не ниже 9-го
класса, б) внешнего опорного торца и посадочного отверстия диско-
вых и чашечных долбяков — не ниже 10-го класса, в) внутренней
опорной поверхности дисковых и чашечных долбяков — не ниже
8-го класса, г) поверхности хвостовика хвостовых долбяков — не
ниже 8-го класса и д) остальные поверхности — не ниже 6-го класса
точности по ГОСТ 2789—59. Долбяки класса В могут быть выпол-
нены по чистоте передних и задних поверхностей на один класс
ниже.
Твердость режущей части долбяков из быстрорежущей стали
марки Р18 на передней поверхности должна быть в пределах HRC
62-J-65, а твердость хвостовой части хвостовых долбяков — не ниже
HRC 45. На рабочих частях долбяка не должно быть обезуглеро-
женных и мягких мест.
Для испытания долбяков в работе применяют стали тех же ма-
рок, как и при испытании других зуборезных инструментов. Режимы
испытания устанавливают по ГОСТ 9323—60.
Качество гребенок также регулируется техническими условиями,
в соответствии с которыми гребенки по точности изготовления раз-
деляют на два класса — А и Б.
По техническим условиям зуборезные гребенки изготавливают
сварными. Поверхности, подлежащие шлифованию, должны быть
чисто отшлифованы, без грубых рисок, царапин, ожогов и других
дефектов. Остальные поверхности должны быть чисто обработаны.
Гребенки не должны иметь трещин, выкрошенных мест, ржавчины,
заусенцев, забоин и других пороков.
Твердость режущей части зуборезных гребенок из быстрорежу-
щей стали должна быть в пределах HRC 624-65, а твердость крепеж-
407
ной части — не ниже HRC 45. На рабочей части зуборезных гребе-
нок не должно быть обезуглероженных и мягких мест.
Испытание зуборезных гребенок в работе производят на тех же
материалах, как и испытание других зуборезных инструментов.
После испытания гребенка не должна иметь выкрашивания и замя-
тии режущей кромки, она должна сохранять свои режущие свойства
и быть пригодной для дальнейшей работы.
Качество зуборезных резцов для конических колес с прямыми
зубьями регулируется стандартными техническими условиями по
ГОСТ 5392—50.
Согласно ГОСТу, на обработанных поверхностях резцов не дол-
жно быть трещин, волосовин, раковин, плен, следов ржавчины и
других пороков металла. Чистота обработанных поверхностей долж-
на соответствовать 6, 7, 8, 9-му классам точности по ГОСТ 2789—59.
Поверхности рабочей части резца не должны иметь забоин, поджогов,
цветов побежалости, черновин. Режущие кромки резцов не должны
иметь заусенцев, выкрошенных мест, завалов. Острые нерабочие
кромки резцов должны быть притуплены. Крепежная резьба дол-
жна быть чистая и не иметь срывов.
Рабочая часть резцов должна быть изготовлена из быстрорежу-
щей стали марки Р18, а по соглашению с потребителем — из стали
марки Р9. Державочная часть должна быть изготовлена из стали
марок 40Х или 45.
Твердость рабочей части должна быть HRC 624-65, адержавоч-
ной — HRC 304-35.
На рабочей части резца не должно быть обезуглероженных или
мягких мест.
Испытание резцов в работе должно производиться на деталях, для
обработки которых применяются эти резцы, и условия испытаний
должны быть одинаковыми с условиями эксплуатации резцов.
Качество шеверов (дисковых) регулируется техническими усло-
виями по ГОСТ 8570—57, согласно которому шеверы класса А ре-
комендуются для колес 6-й степени точности, класса В — для колес
7-й степени точности и класса С—для колес 8-й степени точности
по ГОСТ 1643—56. Чистота обработанных поверхностей шеверов
должна быть: а) поверхностей профиля зубьев и опорной торцовой
поверхности — не ниже 9-го класса, б) поверхности посадочного
отверстия — не ниже 10-го класса и в) наружной поверхности (по
цилиндру) — не ниже 7-го класса точности по ГОСТ 2789—59.
На поверхности шеверов не должно быть трещин, волосовин, ра-
ковин, плен, следов коррозии и других пороков металла. На рабочих
поверхностях зубьев, на посадочной поверхности отверстия и на
торцовых поверхностях не должно быть забоин, черновин, заусен-
цев, следов дробления, поджогов и цветов побежалости. Зубья ше-
веров должны быть остро заточены и не иметь выкрошенных мест.
Острые нерабочие кромки шеверов должны быть притуп-
лены.
408
Испытание шеверов в работе должно производиться на зубоше-
винговальных станках согласно нормам,указанным в ГОСТ 8570—57.
После испытания на режущих кромках шеверов не должно быть из-
ломов, следов выкрашивания, вмятин, следов притупления, и шеве-
ры должны быть пригодны для дальнейшей работы.
ГЛАВА XII
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НЕЭВОЛЬВЕНТНЫХ ПРОФИЛЕЙ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Инструмент, работающий по методу огибания, может быть ис-
пользован не только для нарезания зубьев зубчатых колес с эволь-
вентным профилем, но и для обработки деталей с различными не-
эвольвентными профилями, например шлицевых валов, кулачков,
кольцевых реек, червяков, зубчатых реек и т. д.
Рис. 399. Примеры деталей, обрабатываемых червячными
фрезами различных профилей
Для обработки таких деталей используют три вида режущих ин-
струментов: 1) червячные фрезы, 2) долбяки и 3) обкаточные резцы.
Червячные фрезы для различных про-
филей постепенно внедряются в производство ввиду их преиму-
ществ перед дисковыми фасонными фрезами: непрерывность работы,
большая точность, а также одновременная работа нескольких зубьев
и высокая производительность.
410
Особенно широкое применение эти фрезы имеют при обработке
различных шлицевых профилей на валиках храповых колес, валов с
многогранным, квадратным или прямоугольным сечением и т. д.
На рис. 399, а—м показаны детали, обрабатываемые такими фре-
зами, а на рис. 400, а—е — виды червячных фрез, соответствующие
определенной обработке деталей.
Червячные фрезы для обработки различных профилей можно
разделить на следующие типы: 1) обыкновенные шлицевые; 2) шли-
цевые с «усиками»; 3) шлицевые с удлиненным зубом; 4) фрезы для
храповых колес и 5) фрезы-«улитки».
Рис. 400. Виды червячных фрез, соответствующих
определенной обработке деталей
Обыкновенные шлицевые фрезы работают методом сопряжения (об-
катки). Червячная фреза является рейкой, а нарезаемый валик как
бы зубчатым колесом, которые находятся во взаимном зацеплении.
Начальная окружность валика при относительном движении его и
фрезы катится по начальной прямой рейки без скольжения. При
работе фреза имеет дополнительное продольное перемещение вдоль
оси нарезаемого валика, в то время как основным является враще-
ние валика и фрезы. Фреза при работе занимает ряд положений от-
носительно валика, и боковая сторона шлица получается в виде оги-
бающей ряда положений боковых сторон фрезы, как изображено на
рис. 401, из которого видно, что каждый зуб режет определенный
участок профиля и что при помощи фрезы этого типа нельзя полу-
чить остроконечных углов у основания шпоночных выступов, а
напротив, всегда получаются закругления.
411
Таким образом, прямолинейный участок боковой стороны шлица
не доходит до окружности внутреннего диаметра d, сопрягаясь с
ней некоторой переходной кривой. Наличие такого переходного
криволинейного участка нежелательно, но при применении обык-
новенной шлицевой фрезы его избежать нельзя.
Для обеспечения прямолинейности сторон шлицев до внутрен-
него диаметра необходимо у фрезы делать «усики», образующие на
валике углубления, расположенные ниже внутреннего диаметра
шлицев. Общий вид таких фрез показан на рис. 400, а и б. Шлице-
вые фрезы с усиками при вращении фрезы и валика занимают отно-
сительно последнего ряд положений (рис. 402), обеспечивающих
изготовление углублений на валике, а также возможность выхода
шлифовального круга при шлифовании шлицевой впадины. В про-
Рис. 401. Образование боковой сто-
роны шлица
Рис. 402. Образование боковой сто-
роны шлица фрезой с «усиками»
цессе работы усики фрезы быстро изнашиваются, а при малом диа-
метре многошпоночного валика они ослабляют его поперечное сече-
ние.
Учитывая недостатки фрез с усиками при небольших размерах
валиков, когда необходимо обеспечить прямолинейность боковых
поверхностей выступов до основания, а также при обработке глубо-
ких шлицев, при которых получаются большие переходные кривые,
необходимо применять фрезы с удлиненным зубом.
Шлицевые фрезы с удлиненным зубом отличаются от обыкновен-
ных тем, Что высота профиля зубьев фрезы значительно выше обра-
батываемого профиля. Эти фрезы обеспечивают точный по всей вы-
соте обрабатываемый профиль детали без снижения производитель-
ности обработки.
Боковые стороны профиля зубьев таких фрез работают по методу
сопряжения. В отличие от обычных шлицевых червячных фрез вер-
шины зубьев фрез с удлиненным зубом обработаны в соответствии
с внутренним диаметром валика и обеспечивают профиль впадины
на валике копированием профиля фрезы. Фрезы с удлиненным зу-
412
бом должны иметь определенную установку относительно оси наре-
заемого валика.
Следующий тип фрез — червячные фрезы для храповых колес с
профилем, в точности соответствующим обрабатываемому профилю
детали. У этих фрез чистовыми являются один или два последних
участвующих в резании зуба, остальные же, меньшего размера, яв-
ляются предварительными. Эти фрезы устанавливаются на оправке
только в одном положении относительно обрабатываемой детали (фре-
зы определенной установки) и по конструкции подобны обычным
фасонным фрезам, отличаясь от них лишь спиральным расположени-
ем зубьев. На рис. 403 показан общий вид такой фрезы. Она обраба-
тывает деталь путем постепенного врезания зубьев в материал, пока
последний зуб, аналогичный профилю впадины детали, не образует
Рис. 403. Фре-
за (определен-
ной установки)
для храповых
колес
Рис. 404. Последовательные положе-
ния зубьев фрезы относительно
детали
окончательный профиль, после чего обработка прекращается. На
рис. 404 изображены последовательные положения зубьев фрезы
относительно детали. Чтобы избежать подрезания спинки зубьев хра-
пового колеса, необходимо зубья фрезы расположить по конической
поверхности.
К этому же типу фрез можно отнести фрезы-улитки, применяемые
главным образом для нарезания многоходовых и одноходовых чер-
вяков. Они также являются фрезами определенной установки, но
у них работа резания распределена между зубьями более рацио-
нально, хотя форма их профиля такая же, как у обрабатываемой де-
тали. На рис. 405 показана фреза-улитка, имеющая 1%—2 витка,
благодаря чему все ее зубья участвуют в работе.
Долбяки для обработки неэвольвентных профилей по своей
конструкции похожи на зуборезные долбяки, но имеют другой про-
филь зуба. На рис. 406 показано взаимное расположение долбяка и
шлицевого валика, обрабатываемого им. Такие долбяки позволяют
413
обработать детали, имеющие внутренние выступы или буртики, кото-
рые не могут быть обработаны червячной фрезой. Они используют-
ся для нарезания как наружных, так и внутренних шлицев и допус-
кают обработку в несквозных отверстиях.
Обкаточными резцами
можно обрабатывать валики с фасон-
ными образующими, с винтовыми и
кольцевыми поверхностями — червя-
ки, фасонные рукоятки и другие те-
ла вращения.
Для такой работы используются
специальные станки или токарные, но
со специальными приспособлениями.
На рис. 407 приведены примеры ра-
боты таких резцов: а — для обработ-
ки червяка и б — для обработки фа-
сонной детали.
В процессе работы инструмента
начальная окружность В резца ка-
тится без скольжения по начальной
прямой А детали. Совокупность этих
движений обеспечивает движение
Рис. 406. Долбяк и шлице-
вой валик
огибания режущей кромки резца отно-
сительно детали, необходимое для по-
Рис. 407. Обкаточные резцы
лучения ее формы. Движение резания создается вращением заготовки
вокруг ее оси. К преимуществам данного метода обкатки деталей мож-
но отнести высокую точность и сокращение времени обработки в 2—3
раза в сравнении с обработкой другими инструментами. Но слож-
ность изготовления обкаточных резцов и оборудования для их рабо-
ты пока препятствует их широкому применению в производстве.
414
КОНСТРУИРОВАНИЕ ШЛИЦЕВЫХ ФРЕЗ
При конструировании шлицевых фрез необходимо определить
их основные размеры, углы резания и очертание зубьев. Если ос-
новные размеры и углы резания подбирают в соответствии с расче-
тами, приведенными для эвольвентных червячных фрез, то оформле-
ние очертания профиля зубьев фрезы надо производить с учетом осо-
бых требований, предъявляемых к ним в связи с обработкой шлицев
на валиках различных профилей и размеров.
Существует ряд графических и аналитических способов опреде-
ления профиля зубьев фрезы. Графические способы дают меньшую
точность построения, чем аналитические.
Графическое построение можно осуществить рядом способов.
Наиболее наглядным является способ графического построения
профиля инструмента копированием последовательных положений.
Рис. 408. Графическое построение профиля инструмента
На рис. 408 слева представлены выступ и впадина шлицевого
валика с прямолинейными сторонами шлицев. Пусть /?н является
радиусом начальной окружности детали. Разделим эту окружность
на несколько частей. Для этого из крайних точек профиля детали
проведем радиусы и ограниченный этими радиусами сектор разделим
на определенное число равных отрезков. Для обкатывания детали без
скольжения необходимо спрямлять дуги. Если дуга меньше ради-
уса, ее можно без особой погрешности заменить длиной хорды. Полу-
чаем ряд точек 1, 2, 3, 4 и т. д. Полученные дуги 0—1, 1—2, 2—3
и т. д. приравняем к длине соответствующих хорд 0—1, 1—2, 2—3
нт. д.
На отдельной кальке проводим линию А А (рис. 408 справа).
По этой линии будет перемещаться центр валика при обкатке его
по начальной прямой. На расстоянии /?н от линии АА проводим па-
раллельно линию ВВ. Эта линия будет являться начальной прямой
инструмента (фрезы). Отложим на прямой ВВ дуги 0—1, 1—2,
415
2—3 и т. д. Для этой цели наносим ряд точек 0, 1, 2, 3 и т. д. Прове-
дем ряд прямых Oj—1, 02—2, 03—3 и т. д., перпендикулярных ли-
нии ВВ. При движении обкатки деталь будет занимать последова-
тельно ряд положений 1, 2, 3 и т. д. Накладывая кальку (рис. 408
справа) на вычерченный профиль детали (рис. 408 слева) и совмещая
при этом соответствующие линии 0х—1, 02—2 и т. д. с соответствую-
Рис. 409. Нахождение линии зацепления
щими радиусами 1—0, 2—0 и т. д., можно, очерчивая профиль де-
тали на кальке в каждом определенном положении, получить целый
ряд линий, изображающих профиль детали в различных положе-
ниях 1, 2, 3, 4 и т. д. Проведя плавную кривую, огибающую полу-
ченные профили, можно получить искомый профиль фрезы.
Чтобы определить профиль червячной шлицевой фрезы для фре-
зерования деталей с произвольно выбранным прямолинейным про-
филем аналитическим способом, т. е. разрешить задачу в общем ви-
де, необходимо разбить ее на ряд отдельных этапов:
1) нахождение соответствующей обрабатываемому профилю де-
тали линии зацепления с выводом уравнения этой линии и опреде-
лением координат любой точки ее;
2) нахождение профиля фрезы, соответствующего обрабатывае-
мому профилю детали, с выводом уравнения кривой профиля и оп-
ределением координат любой точки ее;
416
3) нахождение радиуса начальной окружности обкатки детали,
обеспечивающего наибольшую продолжительность зацепления с ус-
тановлением его минимальной величины;
4) нахождение рабочего участка профиля фрезы.
1. Для нахождения линии зацепления примем за исходное по-
ложение детали такое, при котором ось симметрии впадины между
двумя смежными зубьями проходит через полюс мгновенного вра-
щения О. Пусть на рис. 409 при таком расположении А0В0 являет-
ся прямой боковой поверхностью впадины детали и для нее надо оп-
ределить соответствующую линию зацепления. Начальную окруж-
ность с радиусом 7? примем как уже рассчитанную. Для опреде-
ления линии зацепления будем вращать профиль зуба вокруг оси
детали О до ряда положений, обозначенных углами <р0, <р ', <р и <р ".
При этом боковая поверхность займет ряд положений А0В0, А'В',
АВ, А"В".
Графическое построение линии зацепления осуществляется опу-
сканием перпендикуляров из полюса Р в каждом из этих положений,
а затем проведением кривой через основания перпендикуляров. Ос-
новываясь на главном законе зубчатых зацеплений, по которому
нормаль к сопряженным профилям в любой точке их касания дол-
жна проходить через полюс зацепления, а точка касания, как из-
вестно, всегда лежит на линии зацепления, можно установить, что
полученная кривая A"Q будет являться линией зацепления.
Пусть 7?н— радиус наружной окружности; 7?вн— радиус внут-
ренней окружности; а — угол между боковой поверхностью зуба в
положении АВ и радиусом наружной окружности и 0 =<р—а —
угол между боковой поверхностью зуба и осью х (если принять
начало координат в точке О, ось х — горизонтальной с положитель-
ным направлением влево, а ось у — вертикальной с положительным
направлением вверх). При радиальном направлении боковой поверх-
ности зуба угол а =0°. Найдем уравнение для профиля АВ. Общий
вид уравнения прямой линии, не проходящей через начало коорди-
нат, будет
у = х-[-Ь,
что для нашего случая дает
# = xtg0 + КО.
Величину КО определяем из Л АОК:
КО ___ sin а
/?н — sin у ’
где 7 = 90° + 0.
Тогда
14 Металлорежущие инструменты
417
следовательно,
Найдем уравнение линии РЕ — перпендикуляра на профиль АВ.
Общий вид уравнения прямой РЕ будет
У = Ki х + bY.
Для нашего случая
K1 = tg(90° + ₽) = -ctg? =--bx.= R,
тогда
и—^х + к-
Совместным решением двух полученных уравнений для у
определим координаты точек пересечения обеих прямых АВ и
РЕ, являющихся точками линии зацепления:
^? + «.-Sr = —i^-x + Л,
откуда
х = (R cos р — Ra sin a) sin р .
Для определения величины у подставим значение х в урав-
нение
и получим
у = R sin2 р + R„ sin a cos р.
Уравнения для х и у будут уравнениями параметров линии
зацепления. Приняв произвольные значения для угла Р = <р — а,
получим цифровую таблицу для х и у, по данным которой мож-
но нанести линию зацепления A"PEB'Q.
2. Чтобы найти профиль фрезы, соответствующий обрабатывае-
мому профилю детали, надо вывести уравнение кривой профиля и
определить координаты любой ее точки. Как известно, сопряженные
профили в процессе зацепления соприкасаются вдоль линии зацеп-
ления. Это относится к любой точке S (хЕ, Уе) данной линии. Необ-
ходимо определить координаты хЕ, уЕ той точки F профиля фрезы,
которая в точке Е линии зацепления будет сопрягаться с данным
профилем детали.
Путь обкатки зубчатой рейки (червячной фрезы) — прямая вви-
ду того, что профиль червячной фрезы нарезан по винтовой линии.
Это требует, чтобы все точки профиля рейки оставались на одном и
том же расстоянии от начальной прямой, т. е. имели постоянную ве-
личину ординаты. Иначе говоря, если в момент зацепления ордината
4)8
точки фрезы имела значение уЕ, то оно сохранится и в положении
рейки, соответствующем исходному положению детали. Абсциссу
точки профиля рейки можно определить, исходя из того, что началь-
ная прямая рейки и начальная окружность детали перемещаются без
взаимного скольжения. Таким образом, если за исходную точку
взять положение профиля детали, обозначенное любым углом <р0,
то для любой точки Р профиля зубчатой рейки (фрезы) при повороте
на угол ?=<Ро начальная окружность детали переместится на дли-
ну дуги (ср—<р0)А? и такое же перемещение должно быть сообщено
рейке в направлении ее начальной прямой, т. е. в направлении оси х.
Тогда для координат произвольной точки F профиля инструмента
можно написать
XF = XE+ (ф — Ф0)Я и уР = у-Е.
Если хЕ и уе заменить найденными выше для них выражениями,
то в окончательном общем виде получим
х — (R cos р — /?н sin a) sin р -(- /? (ip — %)
и у = R sin2 Р + /?н sin а cos р.
При помощи этих выражений параметров можно рассчитать лю-
бую точку профиля инструмента.
3. Найти определенный радиус начальной окружности обкатки
детали необходимо потому, что этот радиус нельзя выбрать произ-
вольно, если для данного профиля зуба требуется совершенное за-
цепление детали и инструмента. Самым выгодным диаметром началь-
ной окружности является тот, который дает наибольшую длину
зацепления, а значит и его продолжительность, так как от длины
зацепления зависят непрерывность рабочего процесса и качество
обработки, поскольку число касательных режущих ударов, которое
приходится на каждую боковую поверхность зуба детали, при про-
чих равных условиях является функцией продолжительности за-
цепления.
Длина зацепления по рис. 409 определяется положениями про-
филя детали А"В" и А'В', соответствующими углу ф между ними,
т. е. углом
ф = ?" —
где <р '— начало, а <р "— конец зацепления.
Определим длину зацепления ф в угловом измерении, для чего
последовательно найдем величины <р ' и <р ".
Из прямоугольного треугольника EOD имеем
ОЕ2 = R2e = ED2 + OD2,
НО
= —/?sinp,
14*
419
a
OD = /?„ sin a,
следовательно,
/?| = 7?2 sin2 p 4- 7?h sin2 a
или
Это уравнение относится к каждой точке линии зацепления,
причем угол <р = р + а является углом поворота, соответствую-
щим спариванию обоих профилей в данной точке линии зацеп-
ления, а Re — радиусом точки зацепления.
Из последнего уравнения можно найти величину <р:
— arcsin
/?2 — Я2 sin2 a
-------+ “•
Минимальное значение угла 9 при Re = /?вн:
/Я2Н — Я2sir|2 а ,
---------Я*-------
а максимальное значение угла <р при Re = R„:
,, . -1 / Я2, — Я2 sin8 a
<J> = arcsin у -----&---------Fa.
Длина зацепления в угловых мерах составит
„ , . 1 /~ R„ — R2h sin2 a . 1 /~Я!н ~ Я2 sin2 “
ф = ф" — 9' = arcsin J/ ——---------------arcsin |/ -вн—---------
Определим влияние радиуса начальной окружности R на дли-
ну зацепления, для чего возьмем первую производную:
df _ d<p" _ dv'_____1_ /_________1________\ _
dR dR dR R I /------------------^2-------- |
\ V ^bh““^h sin2 a /
____________1
у/ Ян + Я2 Sin2 a
Так как всегда ₽н>^вн>то левое выражение (в скобках) меньше
правого, т. е. —всегда отрицательная величина. Из этого сле-
420
дует, что чем меньше диаметр начальной окружности, тем больше
длина зацепления. Следовательно, необходимо брать наимень-
ший возможный диаметр начальной окружности, допускающий для
данного профиля детали совершенное зацепление профилей деталей
и инструмента.
Первым условием для обеспечения построения линии зацепления
при заданном профиле детали является возможность проведения
перпендикуляра из точки Р начальной окружности в любую точку
профиля детали, в том числе в точку, находящуюся на радиусе на-
ружной окружности /?н. Таким образом, удовлетворять этому усло-
0
Рис. 410. Определение поло-
жения точки А
Рис. 411. Максимум линии
зацепления в точке А'
вию будет всякая начальная окружность, радиус которой R равен
или больше радиуса окружности, касательной к перпендикуляру,
восстановленному из крайней точки профиля, т. е. точки, лежащей
на радиусе 7?н. Если принять точку Р, а следовательно, радиус на-
чальной окружности R за известные, то точка А явится крайней точ-
кой впадины на профиле, которая и будет находиться на принятом
радиусе начальной окружности (рис. 410).
При соблюдении только этого требования минимальный возмож-
ный радиус начальной окружности /?=/?н cos а. При данном условии
линия зацепления имеет максимум в некоторой точке А' (рис. 411),
лежащей на радиусе /?/, меньшем радиуса наружной окружности
Рн. Но это означает, что ордината yqr профиля фрезы, отвечающая
точке профиля детали, соответствующей точке А ' линии зацепления,
должна быть больше ординаты уа точки профиля детали, соответ-
ствующей точке А линии зацепления. Данное условие невыполнимо
и не позволяет построить профиль фрезы, полностью огибающий весь
заданный профиль детали. Следовательно, изготовить инструмент
возможно лишь в том случае, когда максимальная линия зацепления
находится на радиусе наружной окружности или вне его.
421
Таким образом, вторым условием для выбора радиуса на-
чальной окружности 7? является нахождение максимума линии
зацепления на наружной окружности радиуса 7?н.
Из предыдущего известно, что
у — R sin2 Р + ₽н sin а cos ?•
Найдем то критическое значение угла <р, которому соответ-
ствует t/MaKC = yqr Возьмем производную и приравняем ее к
нулю, что и даст г/ыакс = yqr, а именно:
— 2R sin р cos р — ₽н sin a sin Р
dtp ар " ‘
ИЛИ
2/? sin р cos р — R„ sin а sin р = 0.
Тогда
О 7?н sin а
cos^= 27? •
Подставляя это значение cos^r в исходное, получим
yqr = R sin2 Per + RH sin a cos p?r = R (1 — cos2 p?r) + R№ sin a cos per =
\ J
/?2 sin2 a f R^ sin2 a q * 7?2sin2a
4R । 2R ~ ° "I 4R *
Таким образом,
D ( R* sin2 a
f/макс Удг ~ H 4^) •
Согласно выведенным формулам
sin2 р + /?Hsin?a.
Если принять для нашего случая
? =
то
= ^н>
422
и выражение принимает вид
г.2 „.Г. /?HSin2a"| « .
— R [1--------4R3—J + RH sin2 л.
откуда
R = /?„ V1 — 0,75 sin2 а.
Полученное значение /? всегда больше его
значения по уравнению /?=7?Hcosa и удовлет-
воряет условиям возможности построения ли-
нии зацепления и профиля фрезы, т. е. это бу-
дет минимально возможный радиус начальной
окружности при обкатке прямолинейного про-
филя, установленного радиусом наружной
окружности и углом профиля a.
Принимая выражение R для частного
случая того или иного профиля детали, по-
лучаем формулы для R в применении к опре-
деленному профилю. На рис. 412, а изобра-
жен четырехгранник, полностью обкатывае-
мый обычной червячной фрезой. Для него
sina = ^4- и R = 1/ Я* —0,1875 S2.
На рис. 412, б представлен многогранный
вал, тоже обкатываемый полностью червячной
фрезой. У него число граней п,
а=90°— и R=RH У 1 — 0,75 cos2
На рис. 412, в показано цевочное офор-
мление зубьев, обкатываемых при стандарт-
ных размерах с закруглением впадины. Для
него
Я = Ян ]Л—0,75 sin2 а.
Рис. 412. Определе-
ние R для частных
случаев
На рис. 412, г показано оформление зубьев круглой пилы, обка-
тываемой большей частью с закруглением впадины, причем a =0°
и Я=ЯН.
На рис. 412, д изображен шлицевой вал с радиальными боковыми
поверхностями, обкатываемый со впадиной типа Л и В. У него
a =0° и R—Rn.
423
На рис. 412, е показан шлицевой вал с параллельными боковыми
поверхностями. Для него
sin а = -А- и /? = —0,1875 Ь2.
4. Рабочий участок профиля фрезы, приходящий в контакт с
сопряженным профилем детали, ^определяют при помощи линии
зацепления. Прямая боковая поверхность А'В' детали (рис. 413)
обкатывается до точки соприкосновения с внутренней окружностью
радиуса RB„. Если ордината вершины зуба фрезы равна 7?вн, то полез-
Рис. 4)3. Определение величины ft
ный отрезок линии зацепления будет равен LA и зацепление профиля
детали может получиться лишь на отрезке A 'L. Чтобы получить
зацепление по всему профилю от /?ндо ЯВн> нужно повысить профиль
фрезы ординатой до точки К. на
h ~ RBK ува.
Определим величину h, для чего найдем ува по выведенной выше
формуле
г/вн = 7? sin2 р + sin a cos (3.
Здесь величина sin р определяется тоже по выведенной ра-
нее формуле
. 9 А 7?^ —/?„sin2a
Sin2p= е ------------,
в которой необходимо заменить Re через RBtt. Тогда получим
• о о ^вн — sin2 “
sm2 р = —22—.
424
Таким образом,
УвН= — /?н Sin2а + /?„ sin а ]/ 7?2—Яви + Я* sin2 а)-
Подставляя величину увя в выражение /г, получим
h — RB„ Увя -- RBlI ^вн RH sin2 a -|-
+ Ra sin a R2—7?bh + Rl sin2 a).
С помощью этого выражения можно в любом случае найти
величину h, на которую ослабляется вал по внутреннему диа-
метру вследствие врезания фрезы.
ГЛАВА XIII
КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Современные методы производства выдвинули задачу обеспечения
технологического процесса комбинированными инструментами, ко-
торые дают возможность осуществлять одновременную обработку
ряда поверхностей.
Работа такими инструментами резко сокращает время обработки
и повышает производительность труда.
В комбинированном инструменте в единой конструкции соеди-
нены несколько нормальных инструментов. Существует много кон-
струкций таких инструментов.
Все комбинированные инструменты можно разделить на две ос-
новные группы:
1. Комбинированные инструменты, обеспечивающие одновремен-
ную обработку одной или нескольких деталей одним методом об-
работки (точением, сверлением, зенкерованием, протяжкой и т. д.).
2. Комбинированные инструменты, обеспечивающие обработку
одной или нескольких деталей с совмещением одновременно нес-
кольких методов обработки (сверление и зенкерование, сверление и
развертывание, растачивание и нарезание резьбы и т. д.).
Таким образом, при использовании режущего инструмента для
определенного выполнения нескольких переходов или родственных
операций в нем необходимо соединить режущие элементы несколь-
ких инструментов.
Существуют три основных метода комбинирования режущих
инструментов. Первым из них является метод образования фасон-
ного профиля зубьев. Его кладут в основу конструирования комби-
нированных фасонных резцов, фрез, протяжек и т. п. инструментов.
Вторым является метод чередования зубьев: зубья одной ступени
чередуются с зубьями другой. Этот метод часто применяют при кон-
струировании ступенчатых зенкеров.
Третьим является метод последовательного соединения ступеней.
Этот метод лежит в основе создания однотипных инструментов (сту-
426
пенчатых зенкеров, комбинированных фрез и т. п.) и разнотипных
инструментов (сверл-зенкеров-разверток, сверл-метчиков и т. п.).
Указанные методы комбинирования могут использоваться все
одновременно, по два или каждый в отдельности.
КОМБИНИРОВАННЫЕ РЕЗЦЫ
Резцы комбинируют главным образом методом образования фа-
сонного профиля зубьев и реже с применением метода чередования
зубьев и метода последовательного соединения ступеней.
Рис. 414. Комбинированные резцы
Рис. 415. Головка для растачивания и обтачивания
427
Примерами таких резцов могут служить комбинированные рез-
цы, показанные на рис. 414, где а и б — расточные резцы в комби-
нации с фасочным, в — резец для обточки ступенчатых наружных и
внутренних поверхностей иг — для обработки деталей со сложным
профилем и резьбой.
На рис. 415 изображена головка, позволяющая производить рас-
тачивание и обтачивание детали одновременно четырьмя резцами
1,2,3 и 4. Здесь соединяется в одной операции растачивание по раз-
ным диаметрам, обтачивание и снятие фаски детали.
Рис. 416. Четырехступенчатая борштанга
Примером конструкции комбинированного инструмента, собран-
ной из нормализованных частей, может служить четырехступенчатая
борштанга (рис. 416). Армированные твердым сплавом резцы 2 для
растачивания установлены в нормализованных регулируемых резце-
державках 3 цилиндрической формы с микрометрической установкой
их по соответствующей шкале 5. Резец зажимают винтом 1 в держав-
ке, которая крепится в борштанге нажимным винтом; конец винта
упирается в вырез 4 резцедержавки.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ]
ФАСОННЫХ И СТУПЕНЧАТЫХ ОТВЕРСТИЙ
Эти инструменты используют для работы: 1) по предварительно
подготовленному отверстию и 2) в сплошном материале. Первую
группу инструментов комбинируют из зенкеров, разверток и мет-
чиков, вторую — дополнительно снабжают сверлом.
Приводимые ниже конструкции комбинированных инструментов
применяют для работы по предварительно подготовленному отвер-
стию.
Ступенчатые зенкеры, позволяющие производить зенкерование
ступенчатого отверстия, изображены на рис. 417, а и б.
Комбинированный инструмент, представленный на рис. 418,
позволяет одновременно обрабатывать отверстие зенкером 2, снимать
внутреннюю фаску ножами 4 и наружную фаску ножами бив кон-
це хода подрезать ножами 1 торец втулки, изображенной на том же
рисунке. Клинья 3 служат для крепления рифленых ножей 1,
4 и 5.
Комбинированный зенкер со вставными ножами для одновремен-
ного растачивания двуступенчатого отверстия, подрезки двух тор-
428
цов и снятия фаски в отверстии изображен на рис. 419. Ножи такого
зенкера рифленые и допускают регулирование после переточки.
На рис. 420 изображен комбинированный зенкер для одновре-
менной обработки четырехступенчатого отверстия и четырех торцов
путем установки в корпус зенкера ступенчатых вставных ножей.
Составной наборный зенкер для снятия фасок в отверстиях, изо-
браженный на рис. 421, представляет собой пример объединения
двух самостоятельных инструментов 1 и 2, которые могут работать
и вместе, и отдельно. Совместная работа обоих зенкеров целесооб-
Рис. 417. Ступенчатые зенкеры
разна в тех случаях, когда в одной детали необходимо снять фаску на
двух и более отверстиях, диаметры которых резко различаются
между собой. Если в детали имеется только одно отверстие, то зенкеры
применяют отдельно как самостоятельные инструменты.
Комбинированный инструмент для одновременного снятия зау-
сенцев на двух кромках сквозного отверстия у цилиндров блоков
двигателей и других подобных корпусных деталей показан на
рис. 422. Инструмент крепят на шпинделе вертикально-сверлиль-
ного или расточного станка. При опускании шпинделя втулка ин-
струмента 6 входит в отверстие детали. Резец <3, неподвижно укреп-
ленный на втулке, врезается в верхнюю кромку стенки отверстия
и снимает с нее заусенцы и фаску. При дальнейшем опускании вы-
ступ 2 на верхней части втулки упрется в буртик кондуктора, так что
движение втулки вниз прекратится, а будет сжиматься винтовая
пружина 1. В этот момент внутренний стержень 4 инструмента, про-
должая опускаться, надавит своим нижним закругленным концом
на короткое плечо 5 углового рычажка, несущего второй резец 7.
429
Под давлением стержня 4 рычажок повернется и врежет в нижнюю
кромку стенки отверстия резец 7, который снимет с нее заусенцы и
фаску. При подъеме шпинделя нижний конец стержня 4 поднимется.
Тогда короткое плечо рычажка под давлением плоской пружинки,
не показанной на рисунке, повернется вверх и отведет резец 7 от
стенки детали.
Рис. 420. Комбинирован-
ный зенкер для одно-
временной обработки от-
верстий и торцов
Рис. 421. Комбиниро-
ванный зенкер для
снятия фасок
Приводимые ниже конструкции комбинированных инструментов
применяют для работы в сплошном материале.
Ступенчатое сверло (рис. 423, а) и ступенчатая развертка
(рис. 423, б) позволяют за одну операцию просверлить ступенчатое
отверстие и за одну операцию его развернуть.
На рис. 424 представлено сверло-развертка, оснащенное пластин-
ками из твердых сплавов: а — с прямыми канавками, б — с винто-
выми канавками.
На рис. 425 представлено сложное многоступенчатое сверло-зен-
кер: а — сложного профиля, б—затылованное.
Одним и тем же инструментом можно производить растачивание
под резьбу и нарезание. Для этого служит комбинированный ин-
430
струмент в виде раздвижной головки (рис.426) с ножами 1 для раста-
чивания и гребенками 2 для нарезания резьбы. Сначала отверстие
обрабатывают расточными ножами, а резьбонарезные гребенки
в это время находятся в нерабочем положении (рис. 426, а). После
Рис. 422. Комбинирован-
ный инструмент с выд-
вижным резцом
чатое сверло и раз-
вертка
«> 6)
Рис. 424. Сверло-раз-
вертка, оснащенное
пластинками из твердых
сплавов
этого головку выводят из отверстия, и рабочий, поворачивая ключ 3,
вставленный в отверстие 4 на торце головки, выдвигает гребенки 2
в рабочее положение для чернового прохода резьбы (рис. 426, б).
Затем производят черновой проход (рис. 426, в), после которого го-
ловку отводят от детали. Гребенки 2 переставляют ключом 3 в поло-
жение для чистового прохода (рис. 426, г) для окончательного на-
резания резьбы.
431
Изображенный на рис. 427 комбинированный инструмент скон-
струирован на базе нормальной самораскрывающейся резьбонарез-
ной головки с круглыми плашками и позволяет обтачивать и подре-
зать торец, снимать фаску и нарезать наружную резьбу на трубах,
Рис. 425. Сложное многоступен-
чатое сверло-зенкер
Рис. 426. Раздвижная головка
фитингах, арматурных и тому подобных деталях. В этом инструмен-
те резцы для токарных операций делают круглыми так же, как и
гребенки для нарезания резьбы; смену их производят очень быстро.
Такая многорезцовая головка отличается высокой производи-
тельностью и дает чистую поверхность обработки. Кроме резцов,
в головке можно крепить также развертку.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
При конструировании комбинированных фрез используют все
три метода комбинирования, указанные выше.
Инструмент для фрезерования часто может быть обращен в ком-
432
бинированный путем соединения нескольких инструментов в один
сборный для обработки той или иной поверхности. Последним может
служить изображенный на рис. 428 инструмент, применяемый для
одновременного фрезерования фасонного контура тела шатуна.
Некоторые виды фрез с вставными ножами скомбинированы ме-
тодом последовательного соединения ступеней. Такие фрезы могут
быть цельными или сборными, как показано на рис. 429, где а — ди-
сковая ступенчатая фреза, б — торцовая.
Рис. 427. Комбинированная головка
Рис. 428. Набор фрез
Рис. 429. Фреза с последо-
вательным соединением сту-
пеней и наборными ножами
Аналогичный инструмент, используемый для наружного и внут-
реннего протягивания, представляет собой соединение нескольких
простых протяжек.
На рис. 430 представлена комбинированная протяжка для одно-
временного протягивания отверстия и шпоночного паза.
Изображенная на рис. 431 комбинированная червячная фреза-
шевер позволяет производить черновую и чистовую обработку чер-
вячных колес за один проход.
КОНСТРУИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА
При конструировании любого комбинированного инструмента
необходимо выполнить ряд предварительных требований:
1. Определить исходные данные о материале, назначении дета-
ли, форме обрабатываемых поверхностей, величине припусков и до-
433
пусков на их обработку, характеристике оборудования и оснастке,
а также сведения о заданной производительности труда и других
одновременно работающих инструментах.
2. Определить вид режущего инструмента.
3. Определить профиль режущих кромок инструмента.
4. Рассчитать конструктивные элементы инструмента.
5. Проверить инструмент расчетом на прочность, точность и т. п.
Кроме этих общих требований при оформлении конструкции
комбинированного инструмента, необходимо учитывать наличие
ряда специальных требований для данного вида инструмента.
Такими требованиями являются:
1. Обеспечение правильного восприятия нагрузок в процессе
резания отдельными режущими лезвиями инструмента. В комбини-
рованных инструментах, предназначенных для обработки нескольких
Рис. 430. Комбинированная про-
тяжка
Рис. 431. Комбинированная
червячная фреза-шевер
поверхностей различных диаметров, получаются различные скорос-
ти резания для отдельных режущих кромок инструмента. В связи
с этим необходимо предусмотреть использование для каждого
режущего лезвия соответствующих инструментальных материалов.
2. Обеспечение достаточной прочности отдельных частей ин-
струмента в связи с тем, что комбинированным инструментом при-
ходится передавать большой суммарный крутящий момент, особен-
но при обработке внутренних поверхностей.
3. Должна быть учтена необходимость соответствующей схемы
распределения нагрузки между отдельными режущими кромками
инструмента. Режущие кромки обязательно должны перекрывать
соответствующие обработанные участки, и схема распределения на-
грузки должна быть построена с учетом этого обстоятельства.
4. Конструкция канавок комбинированного инструмента долж-
на обеспечить беспрепятственный отвод стружки. Это особенно важ-
но потому, что при резании комбинированным инструментом обра-
зуется много стружек, имеющих встречные движения. Целесообраз-
но создание отдельных каналов для отвода стружки от отдельных
частей комбинированного инструмента, а иногда придание стружке
соответствующей формы, обеспечивающей ее легкое удаление из ин-
434
струмента. Также целесообразно дробление и соответствующее
завивание стружки.
5. Конструкция инструмента должна обеспечивать удобство за-
точки его режущих элементов.
6. Инструмент должен обеспечивать легкость установки его на
размер и возможность соответствующей регулировки.
Учет указанных выше моментов облегчит создание при конструи-
ровании комбинированного инструмента наиболее рациональных
его форм, обеспечивающих наибольшую стойкость и производитель-
ность.
ГЛАВА XIV
АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИНСТРУМЕНТЫ
АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ОСНОВНЫЕ понятия
Абразивные материалы, применяемые для шлифовального ин-
струмента, используют в виде мелких зерен, которые соединяются
при изготовлении инструментов в одно целое при помощи связки.
Абразивными материалами являются кремнезем (кварц), наж-
дак, гранат, естественный корунд, электрокорунд, карбид кремния,
карбид бора и алмаз. Указанные материалы обладают различной
твердостью.
Кварц — чистый кремнезем БЮг — применяют для изго-
товления естественных песчаниковых точил, абразивных брусоч-
ков и оселков.
Г р а.н ат представляет собой алюмо (ферро, хромо)-силикат из-
вести, магнезии, марганца и железа. Для абразивных целей ис-
пользуют только железистые гранаты, главным образом альмандин
РегАЬ (SiO4)3 буро-фиолетового или буро-красного цвета. Гранат
применяют главным образом для изготовления шкурок и частично
для изготовления полировальных порошков.
Наждак представляет собой нечистый корунд. Цвет нажда-
ка — от серого до голубовато-черного. Его состав в среднем следую-
щий: 30—70% глинозема (окиси алюминия) AI2O3; 20—30% окиси
железа FeO;4—7% кремниевой кислоты (кремнезема) S1O2.
Естественный корунд отличается от наждака мень-
шим количеством примесей. Наждак и естественный корунд нахо-
дят весьма малое применение. В настоящее время для изготовления
шлифовальных инструментов из этой группы абразивных материа-
лов применяют главным образом электрокорунд.
Электрокорунд получают в виде блока путем плавки из
бокситов, т. е. из глины, содержащей окись алюминия AI2O3,
кремнекислоту SiO2 и окись железа FeO.
Электрокорунд отличается от наждака и естественного корунда
тем, что он содержит до 90—95%, а иногда и до 98% AI2O3, благо-
436
даря чему его качество выше, что является особенно ценным при
обработке вязких материалов, закаленной и сырой стали, ковкого
чугуна, стального литья и т. п. Твердость электрокорунда НВ
2200—2600.
Электрокорунд целесообразно применять для шлифования дер-
жавок инструментов, к которым припаивают твердосплавные или
минералокерамические пластинки; для шлифования же самих пла-
стинок он не применяется.
Имеются три разновидности электрокорунда: 1) электрокорунд
нормальный Э (в дальнейшем будем называть электрокорундом),
содержащий в зерне 91—96% АЬОз и имеющий цвет от розового до
темно-коричневого; 2) электрокорунд белый ЭБ, содержащий 97—
99% АЬОз, и 3) моиокорунд, содержащий 97—98% AI2O3.
Основным сырьем для плавки электрокорунда и монокорунда яв-
ляется боксит, представляющий собой продукт выветривания гли-
ноземсодержащих минералов, для плавки белого электрокорунда —
глинозем.
Электрокорунд кристаллизуется в виде агрегата, в котором
кристаллы плотно прилегают друг к другу, т. е. образуют типичные
поликристаллы; в последних отсутствуют резко очерченные углы и
ребра. В зернах электрокорунда часто имеются пустоты и сквозные
отверстия, что значительно снижает их прочность. При дроблении
он распадается по межкристаллическим прослойкам, причем неко-
торые зерна раскалываются. В этом отношении лучшим является
белый электрокорунд. Недавно начал внедряться в промышленность
новый вид электрокорундового шлифовального материала — моно-
корунд. Он кристаллизуется в виде отдельных свободно выросших
(а иногда и сросшихся) кристалликов с резко очерченными есте-
ственными гранями. Такие кристаллики имеют большое число ско-
лов по кристаллографическим плоскостям, и пересечения естествен-
ных граней и плоскостей сколов образуют режущие грани. Зерна
монокорунда имеют значительно меньше пороков, чем зерна
электрокорунда.
Карбид кремния (карборунд) получают сплавлением
в электрических печах кварцевого песка с угольным порошком. Обыч-
но применяемый в производстве карбид кремния выпускается про-
мышленностью двух разновиднссгей: черный КЧ, содержащий не
менее 95% SiC, и зеленый КЗ, содержащий не менее 97% SiC.
Вязкость его незначительна, зерна легко расщепляются. Твердость
карбида кремния НВ до 3100. Карбид кремния незаменим при
шлифовании хрупких металлов, даже очень твердых. Зеленый
карбид кремния, имеющий более высокую твердость и более
острые режущие кромки зерен, чем черный, применяют преимуще-
ственно для шлифования инструментов, оснащенных твердыми спла-
вами.
Сырым материалом для изготовления зеленого карбида кремния
служит чистый кварцевый песок с содержанием кремния свыше
437
99 % и чистый углерод с возможно малым содержанием золы (обыч-
но полученный на нефтеперегонном заводе керосиновый кокс с со-
держанием золы меньше 1%). К смеси добавляют главным обра-
зом поваренную соль до 6—7% по весу, очищающую материал
от имеющихся в сырье примесей путем соединения с ними во время
процесса сплавления.
Получение карбида кремния идет согласно формуле
SiO2 + 3 С = SiC + 2СО.
По извлечении из электрической печи зеленый карбид кремния
имеет вид прозрачных глыб ровного зеленого цвета. Такую глыбу
измельчают, очищают с помощью кислот и рассеивают на зерна раз-
личной величины; из зерен приготавливают шлифовальные круги.
Карбид бора представляет собой искусственный абра-
зивный материал, полученный из борной кислоты и нефтяного кокса
в электрической печи и состоящий из кристаллического карбида
бора и небольшого количества примесей: бора, графита и др. (по
ГОСТ 5744—62). Обладает высокой твердостью (НВ 3700). С его
помощью можно обрабатывать самые твердые сплавы, резать дра-
гоценные камни.
Процесс получения зерна карбида бора разделяют на две части:
1) получение карбида бора в куске и 2) получение зерна карбида
бора из куска. Исходными материалами служат техническая борная
кислота с содержанием 99,0% В2О3 и малозольный нефтяной кокс.
Содержание окислов железа и алюминия в борной кислоте и коксе
не должно быть больше 0,5%. Желательно иметь только следы крем-
некислоты (не более 0,5%).
Кусковой материал получают в электропечи сопротивления с
угольным трубчатым нагревателем. Отсортированный кусковой ма-
териал дробят, обогащают и затем отсеивают на классы по величине
зерна, промывая в 10%-ной соляной кислоте и воде. Полученное
зерно карбида бора черного цвета, блестящее, монолитное, не-
прозрачное, со стекловидным изломом и остроугольными краями.
ВНИАШем получен новый абразивный материал — бореи-
ликокарбид. Его изготавливают путем восстановительной
плавки в дуговой печи смеси борной кислоты, песка и угля. Его
шлифующая способность несколько выше, чем карбида бора.
Алмаз по химическому составу представляет собой разновид-
ность углерода. По твердости он значительно превосходит все из-
вестные вещества. Технические алмазы и алмазные порошки в от-
дельных случаях применяют для правки весьма точных профилей
шлифовальных кругов, а также для доводки твердосплавных ин-
струментов.
В последнее время в нашей стране начато изготовление искус-
ственных алмазов. Их получают путем применения расплавленных
металлических катализаторов, наиболее эффективным из которых
438
является тантал. Такой катализатор при использовании новых при-
боров сверхдавления [560—1265 кГ!мм* (5494— 12410 Мн/м2)] и
высоких температур (1205—2425°С) действует как тонкая пленка
между углеродом (чистым графитом) и растущим кристаллом алма-
за, что и дает возможность преобразовать углерод в алмазы.
ЗЕРНИСТОСТЬ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Под зернистостью абразивных материалов понимают величину
шлифующего зерна, обозначаемую номерами в зависимости от раз-
мера отверстий сита, через которое производят просеивание зерен.
По ГОСТ 3647—59 абразивные материалы подразделяют на
группы и номера согласно табл. 80.
Таблица 80
ГРУППЫ И НОМЕРА ЗЕРНИСТОСТИ
Группа зернистости Наименование группы Номер зернистости
1 Шлифзерно 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16
2 Шлифпорошки 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3
3 Микропорошки М40, М28, М20, М14, М10, М7, М5
Каждый номер зернистости шлифзерна, шлифпорошков и мик-
ропорошков характеризуется следующими фракциями: предельной,
крупной, основной, комплексной и мелкой. В каждом номере шлиф-
зерна должно содержаться 45—40% зерен основной фракции (ос-
новного номера), остальное— других фракций. Примерно та-
кое же соотношение содержания фракций установлено и для
шлифпорошков. Основной характеристикой крупности каждого из
номеров зернистости является количествен крупность его основной
фракции.
Крупность основной фракции определяется:
а) для группы шлифзерно и шлифпорошки — размерами ячеек
двух смежных сит, указанных в табл. 81, из которых на одном сите
зерно основной фракции должно задерживаться, а через второе сито
зерно основной фракции должно проходить;
б) для группы микропорошки — линейными размерами зерен,
указанными в табл. 82.
Большое влияние на абразивную способность, износ и механи-
ческую прочность абразивного инструмента имеет форма зерен,
величина их углов, острота и прямолинейность кромок. Каждое
абразивное зерно, участвующее в работе резания, является резцом.
439
Таблица 81
РАЗМЕРЫ ЗЕРЕН ОСНОВНОЙ ФРАКЦИИ ШЛИФЗЕРНА И ШЛИФПОРОШКОВ
Обозначение зерни- стости (номера) Основная фракция
проходящая через сито с сеткой остающаяся на сите с сеткой
по ГОСТ (в 0,01 мм) в дюймо- вой систе- ме (в ме- тах) № сетки номинальный размер сто- роны ячеек в свету, мк № сетки номинальный размер стороны ячеек в свету, мк
200 10 2,5 2500 2 200
160 12 2 2000 1,6 1600
125 16 1,6 1600 1,25 1250
100 20 1,25 1250 1 1000
80 24 1 1000 08 800
63 30 08 800 063 630
50 36 065 630 05 500
40 46 05 500 02 400
32 54 04 400 0315 315
25 60 0315 315 025 250
20 70 025 250 02 200
16 80 02 200 016 160
12 100 016 160 0125 125
10 120 0125 125 01 100
8 150 01 100 008 80
6 180 008 80 0063 63
5 230 0063 63 005 50
4 280 005 50 004 40
3 320 004 40 — 28
Таблица 82
РАЗМЕРЫ ЗЕРЕН ОСНОВНОЙ ФРАКЦИИ
МИКРОПОРОШКОВ
Обозначение зернистости (номер) Пределы размеров зерен основной фракции, мк
М40 404-28
М28 28-? 20
М20 204-14
М14 144-10
М10 104- 7
М7 74- 5
М5 54- 3
Отсюда его наивыгоднейшей
формой должна быть такая, ко-
торая обеспечила бы при любом
его расположении максималь-
ную работоспособность. Такой
формой является изометричес-
кая или близкая к ней форма
зерен, лучше сопротивляющаяся
скалывающим усилиям, возника-
ющим при шлифовании. Наи-
большее количество зерен как
электрокорунда, так и кар-
бида кремния имеет форму
неправильных многогранников
с более заостренными и глад-
кими гранями у карбида кремния. Зерна карбида кремния имеют
больше прямолинейных режущих кромок и более сложную конфи-
гурацию. Многие зерна карбида кремния имеют грани с блестящей
зеркальной поверхностью, благодаря чему они плохо сцепляются со
440
связующими материалами, а многие из них выпадают, совершенно
не работая. Напротив, зерна электрокорунда имеют шероховатую
поверхность и более простую конфигурацию.
АБРАЗИВНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ
ОСНОВНЫЕ понятия
Абразивные инструменты можно разделить на следующие три
группы: круги, бруски и шлифовальные шкурки (иногда шлифо-
вальные материалы применяют в виде порошков).
Шлифовальные круги являются самой распростра-
ненной группой абразивных инструментов. Их применяют главным
образом при работе на станках и разделяют на три типа: цельные
круги, головки и круги со вставными сегментами.
Формы цельных кругов стандартизованы (ГОСТ 2424—60) с раз-
делением на следующие типы: плоские круги прямого профиля,
плоские круги конического профиля, плоские круги с выточками,
круги-диски, плоские рифленые круги, плоские наращенные круги,
круги-кольца, круги-чашки, круги-тарелки, круги специального
применения.
Плоские круги прямого профиля имеют одну стандартную фор-
му ПП. Они могут быть общего, специального и ограниченного при-
менения, различаясь между собой размерами и связками. Специаль-
ные круги в свою очередь разделяют на группы: а) для шлифования
деталей подшипников качения и б) для шлифования «в упор».
Плоские круги конического профиля имеют три стандартные
формы: 2П, ЗП и 4П. Форму 2П изготавливают с двусторонним
коническим профилем 40 и 60°, форму ЗП — с односторонним ко-
ническим профилем 45° и форму 4П — с односторонним коническим
профилем 30° и менее.
Плоские круги с выточкой имеют четыре стандартные формы:
ПВ, ПВК, ПВД и ПВДК.
Плоские рифленые круги изготавливают одной стандартной
формы ПР. Плоские наращенные круги имеют одну стандартную
форму ПН.
Круги-диски также имеют одну стандартную форму Д.
Круги-кольца выполняют двух стандартных форм: 1К и 2К.
Круги-чашки изготавливают по двум стандартным формам:
ЧЦ и ЧК.
Круги-тарелки изготавливают трех стандартных форм: IT, 2Т
и ЗТ.
Круги специального применения выпускают с целевым назна-
чением для определенных изделий или работ. Они имеют следующие
формы: С — для шлифования калибровочных скоб; И — для заточ-
ки иголок; КС — для заточки ножей косилок; М — для разрез--
ки минералов.
441
Шлифовальные головки также стандартизованы. Они бывают сле-
дующих форм: ГЦ, ГУ, ГК6О°, ГСв, ГК, ГШ и ГШЦ с размерами
по ГОСТ 2447—60.
Массивные цельные шлифовальные круги (например, кольцевые)
при работе на плоскошлифовальных станках часто ломаются и тре-
буют замены всего круга. Вследствие этого применяют шлифоваль-
ные круги со вставными шлифующими сегментами по ГОСТ 2464—60.
Сегменты проще в изготовлении и дешевле, легко заменяются.
Отверстия между сегментами облегчают выход стружки; подвод
охлаждающей воды не затруднен.
Рис. 432. Крепление сегментов с
помощью клиньев
Сегменты необходимо правильно закреплять без дополнительных
напряжений, которые могут вызвать поломки, и так располагать
закрепляющие винты и клинья, чтобы они не портились от воды.
На рис. 432 показано закрепление сегментов при помощи клиньев из
стали и латуни. Сегменты закруглены на наружных опорных поверх-
ностях таким образом, что их можно применять В патронах различ-
ных диаметров. В то же время сегменты снабжены выемками, вслед-
ствие чего уменьшается напряжение от давления затяжки в кор-
пусе. При износе их можно выдвигать при помощи промежуточного
кольца.
На рис. 433 показано другое крепление сегментов в патроне.
Каждая пара сегментов прижимается бронзовым зажимным кли-
ном и болтом к наружному ободу. Другими концами сегменты упи-
раются в спицы корпуса. Иногда сегментные патроны находят
применение на универсальных заточных станках вместо цельных
чашечных шлифовальных кругов. На рис. 434 приведен такой
патрон диаметром от 90 до 146 мм. Он состоит из корпуса 1, изго-
товляемого из легкого сплава, стального кольца 2, прижимов 3,
винтов 4 и 5, внешней 6 и промежуточной 7 прокладок из железа и
442
картона, стопорного винта 8 и сегментов 9. Сегменты к такому
патрону легко изготовить из отходов кругов формы ПП и ПВ.
Для притирки абразивными брусками при хонинг-процес-
се применяют особую форму головки. Головка (хон), являющаяся в
данном случае притиром, имеет
раздвижные регулирующиеся по
диаметру бруски из абразивного
материала и представляет собой
как бы сегментный круг, но с
раздвижными сегментами, как
видно из рис. 435, где изображен
один из типов таких головок.
Конструкция головки состоит из
корпуса 3 и двух разжимных
конусов 5, соединенных между
собой валиками 7. На конусы
через втулку 9 и упорное коль-
цо 10 давит пружина 12, поме-
щенная в стакане 11. При по-
вороте втулки по часовой стрел-
ке конусы двигаются вперед,
разжимают бруски S, приклеен-
ные к колодкам /, и увеличи-
вают диаметр хонинговальной
головки. Колодки штифтами 6
входят в отверстие корпуса и
удерживаются от выпадания
кольцевой пружиной 4.
1 2
Рис. 435. Хонинг-головка
Уменьшение диаметра хонинговальной головки происходит при
вращении стакана 11 против часовой стрелки под действием давле-
ния пружины 2. Конусы 5 и корпус 3 разрезаны, как показано в
сечении АА.
443
При перемещении конусов 5 колодки разжимаются и доводят
бруски до диаметра отверстия обрабатываемой детали. Такие го-
ловки применяют для обработки отверстий.
При хонинговании поверхности шлифовальных отверстий в слу-
чае неоднородности материала более твердые места оказывают
большую сопротивляемость, что приводит к отжатию инструмента к
противоположной стенке отверстия. Последняя при этом сошлифо-
вывается сильнее, что приводит к
овальности отверстия. Во избе-
жание этого применяют хон с од-
ним камнем 1 (рис. 436), уложен-
ным на подкладку 5, вставленную
в гнездо корпуса 2 хона. Клин 4
служит для установки подкладки.
Отжимающее усилие Р воспри-
нимается башмаками 5, которые
поставлены несимметрично отно-
Рис. 436. Хон с одним шлифо-
вальным бруском
Рис. 437. Гидравлические хоны
сительно оси камня, что имеет такое же значение, как и неравный
шаг у зубьев развертки. Овальное отверстие (рис. 436 слева) после
обработки таким хоном приобретает более правильную цилиндри-
ческую форму (рис. 436 справа).
Гидравлика, широко используемая в современном станкострое-
нии, применяется в хонах для создания равномерного давления на
абразивные бруски. На рис. 437 показаны хоны оригинальной кон-
струкции для отделки как внутренних, так и наружных цилиндри-
ческих и конических поверхностей. На рис. 437, а изображен хон
для наружного хонингования цилиндрических деталей — штоков
444
гидравлических цилиндров, плунжеров и т. п. Абразивные бруски 1
уложены на подошву из пластмассы с заформованными в ней гай-
ками для крепежных винтов, прип
Сухари вставлены подвижно в отв
новленного между кольцами 2, пр]
эти кольца ввернуты втулки 3,
сквозь которые пропускают поли-
руемую деталь. Брускодержатель
смонтирован на винтовых пру-
жинах, опирающихся на внутрен-
ние горловины втулок. Между кор-
пусом хона и брускодержателем
заложена упругая диафрагма 4
из синтетического каучука, за-
полненная маслом. Масло поступа-
ет в диафрагму через штуцер 5,
ввернутый в корпус и присоединен-
ный к гидравлической системе
станка или насосной установке.
Хон для полирования внут-
ренних конических поверхностей
изображен на рис. 437, 6. В нем
диафрагма 2 помещена внутри ци-
линдрического брускодержателя,
между закраинами которого уло-
жены подошвы из пластмассы с за-
прессованными в них абразивными
брусками /. Подошвы брусков
по концам охватывают пружиня-
щими кольцами и таким образом
удерживают на брускодержателе.
Подвижные сухари, заложенные в
отверстиях брускодержателя, пе-
редают давление от диафрагмы на
подошвы брусков. Масло поступа-
ет в диафрагму из центрального
канала головки инструмента, к ко-
торой хон присоединен на муфте.
На рис. 438 изображена конст-
щих бруски к сухарям,
брускодержателя, уста-
ыми к корпусу хона. В
Рис. 438. Универсальный хон
рукция универсального хона, ра-
ботающего по принципу равномерного давления специальной пласт-
массы. Такой хон дает возможность обрабатывать в деталях точные
отверстия диаметром от 12 до 200 лш. Рабочей частью хона являются
абразивные бруски 2 общим числом от 4 до 5, закрепленные в обой-
мах 15. Для удержания обойм /5, вставленных в окна корпуса 3,
имеются цилиндрические спиральные пружины 11. Полость кор-
пуса 3 заполняют через наконечник 1 пластмассой 4, выполняющей
445
роль жидкости. Пластмассу сжимают штоком 9, могущим передви-
гаться при помощи обоймы 6 и шпилек 5. Сказанное позволяет
брускам 2 перемещаться. Верхняя часть хона имеет хвостовик 14,
связанный муфтой 13 с наконечниками 8 через корпус 12 и шпильку
10. Штифт 7 скрепляет наконечник 8 с хвостом корпуса 3.
Вторая группа абразивных инструментов — бруски и абразив-
ные напильники — применяется для работы на станках и вручную.
Они бывают квадратные, плоские, круглые, полукруглые и трех-
гранные с размером стороны сечения от 6 до 38 мм, иногда и выше,
при длине от 100 до 300 мм.
Такие бруски различных се-
чений, используемые в хонах,
приведены в ГОСТ 2456—60. На
рис. 439, а показан абразивный
напильник с ручкой, а на рис.
439, б — особая форма бруска
(оселок).
Шлифующие материалы нахо-
дят применение и в зернах той
или иной величины и называются
Рис. 439. Абразивный напильник и полировальными, илипритироч-
набор оселков ными, микропорошками.
Они работают обычно с маслом.
Такие порошки бывают двух номенклатур: 1) определяемые разме-
ром зерна и 2) отмученные —• «минутники». Первые порошки раз-
деляют по номерам в зависимости от зернистости материала.
Таблица 83
Номер «минутника» 1/4 1/3 1/2 1 3 5 15 30 60
Размеры зер- на, мк 150— 175 125— 150 100— 125 75— 100 50—75 30—50 20—30 10—20 5—10
«Минутниками» называются тонкие абразивные порошки, упот-
ребляемые в качестве шлифующего материала. Название это свя-
зано со временем (в минутах), необходимым для оседания в столбе
спокойной воды высотой 1 м порошка из тонкого, предварительно
взмученного абразивного материала. Номенклатура «минутников»
приведена в табл. 83.
«Минутники» изготавливают главным образом из отходов от
дробления корунда.
Особым видом шлифовальных инструментов являются ш к у р-
к и и ленты, состоящие из бумажной или тканевой основы, на
которой наклеены зерна шлифующего материала.
446
НУМЕРАЦИЯ ШКУРОК
о §
о о о сч сч
О -f 00 о
со 30 0,7
Г- СО со со о
to сч со о
ю ю ю Tf СО LQ О
ч* 70 0,25
со О 00 о —< О) о"
сч 100 0,150
— ю о сч СЧ ~ o'
о 150 0,105
8 180 0,085
ООО 220 0,075
о § со о со о
Номер шкурки Соответствую- щие номера зер- нистости в дюй- мовой системе (в мешах) . . . Максимальная величина зерен, мм
Абразивным материалом для
шлифовальных шкурок и лент
служат стекло, кремнезем, гра-
нат, наждак, корунд и карбид
кремния. Стекло (обычно упот-
ребляют бутылочный бой) дро-
бят на валках и отсевают по
номерам на ситах. Кремнезем
подвергают той же обработке,
что и стекло. Гранат для шкурок
получают уже в дробленом ви-
де. Наиболее пригодным сортом
граната является альмандин—
железоглиноземистый гранат.
Наждак дробят так же, как и
кремнезем. Корунд и карбид
кремния получают обычно в го-
товом виден отдельных зернах.
Бумагу, применяемую для
шкурок и лент, берут прочную,
в готовых рулонах, без допол-
нительной обработки. Ткань
применяют или наклеенную на
бумагу, или аппретированную,
так как иначе клей для наклей-
ки зерен будет проходить сквозь
ткань, вызывая ее прилипание
к барабанам. Аппретурой явля-
ется каолин, а связкой — клей-
стер из картофельной муки. Для
присоединения зерен к ткани
или бумаге применяют костяной
проваренный клей. Шкурки на
тканевой основе для сухого
шлифования стандартизованы по
ГОСТ 5009—62, а на бумажной
основе — по ГОСТ 6456—62. По
степени зернистости шкурки как
на полотне, так и на бумаге име-
ют номенклатуру, приведенную
в табл. 84.
Обычно шкурки изготавлива-
ют в виде небольших листов.
Кроме того, шкурки делают в ви-
де лент, намотанных на деревян-
ные катушки. Обычно ленты бы-
вают шириной от 12 до 60 мм.
447
Края их в намотанном состоянии слегка смазывают клеем для
предохранения от разматывания.
Отдельные сорта шкурок на бумаге делают водонепроницаемы-
ми, в результате чего они находят применение для мокрого шлифо-
вания. В таких случаях бумагу пропитывают особым составом, не
допускающим смывания шлифовальных материалов в воде и раз-
мягчения самой бумаги.
СВЯЗКА
Кроме исходного абразивного материала, выполняющего работу
резания, при изготовлении абразивного инструмента применяют
связку, соединяющую между собой мелкие абразивные зерна.
Связка бывает трех родов: минеральная, органическая и кера-
мическая.
Минеральная связка бывает магнезиальная и си-
ликатная. В магнезиальной связке цементирующим веществом яв-
ляется цемент, состоящий из магнезита и хлористого магния. Вслед-
ствие большой гигроскопичности такой связки абразивный инстру-
мент от влаги легко теряет свою прочность, поэтому он пригоден
только для сухого шлифования. Инструменты с такой связкой не-
равномерно изнашиваются и ненадежны в работе. Силикатная
связка состоит из смеси глины, кремниевой пыли и жидкого силика-
та. Инструмент с этой связкой не гигроскопичен, но работает тоже
всухую и отличается мягкостью. Инструменты с силикатной связ-
кой не могут конкурировать с керамическими и вытесняются ими.
Органическая связка бывает вулканитовая, олеони-
товая, шеллаковая и бакелитовая. Вулканитовая связка состоит из
синтетического каучука, серы и других составляющих. Инструмент
с этой связкой весьма прочен. Благодаря ей шлифовальные круги
можно изготовлять очень тонкими — до 0,8 мм толщиной при
диаметре 150 мм. Недостаток этих связок заключается в том, что
инструмент салится. О леонитовая связка состоит из окисленного
масла (олифы). Инструменты, сцементированные этой связкой,
более мягки и быстро изнашиваются при грубых работах по твер-
дым материалам. Так как при применении инструментов с такой
связкой выделяется очень мало тепла, они не отжигают при шли-
фовании всухую обрабатываемых деталей. Шеллаковая связка со-
стоит из шеллака и сообщает инструментам те же достоинства, что
и олеонитовая. Бакелитовая связка состоит из искусственной смо-
лы — бакелита, получаемого из фенола и формальдегида. Она все
больше вытесняет олеонитовую и шеллаковую связки. Круги на
этой связке прочны и эластичны.
Керамическая связка состоит в основном из огнеупор-
ной глины, полевого шпата и кварца. Эта связка обеспечивает
большую прочность круга. Инструменты с такой связкой пористы,
зерна открыты и свободно режут; связка по мере затупления зерна
448
выкрашивается, не засаливая инструмента и излишне не нагревая
обрабатываемой детали. Она применяется для большинства работ,
выполняемых с охлаждением.
СТРУКТУРА АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
В последнее время появились так называемые «структурные»-
инструменты, в которых количественное соотношение составляю-
щих их элементов (зерен, связки и пор) установлено заранее. Эти
инструменты отличаются более высокой производительностью.
Установлено 13 структур с нумерацией от 0 до 12. Инструменты
одной твердости и зернистости, но разных структур имеют неодина-
ковый суммарный объем пор и различное количество зерен в еди-
нице объема. По мере увеличения номера структуры уменьшается
количество зерен в единице объема, величина отдельных пор воз-
растает, а количество их сокращается. Шлифовальные инструменты
с различной величиной пор и разным количеством абразивных зерен
в единице объема при одинаковых прочих условиях, естественно,
обладают неодинаковыми свойствами. Эффект их работы зависит от
того, насколько правильно сочетаются их свойства с заданными ус-
ловиями работы. Различают три группы структур: 1) плотные
(№ 0—3) с объемом зерна 62—56%, 2) среднеплотные (№ 4—6)
с объемом зерна 54—50%, 3) открытые (№ 7—12) с объемом зерна
48—38%. Структурные инструменты рекомендуется применять для
следующих операций: № 3 и 4— для шлифования, при котором тре-
буется сохранить профиль круга; № 5 и 6— для круглого наруж-
ного и внутреннего, а также бесцентрового шлифования, плоского
шлифования периферией круга и заточки режущего инструмента;
№ 7, 8 и 9— для плоского шлифования торцом круга, отрезания,
шлифования и заточки твердого сплава.
От размера поверхности соприкосновения шлифовального инстру-
мента и детали зависит величина давления на единицу поверхности:
чем меньше поверхность соприкосновения, тем мельче должны быть
поры шлифовального инструмента, так как в этом случае давление
распределяется на большее число режущих кромок, находящихся
в работе.
При шлифовании мягких и вязких материалов образуется слив-
ная стружка; следовательно, необходимо применять инструменты с
крупными порами, тогда как для обработки твердых и хрупких ма-
териалов требуются инструменты с мелкими порами, с тем чтобы
на единицу поверхности воздействовало большее число режущих
кромок.
Выбор пористости инструмента также зависит от количества
снимаемой стружки и требуемой чистоты поверхности. При грубом
шлифовании надо работать с крупнопористыми инструментами, а
для получения чистой поверхности — с мелкопористыми.
15 Металлорежущие инструменты 449
ТВЕРДОСТЬ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
Абразивное зерно должно резать до тех пор, пока не затупится.
Усилия, возникающие при резании острыми гранями зерна, долж-
ны выдерживаться связкой. Но это должно продолжаться лишь до
тех пор, пока зерно не затупилось. Необходимо, чтобы затупивше-
еся зерно могло уступить место новому зерну, имеющему острые ре-
жущие грани. В этот момент связка не должна удерживать затупив-
шееся зерно. Поэтому нужно так подобрать связку, чтобы она обес-
печивала соответствующую работоспособность круга применительно
к его работе по тому или иному материалу детали. Сопротивление
силам, стремящимся вырвать зерна с поверхности круга, называют
Степенью твердости, или твердостью круга. Она зависит от проч-
ности связки, толщины ее слоя между отдельными зернами, вели-
чины отдельных зерен и размеров пор. По ГОСТ 3751—47 твердость
абразивных инструментов имеет специальные обозначения, приве-
денные в табл. 85.
Таблица 85
ОБОЗНАЧЕНИЯ ТВЕРДОСТИ КРУГОВ
Твердость инструмен- та Мягкий Средне- мягкий Сред- ний Средне- твердый Твердый Весьма твердый Чрезвы- чайно твердый
Услов- ные обо- значения Ml, М2, М3 СМ1, СМ2 С1, С2 СТ1, СТ2, СТЗ Tl, Т2 ВТ1, ВТ2 ЧТ1, ЧТ2
Степень твердости абразивного инструмента обозначают на
самом инструменте.
В настоящее время начали применять физико-химический спо-
соб обработки шлифовальных кругов, который дает возможность
изменять твердость связки, обеспечивая этим работу круга в связи
с предъявляемыми к нему требованиями. Такая обработка основана
на количественном изменении связки, а тем самым и на твердости
абразивного инструмента.
Для понижения твердости связки в качестве растворителей
применяют разные кислоты и щелочи в различных концентрациях
•и условиях обработки. Для ослабления абразивного инструмента
кислотами его погружают в ванну с соответствующим раствором
кислоты. После того как инструмент пропитается раствором, его
вынимают из ванны и на специальных подставках выдерживают не-
которое время, затем промывают в горячей воде и просушивают.
Для ослабления щелочами инструмент помещают в щелочную ванну,
где при кипячении выдерживают необходимое время, после чего
промывают в горячей воде и просушивают.
450
Для закрепления твердости абразивных инструментов их про-
питывают в растворах силикатов, продуктов конденсации смолистых
веществ и нитролаках, затем просушивают при режимах, соответ-
ствующих определенному раствору. Опыты указывают на повышение
стойкости инструментов, обрабатываемых таким способом.
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
При изготовлении прессованных шлифовальных кругов приме-
няют следующие основные операции: заготовка материала и связки,
приготовление массы, смешение, прессование, сушка, отжиг, ме-
ханическая обработка, испытание.
Заготовка шлифовального материала и связки состоит в грубом
размоле и последующем мокром помоле. Массу подвергают развеске,
после чего окончательно смешивают в мешалках. Массу, предназ-
наченную для кругов, прессуют под прессом, где ей придается
нужная форма. После этого заготовку сушат в печах при 120—;
150°С. Керамические круги после этого направляют в обжиг в
печи при 1300—1400°С, после чего механически обрабатывают,
и испытывают.
Изготовление шлифовальной шкурки происходит иначе. Бума-
га или аппретированное полотно скручивается с роля, проходя
через валки печатной машины, которая наносит на обратной сто--
роне бумаги или полотна клеймо, номер шкурки, ее наименование
и др. Затем бумага или полотно проходит через барабан клеевой
машины, где покрывается слоем клея требуемой толщины. Пропус-
тив заготовку через ящик холодильного аппарата, получают на.
клее пленку, способствующую прилипанию зерен. Далее заготовка
проходит через насыпной аппарат, загруженный абразивными ма-.
териалами, который насыпается на заготрвку через воронку. При
прохождении заготовки между двумя валиками зерна вдавливаются,
на всю глубину клеевого слоя. При последующем подогреве заго-
товки клей заполняет все промежутки между зернами. После этого
полученную шкурку скручивают в рулоны или разрезают на листы.
В настоящее время находит применение способ производства
наждачной шкурки, заключающийся в том, что намазанную клеем
ткань или бумагу пропускают между двумя плитами-электродами,
между которыми поддерживается интенсивное магнитное поле.'
Ткань или бумага проходит ближе к верхнему положительному,
электроду и обращена намазанной стороной к отрицательному элек-,
троду. Между электродами движется бесконечный ремень, несущий,
абразивный порошок. Попадая в магнитное поле, зерна под дей-
ствием магнитных сил вклеиваются в ткань или бумагу острием,
наружу. Полученная таким образом шлифовальная шкурка имеет;
Максимум режущих кромок и равномерное распределение зерен по
всей рабочей. поверхности.
15»
451
Качество шлифовального инструмента нормализовано стандарт-
ными техническими условиями на круги и шлифовальные головки
по ГОСТ 4785—53, а на бруски и шлифовальные сегменты — по
ГОСТ 4786—53.
АЛМАЗНЫЕ КРУГИ
Алмазные круги являются незаменимыми для заточки и довод-
ки инструментов, оснащенных твердым сплавом. Они обеспечи-
вают высокую точность обработки и высокий класс чистоты обраба-
тываемой поверхности.
НИИАлмазом разработаны и нормализованы типы, размеры и
технические требования на алмазные круги.
Основными требованиями, предъявляемыми к алмазным кру-
гам, являются равномерность распределения алмазных зерен, точ-
ность их зернового состава, качество зерен и связки, прочность
удержания зерен в связке.
Алмазные круги можно изготавливать на металлической, метал-
лической пористой, органической, керамической и электролитиче-
ской связках.
Металлической и металлической пористой связками в основном
являются бронза и ее модификации. Органической связкой является
в основном бакелитовая. Керамическая связка является промежу-
точной между металлической и бакелитовой. Электролитические
связки предназначены для закрепления на поверхности стального
корпуса круга алмазного слоя толщиной, равной величине приме-
няемого зерна.
В зависимости от областей применения алмазные круги изготав-
ливают различных форм (плоские, чашечные, профильные и т. п.).
Круги различаются по величине алмазоносного слоя, который
в основном имеет величину 1,5—3 мм.
Алмазный слой состоит из алмазных зерен, связки и наполни-
теля (твердые минералы). Экономичность и эффективность работы
алмазными кругами определяются концентрацией алмазов, т. е.
количеством миллиграммов алмазного зерна в одном кубическом
миллиметре алмазного слоя круга.
По концентрации алмазных зерен круги имеют три разновид-
ности: 1) 100%-ная концентрация, соответствующая содержанию
алмазов 0,878 мг/мм\ 2) 50%-ная концентрация, соответствующая
содержанию алмазов 0,439 мг!ммй, и 3) 25%-ная концентрация,
соответствующая содержанию алмазов 0,219 мг!мм\
НИИАлмаз для большинства доводочных работ рекомендует
применять круги с 50%-ной концентрацией алмазов. По твердости
алмазные круги обычно выбирают в пределах С2—СМ2 и только в
редких случаях — СТ2 и Т1. Зернистость круга принимают с уче-
том требуемой чистоты обрабатываемой поверхности.
452
ПРАВКА ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
Под правкой круга понимают:
1) получение круга с плавным ходом без биения и соответствую-
щего профиля и
2) получение круга с высокой режущей способностью путем уда-
ления тех абразивных зерен, которые либо притупились, либо по-
крыты расплавленным металлом. Для правки шлифовальных кругов
применяют три типа инстру-
ментов в зависимости от мате-
риала кругов, а именно:
1) инструменты из твер-
дого сплава, стали или чу-
гуна;
2) инструменты из абра-
зивных материалов;
3) инструменты с алмаза-
ми и алмазозаменителями.
Инструменты из твердого
сплава, а также твердой стали
Рис. 440. Инструменты для прав-
ки кругов:
а, б — дисковые с режущими кромками;
в, г — зубчатые ролики
Рис. 441. Типы стержней для
правки
и чугуна имеют вид дисков или валиков высокой твердости с очень
острыми краями рабочих поверхностей. Такие инструменты пока-
заны на рис. 440.
Правящие твердосплавные диски стандартизованы по ГОСТ
4802—59, а правящие стальные кольцевые диски — по ГОСТ
4803—53.
Форма инструментов из абразивных материалов различна. Для
работы вручную применяют специальные заправочные стержни,
примеры которых показаны на рис. 441.
Кроме ручных абразивных правящих инструментов, находят
применение правящие абразивные круги, устанавливаемые на спе-
циальных державках; привод правящих кругов осуществляют от
станка. Державки для круглошлифовальных станков устанавли-
453
вают в центрах (при форме правящих абразивных кругов ПП);
державки для плоскошлифовальных станков с круглым столом уста-
навливают на самом столе станка (при форме правящих абразивных
кругов ПП размером 150X32X65 мм).
Правящие абразивные круги должны быть из карбида кремния;
твердость их на одну-три степени выше твердости заправляемого
круга; зернистость их на две-три степени ниже зернистости заправ-
ляемого круга.
Алмазы для правки кругов могут применяться либо в виде от-
дельного зерна в особой оправке, либо в виде нескольких зерен,
укрепленных в общей массе основания.
Более целесообразно использовать алмазозаменители.
Одним из первых заменителей каратных алмазов являются ал-
мазно-металлические карандаши; на отдельных операциях шлифова-
ния они действуют значительно лучше каратных алмазов и к тому
же обходятся дешевле их. Эти карандаши делаются из мелких зерен
алмаза, сцементированных сплавом, состоящим из 70—80%W,
18—19% Си и 0,9—2% А1, и изготовлены в форме цилиндриков.
В табл. 86 приведены марки таких карандашей.
Таблица 86
МАРКИ АЛМАЗНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КАРАНДАШЕЙ
Марки каранда- шей Характеристика рас- положения алмазов Вес отдель- ных зерен ал- мазов в ка- ратах Общий вес алмазов в карандаше в каратах Примечание
СК1 Слои крупные 1/3—1/7 1/2 В поперечном сече-
СК2 1/2 нии должно быть не
СС1 Слои средние 1/7—1/2 1 более семи зерен алма-
СС2 2 за
СМ1 Слои мелкие 1/12—1/20 1
СМ2 2
СНМ1 Слои весьма 1/12—1/20 1
мелкие 2
СНМ2
НМ Неориентиро- 1/20—1/100 2 Алмазы должны быть
НВМ ванное располо- 1/20—1/100 2 расположены равномер-
жение но
Ц Цепочкой вдоль 1/5—1/30 1/2 Алмазы должны пе-
карандашей рекрывать друг друга
Заменителями технических алмазов являются также твердые
круги из карбида кремния, а также твердосплавные и металличе-
ские диски и ролики различных конфигураций, описанные выше.
ГЛАВА XV
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В связи с организацией автоматических линий для типовых де-
талей машиностроения, работающих с минимальным количеством
обслуживающего персонала, перед инструментальной промышлен-
ностью СССР особо стоит вопрос о дальнейшем изыскании произво-
дительного инструмента, сохраняющего свою размерную стойкость
в течение продолжительного времени.
В обычном производстве механизированы лишь основные рабо-
чие движения инструмента, причем регулирование процесса обра-
ботки и замена инструмента обычно делаются вручную после из-
мерения или осмотра обработанного изделия. Вспомогательные one?
рации также выполняются вручную.
Полная автоматизация процесса механической обработки тре-
бует осуществления передаточным механизмом всех необходимых
движений инструмента и движений органов, выполняющих вспо-
могательные операции по установке, закреплению и транспортиро-
ванию обрабатываемых деталей.
Замена ручных операций автоматическими позволяет повысить
отдачу станка и уменьшить себестоимость выпускаемой продукции,
что также зависит в значительной степени от работоспособности ре-
жущего инструмента.
В связи с указанным при автоматизации технологического про-
цесса начали применять специальную инструментальную оснастку,
в которую наравне с режущим инструментом входят вспомогатель-
ный инструмент, а также механизмы для регулировочных и восста-
новительных перемещений инструмента и его замены, информации о
состоянии режущей кромки и формирования стружки.
ОБНОВЛЕНИЕ И ЗАМЕЩЕНИЕ ИЗНОШЕННЫХ РЕЖУЩИХ КРОМОК
ИНСТРУМЕНТА
Работоспособность режущего инструмента на автоматических
линиях зависит от его размерной стойкости, которая определяется
количеством деталей, полученных в пределах допуска без регули-
455
рования или смены инструмента или соответствующего машинного
времени обработки. Вообще размерная стойкость составляет только
некоторую долю общей стойкости.
Размерная стойкость инструмента автоматических линий может
быть повышена за счет обновления или замещения изношенных уча-
стков режущей кромки. Для обеспечения этого применяются резцы,
не имеющие вершины, разделяющей основную и вспомогательную
кромки. Такими резцами в первую очередь являются резцы с кру-
Ф8
и' Рис. 443. Резец со свободным ме-
Рис. 442. Конструкции чашечных ханическим креплением твердо-
резцов сплавной цилиндрической пластинки
говой режущей кромкой. Отдельные варианты конструкций таких
резцов представлены на рис. 442, где а — резец с цилиндрической
быстрорежущей или твердосплавной пластинкой, б — с конической.
Такой резец состоит из втулки 2 с режущей пластинкой /, удержи-
ваемой штоком 5, пружиной 4 и шайбой 5. Втулка с чашкой встав-
ляется в державку, снабженную посадочным отверстием, ось ко-
торого в рабочем сечении резца расположена под углом 10°. За-
жим пластинки в рабочем состоянии производится силами резания.
На рис. 443 представлено другое крепление чашечного резца.
Цилиндрическая пластинка 2 из твердого сплава имеет отверстие,
концентричное наружной поверхности, через которое по посадке
движения проходит шток 5, соединяющий пластинку с корпусом I
резца. Планка 4 входит одним концом, выполненным в виде вилки,
в соответствующую выемку хвостовой части штока; другой конец
планки опирается на штифт 5, запрессованный в корпус. Пружина
сжатия 6 прижимает режущую пластинку в корпус резца.
Большие радиальные усилия, возникающие при работе резцов с
круговой режущей кромкой, требуют применения их лишь при на-
личии технологической системы высокой жесткости. Применение
таких резцов несколько ограничивается образованием галтели при
обточке не на проход.
При невозможности использования резцов с круговой режущей
кромкой в автоматическом производстве применяются резцы с
призматическими пластинками. В этом случае используются спе-
456
циальные резцовые головки, один из видов которых представлен на
рис. 444, где изображена быстросменная пятирезцовая головка с
горизонтальной осью поворота.
СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ НА ЗАМЕНУ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Чтобы сократить или полностью устранить простои за период
стойкости, связанные с износом инструмента, необходимо создать
специальную конструкцию режущего инструмента.
Б автоматическом производстве массовых деталей широкое рас-
пространение получил взаимозаменяемый инструмент, настраивае-
мый на размер вне станка на специальных настроечных приспособле-
ниях. Быстросменные резцы для автоматов и автоматических ли-
ний разработаны в последнее время ВНИИ. Они могут наст-
раиваться вне станка. На рис. 445 представлены отдельные ви-
Рис. 444. Быстросменная пя-
тирезцовая головка с гори-
зонтальной осью поворота:
1 — корпус головки; 2 — быстро-
сменный резец; 3 — фиксаторы
поворота
Рис. 445. Быстросменные резцы, на-
страиваемые на размер вне станка
ды таких резцов. Режущими элементами их являются многогран-
ные пластинки. Быстросменность резцов обеспечивается возмож-
ностью подналадки их вне станка за счет упора на торце дер-
жавки и специальной вырезки на опорной ее части.
Подналадка режущей части делается за счет поворота пластинки.
Особенно эффективны конструкции инструмента, крепящегося сила-
ми резания, так как они позволяют обеспечить быструю замену
режущих элементов. Одна из современных конструкций быстросмен-
ного проходного резца в открытом пазу представлена на рис. 446.
Она состоит из резца 1, поджимаемого тягой 2, снабженной пружи-
457
ной 3, к опорам корпуса 4 державки, для чего наконечник 5 тяги 2,
выполненный в виде скошенного крючка, входит в соответствую-
щий паз резца, одновременно поджимая его к трем опорным плос-
костям корпуса державки.
На рис. 447, а изображен общий вид типовой державки для про-
ходного быстросменного резца, а на рис. 447, б — разрез ее и вид
в плане. Резец 1 устанавливают в открытое гнездо в державке 2
и предварительно поджимают к опорам подпружиненной тягой 3,
угловой наконечник которой входит в соответствующий паз А
Рис. 446. Быстросменный проходной резец
нижней опорной поверхности резца и прижимает его при помощи
пружины к нижним и боковым опорам державки.
Охлаждающая жидкость подается через штуцер и по каналам в
резцедержавке направляется к зоне резания через выходные от-
верстия сменного наконечника 4.
Быстросменное сборное перовое сверло представлено на рис.448.
Оно состоит из корпуса 1, имеющего центральный канал для
подвода охлаждающей жидкости под давлением, режущей пластин-
ки 2 и регулировочной гайки 3. Пластинка 2 из быстрорежущей
стали имеет хвостовик, центрируемый относительно отверстия кор-
пуса. Ее толщина меньше диаметра центрирующего отверстия, бла-
годаря чему остаются проходы для охлаждающей жидкости. Во
время работы пластинка прижимается к опорам корпуса силами ре-
зания, а для удержания пластинки от возможного смещения при
обратном ходе ее хвостовик закрепляется штифтом 4. Регулировоч-
ная гайка 3 используется для настройки сверла на линейный раз-
мер после переточки.
Для настройки инструмента на размер вне станка применяются
специальные приспособления. Так, быстрота и удобство установки
458
резцов на размер обеспечиваются в специальном приспособлении
путем сравнения их с эталоном.
Аналогичные приспособления для настройки на размер вне
станка используются и для настройки осевых инструментов.
Рис. 447. Типовая державка для проходного быстросменного резца
Для автоматического регулирования инструментов в практике
встречаются различные конструкции. Одна из таких конструкций
приведена на рис. 449. Это приспособление, применяемое при об-
Рис. 448. Быстросменное сборное перовое сверло
работке роторов 1 электродвигателей. В суппорте 2 станка при по-
мощи пружинного параллелограмма укреплена резцедержавка 3.
На оси 6, посаженной на суппорте, свободно поворачивается кула-
чок 4, соединенный с храповиком 5. Измерительный прибор, через
который проходят детали после обработки в случае выхода размера
из поля допуска, дает команду на включение соленоида 9, когда
459
суппорт находится в крайнем левом положении, т. е. в конце обра-
ботки. Благодаря указанному шток 8 перемещается вперед и уста-
навливается на пути скалки 7.
При возвращении суппорта в крайнее левое положение скалка 7
опирается на шток 8 и смещается влево, поворачивая через собачку
храповик и кулачок на некоторый угол, вследствие чего резцедер-
жавка подается вперед. После полного использования профиля ку-
лачка резцедержавка переместится на допускаемое расстояние
Рис. 449. Механизм для автомати-
ческого регулирования резца на
размер
когда и подается сигнал о не-
обходимости произвести пере-
наладку устройства и смену
резцов.
Непрерывное восстановление
размеров деталей может быть
достигнуто и автоматическим ре-
гулированием их малыми им-
пульсами. Каждая деталь пос-
ле обработки автоматически
проверяется непосредственно на
станке на встроенных в нем
приборах. При наличии откло-
нений автоматически подается
команда на перемещение резца
в радиальном направлении,осу-
ществляя тем самым восстанов-
ление размера обработки.
Система автоматического ре-
гулирования размеров малыми
импульсами реализована на токарных автоматах, а также при на-
резании внутренней резьбы твердосплавным резцом. В результате
применения системы регулирования малыми импульсами размер-
ная стойкость повышается до величины режущей стойкости, опре-
деляемой другими технологическими критериями затупления ин-
струмента.
автоматическая замена инструмента
После полного использования периода размерной стойкости
изношенный инструмент подлежит замене на новый.
Полное устранение простоев, связанных с заменой инструмента,
достигается применением специальных»автоматических механизмов,
осуществляющих замену без перерывов цикла автоматической ра-
боты оборудования. Применение в этих механизмах взаимозаме-
няемого инструмента, настраиваемого на размер вне станка, и
устройств для регулирования размеров малыми импульсами исклю-
чает все простои, связанные с износом инструмента.
Наиболее рациональным методом является такой, при котором
460
смена инструмента осуществляется во время автоматического цикла
станка, т. е. когда станок совершает движения, не связанные с об-
работкой. Целесообразно использование магазинной загрузки ин-
струментов.
На рис. 450 приведена схема механизма для автоматической за-
мены шпиндельного инструмента — пальцевых фрез для закруг-
ления зубьев зубчатых колес.
/
Рис. 450. Схема механизма для автоматической смены пальцевых зубоза-
кругляющих фрез
После обработки установленного количества деталей счетчик
циклов подает команду на замену инструмента. По этой команде
включается соленоид /, и откидной копир 2 при помощи рейки и
зубчатого колеса поворачивается вокруг оси до положения «Заме-
на». После окончания резания шпиндельная бабка 3 перемещается,
рычаг 4 опирается на скос откидного копира 2 и открывает цангу 5,
в которой закреплена зубозакругляющая фреза 6. Шпиндельная
бабка с открытой цангой продолжает движение в исходное поло-
жение. Толкатель 7 копира продвигает фрезы, лежащие в трубе
цанги, на соответствующую часть хода бабки. Использованная фре-
за падает в сборник, а новая занимает ее место. В начале следую-
щего цикла при перемещении шпиндельной бабки в рабочую по-
зицию рычаг сойдет с копира, и цанга закрепляется под действием
пружины 8. В это же время новая фреза из кассеты 9 поступает в
приемник. Пружина 8 должна обеспечить необходимый крутящий
момент. Возникающие при резании осевые силы должны обеспечи-
461
вать прижим настроенной на размер фрезы к откидному копиру 10,
благодаря чему обеспечивается необходимая точность осевого
положения фрезы и надежность ее крепления.
Для настройки на размер фрезы снабжаются регулировочным
винтом и контргайкой.
На рис. 451 представлена схема механизма автоматической за-
мены резцов. Здесь резцы 1 предварительно вложены в магазин 2.
Поршень 4, находящийся в цилиндре 5 с толкателем 3, переме-
9
Рис. 451. Схема механизма для автоматической смены резцов
щается вправо. При этом под действием силы тяжести очередной
резец перемещается из магазина 2 на загрузочную площадку.
В крайнем правом положении рычаг 7 поворачивается штоком,
перемещая ползун 6 с упором 9, который продвигает изношенный
резец вперед. Подпружиненные шарики 8 разжимаются сфериче-
ской головкой регулировочного винта, благодаря чему резец осво-
бождается. После этого поршень 4 идет влево, и резец передвигается
толкателем 3 с загрузочной позиции в мерный паз державки. За-
тупленный резец выталкивается первым резцом при его перемеще-
нии в сборник изношенного инструмента. Регулировочный винт
резца прижимается подпружиненными шариками 8 к торцу толка-
теля, воспринимающего радиальную составляющую силы резания.
СИГНАЛИЗАЦИЯ ОБ ИЗНОСЕ И ПОЛОМКЕ ИНСТРУМЕНТА
Вопросы сигнализации о состоянии режущей кромки инструмен-
та в автоматическом производстве занимают определенное место при
конструировании устройств, обеспечивающих работу инструментов
на автоматических линиях.
Здесь приходится учитывать нормальный износ режущего ин-
462
струмента и аварийные поломки его режущих элементов. Своевре-
менная сигнализация обеспечивает соответствующую работу ин-
струмента. Такие сигнализационные устройства могут разрабаты-
ваться на принципе роста составляющих Ру и Рх силы резания по
мере износа режущих кромок или при поломках инструмента.
Схема сигнализации о состоянии режущей кромки инструмента
характеризуется тем, что усилия Ру и Рх, которые возрастают с
увеличением износа резца, воспринимаются упругими элементами
с тензодатчиками.
Рис. 452. Сигнализирующее устройство
Такая схема показана на рис. 452, где I — сигнализирующее
устройство на базе тензодатчиков, II — усилитель и III — устрой-
ство, дающее команду на исполнительный орган.
Резец 4 укреплен в специальной люльке 1. Тензодатчики 2 и 3
подключены к электронному усилителю импульсов сигнализирую*
щего устройства, откуда сигнал поступает в устройство, дающее
команду на остановку станка.
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУЖКИ
Особое значение в условиях автоматического производства пред-
ставляет формирование и удаление стружки, скопление которой мо-
жет вызывать перерывы автоматического цикла работы станков.
Способы дробления стружки в зоне резания, реализуемые при
обычном резании, не всегда оказываются применимыми при автома-
тическом производстве. Мелкая дробленая стружка, попадая на ба-
зовые поверхности, в цанги и транспортные механизмы, может вы-
зывать перерывы автоматического цикла работы оборудования. В
463
связи с этим вопрос формирования и удаления стружки должен ре-
шаться комплексно.
Необходимо обеспечивать образование инструментом витой спи-
ральной стружки, а в конструкциях станков обеспечивать устрой-
ства для отвода стружки и ее дробления.
При работе автоматических
станков применяют накладные
стружкозавиватели. Образова-
ние и удаление стружки облег-
чается подачей охлаждающей
жидкости под давлением 2—5 ат
(~0,24-0,5 Мн/м?), пропускае-
мой через каналы державок
или резцовых блоков.
При переменной ширине сни-
маемого при резании слоя и
незначительной толщине среза,
например при обработке фасок,
проточке канавок, подрезке
торцов и т. п., завивание струж-
ки становится невозможным, что
вызывает большие трудности в
формировании стружки. В этих
случаях применяется способ
Рис. 453. Схема приспособления
для кинематического дробления
стружки
кинематического дробления
стружки, состоящий в том, что при непрерывной подаче суппорта
режущему инструменту сообщается возвратно-поступательное дви-
жение в направлении подачи, благодаря чему в течение каждого
периода колебаний достигается переменность толщины среза.
Изменение амплитуды и частоты колебаний в зависимости от ско-
рости резания и подачи может обеспечить регулирование формы и
размеров стружки.
На рис. 453 представлено приспособление для кинематического
дробления стружки. Резец 2, обрабатывающий деталь 1 посредством
вращающегося кулачка 3, действующего на толкатель 4, может
производить колебательные движения по направлению подачи.
Процесс напоминает затылование.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
ГЛАВА XVI
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Первостепенное значение для создания материально-технической
базы коммунизма в СССР имеет развитие машиностроения и в том
числе совершенствование его технологии. Состояние последней во
многом зависит от развития производства режущих инструментов.
В настоящее время производство режущего инструмента в СССР
развивается по двум направлениям: 1) в специализированной ин-
струментальной промышленности, главным образом по линии из-
готовления стандартного инструмента, и 2) в инструментальных
цехах машиностроительной промышленности, в первую очередь по
линии создания специальных конструкций инструментов. Лишь
небольшое количество режущих инструментов производится на за-
водах местной промышленности.
Производство стандартного режущего инструмента в настоящее
время недостаточно удовлетворяет потребность в нем страны. Это
показывает, что на ближайшие годы, во-первых, необходимо обеспе-
чить более высокие темпы выпуска режущего инструмента в срав-
нении с темпами выпуска валовой продукции машиностроения и
металлообработки и, во-вторых, значительно повысить качество
изготовляемых инструментов.
Первый вопрос решается расширением существующих инстру-
ментальных производств и созданием новых, в первую очередь спе-
циализированных. Дело в том, что большое значение для удовлет-
ворения нужд народного хозяйства СССР в режущем инструменте
имеют организационные формы его производства. В настоящее время
до половины всего инструмента производят инструментальные цехи
машиностроительных предприятий и местная промышленность и
465
только до 50% выпускаемого инструмента падает на специализи-
рованное производство инструментальных заводов.
Постановления руководящих органов СССР по этому вопросу
дают основное направление по дальнейшему развитию инструмен-
тального производства, в первую очередь, по линии расширения про-
изводства в специализированной инструментальной промышлен-
ности. Специализированное производство инструмента значительна
увеличивается как за счет ввода новых предприятий, так и за счет
разработки и внедрения на предприятиях передовых методов произ-
водства с использованием новых высококачественных инструмен-
тальных и абразивных материалов.
Эти вопросы разрешаются широким внедрением механизации и
автоматизации. Для обеспечения этого большое значение имеют
вопросы серийного и массового изготовления инструмента.
Опыт проведения специализации инструментальных заводов за
последнее время стимулировал уменьшение переналадок, увеличе-
ние выпуска продукции, создание поточных методов производства и
внедрение специальных станков. Специализация привела к сокра-
щению типоразмеров инструментов, выпускаемых отдельными заво-
дами. Так, завод «Фрезер» до специализации его производства сверл
выпускал до 600 типоразмеров такого инструмента, после специа-
лизации это число сократилось примерно до 200, а дальнейшее уг-
лубление этого вопроса приведет к еще большему сокращению
номенклатуры.
При специализации заводов наравне с унификацией инструмента
стоит вопрос конкретной механизации и автоматизации отдельных
производственных операций. Едва ли не самым важным участком в
этой работе являются заточные и отделочные операции. До послед-
него времени на операциях шлифования, затылования и заточки ре-
жущего инструмента автоматизированное оборудование внедрялось
крайне слабо. Внедрение автоматов на указанных операциях зна-
чительно повышает качество инструмента с одновременным уве-
личением производительности за счет возможности многостаночного:
обслуживания на таком оборудовании, а также улучшения усло-
вий труда. , .
Лучше обстоит дело с внедрением автоматизации в токарной об-
работке режущего инструмента за счет применения автоматов, агре-
гатных и специальных станков.
В области использования механического оборудования одной
из задач на ближайшие годы является замена почти половины на-
личного парка станков в инструментальной промышленности но-
выми, отвечающими требованиям настоящего времени, а также мо-
дернизация остающегося оборудования.
Большие задачи стоят в области механизации и автоматизации
процессов термической обработки режущих инструментов. На от-
дельных крупных инструментальных заводах, как, например,
завод «Фрезер», применяют механизированные полуавтоматические
466
агрегаты для термических и очистных операций, но на ряде ин-
струментальных производств еще используют старое оборудование
с ручным обслуживанием процесса.
Необходимо широко внедрять механизированное передвижение
инструментов при их термической обработке, регулирование вре-
мени пребывания инструмента в той или иной среде и автоматиче-
ское регулирование температуры ванн, что обеспечит возможность
строгого соблюдения установленной технологии термической об-
работки инструментов.
Второй вопрос — повышение качества режущих инструментов —
является основным рычагом, способствующим наиболее полному
удовлетворению потребностей СССР в режущем инструменте.
Качество инструментов в первую очередь зависит от того, как
поставлен технологический процесс их изготовления. А он имеет
свои специфические особенности как в отношении применяемых
материалов, так и выполнения всех технологических операций.
Этими особенностями инструментального производства являются в
основном следующие: I) обработка инструментальных материалов,
имеющих остродефицитные легирующие элементы, 2) обработка
инструментальных заготовок высокой твердости и прочности, 3)
высокая точность размеров и геометрической формы, 4) высокая
чистота обработки поверхности заготовок, 5) применение специаль-
ных технологических и контрольных приспособлений и 6) исполь-
зование специальных инструментальных станков и установок.
В большинстве случаев режущий инструмент изготовляют из
легированных сталей, ив первую очередь быстрорежущих, а также
твердых сплавов. Эти материалы обычно значительно отличаются от
машиноподелочных сталей и сплавов. В первую очередь они имеют
присадки дефицитных и дорогих элементов, как, например, вольф-
рам, кобальт, ванадий, хром и т. п., во вторую— они являются твер-
дыми и прочными материалами, труднообрабатываемыми, а такие,
как твердые сплавы, поддающимися обработке на обычных станках
только шлифованием.
Каждая инструментальная заготовка должна иметь высокую
точность размеров и геометрической формы, а ее чистота должна
быть высокого класса. Необходимо помнить, что режущий инстру-
мент, как правило, должен иметь чистоту поверхности более
высокого класса, чем обрабатываемая деталь. Применение специаль-
ных технологических и контрольных приспособлений на станках
обеспечивает увеличение производительности отдельных операций,
а использование специальных инструментальных станков и устано-
вок значительно ускоряет весь технологический процесс.
Для проведения лучшего технологического процесса изготовле-
ния режущих инструментов должны быть использованы новейшие
прогрессивные методы его производства: штамповка, вырубка,
прокатка, отливка, сварка, наплавка и напайка, электроискровая
и ультразвуковая обработка, новейшие методы термической и хи-
467
мико-термической обработки и прогрессивное оборудование и при-
способления при механической обработке, а также новейшие методы
заточки и доводки режущих лезвий. Комплекс наиболее прогрес-
сивных методов изготовления инструмента в соединении с правиль-
ным применением соответствующих инструментальных материалов
обеспечит необходимое качество готового инструмента.
Необходимо учитывать, что при проведении указанного выше
технологического процесса большое значение имеет соблюдение
соответствующей технологической дисциплины, что в конечном сче-
те обеспечит требуемые режущие свойства готовых инструментов и
точность их работы. Несоблюдение технологической дисциплины
часто ведет не только к снижению качества инструмента, но и к
нарушению всего технологического процесса производства, резуль-
татом чего является невыполнение плана предприятием и повышение
процента брака готовой продукции.
СОРТАМЕНТ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Применяемые в инструментальном производстве материалы
(стали, чугуны, твердые сплавы и т. п.) могут быть различного сор-
тамента. Так, сталь может быть в виде прутков круглого,
прямоугольного и квадратного сечения, а также в виде листов, по-
ковок и литья. Независимо от фермы инструмента стали в сыром
виде могут быть нескольких сортов: 1) горячекатаная, 2) холодно-
тянутая, 3) холоднотянутая шлифованная, 4) кованая быстроре-
жущая, 5) поковки и 6) отливки.
Горячекатаная сталь является наиболее распространенной в
инструментальном производстве, особенно при изготовлении ин-
струмента в индивидуальном и серийном производствах. Такая
сталь поставляется в инструментальное производство в прутках..
Допускаются в определенных пределах отклонения от номиналь-
ного размера: для углеродистых сталей— в плюс и минус, для бы-
строрежущих и легированных — только в плюс. Поэтому прутки
из горячекатаной стали слабо зажимаются в цанговых патронах
и обработка их на автоматах затруднена.
Холоднотянутую сталь применяют главным образом при ра-
боте на автоматах и полуавтоматах, что обеспечивается меньшим в
сравнении с горячекатаной сталью отклонениями от номинальных
размеров, малой овальностью и малой кривизной прутка. Такая
сталь имеет хорошую отделку поверхности.
Холоднотянутую шлифованную сталь, называемую часто из-за
своего блеска серебрянкой, применяют также главным образом при
работе на автоматах и полуавтоматах и при изготовлении ответ-
ственной продукции, так как эта сталь значительно дороже рас-
смотренных ранее. Она не имеет на поверхности обезуглероженного
слоя (он удаляется при шлифовке). В результате заготовки из та-
468
кой стали имеют очень малые припуски на обработку, что исклю-
чает ряд предварительных операций, требующихся при исполь-
зовании прутков из горячекатаной стали. Значительно упрощается
технологический процесс изготовления режущего инструмента и
сокращается расход инструментальной стали. Эту сталь изготов-
ляют по 4 и 3-му классам точности. Допуски по диаметру распо-
ложены в сторону минус, и величина их для заготовок диаметров
8—30 мм находится в пределах 0,03—0,45 мм. Изготовление ин-
струмента из этой стали производят главным образом в условиях
крупносерийного и массового производства.
Кованая быстрорежущая сталь находит применение главным
образом при изготовлении инструментов больших сечений. Ввиду
наличия у такой стали больших припусков ее расход в сравнении с
другими сортами сталей больше. Необходимо отметить, что ка-
чество такой стали выше за счет ее поковки и измельчения при этом
ее структуры.
Чтобы обеспечить соответствующую экономию инструменталь-
ного материала и целесообразное использование производственного
оборудования, необходимо правильно выбрать размер, форму и ка-
чество инструментальной стали для изготовления того или иного
режущего инструмента.
Размеры сечения заготовок приведены для горячекатаной стали
в ГОСТ 1113—41 и 5650—51, а для холоднотянутой стали и стали-
серебрянки — в ГОСТ 2589—44.
Необходимую для изготовления инструмента величину сечения
заготовки берут с учетом технологически обоснованных припусков в
зависимости от свойств металла и технологии изготовления инстру-
мента. Величина припуска зависит от: 1) допуска на изготовление
исходного материала, 2) допустимого обезуглероженного слоя,
3) допустимой овальности круглых прутков или ромбичности квад-
ратных, 4) допустимой кривизны прутков на 1 м длины.
Специальные поковки находят применение на ряде передовых
инструментальных производств вследствие большей однородности
качества заготовок из них, улучшения структуры и более равно-
мерного распределения карбидов. Особенно широко такой ма-
териал применяется’при изготовлении инструментов сложной фор-
мы, как, например, зуборезных долбяков, фрез и т. п.
В условиях крупносерийного производства поковки изготов-
ляют в штампах. В условиях мелкбсерийного производства их из-
готовляют в подкладных штампах, простых по устройству и деше-
вых в изготовлении.
Чугун при изготовлении инструментов применяется в трех
видах: 1) модифицированный, 2) серый и 3) ковкий.
Модифицированный чугун применяют главным образом при от-
ливке корпусов и державок инструментов, обеспечивая, с одной
стороны, точность их формы, а с другой — соответствующие меха-
нические качества. Серый и ковкий чугун используют главным об-
469
разом для корпусов муфтонарезных патронов и частично для держа-
вок резцов.
Твердые сплавы применяют двух видов: 1) в виде
пластинок для напайки или механического крепления на державки
или в корпуса инструментов и 2) для изготовления цельных ин-
струментов малых размеров (цилиндрические и прорезные фрезы
и т. п.).
Минералокерамические материалы применяют
главным образом в качестве режущих пластинок для резцов и фрез.
ГЛАВА XVII
ОТЛИВКА ИНСТРУМЕНТА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Идея изготовления режущего инструмента отливкой возникла в
конце прошлого столетия в России. Практическое применение от-
ливка инструмента получила только в последнее двадцатилетие.
Внедрение в производство литого инструмента обеспечивает
получение дешевого качественного режущего инструмента.
Отливка инструмента позволяет использовать отходы быстро-
режущей стали: стружку, лом, отходы от ковки и т. п., которые в
несколько раз дешевле нового металла. При изготовлении инстру-
мента из литых заготовок исключаются операции: отжиг слитков,
обдирка их перед ковкой, ковка слитков на заготовку. Снижается
также механическая обработка инструмента, сокращается цикл его
изготовления, уменьшается загрузка станочного парка и сокра-
щается расход инструмента второго порядка. Сопоставление на ос-
новании практики заводов экономических данных изготовления
литого инструмента и инструмента, полученного из проката или
поковок, позволяет установить следующее:
1) вес литой заготовки инструмента составляет около полови-
ны веса заготовки из проката или поковки;
2) стоимость стали для литого режущего инструмента состав-
ляет около 0,1 стоимости стали в виде проката или поковки, причем
стоимость 1 кг отходов быстрорежущей стали, применяемой для
выплавки заготовок, составляет до 0,2 стоимости этой стали в
виде проката;
3) трудоемкость изготовления литого инструмента при литье
заготовок в стержневые формы ниже трудоемкости изготовления ана-
логичного инструмента из проката или поковки в среднем на
30—40 %.
Опыт ряда заводов показывает, что стойкость литого инструмен-
та, как правило, близка к стойкости кованого, а в некоторых слу-
чаях равна ей.
Выбор способа отливки определяется габаритами и формой ин-
струмента, характером производства и требованиями, предъявляе-
мыми к качеству поверхности отливаемых заготовок.
471
В настоящее время находят применение пять методов литья:
1) в сырые земляные формы, 2) в стержневые формы, 3) по выплав-
ляемым моделям, 4) центробежно-кокильное или под давлением и
5) литье в оболочковые формы.
ОТЛИВКА В СЫРЫЕ ЗЕМЛЯНЫЕ Ф0РМ1)1 И В ФОРМЫ, СОБРАННЫЕ
ИЗ СТЕРЖНЕЙ
Наибольшей простотой и удобством отличается отливка заготовок
в сырые земляные формы. В настоящее время в таких формах
можно отливать заготовки пластинок для резцов, ножей для сбор-
ного инструмента, гребенок для сборных червячных фрез и др.
Рис. 454. Секции плоской наборной
протяжки (а) и схема их формовки(б)
Рис. 455. Схема сто-
почной формовки дис-
ковых фрез
Процесс отливки заготовок в эти формы ничем не отличается от
отливки мелких стальных деталей.
При отливке инструмента в стержневые формы исследования и
практика производства показывают, что вполне возможна отливка
с припусками только на шлифование и заточку. Для достижения
этого необходимо, кроме применения качественной оснастки, упот-
реблять формовочные смеси, обеспечивающие получение чистой
поверхности отливок инструмента, а также соблюдать установлен-
ный технологический режим по изготовлению стержневых форм.
Инструменты, отливаемые с применением указанных выше
приемов, делят на две группы: цельнолитые и биметаллические.
Цельнолитыми в настоящее время изготовляют фрезы, сверла,
зенкеры, резцы, протяжки и другие инструменты. Конструкция
цельнолитого инструмента в основном соответствует конструкции
472
кованого инструмента. В отдельных случаях в конструкцию режу-
щего инструмента вносят изменения, вызванные требованиями ли-
тейной технологии.
На рис. 454, а представлены плоские наборные протяжки, изго-
товленные литьем в формы, собранные из стержней (слева изобра-
жена нижняя секция, а справа — верхняя). Формовку таких про-
тяжек производили в металлических стержневых ящиках. Модели
были изготовлены с учетом усадки 1,5%, литейных уклонов 1—
¥г° и припусков на обработку по 0,5 мм на сторону. Формовку
Рис. 456. Схема формовки
литого резца
Рис. 457. Формовка четырехзубых
зенкеров
производили по схеме, показанной на рис. 454, б, где 1 — модели,
2— стержни. Аналогичным порядком производят формовку и
других инструментов.
Для одновременной формовки большого числа одинаковых ин-
струментов применяют стопочную формовку. На рис. 455 представ-
лена такая формовка дисковых фрез.
К биметаллическим инструментам относятся различные состав-
ные, а также сборные инструменты, отдельные части которых полу-
чаются отливкой.
На рис. 456 представлена формовка литого резца. В форму ук-
ладывают пластинку твердого сплава, на нее — медную фольгу
толщиной 0,2—0,3 мм с засыпкой прокаленной бурой. Заливку
формы производят модифицированным или простым чугуном. Вме-
сто пластинки твердого сплава можно применять быстрорежу-
щую пластинку, полученную литьем или ковкой.
На рис. 457 представлена собранная форма для отливки зенкеров
с установленными для заливки на места знаков быстрорежущими
ножами. Для прочного соединения ножей с заливаемой сталью
их предварительно омедняют, большей частью гальваническим пу-
тем. Омеднение можно заменить наложением медной фольги на
пластинку. При заливке форм медь плавится и диффундирует в ме-
талл корпуса и пластинки, образуя промежуточный слой толщиной
0,15—0,2 мм раствора меди в железе между корпусом и пластин-
кой. Испытания показывают, что прочность такого биметаллическо-
го соединения вполне достаточна для эксплуатации инструмента.
473
a)
б)
Отливают также биметаллические метчики, у которых обеспече-
но хорошее крепление ножей в отливаемом корпусе. Для этого на
ножах делается насечка в виде елочки. Перед заливкой ножи очи-
щают на пескоструйном аппарате и устанавливают в форму на места
знаков. Заливку ножей производят сталистым чугуном как более
тугоплавким по сравнению с обыкновенным серым, что обеспечивает
возможность закалки готового инструмента.
При отливке биметаллических фрез ножи устанавливают на
места знаков модели. Рекомендуется применение ножей клиновидной
формы, а не с рифлями. Это предотвращает возможность перемеще-
ния ножей после заливки в осе-
вом и радиальном направле-
ниях, а также ликвидирует
литейный брак, имеющий
место при заливке рифленых
ножей.
При изготовлении литого
биметаллического инструмента
в ряде случаев режущие, ножи
закрепляют с помощью карка-
са, как показано на рис. 458,
Рис. 458. Каркасы для формовки ци- гпц в положении а изображен
линдрических фрез каркас цилиндрической прямо-
зубой фрезы, а в положении
б— такой же фрезы со спиральными зубьями. Режущие пластины
собираются в каркас, наружный диаметр которого равен диа-
метру отливаемого инструмента. Каркасы скрепляют двумя коль-
цами, привариваемыми сверху и снизу к торцам каждой пласти-
ны. Скрепляющие кольца изготовляют из обычной проволоки ди-
аметром 3—5 мм. К каркасу приваривают два или три устано-
вочных стержня, закрепляющих каркас вертикально при фор-
мовке и сообщающих ему устойчивость при заливке стали.
Иногда отливкой получают корпусы (державки) инструмента
отдельно от ножей, которые тоже отливаются. Изготовленные та-
ким образом части инструмента сваривают, припаивают или соеди-
няют механическим креплением (сборные инструменты).
Широкое распространение получила отливка корпусов фрез и
державок резцов из модифицированного чугуна, углеродистых и
хромистых сталей. На отдельных заводах получил распространение
так называемый «паразитный способ» отливки державок для рез-
цов. Этот способ заключается в том, что на подмодельной плите де-
талей основного производства монтируются модели резцов, которые
соединяют с общей литниковой системой дополнительными питате-
лями. Чтобы избежать дефектов литья (усадки, раковины) у рабо-
чего конца державки, подвод металла осуществляют со стороны,
противоположной рабочей головке.
Пластинки для резцов и ножи для других инструментов из
474
быстрорежущей стали отливают на ряде заводов. Отливку произ-
водят стопочным методом. На отлитых пластинках и ножах преду-
сматривают припуск на заднюю плоскость под фрезерование риф-
ления и на шлифование передней поверхности, а все остальные раз-
меры ножей окончательные. Время механической обработки литых
ножей примерно в 2 раза меньше времени обработки кованых
ножей.
На рис. 459 представлена такая отливка пластинок. Здесь пре-
дусматривается использование
стержне размещены соответ-
ствующее количество литей-
ных полостей и литниковая
система, состоящая из пита-
телей, горизонтальных литни-
ковых ходов и стояка. Прак-
тика работы показала, что ко-
личество стержней в форме
не должно превышать 20, а
среднее количество заготовок
пластинок в каждом стержне
равно 20. Благодаря этому в
одной форме может быть от-
лито до 400 пластинок.
ОТЛИВКА
ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ
МОДЕЛЯМ
Сущность метода произ-
водства отливок инструмента
по выплавляемым моделям
нескольких стержней. В каждом
А -А
Рис. 459. Схема литья заготовок пла-
стинок для резцов
состоит в том, что изготов-
ляют из специальной смеси (обычно состоящей из 50% по весу
парафина и 50% стеарина) модель инструмента, которую зафор-
мовывают в соответствующую опоку. Затем смесь вытапливают из
опоки и готовую форму заливают расплавленным металлом.
Отливка по выплавляемым моделям является значительно более
сложным процессом, требующим точного соблюдения технологиче-
ского режима, в сравнении с отливкой в стержневые формы. Для
осуществления этого метода отливки требуется специальное обору-
дование и приспособления, а также ряд дорогих и дефицитных ма-
териалов.
Вследствие этого метод отливки по выплавляемым моделям ре-
комендуется применять только для получения режущего инструмен-
та сложной конфигурации и небольших размеров. Производство
крупных выплавляемых моделей значительно сложнее, чем мел-
ких, из-за явлений усадки и длительности затвердевания смеси.
475
Максимальным весом одной отливки режущего инструмента еле.
дует считать 1—2 кг.
Припуски на механическую обработку отливок режущего ин-
струмента по выплавляемым моделям незначительны. Их можно
выдержать в пределах 0,25—0,75 мм на сторону в зависимости
от величины и геометрии инструмента.
Технологический процесс литья по выплавляемым моделям со-
стоит из следующих операций:
а) изготовление прессформы для получения моделей;
б) производство моделей и сборка их в «елку»;
в) изготовление литейной формы;
г) вытапливание смеси и обжиг формы;
д) плавка металла и заливка формы;
е) выбивка и очистка отливок и удаление литников.
КОКИЛЬНАЯ ОТЛИВКА ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ЦЕНТРОБЕЖНО-
КОКИЛЬНАЯ ОТЛИВКА
В целях ускорения процесса кристаллизации жидкого металла
и получения наилучшей его структуры заготовки отливают в метал-
лические формы (кокили).
Кокильная отливка под давлением и центробежно-кокильная
отливка режущего инструмента имеют ряд преимуществ в сравнении
с другими методами отливки, а именно: уменьшают потребность в
площадях и рабочей силе, улучшают условия труда, а также повы-
шают качество инструмента вследствие лучшего заполнения формы,
получения плотной отливки без усадочной рыхлости и посторонних
включений и получения изделий с повышенными механическими
свойствами. В то же время при такой отливке встречаются специфи-
ческие трудности. В кокиль может быть отлита лишь ограниченная
номенклатура режущих инструментов. Кроме того, малейшее от-
ступление от технологического процесса (понижение температуры
металла, кокиля, ковша и т. п.) вызывает брак отливок.
При наличии плавильного агрегата большой емкости кокильная
отливка в массовом производстве дает большие преимущества перед
отливкой в формы, собранные из стержней. Припуски на механиче-
скую обработку кокильных отливок колеблются в пределах 1,0—
1,5 мм на сторону.
Ниже приводится описание процесса кокильной отливки под
давлением биметаллических резьбонарезных фрез с корпусом из
цинкового сплава следующего состава: 4,75% и ниже А1, 0,07%
Mg, 0,8%Cu, 0,01 % Pb, 0,05%Fe, остальное—цинк. Такой сплав, име-
ющий температуру плавления 470—480эС, позволяет заплавлять
ножи, уже предварительно термически обработанные вплоть до от-
пуска. Отлитый под давлением в кокиле корпус фрезы почти не тре-
бует последующей механической обработки; обработке подвергается
только отверстие под оправку и торцы корпуса. Для более прочного
476
соединения ножей с корпусом в ножах делают отверстия диаметром
5,0—5,5 мм. На рис. 460 дана схема расположения ножей 1 в ко-
киле 2. Для фиксации ножей и правильного их расположения в ко-
киль закладывают стальное пружинящее кольцо 3 из проволоки
диаметром 2,5—3 мм. Для того чтобы ножи в ванне не рассыпались,
их до заливки соединяют проволокой 4.
Удаление изношенных ножей из корпуса производят окунанием
фрезы в цинковый сплав. После расплавления корпуса ножи сами
выпадают.
Центробежное литье заготовок находит применение при изго-
товлении инструмента диаметром более 120 мм. Оно производится
с применением установок, име-
ющих горизонтальную или вер-
тикальную ось вращения зали-
ваемых форм.
На рис. 461 приводится ус-
тановка для центробежного
литья, разработанная ВНИИ, в
которой предусмотрено враще-
ние формы вокруг горизонталь-
ной оси.
Заливаемую форму 1 уста-
навливают в рабочем бараба-
не 2 и закрепляют в нем при
помощи крышки 3 и зажимного
устройства 4.
Винтовой упор 5 позволяет
достигнуть правильного поло-
жения формы по отношению к
Рис. 460. Схема расположения но-
жей в кокиле
крышке 3 барабана 2.
Шпиндель 6 вращается во время заливки металла и благодаря
зажимному устройству 4 заливается форма /, фиксируемая в необ-
ходимом положении.
Отверстие в песчаном стержне.7 обеспечивает поступление жид-
кого металла в полость формы.
Составными частями заливочного устройства 8 являются желез-
ный лоток, футерованный огнеупорной смесью, и графитовая втул-
ка 9, устанавливаемая на передней части лотка.
Кожух 10 имеет дверцу и два откидных козырька.
Шпиндель 6 имеет три скорости вращения за счет сменных
шкивов 12.
Тормоз 11 с ножным управлением обеспечивает остановку шпин-
деля после затвердения металла, залитого в форму. В установке
имеется кнопочный магнитный пускатель.
При литье стальных заготовок в металлические формы на рабо-
чую поверхность литейной полости наносят специальную краску —
битум, подогретый до 200—250°С. Затем форму собирают, подогре-
477
вают до 200—250° С и устанавливают в рабочий барабан центро-
бежной машины. Заливочное устройство машины также перед за-
ливкой металла подогревают до 300° С. Отлитые заготовки легко
удаляют из формы, так как при остывании происходит усадка
металла.
Рис. 461. Установка для центробежного литья
Методом центробежного литья' возможно получение также биме-
таллического — двухслойного — инструмента с внешним слоем из
быстрорежущей стали и внутренним из конструкционной. Сое-
динение обоих металлов происходит в процессе последовательной'
заливки быстрорежущей и конструкционной сталей во вращаю-
щуюся форму.
ОТЛИВКА В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ
В последнее время большое внимание уделяется отливкам ин-
струмента в оболочковые (скорлупчатые) формы.
При такой отливке получается меньший расход формовочных
материалов (в 10—20 раз по сравнению с другими методами литья)
и меньшая трудоемкость вследствие механизации процесса, бла-
годаря чему обеспечивается низкая стоимость отливок.
478
Улучшается качество поверхности отливок и повышается их
точность. Вес заготовок, отливаемых этим методом, колеблется от
нескольких граммов до нескольких килограммов.
Технологический процесс литья в оболочковые формы состоит
яз следующих основных операций:
а) приготовление формовочной смеси,
б) изготовление оболочковых полуформ,
в) сборка полуформ,
г) выплавка металла,
д) заливка форм,
е) выбивка форм,
ж) обрубка и очистка отливок.
Исходными материалами для приготовления формовочных смесей
являются чистые кварцевые пески и термореактивные смолы. Содер-
жание глины в песке должно быть до 0,5%.
Термореактивной смолой является пульвербакелит (ГОСТ
3552—63), состоящий из фенолоформальдегидной смолы и уротро-
пина. ЦНИИТМАШ рекомендует вместо пульвербакелита приме-
нять менее дефицитный и более дешевый, чем бакелит, связующий
материал под маркой ПС-1, состоящий из 40—50% древесного пека,
37—46% смолы и 12—13% уротропина, но такой связующий мате-
риал дает некоторое повышение хрупкости оболочковых форм, не-
достаточную вязкость в пластическом состоянии, повышенную газо-
творность и нагар на моделях.
Чтобы избежать возможности расслоения смолы и песка, в
смесь вводят увлажнитель, каковым большей частью является ке-
росин.
В качестве типового состава формовочной смеси можно рекомен-
довать смесь, состоящую из 91—94% песка, 6—8% пульвербакели-
та и 0.5% керосина.
Изготовление оболочковых полуформ состоит из следующих эта-
пов. Предварительно подогревают подмодельную плиту с закреп-
ленными на ней моделями заготовок и литников, затем покрывают
ее слоем формовочной смеси. Под действием тепла смола расплавляет-
ся в слое смеси, непосредственно прилегающем к подмодельной
плите, и на поверхности последней образуется песчано-смоляная
оболочка толщиной 5—7 мм.
Удалив избыток формовочной смеси, подмодельную плиту до-
полнительно нагревают до полного отвердения оболочковой полу-
формы, после чего полуформы снимают с подмодельной плиты. Для
обеспечения свободного удаления готовых оболочковых полуформ с
подмодельной плиты последнюю покрывают тонким слоем раздели-
тельной жидкости. Этим обеспечивается хорошее отделение сни-
маемой полуформы. Для этой цели используются этилполисилок-
сановая жидкость № 5 (ТУ МХП № 24—16—50) или эмульсия, со-
держащая 5% жидкости № 5, 3% хозяйственного мыла и 92% воды.
Оболочковые полуформы изготавливают при помощи специаль-
479
ного оборудования двух видов: 1) со свободной насыпкой формовой
ной смеси на рабочую поверхность оснастки при образовании оболоч-
ковых полуформ и 2) с образованием полуформы методом годпрес?-
сования. При втором методе снижается содержание термореактивных
Рис. 462. Однопозиционная установка для изготовления оболочковых по-
луформ:
1 — станина; 2 — печь; 3 — винтовой или пневматический толкатель; 4 — бункер;
5 — песочные часы; 6 — зажим; 7 — магнитный пускатель; 8 — пусковая кнопка; 9 —
приспособление для снятия готовых полуформ с подмодельной плиты
смол в формовочной смеси, повышается прочность оболочек и сок-
ращается длительность их изготовления.
Установки первой группы бывают одно- и двухпозиционные.
Однопозиционная установка, представленная на рис. 462, состоит
из бункера 4 для формовочной смеси, приспособления 9 для снятия
готовых полуформ с подмодельной плиты и электрической печи 2
с температурой нагрева до 350—380° С для окончательного отверде-
ния оболочковых полуформ.
480
Приспособление для снятия готовых полуформ с подмодельной
плиты включает в себя трубу, приваренную к станине 1 установки,
и подъемный винт, могущий перемещаться в вертикальной плоско-
сти вместе с закрепленной на нем плитой. При перемещении плита
приходит в соприкосновение с толкателем 3 подмодельной плиты, в
результате чего толкатели тоже перемещаются в вертикальной
плоскости и удаляют готовую оболочковую полуформу с подмодель-
ной плиты.
Продолжительность процесса на такой установке 5—6 мин,
продолжительность окончательного отвердевания полуформы 2—
3 мин, а предварительного —20 сек.
Двухпозиционная установка состоит из бункера, двух приспо-
соблений для снятия готовых полуформ и двух печей для их отвер-
девания.
Цикл изготовления оболочковых полуформ на такой установке
уменьшается вдвое в сравнении с однопозиционной установкой.
Технологический процесс изготовления оболочки на приведен-
ных установках заключается в следующем.
Формовочную смесь засыпают в бункер из расчета 2/3 его вы-
соты. Формовочную оснастку очищают от остатков формовочной
смеси и помещают в печь для подогрева до 160—180° С, после чего
удаляют из печи, а на рабочие поверхности оснастки при помощи
пульверизатора наносят тонкий слой разделительной жидкости. За-
тем оснастку устанавливают на бункере так, чтобы модели можно
было расположить внутри бункера, и закрепляют ее эксцентрико-
выми зажимами. Бункер поворачивают в вертикальной плоскости
и выдерживают в таком положении в течение 20 сек для образова-
ния предварительно отвердевшей оболочки. После этого бункер
возвращают в исходное положение. Формовочную оснастку сни-
мают с бункера и, передвигая ее по направляющим станийы уста-
новки, помещают в печь для отвердения оболочки. По окончании
процесса отвердевания формовочную оснастку удаляют из печи,
устанавливают над толкателями и закрепляют при помощи эксцент-
риковых зажимов. Готовую оболочку снимают с оснастки.
Изготовление оболочковых полуформ методом подпрессовыва-
ния выполняют с применением технологического процесса, имею-
щего следующие переходы: 1) нагревание формовочной оснастки,
2) заполнение’рабочей полости нижней части формовочной оснастки
формовочной смесью и удаление избытка смеси, 3) прессование фор-
мовочной смеси с помощью верхней передвижной части формовочной
оснастки с одновременным отвердением смеси, 4) удаление верхней
передвижной части оснастки и снятие готовой оболочки при помощи
толкателей. Для выполнения указанного технологического про-
цесса ВНИИ разработана конструкция соответствующей установки
с совмещением прессования и отвердевания формовочной смеси.
ВНИИ также разработана установка для изготовления неразъем-
ных оболочковых форм.
16 Металлорежущие инструменты
ГЛАВА XVIII
СВАРКА, НАПАЙКА И НАПЛАВКА ИНСТРУМЕНТА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При изготовлении отдельных частей режущих инструментов из
различных материалов их соединяют каким-либо технологическим
приемом в зависимости от конструкции и назначения инструмента.
Самым распространенным методом соединения отдельных частей
инструмента является сварка, получившая широкое применение в
инструментальном производстве в течение последних тридцати лет,
в первую очередь благодаря трудам советского изобретателя
А. М. Игнатьева, фактически явившегося основоположником при-
менения сварки при изготовлении инструментов. Научно-исследо-
вательская лаборатория А. М. Игнатьева (Всесоюзный научно-ис-
следовательский инструментальный институт) разработала много
различных способов сварки инструмента с применением оригиналь-
ных сварочных машин. В настоящее время сварка инструмента доста-
точно разработана и широко внедрена.
При использовании твердых сплавов повсеместно получила ши-
рокое применение напайка пластинок этих сплавов на стальную дер-
жавку (корпус) инструмента.
Наконец, с начала Великой Отечественной войны получила рас-
пространение наплавка режущей части инструмента на державочную
(корпус инструмента).
СВАРКА ИНСТРУМЕНТА
Сварку можно производить различными способами в зависимости
от поставленных задач. При помощи сварки можно получить:
1) инструмент, сваренный встык из различных сталей (стыко-
вая сварка и сварка трением);
2) инструмент, сваренный по плоскости, в том числе инструмент
с одной наваренной режущей пластинкой (плоскостная сварка);
3) инструмент, сваренный по цилиндрической поверхности (ци-
линдрическая сварка);
482
о
1779 макс
Рис. 463. Общий вид сварочной машины типа АСА
4) инструмент с несколькими наваренными режущими элемен-
тами методом деления (шаговая сварка).
Стыковая сварка получила широкое распростране-
ние. Этим методом можно сваривать заготовки различных профилей
и в первую очередь стержневые, состоящие из разнородных ма-
териалов как по химическому составу, так и по физическим свой-
ствам. Для стыковой сварки инструментов применяют специальные
электрические контактные сварочные машины сопротивления, про-
изводящие сварку способом оплавления. Наиболее распростра-
ненными являются сварочные машины АСА завода «Электрик»
мощностью от 30 до 100 кет, а также марок МСР —100 завода
«Искра» и АСИФ — от 50 до 75 кет.
Общий вид машин типов АСА-30-60 показан на рис. 463. Ма-
шина имеет горизонтальный стол с Т-образными пазами, в которых
на сухарях крепятся легко сменяемые зажимные устройства, бла-
годаря чему машина приобретает значительную универсальность.
В корпусе машины с чугунными стойками и плитой 5 встроен
трансформатор /. На плите 5 слева укреплена на изоляции верхняя
плита 2. По направляющим стола передвигаются две плиты — пра-
вая 9 и левая 6. Левую плиту при работе устанавливают неподвиж-
но; винт с рукояткой 4 служит для установки плиты 6 перед рабо-
той в соответствии с размерами свариваемого инструмента. Правая
плита передвигается во время работы при помощи подающего уст-
ройства 10. Обе плиты являются контактными, и на них ставят за-
жимные устройства. Непосредственно к контактным плитам под-
ключены концы вторичной обмотки сварочного трансформатора,
так что правая и левая плиты служат разными полюсами. Левая
плита изолирована от корпуса прокладкой. Машина снабжается
винтовыми радиальными зажимами 7 и 8 с легко сменяемыми губ-
ками. Верхние губки стальные, без подвода тока; нижние — мед-
ные. Для сварки стержней машина снабжается упорными устрой-
ствами 3.
Свариваемые заготовки после установки в зажимнрм механизме
машины разогревают при помощи быстрых и коротких смыканий до
сварочной температуры. Средняя продолжительность смыкания
0,5—0,75 сек, а размыкания — 0,5 сек. Количество смыканий —
размыканий 8—12. При разъединении заготовок происходит не-
прерывное искрообразование. Медленно сводя заготовки, проводят
оплавление, после чего быстрым и сильным рывком производят
осадку, в начале которой ток автоматически выключается.
Указанным способом в инструментальном деле производят свар-
ку заготовок хвостового режущего инструмента, у которого рабо-
чая часть состоит из быстрорежущей стали, а хвостовая часть —
из поделочной стали с содержанием углерода 0,45—0,60% (марок
45—50) или при повышенных требованиях к ней из углеродистой
У7 или легированной стали (марок X и 40Х). Сечения свариваемых
заготовок берут одинаковыми (разница не свыше 0,5 мм) во избе-
484
жание получения эксцентриситета при сварке. В случае сварки
заготовок разных диаметров на большей заготовке делают шейку,
диаметр которой равен диаметру меньшей заготовки, а длина (в
зависимости от диаметра заготовок) не менее 10 мм.
Для получения сварки высокого качества необходим равномер-
ный нагрев свариваемых концов. Это достигается регулированием
вылетов, величины которых зависят от разности между диаметрами
рабочей части и хвостовика, а также от материала рабочей части.
Для сварки заготовок из быстрорежу-
щей стали диаметром до 30 мм и при
одинаковых диаметрах рабочей части и
хвостовика (рис. 464, а) вылет рабочей
части принимают равным диаметру d, но
не менее 8 мм, а вылет хвостовой части —
равным (2,25—2,5) d заготовки. При раз-
ных диаметрах рабочей части и хвостови-
ка вылет рабочей части следует принимать
равным 1,25 d, а хвостовика— 2,5 d.
При сварке заготовок диаметром свы-
ше 30 мм вылеты уменьшают у рабочей
части до 0,8 d, а у хвостовой — до 2 d.
При неодинаковых диаметрах с выточкой
по рабочей части вылеты доводят для рабо-
чей части до 1,25 d, а для хвостовой —
до (1,5—2) d (рис. 464, б).
Режим сварки определяется мощностью
сварочной машины, ступенями силы сва-
рочного тока, продолжительностью про-
цесса сварки и общим количеством сожженного и оплавленного
металла.
С целью повышения производительности таких машин в настоя-
щее время применяют автоматизацию процессов сварки, подачи,
зажатия и выдачи сварных заготовок. ВНИИ созданы автоматы
двух моделей, каждый из которых предназначен для опредёленного
диапазона диаметров заготовок: модель АСС —40 (ВНИИ-С2) —
для сварки заготовок диаметром 8—16 мм и модель АСС —65
(ВНИИ-СЗ) — для сварки заготовок диаметром 18—32 мм.
Принцип работы таких автоматов состоит в следующем.
Заготовки, находящиеся в бункерах, по одной захватываются
проходящей снизу бункера доской и доставляются в призмы, в ко-
торых они закрепляются зажимами, получая движение от криво-
шипно-шатунного механизма червячного редуктора и от отдельных
электродвигателей, расположенных на стойках. Одновременно с за-
жимом заготовок доски возвращаются в исходное положение. За-
тем производится процесс сварки, осуществляемый кулачковым ко-
пиром автопривода через рычажную систему. В основу автопривода
заложен расчетный кулачковый копир барабанного типа, движение
Рис. 464. Регулирова-
ние величины вылетов
при сварке заготовок
485
от которого через рычажную систему должно передаваться на пра-
вый стол стыковой сварочной машины.
Во время процесса сварки доски и зажимы остаются неподвиж-
ными. После окончания процесса сварки движение досок с очеред-
ными заготовками в сторону призм повторяется. Однако прежде
чем положить заготовки на призмы, доски передней частью (выбра-
сывателями) сталкивают сваренную заготовку в приемник. В
бункеры заготовку загружают вручную.
Сварка деталей сечением свыше 4000 мм2 малорентабельна вслед-
ствие большого угара металла и необходимости применения сва-
рочных машин мощностью не менее 250—350 кет.
Критерием качества сварки можно считать равномерность рас-
пределения по всему периметру стыков выдавленного в виде грата
расплавленного и окисленного металла, а также отсутствие углуб-
лений. Сварку можно считать хорошей, если под гратом получается
качественный металл. Ноздреватый (курчавый) грат означает, что
сварка идет с пережогом.
Для выравнивания температуры холодных и нагретых участков
свариваемой заготовки (чем достигается предотвращение возникно-
вения сварочных трещин) по окончании сварки заготовку необхо-
димо с максимальной быстротой опустить в нагревательную ванну
(/=6504-700° С).
После указанной операции заготовку подвергают нормальному
изотермическому отжигу при температуре 730—740° С с выдерж-
кой 6 ч и остыванию вместе с печью до 300—400° С. Твердость бы-
строрежущей стали после отжига в зоне 2—5 мм от шва не должна
превышать HRC 25.
Стыковая сварка находит широкое применение в инструмен-
тальном деле. Большинство режущих инструментов может быть из-
готовлено с применением этого вида сварки. Все стержневые ин-
струменты — сверла, зенкеры, развертки, метчики и т. п. — свари-
ваются встык по этому методу. В случае необходимости сваривать
заготовки больших сечений на маломощных сварочных машинах
применяют искусственное уменьшение свариваемых сечений при
помощи дополнительных сверлений в их торцах. Это значительно
уменьшает площадь поперечного сечения без заметного ослабления
прочности сварки.
Сварка трением является новым методом сварки заго-
товок инструментов встык. В данном случае сварное соединение
образуется путем совместного пластического деформирования сва-
риваемых заготовок. Нагрев при этом осуществляется за счет теп-
ловыделения при трении. Наиболее простая схема такой сварки
представлена на рис. 465. Заготовка 1 закреплена неподвижно, дру-
гая заготовка 2 приводится во вращение вокруг их общей оси. Уси-
лием Р заготовки прижимаются торцами 3 одна к другой. При вра-
щении заготовки 2 возникают силы трения, в результате которых
начинаются тепловыделение и интенсивный нагрев торцов, обеспе-
486
чивающий сварку заготовок. По достижении необходимой для свар-
ки температуры вращение заготовки 2 быстро прекращается и сва-
ренную заготовку охлаждают.
Сварка трением имеет ряд преимуществ в сравнении с электро-
стыковой сваркой. При ней экономится электроэнергия, обеспе-
чивается высокая производительность процесса, достигается
повышенная точность сварки, уменьшается брак и улучшаются ус-
ловия работы. Однако сварка трением имеет существенный недо-
статок за счет ограниченности своего применения. Ее можно при-
менять в основном для сварки круг-
лых заготовок встык, где она обес-
печивает надлежащий эффект.
ВНИИЭСО разработан ряд уста-
новок для такой сварки, как, на-
пример, машины типа МСТ-1, МСТ-2,
МСТ-3 и МСТ-4, некоторые уста-
новки модернизированы отдельными
заводами-потребителями.
На рис. 466 приведен общий вид
машины типа МСТ-1 для сварки за-
Рис. 465. Схема процесса
сварки трением
готовок диаметром 10—18 мм. Такая машина имеет следующие
основные узлы: 1) привод вращения, 2) главный (рабочий) цилиндр
и 3) механизм контроля осадки. Привод вращения состоит из пе-
редней бабки со шпинделем 10, несущим цангу или патрон для зак-
репления одной изч заготовок, подлежащей сварке. Главный ци-
линдр 11 обеспечивает заданное осевое усилие. Он имеет цангу
или патрон для закрепления второй (невращающейся) заготовки.
Машина имеет ряд вспомогательных устройств: суппорт, несущий
главный цилиндр, цилиндр 8 перемещения суппорта и противо-
откатное устройство 12 суппорта.
Полный цикл сварки на такой машине осуществляется в следую-
щем порядке: закладывание заготовок, нажатие на кнопку «Пуск»,
подвод суппорта до стыка заготовок, зажим заготовок в цангах,
процесс сварки, резкое торможение шпинделя, отвод суппорта в
исходное положение, отжим сваренной заготовки в цангах и снятие
сваренной заготовки. При оптимально выбранном режиме машин-
ное время сварки для заготовок диаметром до 50 мм колеблется в
пределах 1,5—3 сек.
Плоскостную сварку применяют для экономии ка-
чественных инструментальных сталей, когда целесообразно ис-
пользовать двухслойный инструмент.
Получение двухслойного и многослойного материала осуще-
ствляется при помощи плоскостной сварки по методу Игнатьева на
специальных сварочных машинах его конструкции или на сбычных
стыковых сварочных машинах, но с применением специальных
приспособлений.
Имеются две конструкции машин системы Игнатьева: 1) верти-
487
кальный электросварочный пресс и 2) лентосварочная машина. В
противоположность обычным сварочным машинам, в которых ток
пропускают по направлению давления, в машинах системы Иг-
натьева ток пропускают перпендикулярно давлению. В электро-
сварочном прессе свариваемые полосы зажимают между двумя
параллельными плитами, ток мощностью до 125 кет пропускается
вдоль полос и равномерно нагревает их. Для массового производ-
Рис. 466. Общий вид машины типа МСТ-1:
I — станина; 2 — подмоторная плита; <3 — шкив; 4 — электрический двигатель; 5 и
6 — кожух и его крепление; 7 — текстропные ремни; 8 — цилиндр перемещения суп-
порта; 9 — щиток управления; 10 — шпиндель передней бабки; 11 — рабочий ци-
линдр; 12 — клин противооткатного устройства; 13, 15 — нажимная планка концевого
выключателя ВК4 и ее крепление; 16 — пружина; 17 — хвостовик суппорта
ства может применяться лентосварочная машина (установлена в
сварочной лаборатории ВНИИ), где свариваемые полосы ленты про-
пускают через две пары роликов-электродов. Схема работы такой
машины представлена на рис. 467. Между роликами пропускают
свариваемые полосы. Ток идет от первой пары роликов ко второй
по всему сечению свариваемых полос и нагревает их до сварочного
жара. Скорость движения от 1 до 6 м/мин. Ширина сваривае-
мых полос может достигать 100 лш.
После сварки заготовку отжигают, непроваренные участки у
торцов отрезают, после чего заготовку нагревают и прокатывают на
необходимые профили. Этот метод, получивший наименование «свар-
ка-прокат», нашел пока лишь частичное промышленное применение.
488
Для приварки длинных и сравнительно тонких пластинок на
державки инструмента по методу Игнатьева часто используют обыч-
ные стыковые сварочные машины, оснащенные специальными при-
способлениями. Особенно широкое применение этот метод находит
при изготовлении автоматно-револьверных резцов, вставных ножей
Рис. 467. Схема работы лентосварочной машины
сборных фрез, плашек и других инструментов. Типаж специальных
приспособлений весьма разнообразен. Поскольку схема и техно-
логия сварки остаются одинаковыми для приспособлений всех ти-
Заготовка Р-18
Пуансон
[Медная шина
Левый суппорт
стыкового
аппарата
Заготовка стержня
Стол приспособления
Изоляционная плита
Правый суппорт
стыкового
аппарата
Меднаяшина !
Асбест
2-Змм
Рис. 468. Приспособление для плоскостной сварки по-
лос быстрорежущей стали с углеродистыми державками
пов, остановимся на рассмотрении принципа действия одного
такого приспособления (рис. 468).
Свариваемые поверхности располагают в направлении про-
хождения тока и, после того как заготовка нагреется до необхо-
димой температуры, производят обжим ее перпендикулярно направ-
лению тока. Приспособление устанавливают на стыковой свароч-
489
ной машине нормального типа, с которой предварительно должны
быть сняты губки со всеми зажимными и рычажными механизмами.
Приспособление устанавливают таким образом, чтобы ток от то-
копроводящих плит не попадал в корпус и механизм приспособле-
ния. Для этого между суппортами стыкового аппарата и приспо-
соблением прокладывают изоляционную плиту. Приспособление
на стыковой машине укрепляют неподвижно. Сварка полос по
указанному выше методу осуществляется по определенной техно-
логии. Процессу сварки обычно предшествует соответствующая
подготовка материала. Для резцов и плашек применяют парные
заготовки, используемые на два резца или две плашки. Навари-
ваемая полоса должна быть соответствующим образом обработана
по плоскости сварки, а с торцов у нее должны быть сняты фаски
для плотной посадки в паз без зазора.
Заготовку под державку необходимо очистить от грязи и масла,
а навариваемую пластину стали и паз в державке обезжирить, про-
терев их тряпкой, смоченной в денатурированном спирте. Уложив
после этого пластину в паз державки, засыпают ее вдоль всей
линии шва обезвоженной бурой. Под заготовку на плиту приспо-
собления кладут асбестовую изоляционную прокладку, сверху же
пластины — полоску из кровельного железа, предохраняющую
поверхность стали от вдавливания уложенной на ней асбестовой
прокладки. Далее концы заготовок зажимают электродами, про-
пускают ток и сваривают. После сварки заготовку отжигают,
а затем медленно охлаждают вместе с печью.
Приваривание отдельных режущих пластинок к телу державки
может производиться различными способами: 1) газовой сваркой,
2) кузнечной сваркой и 3) электрической сваркой.
Неравномерность нагрева при газовой сварке не обеспечивает
хорошего крепления, особенно при больших пластинках, и при-
водит к значительному браку. При этом способе сварки возможно
изменение состава стали пластинки. Поэтому газовую сварку реко-
мендовать нельзя.
Кузнечную сварку обычно производят в нагревательной печи.
Державку из углеродистой стали (0,3—0,6% С) с профрезеро-
ванным или простроганным гнездом для пластинки слегка очищают
стальной щеткой по плоскости сваривания для удаления ржавчи-
ны и грязи.
Сварочный порошок в основном состоит из буры и опилок стали
или чугуна. Бура применяется для растворения окалины, появля-
ющейся на поверхности сварки, она должна быть предварительно
расплавлена, прокалена и по застывании размельчена в порошок.
Если буру не расплавить, а только прокалить, она не потеряет
своей гигроскопичности; в процессе сварки вода испарится и вызо-
вет порчу сварки. Применяемые стружки чугуна или стали долж-
ны быть чистыми, без грязи и масла, для чего они предварительно
прокаливаются докрасна. Стружка из чугуна или твердой стали лег-
490
че расплавляется, чем стружка из железа и мягкой стали. При
чугунных стружках температура сварки должна быть около 1200—
1250° С, при остальных же — около 1300° С.
Применяются различные пропорции буры и опилок. Так, из-
вестны смеси из 25% буры и 75% опилок или 10% буры и 90%
опилок. В настоящее время в составы добавляют и другие примеси,
в первую очередь ферросилиций, ферромарганец и их смеси. В со-
став порошков часто вводятся флюсы: толченое стекло и бура.
В табл. 87 приведены составы таких сварочных порошков.
Таблица 87
СОСТАВ СВАРОЧНЫХ ПОРОШКОВ (%) И ТЕМПЕРАТУРА ИХ ПЛАВЛЕНИЯ
Ферромарга- нец Ферросили- ций Стальная стружка Чугунная стружка Медная стружка Стекло тол- ченое Бура обезво- женная Сода т хни- ч я е Температура плавления, °C 1
60 30 10 1300—1320
80 — — — 20 — — —. 1160—1180
— 32 10 — 16 — 32 10 1250—1280
40 10 — 20 5 15 10 — 1190—1300
Сварочный порошок посыпают тонким слоем на поверхность
державки, а сверху кладут пластинку и помещают в печь для пред-
варительного подогрева, сначала в более холодное место, а затем в
более горячее.
Когда конец державки нагреется до светло-красного или жел-
того каления, державку вынимают из печи, снимают пластинку и
насыпают сварочный порошок сплошным слоем толщиной около
2 мм. Поверх порошка помещают пластинку и, следя за правильным
ее положением, вводят конец державки в горячую часть печи, где
нагревают примерно до 1200—1300° С. Иногда для предотвращения
утечки сварочного порошка при расплавлении его на державку и
пластинку с трех сторон наносят тонкий слой смеси, состоящей из
75% белой глины и 25% кварцевого песка. При расплавлении сва-
рочного порошка получается ванна с находящейся в ней пла-
стинкой. Момент расплавления порошка определяется по выбра-
сыванию ярких легко разлетающихся искр. В этот момент резец
вынимают из печи и подносят нагретый конец державки под штамп
ручного винтового пресса, прижимают пластинку к державке так,
чтобы часть полужидкой сварочной массы вытекла.
Зажатую часть резца легко ударяют несколько раз ручным мо-
лотком, затем поднимают штамп пресса и очищают резец от шлака
стальной щеткой. После этого горячий резец помещают под струю
воздуха и подвергают воздушной закалке. Лучшие результаты свар-
491
ки, применяемой для быстрорежущих пластинок, получают при
нагреве в печах с меньшим окислительным действием (как, напри-
мер, газовые). При соблюдении определенных условий метод сварки
с применением сварочных порошков достаточно надежен: сварка
получается прочная, не поддающаяся быстрому разрушению при
ударах молотком. В последнее время метод кузнечной сварки вытес-
няется другими, более совершенными.
Преимуществами электрической сварки пластинки с державкой
являются: I) малый расход энергии, 2) удобство наблюдения за
процессом нагрева, 3)
Рис. 469. Схема элект-
росварки пластинки с
державкой резца
безопасность и безвредность.
В то же время этот метод имеет и ряд
недостатков: 1) влияние формы и размеров
инструмента на равномерность нагрева,
2) непрерывное повышение температуры в
процессе нагрева, что может вызвать пере-
грев, и 3) более низкая производитель-
ность по сравнению с печной сваркой.
Применение электрической сварки пла-
стинок с державками при изготовлении
режущего инструмента вообще и резцов в
частности стало развиваться лишь в пос-
ледние десятилетия, когда появились соот-
ветствующие машины.
Эти машины являются очень простыми в изготовлении и обслу-
живании. Они работают по принципу нагрева стыка свариваемых
частей электрическим током за счет теплоты, развиваемой при про-
хождении тока через стык. Чтобы сократить время нахождения
деталей под током, желательно выполнять сварку на мощных маши-
нах, благодаря чему будет меньше окислятья место сварки. Сопро-
тивление прохождению тока (а следовательно, и температура наг-
рева) будет наибольшим в стыке АВ (рис. 469). Для одинаково
быстрого нагрева частей 3 и 4 необходимо подбирать соответствую-
щим образом толщины Ь и bi. Качество сварки определяется: 1) си-
лой тока, измеряемой в амперах на 1 лии2 площади стыка; 2) давле-
нием в килограммах на 1 лии2 той же площади стыка; 3) временем
выдержки под током; 4) состоянием поверхности стыка; 5) элект-
росопротивлением каждой свариваемой части.
Так как в машине можно легко регулировать температуру и
устанавливать различные формы резцов, то качество сварки обыч-
но значительно выше кузнечной.
Сварочное приспособление машины состоит из двух электродов
1 и 2. Верхний электрод 2 представляет собой подвижный охлаж-
даемый водой металлический штамп со сменяемыми остриями.
Нижний электрод 1 имеет различные подкладки для резцов. Та-
ким образом, установка электродов подгоняется под форму стерж-
ня резца и привариваемых пластинок. Главным образом произво-
дится приварка пластинок двух типов: 1) плоских — впритык на
492
державку резца и 2) ромбовидных — в угол на державку. Оба
вида сварки требуют для верхнего электрода особой формы острия,
а для нижнего электрода — особой формы подкладки.
При установке верхнего и нижнего электродов необходимо об-
ращать особое внимание на то, чтобы привариваемые пластинки
хорошо прилегали по всей свариваемой площади. Кроме того, сва-
риваемые поверхности должны быть чисто обработаны и подогнаны
одна к другой, хорошо очищены от грязи и обезжирены. Для луч-
шей сварки рекомендуется применять сварочный порошок, ана-
логичный описанному выше, который посыпают на свариваемые
поверхности пластинки и державки. Сначала нагревание необхо-
димо производить медленно и осторожно до темно-красного кале-
ния, затем нагревание быстро усиливают и прекращают, когда на
свариваемых швах покажутся маленькие капли расплавленного
металла.
Мощность тока, потребляемого для сварки, колеблется от 8
до 30 кет в зависимости от площади стыка. Максимальная площадь
сварки 500—1500 лш2, продолжительность 1,5—6 мин.
Описанный метод имеет ряд крупных недостатков, а именно:
1) контактная поверхность электродов, как правило, касается плас-
тинки не всей плоскостью, а лишь в нескольких точках, что может
вызвать местный перегрев и трещины; 2) разница электросопротив-
лений материалов пластинок и державки вызывает большой нагрев
пластинки. Следовательно, наилучшим является метод электро-
сварки, предложенный А. М. Игнатьевым. В этом методе по срав-
нению с предыдущим: 1) контактное давление отделено от свароч-
ного; 2) ток идет вдоль свариваемых плоскостей; 3) основное раз-
витие тепла происходит в державке, от которой и нагревается пла-
стинка, что устраняет ее перегрев; 4) максимальное развитие тепла
происходит непосредственно под пластинкой; 5) обеспечено более
равномерное распределение температуры по всей плоскости при-
варки.
Поэтому схему электросварки пластинок с державками резцов
по методу Игнатьева следует принять за основу при организации
массовой приварки пластинок.
При электросварке пластинок с державками необходимо выпол-
нить ряд подготовительных работ. Державки и пластинки под
сварку подготавливаются так же, как и при печной сварке, но гнез-
до под пластинку делают на 1,5—2 мм длиннее пластинки, для того
чтобы гарантировать проварку носика резца. Плоскости пластин-
ки, подлежащие приварке, не должны иметь окалины и черноты.
Сам процесс сварки с применением сварочных порошков или без
них такой же, как и при двухслойной сварке.
Цилиндрическая сварка применяется при из-
готовлении цилиндрического многолезвийного режущего инстру-
мента небольшого диаметра (до 50 мм) в целях экономии быстро-
режущих сталей. Этот вид сварки состоит в том, что к сердечнику
493
из поделочной стали приваривают зубья в виде заготовок определен-
ной формы из высококачественной стали. Сварку выполняют на
обычных стыковых сварочных машинах типа АСА-30 и АСА-60,
но с применением различных приспособлений, наличие которых и
позволяет производить такую сварку. Этот процесс наиболее при-
меним для круглого инструмента, например метчиков, зенкеров,
разверток и т. п., т, е, для стержневых инструментов небольшого
диаметра.
Рис. 470. Приспособление для ци-
линдрической сварки
призм 2. К хвостовым частям
Разработана конструкция
специального приспособления
для цилиндрической сварки, поз-
воляющая сразу приваривать
ряд зубьев к корпусу инструмен-
та с возможно малой затратой
времени. Такое приспособление,
изображенное на рис. 470, пред-
ставляет собой ручной пресс
эксцентрикового типа, состоя-
щий из сварного корпуса /,
в верхней части которого име-
ется эксцентрик 5, шарнирно
соединенный с ползуном, пе-
ремещающимся в вертикаль-
ном направлении при повороте
эксцентрика. В результате этого
создается сварочный обжим
заготовки 5, положенной в спе-
циальные обжимные кулачки 4,
концентрически обжимающие
заготовку под давлением
заготовки с торца подводятся
электроды, укрепленные на специальных электродержателях, ус-
тановленных через переходные плиты на посадочные места сва-
рочной машины и изолированные от последних прокладками. При
подводке контактов с торцов заготовки контактное давление про-
изводится рукояткой сварочной машины, сближающей суппор-
ты. Когда заготовка под действием электрического тока нагреется
до температуры сварки, нужно, выключив ток, произвести ее об-
жим путем поворота рукоятки 6. После этого сваренная заготовка
может быть удалена из приспособления.
Максимальная площадь сварки для данного приспособления —
4000 jwjw2; наименьшая длина свариваемой заготовки —100 мм
Наибольший диаметр цилиндрической заготовки —56 мм. Этим
приспособлением можно сваривать также и плоские заготовки, для
чего концентрически сжимающиеся кулачки нужно заменить плос-
ким штампом, прикрепляющимся к пуансону, а заготовку помещать
непосредственно на плиту пресса.
494
Шаговая сварка, или сварка методом деления, раз-
работанная лабораторией им. А. М. Игнатьева, применяется при
изготовлении дискового инструмента. Сущность этого метода за-
ключается в том, что к цилиндрическому корпусу инструмента
приваривают заготовки зубьев из быстрорежущей стали последова-
тельно по всей окружности корпуса. Сварку производят на обыч-
ных стыковых сварочных машинах типа АСА-30, АСА-60 и
АСА-400 с применением специальных приспособлений. Этот
вид сварки наиболее применим для получения сварных фрез и
долбяков.
Конструирование заготовок для таких инструментов произво-
дят в зависимости от типа и размеров изготовляемого инструмента,
а также характера применяемого при сварке приспособления; наи-
более распространена круглая форма корпуса, но применяется и
многогранная. В круглом корпусе по окружности его в соответствии
с числом навариваемых пластинок прорезают в радиальном направ-
лении канавки шириной 2 мм и глубиной 2—3 мм. Обычно количе-
ство привариваемых пластинок от 6 до 16 и в каждой из них при
дальнейшей обработке может быть нарезано от 1 до 10 зу-
бьев.
Прямоугольная форма пластинки является самой простой в из-
готовлении и удобной при подаче и установке ее под контактом.
Она наиболее применима при изготовлениидолбяков.Формапластин-
ки в виде прямоугольной трапеции применяется в первую очередь
для различных дисковых фрез. Пластинки в форме равнобокой тра-
пеции используются большей частью для мелкозубых фрез при
изготовлении их из заготовок в виде шести-и восьмигранника. Вслед-
ствие получающихся при этой форме пластинок радиальных сва-
рочных швов прочность такой сварки несколько ниже, чем при
других формах пластинок. Корпус инструмента и подлежащие
наварке пластинки должны быть соединены между собой на сты-
ковых сварочных машинах. Особенностью такой сварки является
наличие приспособлений, устанавливаемых на этих машинах и
позволяющих последовательно приваривать по окружности пла-
стинки к корпусу (сердечнику) инструмента. Эти приспособления
позволяют закреплять соответствующим образом корпус и пластин-
ки и в то же время предусматривать удобное осуществление подачи
пластинок на место сварки и поворот корпуса инструмента на оп-
ределенный угол в соответствии с числом привариваемых пла-
стинок.
При сварке большой партии однотипного инструмента следует
пользоваться хотя и сложными, но обеспечивающими высокую про-
изводительность приспособлениями, в то время как при сварке ин-
дивидуальных инструментов достаточны приспособления с
меньшей производительностью, но позволяющие сваривать
различный цилиндрический инструмент без сложной на-
стройки.
495
НАПАЙКА ИНСТРУМЕНТА
Напайка может производиться при изготовлении составного
инструмента с режущей частью из быстрорежущей стали или твер-
дого сплава.
Припои для соединения пластин из быстрорежущей стали с кор-
пусом или державкой инструмента должны иметь температуру плав-
ления, близкую к температуре закалки быстрорежущей стали.
В настоящее время применяются припои ГПФ и ГФК, химиче-
ский состав и температура плавления которых приведены в табл. 88.
Таблица 88
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ ПРИПОЕВ
Припой Содержание элементов, % Темпера- тура плав- ления, °C
Си Ni Fe Мп Si Zn
ГПФ ГФК 66—72 74 10—14 4,0 12—14 6,0 4,2—5,0 4,5 1,0—1,8 4,0 7,5 1180— 1280 1150
Указанные сплавы, как содержащие кремний, марганец и ни-
кель, растворяют железо основного металла и образуют с ним твер-
дые растворы.
Ввиду наличия в составе указанных припоев большого количе-
ства меди они образуют прослойку, способную сохраняться при
работе инструмента на изгиб и удар.
Пайку указанными припоями можно производить с одновремен-
ной закалкой инструмента или отдельно от нее.
Иное значение имеет пайка при соединении пластинок твердых
сплавов с телом резца. Здесь пайка является лучшим способом креп-
ления в сравнении с приваркой. При приварке между твердосплав-
ной пластинкой и державкой резца образуется пористый и эластич-
ный промежуточный слой толщиной до 1 мм, на котором пластинка
лежит непрочно и легко отскакивает. При напайке же остается
только тонкий и плотный слой припоя, на котором пластинка дер-
жится прочно.
Причиной плохой приварки являются различные значения коэф-
фициента расширения твердых сплавов и стали, что вызывает теп-
ловые напряжения как результат перемены температуры. Вслед-
ствие этих явлений пайка является более предпочтительной, так как
в этом случае тонкий слой припоя образует подушку, воспринимаю-
щую напряжения, которые возникают при изменении температуры.
Чтобы обеспечить прочную напайку твердосплавной пластинки
к телу резца, необходимо соблюдать следующие условия: а) тща-
тельно пригонять гнездо в теле резца по форме и размерам пластин-
ки; б) хорошо очищать поверхность пластинки и гнезда; в) произ-
496
Таблица 89
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ ПРИПОЕВ
Припой Химический состав, % (вес) Температура плавления, °C Назначение припоя
медь никель марганец цинк алюминий кремний, не более примеси, не более
Медь элект- ролитическая 99,95 — — — — — 0,05 1083 Для пайки режуще- го инструмента (твер- досплавного), работаю- щего без нагрева пая- ного соединения
Латунь Л62 60,5— —63,5 — — 39—36 — — 0,5 898—905 То же Для пайки режуще-
ВНИИ-II 62—68 4—5 1,5—2 33,4—25,3 0,3 0,3 910—930 го инструмента (твер- досплавного), работаю- щего без высокого на- грева паяного соедине- ния Для пайки режущего
ВНИИ-1 94,9 3—4 1,5—2,5 0,4—0,6 0,2 0,25 1020—1050 инструмента (твердо- сплавного), работаю- щего с высоким нагре- вом паяного соедине- ния
водить правильный нагрев и охлаждение; г) защищать пластинку от
окисления при пайке; д) учитывать тепловое расширение и сжатие
при нагреве и охлаждении.
Припоем для напайки пластинок твердого сплава служат медь,
латунь, медноникелевые сплавы. В табл. 89 приведены химические
составы и температуры плавления наиболее употребительных при-
поев.
Необходимо отметить, что медь и латунь с точки зрения прочно-
сти обеспечивают работу инструмента только в том случае, если
инструмент не нагревается в работе до 300—500° С.
Лучших результатов достигают при применении сплавов ВНИИ
I и II. Совместное содержание никеля, марганца, кремния, алю-
миния и меди в указанных для этих сплавов количествах повышает
жаропрочность и пластические свойства сплава и делает его при-
годным для пайки твердосплавного инструмента как в нормальных,
так и тяжелых условиях работы.
Важным фактором при пайке твердосплавного инструмента яв-
ляется применение соответствующего флюса, который способствует
разрушению и удалению с напаиваемой поверхности пленки окис-
лов. Такими флюсами являются соли или смеси солей большей
частью щелочных и щелочно-земельных металлов. При пайке
твердосплавного инструмента в качестве флюса большей частью
применяют соль тетраборной кислоты — буру (Na2B40r ЮН2О)
в переплавленном виде. Лучше применять смесь буры с борной
кислотой и фтористыми соединениями кальция, лития, калия и
другими в разных композициях. Основой флюса являются бура и
борная кислота, а фтористые соли выполняют роль растворителей
поверхностных окислов металлов.
Оптимальными добавками являются 5—10% фтористого каль-
ция, или 5—15% фтористого натрия, или до 20% фтористого калия.
Обычно припой используют в виде пластинок, кусочков, струж-
ки и т. п., а флюсы применяют в порошках, что вызывает большие
потери в процессе пайки. Для более экономичного использования
припоя и флюсов их совместно прессуют в виде таблеток различных
размеров по весу от 0,5 до 2,5 г при соотношении припоя и флюса
4 : 1 (по весу). Изготовляют их на прессе производительностью до
12—15 тыс. таблеток в смену.
Напайку пластинок к телу резца производят главным образом
в муфельных печах с нефтяным, газовым или электрическим нагре-
вом.
Пластинки твердых сплавов к державкам резцов присоединяют
также электронапайкой на горизонтальных стыковых электросва-
рочных машинах типа АСА-30, АСА-50 и АСА-60 завода «Электрик».
При этом сварочную машину используют исключительно для на-
грева. Нагрев резцов для требуемой температуры плавления припоя
происходит за счет теплоты, выделяющейся в процессе прохожде-
ния электрического тока через державку резца. Нагрев может быть
498
прерван по достижении требуемой температуры. При электронапай-
ке достаточно местного нагрева. Своевременное прекращение нагре-
ва позволяет получить однородное качество напайки, так как в
этом случае отпадает необходимость вынимать соединяемые части
из зоны нагрева для прижатия пластинки штампом, как это делается
в случае пайки в печах. Таким образом, устраняется возможность
сдвига или неправильного и недостаточного прижима пластинки.
Процесс напайки при помо- ? j
щи сварочных машин производят (П//
следующим образом. Подготов- / р]
ленный под напайку инструмент "Т"*1' С I /
устанавливают на приспособление \ '
сварочной машины, как изобра- /
жено на рис. 471. Державку 6 кла-
дут на постель 5, на которой пред- #
варительно уложена изоляцион- Рис> 471. Электронапайка твер-
ная асбестовая прокладка 7, затем досплавных пластинок на маши-
подводят и прижимают верхний 5 нах типа АСА
и торцовый 1 электроды. В гнез-
до державки укладывают припой и пластинку 4. Сверху пластинку
посыпают бурой и накладывают небольшой кусок асбеста 2 для
теплоизоляции от пуансона 5, которым прижимают пластинку. Ско-
рость нагрева выдерживают в пределах 20—60° С в секунду; про-
цесс нагрева длится от 20 до 60 сек в зависимости от размеров ин-
струмента. После того как ток выключен, создается сильный нажим
пуансона, и процесс напайки на этом заканчивается.
Рис. 472. Различные типы индукторов
Для напайки пластинок твердого сплава применяют также вы-
сокочастотные установки, позволяющие быстро нагревать режущий
инструмент в месте спая. Для этого используют токи высокой час-
тоты, создающие электромагнитное поле при помощи индукторов
специальной конструкции, как показано на рис. 472. Для такой
напайки достаточна мощность высокочастотной установки от 5
до 15 кет. Если агрегат обладает большей мощностью, то возможно
применение нескольких последовательно расположенных индук-
торов для одновременной напайки двух или нескольких инстру-
ментов.
Процесс напайки пластинки твердого сплава на державку ин-
струмента производят в следующей последовательности. Участок
499
державки резца, к которому должна быть припаяна пластинка
твердого сплава, предварительно зачищают. На зачищенный уча-
сток наносят слой флюса толщиной около 1 мм. Хороший резуль-
тат получают при применении флюса в виде пасты, изготовленной из
пережженной, а затем тщательно измельченной буры, которую сме-
шивают с 35—40% вазелина (по весу). Поверх слоя пасты накла-
дывают припой — прокладку из листового материала толщиной
0,8—1,0 мм, по конфигурации соответствующую форме напаивае-
мой пластинки. Нагрев нижней части державки следует произ-
водить непосредственно под местом расположения пластинки во
избежание перегрева последней. Вследствие теплопроводности до-
стигается нагрев подготовленного для пайки участка державки до
температуры около 1100° С, при которой происходит расплавление
припоя. После этого питающий генератор автоматически выклю-
чается при помощи реле времени, и резец помещают в ящик с пес-
ком для медленного охлаждения. Время нагрева зависит от конфигу-
рации державки, частоты питающего тока и потребляемой мощности.
Высокочастотные установки обеспечивают исключительно вы-
сокое качество, полную однородность напайки и отсутствие брака
из-за перегрева.
При изготовлении многолезвийного твердосплавного инструмен-
та рекомендуется пайка погружением в расплавленный припой.
При такой пайке инструмент должен иметь закрытые пазы. При
пайке в ванне с расплавленным припоем инструмент предваритель-
но собирают, вставляют пластинки твердого сплава в пазы и зак-
репляют в них путем кернения. Допускаемый зазор между пластин-
кой твердого сплава и стенками паза должен лежать в пределах
0,08—0,1 мм на сторону. Перед пайкой желательно инструмент
выдержать в течение 5—10 мин в насыщенном водном растворе
флюса (буры). После этого инструмент загружают в тигель с при-
поем и производят его нагрев в электрической печи или соляной
ванне. Такая пайка отличается высокой производительностью и
высоким стабильным качеством паяных соединений, вследствие
чего этот способ пайки нашел широкое применение в инструмен-
тальном производстве.
Для повышения качества напайки пластинок твердого сплава к
державке рекомендуется между пластинкой и поверхностью гнезда
в державке помещать сетку из тонкой проволоки; материал сетки —
металл с высокой температурой плавления. Сетку кладут на поверх-
ность гнезда таким образом, чтобы проволока располагалась по диа-
гонали. При напайке припой заполняет гнезда сетки, что создает
прочное соединение пластинки с державкой. Назначение сетки —
воспринимать на себя внутренние напряжения, возникающие вслед-
ствие различных коэффициентов линейного расширения державки и
пластинки; тем самым пластинка предохраняется от поломок и вы-
крашивания при работе. Кроме того, сетка упрочняет припой при
его работе на сжатие и разгружает припой при его работе на срез.
500
Рекомендуемый одним из отечественных заводов способ креп-
ления твердосплавных пластинок с предварительным их железне-
нием заключается в следующем. Электролитическое железо наносят
на пластинку с целью предохранения ее от окисления при нагре-
вании под напайку и повышения прочности сцепления твердого
сплава с материалом тела инструмента. Состав электролита: сер-
нокислое железо 240—260 г/л и поваренная соль 45—55 г/л. Про-
цесс железнения длится не менее двух часов при температуре 100° С
и плотности тока 4—5 а/дм2, что позволяет положить слой железа
толщиной 0,18—0,20 мм.
Проф. Н. Ф. Казаковым предложен способ диффузионного соеди-
нения твердосплавных пластинок со стальной державкой инстру-
мента при повышенной температуре до 700—900° С в вакууме
10"3—10-блш рт. ст. (1,33—0,013 н/м2) при небольшом давлении
от 0,5 до 10 кГ/мм2 (4,9—98 Мн/м2). Пластинка прижимается к
державке, и между ними происходит диффузионный процесс, в ре-
зультате чего пластинка и державка оказываются прочно соеди-
ненными между собой. Внедрение этого способа в промышленность
может обеспечить более простое и надежное крепление пластинки
в державке инструмента.
Применяемые в промышленности резцы с керамическими пла-
стинками присоединяют к державкам при помощи пайки. Техно-
логия напайки керамических пластинок в основном сходна с тех-
нологией напайки твердосплавных пластинок. Так как при обычном
проведении пайки не наблюдается диффузии припоя в поверхность
пластинки, соединение пластинки с державкой получается недо-
статочно прочным. Для лучшего крепления пластинки к державке
резца делают закрытые и полузакрытые гнезда, в которых факти-
чески происходит зачеканка пластинок. Процесс пайки малопроиз-
водителен ввиду необходимости медленного нагрева и охлаждения
из-за малой теплопроводности пластинки и опасности появления
по этой причине трещин.
Напайка керамических пластинок порошковым припоем, состоя-
щим из окиси свинца, меди, алюминия и фтористого натрия, также
не обеспечивает достаточной прочности. В настоящее время начали
применять пайку по предварительно плакированной (покрытой)
медью (или латунью) поверхности пластинок.
При плакировании керамики пленками некоторых металлов ин-
тересными методами являются: а) вжигание пленок окислов с по-
следующим восстановлением их до металла и б) вжигание порошко-
образного металла, сплавляемого легкоплавким стеклом.
Вжигание пленок с последующим восстановлением дало лучшие
результаты при использовании окиси меди и худшие при исполь-
зовании окиси железа. Многочисленные эксперименты показывают,
что прочность сцепления пленки с керамикой обеспечивается
только при вжигании пленки окисла в окислительно-газовой среде.
При последующем нагревании керамики в трубчатой электриче-
501
ской печи в защитной газовой среде получаются плотные пленки
меди. Процесс восстановления происходит в течение 30—40 мин
при температуре 850—900° С.
При вжигании порошкообразных металлов хорошие рёзуль-
таты дает порошок железа с 10% стекла. До обжига процесс идет
аналогично описанному выше. Обжиг проводят при температуре
950—1050° С с выдержкой до 30 мин.
Канд. техн, наук М. М. Иоффе предложил на основе зарубеж-
ного опыта свой вариант металлизации керамики. По этому ва-
рианту керамику предварительно обезжиривают, поверхность ее
покрывают пастой из гидрида титана и 5%-ного раствора целлулои-
да в амилацетате и сушат. Затем керамику покрывают обрезками
меди или пермаллоя и обжигают в вакууме при температуре для
меди 1050° С, а для пермаллоя 1350° С.
Толщина полученных в результате плакирования тем или иным
способом покрытий керамики находится в следующих пределах:
средняя толщина пленок окиси меди (СиО) —0,1—0,2 мм, медной
пленки — 0,03—0,05 мм, железной со стеклом —0,2—0,4 мм.
При плакировании способом, предложенным М. М. Иоффе, толщи-
на пленки достигает 0,5—1 мм. Опыт ряда наших заводов говорит
о том, что метод плакирования лучше обеспечивает соответствую-
щую прочность крепления при пайке. Для такой пайки надо иметь
предварительно плакированные пластинки, но, к сожалению, до
сих пор такие пластинки в централизованном порядке не выпус-
каются и заводам приходится процесс плакирования налаживать
самим. Это не всегда возможно и экономично.
Способы пайки керамических пластинок с телом державки даже_
при предварительном плакировании пластинок часто вызывают
хрупкость металла и, как следствие, понижение сопротивления
отрыву. Плакирование может вызывать изменение физико-механи-
ческих свойств пластинок, на их поверхности могут образовываться
микро- и макротрещины. В связи с этим имеет значение способ креп-
ления керамических пластинок на теле инструментас помощью клеев.
Исследования последнего времени, проведенные во ВНИИ, пока-
зали, что максимальная температура клеевого слоя с керамически-
ми пластинками достигает 125° С, в связи с чем применение опре-
деленных марок клеев может быть с успехом использовано для
чистового и получистового резания. Теплостойкость клеев марок
ВС-ЮТ, ВС-350, В К-32-200 на основе фенолокаучуковых компози-
ций и клея марки ЭД-6 горячего твердения на основе эпоксидной
смолы обеспечивают надежное крепление керамических пластинок.
Лучшими из них оказались клеи марок ВС-ЮТ и ВС-350. Следует
применять державки с полузакрытым пазом.
Все указанные способы соединения керамических пластинок с дер-
жавками инструмента могут быть использованы лишь при спокойной
работе последних.
502
НАПЛАВКА ИНСТРУМЕНТА
Применяется метод изготовления, а также восстановления из-
ношенных инструментов при помощи наплавки их режущей части.
Исходным материалом для наплавки является в первую оче-
редь различный изношенный инструмент из быстрорежущей стали,
а также отходы его в виде лома и стружки. Такой материал наносят
в расплавленном виде на поверхность заготовки инструмента, обра-
зуя его режущие элементы.
Применение наплавки несколько, повышает стоимость изготов-
ления инструмента, но одновременно в значительной степени умень-
шается расход быстрорежущих сталей.
Наплавленный инструмент обладает хорошими механическими
качествами, почти не уступая по стойкости цельному, изготовлен-
ному из быстрорежущей стали. Благодаря хорошему сцеплению
наплавленного металла с основным материалом случаев скалывания
наплавленного металла не наблюдается.
Изготовление наплавленного режущего инструмента может
производиться двумя методами: 1) наплавка с изотермической за-
калкой и 2) наплавка с отжигом, механической обработкой и по-
следующей закалкой.
При использовании первого метода корпус инструмента для
наплавки проходит полную механообработку, припуск остается
только на шлифование и заточку. Форма режущей грани инструмен-
та после наплавки придается абразивной обработкой. Последую-
щим отпуском режущим кромкам придается необходимая твер-
дость и структура. Этот метод имеет существенный недостаток. При
наплавке невозможно получить режущие грани требуемой формы,
поэтому последние после наплавки имеют закругления с большим
радиусом. Чтобы получить острое лезвие, приходится снимать
абразивом большие припуски, что требует больших трудозатрат.
Поэтому данный метод применяется редко, только в случае особой
срочности, так как цикл изготовления при этом короче, чем при
наплавке по второму методу.
Метод наплавки с последующим отжигом является основным,
наиболее широко применяемым в производстве.
Большим преимуществом наплавки является простота применя-
емого при этом оборудования, обычно имеющегося на заводах для
других целей, а также простота технологии, хотя она более дли-
тельная, в сравнении с изготовлением цельного быстрорежущего
инструмента.
Существуют два вида наплавки — газовая и электродуговая
(ручная и автоматическая).
Газовая наплавка инструмента производится рас-
плавлением материала присадочного прутка специальной горел-
кой, в которой смешиваются горючий газ и кислород. Применяются
не вызывающие изменения химического состава металла газы, тем-
503
пература горения которых выше температуры расплавления ме-
талла. Наиболее применимым горючим газом является ацетилен
(С2Н2) с температурой горения 3400—3600° С. Способ получения
ацетилена основан на разложении водой карбида кальция (СаСг)
в специальных аппаратах — ацетиленовых генераторах. Ацети-
лен, полученный в таком аппарате, поступает в газовую горелку,
где соединяется с кислородом, подаваемым отдельным шлангом из
специального баллона. Схема установки для ацетилено-кислород-
ной наплавки показана на рис. 473.
Пламя горелки состоит из трех основных зон (рис. 474): белого
конуса, или ядра, I, восстановительной зоны II и зоны полного сго-
рания III.
Длина ядра зависит от размера наконечника горелки и колеб-
лется в пределах 5—50 мм. Не следует вести расплавление металла
ядром, так как составляющие его элементы окисляют и науглеро-
живают металл.
Рис. 473. Схема установки для ацети-
лено-кислородной сварки
температур ацетилено-кис-
лородного пламени
Зона II, имеющая свободный водород и окись углерода, обла-
дает восстановительными свойствами, отнимая кислород от окиси
металла и предупреждая окисление.
Зона III принимает на себя весь поступающий кислород воздуха
и является как бы наружным покровом, предохраняющим наплав-
ляемый слой быстрорежущей стали от окисления и азотирования.
Температура ацетилено-кислородного пламени в различных местах
неодинакова, что видно из рис. 474. Наивысшая температура, око-
ло 3000° С, достигается на расстоянии 3—5 мм от конца ядра, т. е.
в восстановительной зоне, в которой обычно и производится на-
плавка.
Различают три вида пламени: 1) нейтральное; 2) с избытком
ацетилена (восстановительное); 3) с избытком кислорода (окисли-
тельное).
Нейтральное пламя и пламя с избытком кислорода для наплавки
непригодны. При проведении работ по наплавке инструмента бы-
504
строрежущей сталью пламя должно обладать средним избытком
ацетилена. Практически это определяется тем, что ореол, окружаю-
щий ядро, характерный для пламени при избытке ацетилена, дол-
жен быть в 2—3 раза длиннее ядра.
Присадочным материалом для наплавки инструмента газовым
пламенем могут служить различный брак и отходы инструмента.
Если имеются подходящие остатки инструмента, то их в необходи-
мом количестве прихватывают горелкой к металлическому прутку,
которым наплавляется инструмент.
Существуют два основных процесса наплавки, отличающихся
способом нанесения наплавляемого слоя: 1) наплавку быстрорежу-
щей стали на изношенный инструмент из быстрорежущей стали
(восстановление инструмента) и 2) наплавку быстрорежущей стали
на заготовку из конструкционной стали (изготовление нового
инструмента).
При первом процессе наплавки нанесение наплавляемого слоя
происходит без особых затруднений. Наплавка получается ровной
и может быть выполнена на заданный по высоте размер за один
проход.
При втором процессе ровно наплавить металл за один проход
не удается из-за образования окалины, газовых пузырей и раковин.
В процессе наплавки образуется шлак. Наплавку необходимо вести
в несколько слоев-проходов. Первый слой — подготовительный, а
последующие — рабочие наплавочные. Назначение подготовитель-
ного слоя — создать поверхностное сцепление между разнородными
металлами (борьба с окалиной) и обеспечить качественное выполне-
ние наплавки рабочего слоя требуемой высоты. Величина подгото-
вительного слоя колеблется в пределах 0,4—0,8 мм, а высота ра-
бочего слоя за один проход в зависимости от конструкции инстру-
мента и величины поверхности выполняется в пределах 1,5—3 мм.
Общий слой наплавки может быть доведен по высоте до 8—15 мм.
Заготовку перед наплавкой целесообразно подогревать до тем-
пературы 700—750° С. Наплавка «вгорячую» имеет ряд преимуществ
перед наплавкой «вхолодную», но нагрев должен быть медленным
для предохранения наплавляемой поверхности от окисления.
При всех способах наплавки применяют специальные формы
различных конфигураций для ускорения и упрощения процесса и
предохранения наплавляемого металла от стекания с гнезда дер-
жавки, а также для уменьшения припусков в наплавляемом ин-
струменте. Формы изготовляют из меди, бронзы и графита. Формы
из меди долговечны, но медь дефицитна, изготовление форм из нее
сложно. Формы из графита менее долговечны, но просты в изго-
товлении.
Процесс наплавки производится следующим образом. Установ-
ленный в формах инструмент, например резец, предварительно по-
догревается со стороны головки пламенем горелки до малинового
цвета. После подогрева поверхность гнезда державки резца должна
505
быть доведена до так называемого «потения», которое характери-
зуется появлением на поверхности гнезда державки мельчайших
капелек и блеска. Одновременно следует производить и подогре-
вание присадочного материала. Как только началось «потение»,
производят наплавку, начиная ее от кромки режущей части резца.
Процесс наплавки нужно вести быстро и непрерывно до конца во
избежание перегрева и окисления быстрорежущей стали.
Можно несколько видоизменить нормальный процесс наплавки
присадочного металла, укладывая каждый отдельный кусочек его
прямо на поверхность гнезда державки или на край формы (рис. 475).
Здесь его. постепенно оплавляют и заполняют все пространство
Рис. 475. Процесс наплавки
отдельными кусочками при-
садочного материала
по ширине, длине и высоте. Преиму-
ществом указанного варианта явля-
ется простота процесса наплавки и
меньшая зашлакованность вследст-
вие работы сильным пламенем го-
релки, что заставляет шлак всплы-
вать на поверхность наплавляемого
металла.
Газовая наплавка других ре-
жущих инструментов быстрорежу-
щей сталью производится анало-
гично наплавке резцов.
Газовая наплавка отходов твер-
дых сплавов до последнего времени
не производилась, так как напла-
вить твердый сплав газовым
пламенем было невозможно ввиду высокой температуры его плав-
ления (около 4000° С). В последнее время найдена возможность
наплавки твердых сплавов после предварительного покрытия их
тонким слоем расплавленной быстрорежущей стали. Под действием
ацетилено-кислородного пламени твердый сплав незаметно для гла-
за распадается на мельчайшие частицы, которые вкрапливаются,
находясь во взвешенном состоянии, в расплавленную массу быст-
рорежущей стали.
Перед наплавкой необходимо кусок быстрорежущей стали «от-
тянуть» пламенем горелки на пруток диаметром 2—3 мм. Оттяну-
тый пруток используется для присадки в твердый сплав и
для предварительного покрытия гнезда державки инстру-
мента.
Кусок твердого сплава предварительно подогревают пламенем
горелки и покрывают тонким слоем быстрорежущей стали толщи-
ной до 0,6 мм. Быстрорежущей сталью покрывают также и площад-
ку гнезда державки на толщину 0,2—0,3 мм. После этого произво-
дят наплавку твердого сплава. На гнездо инструмента, установлен-
ного в форме, накладывают один или несколько кусочков твердого
сплава, подготовленного указанным выше способом, и «разглажи-
506
вают» их пламенем горелки, пока кусочки твердого сплава не
сольются в одно целое.
При наличии на наплавленной поверхности ndjp необходимо
прогреть пористое место и заплавить поры быстрорежущей сталью.
Остывание наплавленного инструмента производится на воздухе.
Электродуговая наплавка инструмента произ-
водится расплавлением присадочного металла дуговым разрядом,
получаемым в специальных электросварочных машинах.
В инструментальном производстве применяются три вида элек-
тродуговой наплавки: 1) ручная с применением металлического
электрода (способ Славянова); 2) ручная с применением угольного
электрода (способ Бенардоса); 3) автоматическая под слоем леги-
рующего флюса.
Злектрододержатель
Дуга
у Металлический
электрод
Сварочный
'генератор
Присадочная Злектрододержатель
проволока
Угольный
электрод
-
Инструмент
- Сварочный
генератор
\7//////А
Рис. 476. Схема ручной электродуго- Рис. 477. Схема ручной электродуго-
вой наплавки по методу Славянова вой наплавки по методу Бенардоса
При ручной наплавке по способу Славянова наплавляемый ин-
струмент присоединяют специальным проводом к одному из полю-
сов электрической сварочной машины, а злектрододержатель, в ко-
тором зажат пруток присадочного металла (электрод) — к друго-
му полюсу, как изображено на рис. 476. Для возбуждения дуги ин-
струмент и электрод, соединенные с полюсами машины, замыкают
между собой. После образования дуги под действием высокой тем-
пературы конец электрода и поверхность инструмента, куда на-
правлена дуга, начинают расплавляться. На инструменте образует-
ся углубление, в которое переходят капли расплавляемого металла
электрода. Наплавляемый металл в «сварочной ванне» перемеши-
вается и соединяется с расплавляемым металлом инструмента, обра-
зуя с ним прочное соединение.
При ручной наплавке по способу Бенардоса вместо металлического
прутка в злектрододержатель зажимают угольный электрод. Дуго-
вой разряд возникает между наплавляемым инструментом и углем.
Металл наплавляется от особого присадочного прутка, вводимого в
область дуги. Схема наплавки по способу Бенардоса представлена
на рис. 477.
Питание дуги в обоих случаях может осуществляться как по-
стоянным, так и переменным током. В применении к наплавке ин-
струмента постоянный ток имеет ряд преимуществ перед пере-
507
менным, а именно: 1) горение дуги более устойчиво; 2) возможна
перемена полярности; 3) меньше выгорание отдельных составных
элементов наплавляемого металла.
Вследствие указанных причин наплавка при помощи постоян-
ного тока дает более прочное сварное соединение быстрорежущей
стали с машиноподелочной, что особенно важно, учитывая сравни-
тельно небольшой размер сварного шва.
Ручную дуговую наплавку режущего инструмента лучше про-
изводить на электросварочных аппаратах постоянного тока СМГ-1,
СМГ-2 и СМГ-26.
При наплавке по методу Славянова используются металличе-
ские электроды, полученные из отходов быстрорежущей стали. Лю-
бой сломанный или сработанный режущий инструмент из быстро-
режущей стали может быть использован как электрод для наплавки
путем перековки его на прутки диаметром 4—6 мм и длиной от 200
до 350 мм. Ковка производится в кузнечных штампах под молотом.
Откованные прутки очищаются от окалины до металлического
блеска на пескоструйном аппарате или точиле.
Для улучшения качества работы пользуются обмазанными или
покрытыми электродами. Назначение обмазки: 1) давать шлак с
металлическими окислами и защищать металл шва от соприкосно-
вения с воздухом во время сварки, что значительно улучшает ка-
чества шва; 2) пополнять в металле убыль элементов, выгорающих
в электрической дуге, а также вводить в шов новые элементы; 3) по-
вышать устойчивость дуги. Наплавку переменным током необхо-
димо производить только обмазанными электродами.
Применяют различные составы обмазок для электродов, содер-
жащие в основном мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец,
ферротитан, ферросилиций, кварцевый песок и жидкое стекло.
Вместо мрамора лучше применять мел, так как при наличии
мрамора на конце электрода образуется в процессе горения более
глубокая воронка. Результатом этого является нежелательное уве-
личение дуги и ухудшение качества наплавленного металла. Кроме
того, в обмазку с мрамором приходится вводить добавочный компо-
нент — бентонит, для того чтобы она лучше пристала к стерж-
ню электрода. Вообще применение мрамора следует допускать
только в случае отсутствия мела.
Электроды из быстрорежущей стали с указанной выше обмазкой
позволяют достаточно точно регулировать количественное содер-
жание химических элементов в наплавляемом металле при условии
хорошей защитной обмазки, равномерной толщины ее и точных по
диаметру электродных стержней.
Применяют также синтетические электроды, дающие возмож-
ность легко и просто использовать весь лом и стружку быстроре-
жущей стали. Такой электрод представляет собой трубку из тон-
кой (0,5—1,0 мм) листовой малоуглеродистой стали (рис. 478).
Трубка заполнена легирующей шихтой, состоящей из смеси ферро-
508
сплавов или ферросплавов с порошком из быстрорежущей стали.
Введением в шихту различных составляющих можно получить на-
плавляемый металл любого химического состава, т. е. можно полу-
чить режущие элементы наплавленного инструмента из быстроре-
жущей стали любой марки. Снаружи трубка
покрыта защитной обмазкой. Конец трубки об-
нажен от обмазки, спрессован и служит для за-
жима ее в обычном электрододержателе.
При ручной наплавке инструмента с при-
менением угольного электрода присадочный
материал расплавляется в пламени дугового
разряда, образующегося между электродом и
корпусом инструмента. Этот метод наплавки в
настоящее время вытеснен рассмотренным выше
методом с применением металлического электро-
да, так как последний имеет то преимущество,
что исключена необходимость использования
отдельных присадочных прутков. Метод на-
плавки инструмента с использованием уголь-
ного электрода применяется лишь в случае,
если наплавка производится стружкой из быстро-
режущей стали.
Расплавление стружки производится дугой
Рис. 478. Схема
синтетического
электрода
постоянного тока, причем электродом является
угольный стержень диаметром 10—12 мм без фитиля внутри его.
Угольный электрод перед началом работы должен быть заострен
на конус с длиной заострения, равной двум диаметрам электрода,
Рис. 479. Схема автоматической электродуговой
наплавки:
1 — подвод тока к электроду и заготовке; 2 — сварочная
тележка; 3 — кассета для электродной проволоки; 4—элект-
род; 5 — бункер для флюса; б — сварочная головка; 7 —на-
плавляемая заготовка для инструмента; 8 — флюс
509
его перед работой ив процессе наплавки следует опускать в водный
раствор поташа, который способствует спокойному и устойчивому
горению электрической дуги.
Графитовые электроды допускают использование тока большой
плотности на единицу площади электрода, что позволяет применять
их соответственно меньших диаметров. Процесс наплавки надо
вести за один прием и без перерывов.
Автоматическая наплавка под слоем легирующего флюса полу-
чила развитие в течение последнего десятилетия в связи с созда-
нием оригинальных отечественных сварочных автоматов. Схема
такой наплавки изображена на рис. 479. Заготовка инструмента 7
наплавляется с помощью электродной проволоки 4, автоматически
подаваемой из кассеты 3 сварочной головкой 6. Между голым элек-
тродом 4 и заготовкой инструмента 7, к которым подводится элект-
рический ток от сварочного трансформатора по цепи /, возникает
электрическая дуга. Дуга горит внутри заполненной газами и па-
рами оболочки, образованной расплавленным легирующим флюсом,
подаваемым из бункера 5, расположенного впереди электрической
дуги.
Наибольшее распространение для наплавки получили стацио-
нарные сварочные головки и сварочные автоматы типа АДС с ав-
томатически регулируемой скоростью подачи электродной прово-
локи.
Большое значение при автоматической наплавке имеет состав
флюса, который, кроме защиты металла шва от вредного влияния
атмосферного воздуха, устранения потерь металла от угара и раз-
брызгивания, должен обеспечить повышенное содержание легирую-
щих элементов в наплавленном металле, понижающееся в момент
наплавки при перемешивании материала заготовки инструмента с
наплавляемой быстрорежущей сталью. Для этого применяются спе-
циальные легирующие флюсы. При автоматической наплавке ис-
пользуются как быстрорежущие и малоуглеродистые электроды,
так и синтетические.
Подготовка заготовок инструмента и проведение процесса авто-
матической наплавки аналогичны рассмотренным выше.
ГЛАВА XIX
ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
К заготовительным операциям технологического процесса полу-
чения режущего инструмента относятся: 1) правка прутков и про-
волоки, 2) отрезка заготовок, 3) ковка, штамповка и редуцирование
заготовок, 4) отжиг заготовок, 5) центрование заготовок (при
стержневом инструменте).
Заготовительная операция должна обеспечить максимальную
производительность, минимальную стоимость и гарантировать соот-
ветствующую точность полученных результатов. Потеря материа-
ла при ее выполнении должна быть наименьшей. Она не должна
нарушать структуру материала. Все эти условия при различных
видах заготовительных операций выполняются по-разному и при
выборе варианта применяемой операции необходимо учитывать
достоинства и недостатки каждой из них.
ПРАВКА ПРУТКОВ И ПРОВОЛОКИ
Правка материала вызывается тем обстоятельством, что прутки,
поставляемые инструментальному производству, обычно имеют
кривизну, которая препятствует использованию такого материа-
ла при разрезке его на станках. Горячекатаную сталь при наличии
Л pi/то и вращающийся вара ван
Рис. 480. Схема станка для правки пруткового материала диа-
метром от 25 до 80 мм,
511
Рис. 481. Схема станка для правки
пруткового материала диаметром до
40 мм
большой кривизны трудно зажимать в патронах токарно-отрезных
станков, а при холоднотянутой стали с кривизной больше 2 мм
на 1000 мм длины нельзя обеспечить хорошую работу подающих
цанг автоматов.
Существует два вида оборудования для правки: 1) прутков и
2) проволоки.
Для правки прутков на-
ходят применение два типа
станков. В первом из них
прутки диаметром от 25 до
80 мм пропускают между тре-
мя парами роликов с вогну-
той поверхностью, как пока-
зано в схеме на рис. 480.
Ролики 1 и 2 являются
подающими, остальные роли-
ки — правильными.
В другом станке прутки
диаметром до 40 мм про-
пускают между парой ро-
ликов, один из которых имеет выпуклую поверхность, а дру-
гой— вогнутую, как представлено в схеме на рис. 481. Ролики
имеют принудительное вращение от мотора и при своем вращении
захватывают пруток и, протягивая, выправляют его.
стали
Рис. 482. Схема станка для правки проволоки:
1 — направляющая втулка; 2 — барабан; 3 — ролики; 4 — шкив; 5 —
жавка для ролика; 6 — подшипник
Для правки проволоки диаметром от 0,2 до 1,0 мм применяет-
ся специальный правильный станок, схема которого представлена
на рис. 482. Пропуская проволоку через втулку 1 и вращающийся
барабан 2 с роликами 3, ее выправляют за счет зигзагообразного
движения между роликами.
ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК
Для отрезки заготовок от прутков или полос материала приме-
няют ряд установок в зависимости от размера стали, ее профиля,
марки и допускаемых отклонений от нормальных размеров.
512
Процесс отрезки заготовок может производиться на приводных
ножовочных станках, токарно-отрезных станках и автоматах, от-
резных пильных станках, станках с ленточными пилами, абразив-
но-отрезных станках, прессах и электроискровых установках.
Приводные ножовочные станки позволяют
отрезать заготовки диаметром до 220 мм. Примером такого станка
является ножовочный станок модели 872 с длиной ножовочного по-
лотна 450 мм и шириной прореза 2,5 мм. Такие станки малопроиз-
водительны, так как позволяют резать лишь при прямом движении
полотна. При затупившихся зубьях полотен получается косой срез,
что тоже является недостатком работы ножовочных станков. Все
же эти станки применяют на некоторых заводах из-за простоты
обслуживания и незначительной ширины пропила. Их хорошо
применять при отрезке загото-
вок из быстрорежущей стали
диаметром от 40 до 50 мм и
выше.
Токарно-отрезные
станки благодаря непрерыв-
ному процессу резания имеют
более высокую производитель-
ность. Они дают более широкиц
пропил, из-за чего их целесооб-
разно применять главным обра- Рис. 483. Схема отрезки заготовки
ЗОМ при отрезке заготовок боль- двумя резцами на токарно-отрезном
ших диаметров. станке
Эти станки выпускаются
нашей промышленностью нескольких типов. Простые токарно-
отрезные станки (модель С1) позволяют отрезать заготовки
диаметром до 120 мм, отрезные полуавтоматы (модель 9А151С1)—
до 100 мм, а вертикально-отрезные автоматы (модель ЛА7) — до
25 мм. Такие станки режут или одним резцом, или двумя, как по-
казано на рис. 483. В последнем случае резцы могут устанавли-
ваться по двум схемам.
При первой схеме резцы, расположенные один против другого,
имеют одинаковую ширину, только один из резцов имеет снятые по
углам фаски. Благодаря этому один резец выполняет предваритель-
ную работу резания, а другой зачищает неснятые углы.
При второй схеме один резец уже другого, что позволяет распре-
делить работу резания между ними.
Обычно на токарно-отрезных станках применяют пластинча-
тые резцы из быстрорежущей стали.
Для отрезки заготовок сверл диаметром 1,6—5мм из холоднотяну-
того калиброванного прутка или серебрянки находит применение
специальный вертикальный автомат модели МФ-142. В его мага-
зин одновременно загружается пачка из пяти-восьми прутков, ко-
торые поочередно поступают на обработку по мере их израсходо-
17 Металлорежущие инструменты
513
Рис. 484. Схема резки пильным
диском:
7 — передний угол; (Э — угол заостре-
ния; а — задний угол
вания. Отрезка производится двумя резцами, обеспечивающими на
верхнем торце заготовки сверла конус с углом при вершине 120°,
в то время как нижний торец следующей заготовки остается перпен-
дикулярным к оси будущего сверла.
Отрезные пильные станки работают с приме-
нением круглых дисковых пил. Схема резки представлена на рис.
484. Пильный диск при отрезании
совершает вращательное и поступа-
тельное движения. Скорость реза-
ния определяется вращательным
движением, подача — поступатель-
ным. Подача S2 на один зуб колеб-
лется от 0,05 до 0,2 мм.
В течение рабочего хода пилы
подача не постоянна, а автомати-
чески меняется в зависимости от
нагрузки. С увеличением числа од-
новременно работающих зубьев по-
дача уменьшается.
Дисковые пилы, которые ра-
ботают в отрезных станках, позво-
ляют отрезать заготовки диамет-
ром до 750 мм. Практически в ин-
струментальном производстве при-
ходится иметь дело с материалом
меньшего диаметра. Так, отрез-
ные станки модели 866, приме-
няемые при отрезке заготовок ин-
струмента, позволяют работать
дисковыми пилами диаметром до
720 мм при отрезке заготовки ди-
аметром до 240 мм, при ширине
прореза 6—6,5 мм. Инструмен-
том для отрезки обычно являют-
ся сегментные пилы по ГОСТ
4047-52.
На пильных станках рента-
бельно отрезать заготовки больших
диаметров, учитывая большую ширину прореза. При малых диа-
метрах заготовок последние следует собирать в пакеты, разрезая
сразу несколько штук.
Основными недостатками резки на круглых пилах являются
потери металла в стружку, сравнительно низкая производитель-
ность и высокие затраты на дорогостоящий, быстро затупляющийся
режущий инструмент.
Станки с ленточными пилами изготавливают
с вертикальным, горизонтальным или наклонным расположе-
514
нием ленточных пил. Наиболее удобными и распространенными яв-
ляются станки с вертикальным расположением ленточной пилы.
Схема такого станка представлена на рис. 485. Бесконечное ножо-
вочное полотно такой ленты благодаря непрерывной работе обеспе-
чивает большую производительность
роговизна и дефицитность такого
инструмента препятствуют
внедрению.
Абразивно-отрезн
станки применяют для
резки заготовок диаметром
станка, но в то же время до-
его
ы е
от-
до
30 мм при диаметре круга 400 мм
и ширине прореза 4 мм. Та-
кими являются станки типа «Ра-
диак».
Схема работы такого станка
представлена на рис.486. Вовремя
работы шлифовальный круг имеет
вращательное движение, движение
подачи и колебательное. Колеба-
тельное движение облегчает про-
цесс резания кругом.
Эксцентриковые прес-
с ы находят применение при из-
готовлении заготовок инструмен-
та при отрезке-рубке их в круп-
Рис. 485. Станок с ленточной
пилой:
/ — стол для установки обрабаты-
ваемых заготовок; 2 — направляю-
щие ролики; 3 — ленточное полот-
но; 4 — шкив
Рис. 486. Схема работы абразивно-отрезного станка:
/ — амплитуда колебательного движения шлифовального кру-
га; 2 — шлифовальный круг; 3 — заготовка; 4 — призма
17*
515
носерийном и массовом производстве. При этом способе разрезки нет
потери материала на прорез, а разъединение одной части заготовки
от другой происходит методом сдвига.
Разрезка производится по схеме, представленной на рис. 487, а.
Верхний нож /, входя в заготовку 2, срезает волокна металла, ниж-
ний нож 3 неподвижен. При этом процессе происходит изгиб заго-
Рис. 487. Схема свободной рубки
товки, верхние волокна испытывают растяжение, а нижние —
сжатие. В точке О возникают трещины Т, нарушающие целость за-
готовки. Для предотвращения этого необходимо поставить ножи
так, как показано на рис. 487, б, обеспечивая зазор т между ними
определенной величины в зависимости от марки стали, диаметра
или толщины материала. Величину зазора т можно принимать
согласно табл. 90.
Таблица 90
ВЕЛИЧИНА ЗАЗОРА т ПРИ ОТРЕЗКЕ В ШТАМПАХ,
ПОЗВОЛЯЮЩИХ СВОБОДНОЕ ОТГИБАНИЕ ЗАГОТОВКИ
Толщина или диаметр материала Зазор в % от диаметра (толщины) материала
Сталь 45, 40Х ВВ<197 Сталь У10, У12 ЯВ<207 Сталь 9ХС НВ<217 Сталь Р18 и Р9 ЯВ<229
2—4 4 6 5 При отрезке «вхо-
5-9 5 7 6 лодную» возможно об-
10-15 6 8 7 разование трещин
16—22 7 9 8
>22 8 10 9
На рис. 488 представлен такой штамп для рубки из листа бы-
строрежущей стали пластинок для резцов. Толщина листового
металла должна быть на 1—1,5 мм больше толщины пластинок.
Лист предварительно нагревают до температуры 200—300° С.
Наиболее рациональной является резка в штампах с противо-
гибочным устройством (рис. 489). Такая резка значительно повы-
шает производительность операции и улучшает качество торцов
516
заготовок. На рис. 490 приведена конструкция такого штампа.
Разрезаемый материал имеет одну точку опоры — нижний нож.
Пруток при резке уравновешивается прижимным устройством.
Величина зазора т между но-
жами штампа с противогибоч-
ным устройством в зависимости
от марки стали может быть при-
нята согласно табл. 91.
Рис. 488. Штамп для рубки за-
готовок
Верхний нож
нож
ЦЦ 'Лро/пийогий
wife'
Рис. 489. Схема рубки плоскими
ножами с противогибочным устрой-
ством
1 — лист
пуансон;
из листов быстрорежу-
щей стали:
быстрорежущей стали; 2 —-
3 — ножи; 4 — упор; 5 —
матрица
При резке калиброванной инструментальной стали-серебрянки
применяется конструкция штампа со втулками, как представлено
на рис. 491. Две каленые втулки — неподвижная и подвижная —
являются как бы ножами.
Таблица 91 ВЕЛИЧИНА ЗАЗОРА т МЕЖДУ НОЖА- МИ ПРИ ОТРЕЗКЕ В ШТАМПАХ С ПРОТИВОГИБОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ Неподвижная втулка являет- ся матрицей и находится в кор- пусе штампа, а подвижная слу- жит пуансоном. Срез получается ровным, но производительность такого штампа несколько ниже. Такой штамп представлен на рис. 492. В инструментальном
Марки стали Величина зазора в % от диаметра (тол- щины) материала
У12 45 5,0-5,5 3 5—4,0 производстве для разрезки мате- риалов применяют эксцентрико-
40Х 2,5—3,0 вые прессы различных мощностей
Р9, Р18 1,5—2,0 в зависимости от того, какого се-
чения материал необходимо от-
резать (табл. 92).
Обычные инструментальные стали на указанных прессах рубят
в холодном состоянии, за исключением быстрорежущей стали мар-
ки Р18, которая имеет большую склонность к образованию трещин
и трудно поддается рубке. Это объясняется пониженной пластич-
ностью стали Р18. Чтобы повысить пластичность стали Р18 перед
рубкой, необходимо ее подогревать, что позволяет избежать брака
(трещин). Большое значение при рубке стали Р18 имеет температу-
ра окружающей среды. Сталь, принесенная с мороза, рубится
517
Таблица 92
Наименование пресса Модель Техническая характеристика Размеры обрабатываемого материала
Эксцентриковый кзо Усилие пресса 30 т (294 кн) Круглое сечение до диаметра 18 мм, поло- са до 400 мм2
То же КП6 Усилие пресса 70 т (687 кн) Круглое сечение до диаметра 25 мм, поло- са до 700 мм2
К117 Усилие пресса 100 т (981 кн) Круглое сечение до диаметра 35 мм, поло- са до 1200 мм2
К262Б Усилие пресса 160 т (1566 кн) Круглое сечение ин- струментальной стали до диаметра 46 мм, по- делочной стали до диа- метра 55 мм
плохо, а выдержанная при комнатной температуре — значитель-
но легче.
Исследования, проведенные во ВНИИ, установили наиболее
оптимальную температуру подогрева прутков стали Р18 для про-
Рис. 490. Штамп для резки заготовки:
1 — подушка; 2 — нижний нож; 3 — прижимная колодка; 4,5 — державки;
6 — верхний нож; 7 — стакан; 8 — упор, 9 — противонажим
цесса рубки в 200—300° С. Выяснилось, что указанная температу-
ра нагрева стали практически не влияет на величину оптимального
зазора между ножами в штампе. В процессе опытов было установ-
лено, что сталь Р18 диаметром до 20 мм можно рубить без предвари-
тельного подогрева, тогда как прутки свыше указанного диаметра
518
в целях предупреждения трещин следует подогревать до рекомен-
дуемой температуры.
Электроискровые установки основаны на ис-
пользовании процесса электрической эрозии. Основным преимуще-
ством этого способа является способность разрезать любые токопро-
Рис. 491. Схема рубки втулками
Рис. 492. Штамп для резки калиброванной стали:
/ — гайка; 2 — неподвижная втулка; 3 — подвижная втулка-нож; 4 — гайка;
5 — подвижной втулкодержатель; 6 — пружина; 7 — установочный винт;
8 — фиксатор
водящие материалы независимо от их химического состава и сте-
пени обрабатываемости. Электроискровые установки работают по
двум схемам: 1) анодно-механической резки и 2) электроискровой
резки (см. гл. XXII) и изготавливаются с применением круглого
диска и бесконечной замкнутой ленты. Принципиальная схема
процесса представлена на рис. 493.
519
У таких станков пилой служит диск-инструмент (катод) 3,
который закрепляется на рабочем валу головки станка. Разрезае-
мая заготовка (анод) 2 закрепляется в суппорте станка. Разрезка
является следствием электроискровых процессов, протекающих
между вращающимся диском и разрезаемой заготовкой, служащи-
ми электродами разрядного контура. Такие установки могут ра-
ботать по принципу электроискровой обработки низкого напряже-
ния в растворе каолина и по принципу анодно-механической обра-
ботки в водном растворе жидкого стекла.
Рис. 493. Принципиальная схема электроискро-
вого распиливания:
1 — источник постоянного тока; 2 — разрезаемый мате-
риал (анод); 3 — диск-инструмент (катод); 4 — сопло
для рабочей жидкости; 5 — рубильник
Обычным материалом для изготовления диска-инструмента
служит малоуглеродистая тонкая листовая сталь, реже — красная
Таблица 93
ЗАВИСИМОСТЬ РАЗМЕРОВ ДИСКА ОТ
ДИАМЕТРА РАЗРЕЗАЕМОЙ ЗАГОТОВКИ
Диаметр раз- резаемой за- готовки, мм Размеры диска, мм
диаметр толщина
<30 <200 0,5-0,6
30—100 200—400 0,8—1,0
100—200 500—700 1,2—1,7
200—300 800—1100 1,7—2,0
медь и латунь.
Большое значение в процессе
резания заготовки имеет беспре-
рывное поступление рабочей
жидкости в разрезаемый паз и
интенсивное омывание ею дис-
ка. Для этого нужно, чтобы ши-
рина пропила была в 1,25—1,5
раза больше толщины диска.
При толщине диска свыше 0,8—
1,0 мм это расширение обеспе-
чивается некоторым торцовым
биением его, при толщине же
0,5—0,8 мм диску придают
«гофрированную» форму. Размеры диска в зависимости от диаметра
разрезаемой заготовки можно принимать согласно табл. 93.
520
Электроискровой способ отрезки заготовок экономически выго
ден для разрезки главным образом высокоуглеродистых жаропроч-
ных нержавеющих сталей, закаленных изделий, твердых сплавов
и других труднообрабатываемых токопроводящих материалов.
КОВКА, ШТАМПОВКА И РЕДУЦИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК
Для придания заготовкам инструментального материала соот-
ветствующей формы и улучшения структуры инструмента приме-
няются четыре вида горячей обработки заготовок: 1) свободная ков-
ка, 2) штамповка, 3) безоблойная штамповка и 4) редуцирование за-
готовок (в применении к метчикам).
Рис. 494. Ковочный штамп для горячей штамповки
резцов:
1 — подкатный ручей; 2 — предварительный ручей; 3 — окон-
чательный ручей
Свободная ковка, улучшая структуру заготовки, применима как
заготовительная операция в первую очередь для получения про-
кованных шайб материала, а далее отковки заготовок нужных форм
и размеров. При этом процессе коэффициент использования мате-
риала для изготовления инструмента очень низок. Так, при изго-
товлении долбяков он доходит до 0,3.
521
Поэтому при изготовлении инструмента этот метод горячей
обработки находит применение главным образом как предвари-
тельный процесс проковки заготовок.
Горячая штамповка является одним из эффективных мероприя-
тий по экономии быстрорежущей стали при изготовлении инстру-
мента. Она позволяет уменьшить расход стали за счет сокращения
отходов, получить поковку, приближающуюся по форме и разме-
рам к инструменту, и тем самым сократить время на механическую
обработку, а следовательно, затраты на рабочую силу.
Рис. 496. Окончательный ручей — а
(штамп без толкателя) и окончатель-
ный ручей — б (штамп с толкателем)
Для сопоставления горя-
чей штамповки со свободной
ковкой приведем описание
процесса изготовления на
автозаводе им. Лихачева рез-
ца, полученного штамповкой
и свободной ковкой.
При свободной ковке рас-
ход металла на один резец
составлял 265 г, а при горячей
штамповке —220 г. Штампов-
ка производилась в ковочном
Рис. 495. Осадной ручей
штампе, изображенном на рис. 494.
Указанное применение горячей штамповки резцов позволило:
1) повысить производительность труда в 3—4 раза, 2) сократить
затраты рабочей силы, 3) уменьшить на 15% расход быстрорежущей
стали и 4) применить исходную заготовку меньшего профиля.
В то же время необходимо отметить, что штамповка заготовок
из быстрорежущей стали в открытых штампах имеет недостатки:
низкую стойкость штампа в местах перехода его в заусеничную
канавку, получающийся тонкий облой быстро остывает, что вызы-
вает увеличение удельных давлений, приводящих к быстрому из-
носу штампа.
В связи с этим для получения заготовок насадного ин-
струмента (долбяков, торцовых фрез, модульных фрез и т. п.)
применяется безоблойная штамповка, при которой окончательный
522
ручей представляет собой замкнутую полость, конфигурация ко-
торой соответствует готовому изделию с учетом припуска на меха-
ническую обработку.
Этот метод имеет ряд преимуществ перед описанными ранее ме-
тодами горячей обработки заготовок инструментов. Значительно
снижается расход материала ввиду отсутствия облоя, уменьшения
припусков и штамповочных уклонов, снижается трудоемкость из-
готовления, так как уменьшаются припуски на механическую об-
работку. Улучшается структура готовых изделий.
Операция безоблойной штамповки заключается в обработке заго-
товки в двух ручьях: 1) осадка в открытых бойках и 2) штамповка
в закрытом ручье.
На рис. 495 показано проведение процесса осадки на плоских
бойках. Нижний боек имеет коническую выточку глубиной 1 мм
и с углом образующей к оси 45—60°. Нагретую заготовку ставят в
указанную выточку и производят процесс осадки. При осадке верх-
ний осадной боек, имеющий выс-
туп, обеспечивает на заготовке
фиксирующий отпечаток, по кото-
рому заготовка центрируется в
окончательном ручье.
Применяются два типа оконча-
тельных ручьев. Для заготовок ин-
струмента, имеющего достаточный
естественный штамповочный уклон
(долбяки и т. п.), используется
штамп без толкателя, причем матри-
ца находится вверху, а пуансон вни-
зу, как представлено на рис. 496,1,
где в положении а изображены мат-
рица и пуансон до работы, а в по-
ложении б — после штамповки.
Для остального инструмента
следует применять штамп с толка-
телем и расположением матри-
цы внизу, а пуансона — вверху,
как представлено на рис. 496, II,
Рис. 497. Схема процесса реду-
цирования заготовки метчика:
I — заталкивание; II — редуцирова-
ние; III — выталкивание
где в положении а изображены
матрица и пуансон до работы, а в положении б — после штамповки.
При использовании штампа без толкателя избегают наполнения
матрицы окалиной, но пуансон интенсивно разогревается осажен-
ной заготовкой, а при использовании штампа с толкателем необ-
ходимо удалять окалину из матрицы сжатым воздухом, но разогре-
вается, в основном, лишь толкатель.
Зазоры при безоблойной штамповке целесообразно принимать
равными 0,6—0,8 мм на диаметр за счет пуансона.
В целях экономии металла и повышения производительности
труда при изготовлении метчиков применяется редуцирование их
523
заготовок. При таком способе обработки хвостовой части расход
стали снижается до 18%, общая трудоемкость изготовления метчи-
ка сократится до 15%, а трудоемкость заготовительных операций —
до 10 раз. При этом значительно сокращается использование про-
изводственных площадей.
Этот способ (рис. 497) состоит в проталкивании пуансоном 1
исходной заготовки 2, диаметр которой равен диаметру рабочей
части метчика, через редуцирующий фильер 3. Диаметр очка филье-
ра принимается равным диаметру хвостовой части метчика. После
редуцирования заготовка 4 выталкивается выталкивателем 5. При
редуцировании увеличивается общая длина заготовки. Если длина
исходной заготовки будет L, то длина отредуцированной заготов-
ки Lx будет больше L (L^L).
Процесс редуцирования производится на прессах, а с целью
обеспечения наиболее высокой производительности — на холод-
новысадочных автоматах.
Комплект рабочего инструмента состоит из подающих роликов,
отрезной матрицы, отрезного ножа, сборной редуцирующей матри-
цы, сборного пуансона и выталкивателя. Исходными материалами
для процесса редуцирования являются сталь-серебрянка и холод-
нотянутая сталь. Можно использовать горячекатаную сталь с
предварительной разрезкой на мерные заготовки и шлифованием
на бесцентрово-шлифовальном станке до диаметра исходной заготов-
ки под редуцирование. Твердость исходного материала из углеро-
дистой стали должна быть не выше НВ207, а быстрорежущей —
НВ235. Наиболее надежной смазкой является смачивание поверх-
ности прутка насыщенным раствором медного купороса. Охлаждение
во время редуцирования производится сульфофрезолом.
отжиг ЗАГОТОВОК
Отжиг стали при изготовлении инструментов уничтожает внут-
ренние напряжения в катаной или кованой заготовке, возникшие
вследствие обработки ее давлением. Кроме того, отжиг способству-
ет получению в стали мелкозернистой структуры, а следовательно,
повышению механических свойств заготовки для инструмента.
Как правило, инструментальная сталь поставляется в отожжен-
ном виде, но в ряде случаев в инструментальном производстве
приходится иметь дело с повторным отжигом заготовок.
Заготовки из углеродистой инструментальной стали отжигаются
при температуре 750—780° С с последующим охлаждением в печи
со скоростью 50° в час до 600—550° С, а далее на воздухе. Можно
применять изотермический отжиг с ускоренным охлаждением до
температуры 670—690° С с выдержкой при этой температуре и
охлаждением на воздухе.
Заготовки из легированной инструментальной стали отжигают
при более высоких температурах в пределах 780—870° С в зави-
524
симости от марки стали. Охлаждение этих сталей производят вме-
сте с печью до температуры 750—650® С со скоростью 30—50®
в час, а затем на воздухе. Можно также применять изотермический
отжиг.
Заготовки из быстрорежущей инструментальной стали отжи-
гают при температуре до 870—890° С с выдержкой 3—4 ч. Охлаж-
дение этих сталей производят вместе с печью первоначально до
750—760° С со скоростью 20—40° в час, а затем до 600° С со ско-
ростью 10° в час и далее на воздухе. Предпочтительнее производить
изотермический отжиг: нагрев до 870—890° С, выдержка 3—4 ч,
охлаждение до 720—730° С со скоростью 40—50° в час; при 720—
730° С изотермическая выдержка 2—4 ч и далее охлаждение на
воздухе.
Твердость после изотермического отжига получается несколько
выше, чем после нормального отжига.
ЦЕНТРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК
Центровые отверстия у заготовок хвостового режущего инстру-
мента являются необходимыми, так как они служат базой при об-
работке такого инструмента. В производстве режущего инструмен-
та применяются три вида центровых отверстий, как показано на
рис. 498, где в положении а приведено центровое отверстие, широ-
ко применяемое в инструментах невысокой точности. В инструмен-
тах высокой точности используются два других вида центровых
отверстий — б и в, которые имеют: один, б — предохранительный
конус, а другой, в— предохранительную выточку. Они предохра-
няют отверстие от повреждения во время эксплуатации.
Для изготовления центровых отверстий следует применять ряд
специальных инструментов, представленных в табл. 94.
Каждый из приведенных инструментов имеет свои области при-
менения. Так, инструменты а, б, в, г, представляющие комплек-
525
Таблица 94
СХЕМЫ ЦЕНТРОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ЦЕНТРОВЫХ ОТВЕРСТИЙ
Набор Наименование инструмента Схема центрирования внутренних центровых отверстий Диаметр центровых отверстий, мм
а Сверло центровоч- ное. Зенковка 60° цент- ровочная простая |w^ + 0,54-1,5
б Сверло центровоч- ное. Зенковка 60° цент- ровочная для центро- вых отверстий без пре- дохранительного кону- са 0,54-6
в Сверло центровоч- ное. Зенковка 60° цент- ровочная для центро- вых отверстий с пре- дохранительным кону- сом V. ъ J 0,5-гб
г Сверло центровоч- ное. Зенковка 60° цент- ровочная с конусным хвостовиком 8-7-12
д Сверло центровоч- ное комбинированное для центровых отвер- стий 60° без предохра- нительного конуса 1,54-6
е Сверло центровоч- ное комбинированное для центровых отвер- стий 60° с предохрани- тельным конусом 1,54-6
526
ты из сверла и зенковки, используют в крупносерийном и массовом
производствах с применением специальных центровальных стан-
ков, имеющих в головке два расположенных рядом шпинделя:
один — для сверла, другой — для зенковки. Инструменты д и е
применяют в индивидуальном и мелкосерийном производствах.
Размеры центровых отверстий можно брать из табл. 95.
Таблица 95
РАЗМЕРЫ ЦЕНТРОВЫХ ОТВЕРСТИЙ, мм (рис. 498)
Диаметр изделия d D L
<6 0,7 2,0 2,0
6—10 1,0 2,5 2,5
10—16 1,5 4,0 4.0
16—26 2,0 5,0 5,0
26—40 2,5 6,0 6,0
40—55 3,0 7,5 7,5
55—80 4,0 10,0 10,0
80—100 5,0 12,5 12,5
ГЛАВА XX
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ИНСТРУМЕНТА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для термической обработки режущих инструментов применяется
ряд установок, обеспечивающих соответствующий нагрев инстру-
ментов до требуемой температуры. Эти установки можно разделить
на две категории: 1) нагревательные печи и 2) установки ТВЧ.
Нагревательные печи для своей работы используют жидкое и
газообразное топливо или электрическую энергию. Их изготовляют
с открытым подом, муфельными, полумуфельными и в виде печей-
ванн.
В печах с открытым подом пространство для нагрева инструмен-
тов находится в камере горения, и продукты горения соприкасаются
с инструментами.
В муфельных печах пространство для нагрева инструментов от-
делено от камеры горения муфелем (металлической или кирпичной
оболочкой), поэтому продукты горения не соприкасаются с ин-
струментами.
В полумуфельных печах инструменты лишь частично изолиро-
ваны от камеры горения, и продукты горения частично могут со-
прикасаться с ними.
В печах-ваннах инструмент загружают в специальную ванну,
наполненную промежуточной средой (расплавленным свинцом или
солями), омываемую извне продуктами горения или нагреваемую
помещенными в ней электродами.
Во избежание окисления, обезуглероживания или науглерожи-
вания при термической обработке инструмента применяют печи,
в которых создается специальная нейтральная — защитная — ат-
мосфера. В качестве защитной атмосферы наиболее часто применяют
водород, азот, соединения водорода и азота, диссоциированный
аммиак, светильный газ и т. п. Защитная атмосфера с автоматичес-
ким регулированием состава дает возможность широко применять
528
термические печи непрерывного действия и позволяет обходиться
в термических цехах без квалифицированных рабочих.
Установки ТВЧ являются более прогрессивным видом оборудо-
вания для термической обработки инструментов, требующих в пер-
вую очередь поверхностной термообработки. Два вида таких уста-
новок: 1) с машинными и 2) с ламповыми генераторами—находят
применение каждая в определенных случаях термообработки. Наи-
более распространенными в инструментальном производстве являют-
ся установки с ламповыми генераторами.
НЕФТЯНЫЕ И ГАЗОВЫЕ ПЕЧИ
Наибольшее распространение на
чили нефтяные и газовые пламенные
отечественных заводах полу-
печи. Ниже приводятся наи-
Рис. 499. Схема нефтяной печи
более часто применяемые конструкции печей для термической об-
работки различных инструментов.
На рис. 499 изображена схема нефтяной печи для термической
обработки небольших инструментов. Форсунка, помещенная в
529
отверстие 2 печи, подает распыленную нефть, смешанную с воз-
духом, в камеру 5, где нефть сгорает. Горячие газы движутся по
боковым ходам (щелям) 1 и поступают в верхнюю камеру 4, где
помещаются обрабатываемые инструменты. Из камеры 4 газы через
канал 3 отводятся в атмосферу. При полном сгорании нефти такие
печи не дают копоти и дыма, поэтому их устраивают без специальных
дымоходов; над кладкой делается только колпак с вытяжкой. Воз-
дух к форсункам подается от компрессора или вентилятора, а
нефть — из специального бака.
В печах подобного типа, но большего размера вместо щелей ус-
траивают отдельные каналы, по нескольку с каждой стороны. Газы
отводятся тоже по каналу, проложенному внизу нагревательной
камеры.
/ 2 3 4 5 6
7
Рис. 500. Схема муфельной печи:
1 — дверца печи; 2 — огнеупорная фу-
теровка; 3 — изоляция; 4 — кожух печи;
5 — внутреннее пространство муфеля;
6 — стенки муфеля; 7 — газовые фор-
сунки
Рис. 501. Схема полумуфель-
ной печи
Схема муфельной печи показана на рис. 500. Муфельную печь
можно изготовить путем установки муфеля в рабочем пространстве
любой обыкновенной печи, причем он должен быть несколько мень-
ше камеры печи, чтобы во время работы его обмывали продукты го-
рения. Так как стенки муфеля иногда нагреваются не совсем рав-
номерно, то можно опасаться неравномерного нагрева инструмента,
а при высоком нагреве стенок — и перегрева его. Для предотвра-
щения этого не следует укладывать инструмент непосредственно на
дно муфеля, а лучше на подкладку, располагая ее в середине муфе-
ля. В настоящее время имеются газовые печи, в муфель которых
подается защитный газ. Такие печи могут быть с успехом применены
при термической обработке инструмента из всех сортов быстроре-
жущих и углеродистых сталей.
На рис. 501 показана схема полумуфельной газовой печи, при-
меняемой специально для нагрева инструментов из быстрорежущей
530
Рис. 502. Схема газовой
печи-ванны:
1 — ванна; 2 — газовая горел-
ка; 3 — кожух; 4 — вытяжная
труба; 5 — отверстие для стока
наполнителя в случае аварии
печи; 6 — камера горения
стали. В этой печи две камеры: верхняя с полумуфелем 3 нагревает-
ся теплом от нижней и служит для подогрева инструментов, а в
нижней каМере с полумуфелем 2 сгорает газ, подводимый форсун-
ками, расположенными у отверстий /, в ней инструмент окончатель-
но нагревается до требуемой температуры.
Эта конструкция дает экономию площади, занимаемой печью,
а также сокращает время, требуемое для перемещения инструмен-
тов из камеры подогрева в камеру окончательного нагрева. Но в
такой печи трудно поддерживать ней-
тральную атмосферу, предохраняющую
инструмент от появления окалины,
обезуглероживания поверхности и ин-
тенсивного роста зерен стали.
В последние годы появились конвей-
ерные печи для непрерывной термичес-
кой обработки мелких однородных ин-
струментов. В этих печах специальная
лента (или шнек) передвигает во время
нагрева уложенные на нее инструменты
и, если нужно, направляет их по выхо-
де из печи непосредственно в закалоч-
ный бак. В таких печах подвергаются
термообработке инструменты, выпускае-
мые в массовых количествах.
К категории пламенных печей отно-
сятся и так называемые печи-ванны, рабо-
тающие на нефти или газе. Они состоят
из двух частей: собственно пламенной
печи и вделанной в нее ванны, размеры
которой соответствуют виду инструмен-
та. Кладка печи аналогична кладке печей
других типов, ванна же — чугунная,
стальная или из огнеупорного материа-
ла (графит и др.). Футеровка печи такая же, как и у ранее
описанных. При нагреве ванны нагреваются и опущенные в нее
инструменты. Такая печь показана на рис, 502.
В инструментальном производстве ванны заполняются главным
образом свинцом (для инструментальных углеродистых сталей)
или солями (для специальных сталей). Свинец при высоких темпера-
турах легко окисляется и дает вредные пары. При необходимости
нагрева обрабатываемых инструментов до температур ниже 327° С
пользоваться свинцовыми ваннами нельзя, так как указанная тем-
пература является точкой плавления свинца. При температуре
ванны выше 750° С поверхность свинца необходимо покрывать слоем
угля толщиной 20—30 мм &ля предохранения от окисления. Над
печью надо обязательно устраивать вытяжной колпак для удале-
ния паров свинца, выделяющихся при его нагреве.
531
Таблица 96
ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ СОЛЕЙ И ИХ СМЕСЕЙ
Наименование солей Химическая формула Температура плавления, °C
Хлористый барий ВаС12 960
Хлористый натрий (поваренная соль) Хлористый калий NaCl 808
КС1 790
Азотнокислый калий (калийная селитра) Азотнокислый натрий (натрлевая селитра) 50% соды и 50% хлористого ка- лия KNO3 338
NaNO3 317
NaCO3 и KC1 560
50% хлористого натрия и 50% поташа NaCl и K2CO3 560
33,3% хлористого кальция, 33,3% хлористого бария и 33,4% хлорис- того натрия СаС12, ВаС12 и NaCl 570
5Q% хлористого кальция и 50% хлористого бария СаС12 и BaCl2 600
44% хлористого натрия и 50% хлористого калия NaCl и KC1 665
50% азотнокислого калия и 50% азотнокислого натрия KNO3 и NaNO3 137
Соляные ванны дают возможность доводить температуру нагре-
ва до очень высоких пределов. В табл. 96 приведены температуры
плавления наиболее употребительных солей и их смесей. По вели-
чине этих температур можно судить о применимости той или иной
соли для соответствующей ванны. Соли могут загружаться в смеси,
благодаря чему получаются и промежуточные температуры плав-
ления. Самая дешевая соль — хлористый натрий. Для высокого
нагрева инструментов иногда применяют соли, содержащие хлорис-
тый барий и раскислитель — кремнезем. Хорошие результаты полу-
чаются при смешении в равных количествах хлористого бария,
хлористого калия и хлористого натрия. При этой смеси удобно на-
гревать инструменты до 900° С, а дальше начинается сильное испа-
рение. Для соляных ванн тигли необходимо делать литыми или
кованными из стали, но не чугунными. Ванны, изготовленные из
специальных жароупорных сталей, являются более стойкими.
Соляные ванны менее теплопроводны, чем свинцовые, поэтому,
чтобы получить равномерную температуру, их состав надо чаще
перемешивать.
Инструменты перед погружением в ванну необходимо высушить
для предохранения от разбрызгивания свинца или соли. При упот-
реблении свинца его следует во время первого нагрева несколько
532
часов прожигать для удаления серы; при соляных ваннах этого
не требуется.
Когда инструмент опускают в соляную ванну, на нем вслед-
ствие разницы температур образуется тонкая корка соли, в первый
момент предохраняющая инструмент от резкого нагрева (впослед-
ствии она расплавляется). При извлечении инструмента из ванны
на нем снова получается тонкая корка соли, предохраняющая его
от окисления кислородом воздуха при переносе в охлаждающую жид-
кость. В первый момент погружения эта корка защищает инструмент
от резкого воздействия охлаждающей жидкости. Через некоторое
время корка соли отваливается с поверхности инструмента.
Слиб 6 канализацию
Рис. 503. Промывочная машина типа ММ-400К
Соляные ванны, как правило, обезуглероживают инструменты
с поверхности, что происходит главным образом вследствие нали-
чия в ванне примесей сернокислых солей и накопления в ней ока-
лины. С повышением температуры соляной ванны, с увеличением
времени выдержки нагреваемого инструмента, с удлинением срока
работы ванны обезуглероживающее действие ее возрастает. Обезуг-
лероживание можно значительно уменьшить или совсем устранить
периодической очисткой ванны от окалины путем добавки (через
каждые 4 часа работы) буры или железосинеродистого калия
(синькали) K<Fe(CN)e в количестве 1,0—2,0% отвеса солей, а также
погружением древесного угля в ванну (в сетчатом пакете) при
тщательном перемешивании.
После нагрева инструментов в соляной ванне их необходимо
очистить от закалочных солей для предотвращения в дальнейшем
появления коррозии. Процесс химической очистки инструментов
состоит в следующем: 1) промывка в промывочной машине; 2) кипя-
533
чение в воде; 3) травление в технической соляной кислоте; 4) тща-
тельная промывка в проточной воде; 5) кипячение в 2 %-ном раство-
ре соды в течение 30 мин; 6) промывка в кипящем растворе 1,5%-
ного олеинового мыла.
На рис. 503 представлена одна из промывочных машин типа
ММ-400К, применяемая для очистки закаленного инструмента. Ин-
струменты загружаются на конвейер 1—1, который при своем
движении, получаемом от мотора 2, перемещает их вдоль промывоч-
ной камеры 3. В этой камере инструменты подвергаются обмыванию
Рис. 504. Установка для ручной гидроабразивной очистки
струями воды, поступающей от насоса 4 по трубопроводам 5, на
конце которых расположены сопла 6, через которые вода попадает
под давлением на инструменты, перемещающиеся по конвейеру
1—1. Такие машины обычно используются в небольших цехах.
В последнее время в инструментальных производствах начала
внедряться гидроабразивная очистка инструментов. Существуют
три вида таких установок: 1) для ручной очистки, 2) с круглым вра-
щающимся столом и 3) барабанного типа.
Один из видов установки для ручной гидроабразивной очистки
инструментов представлен на рис. 504. Струя сжатого воздуха от
воздушной магистрали, выходя из форсунки 1 в смесительную ка-
меру 2, создает в ней и трубопроводе 3 разрежение, вследствие чего
в трубопровод засасывается атмосферный воздух, который транс-
портирует по ней гидроабразивную суспензию из бака 4. В сме-
сительной камере суспензия смешивается со сжатым воздухом, вы-
ходящим из воздушной форсунки. Струя жидкости, с большой ско-
534
ростью выходя из сопла, ударяет в инструменты, расположенные в
очистной камере 5. После этого суспензия, стекая по наклонному
днищу, возвращается в бак, и процесс повторяется. В корпусе уста-
новки монтируются унифицированные мешалки 6 для взмучивания
и перемешивания гидроабразивной суспензии, трубопроводы с фор-
сунками и другие узлы, необходимые для каждого вида аппарата.
Такая установка предназначена для очистки инструмента, осна-
щенного твердым сплавом, а также инструмента сложной конфигу-
рации и с острыми краями.
Рис. 505. Установка для гидроабразивной очистки с круглым
вращающимся столом
На рис. 505 представлена установка для гидравлической очистки
инструментов с вращающимся круглым столом. Внутри камеры 5
расположен стол 1, получающий вращение от мотора с числом оборо-
тов 2 об/мин. На стол укладываются инструменты. Над инструмен-
тами установлен ползун 2 с тремя соплами, угол наклона которых
10°.
Ползун через кулисный механизм 3 от редуктора, вращающего
стол, получает возвратно-поступательное движение. Суспензия
подается из бака 4 тем же способом, как было приведено при описа-
нии ручной установки. Такая установка, применяемая для очистки
крупных инструментов, значительно механизирует работу по очист-
ке, освобождая рабочего от участия в работе, кроме загрузки, вы-
грузки и переворачивания инструментов.
Установка барабанного типа аналогична описанной, отличаясь
лишь тем, что вместо круглого стола применяется барабан, при вра-
щении которого происходит очистка инструментов суспензией, по-
535
даваемой тремя соплами через торец барабана. Такая установка
предназначена для очистки инструментов длиной до 150—200 мм.
Применяемая при такой очистке суспензия имеет состав: 50 л
воды, 250 г кальцинированной соды, 1000 г нитрита натрия и 20 г
просеянного речного песка.
После очистки инструментов суспензией на указанных установ-
ках их промывают последовательно в двух баках, подогреваемых
паром. Первый используется для обмывания инструментов чистой
горячей водой, а во втором, наполненном 10—15%-ным раствором
нитрита натрия и 1%-ным раствором кальцинированной соды, про-
изводится окончательная промывка, во время которой образуется
оксидная пленка, предохраняющая инструмент от коррозии.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
При нагреве инструмента в электрических печах-ваннах ис-
пользуют тот же свинец или соли, что и в печах-ваннах, работаю-
щих на нефти или газе.
Рис. 506. Схема электрической печи
для нагрева инструментов в свинцо-
вой ванне:
1 — промежуточное кольцо; 2 — нагрева-
тельные электроды; 3 — ванна для свин-
ца; 4 — отверстие для стока свинца при
порче ванны
Рис. 507. Схема электрической
печи для нагрева инструмен-
тов в соляной ванне
На рис. 506 показана схема электрической печи-ванны для на-
грева инструментов в свинце. Футеровка печи обычная.
На рис. 507 приведена схема печи-ванны другой конструкции.
Кладка печи состоит из двух рядов кирпича простого 1 и огнеупор-
ного 5. Кладка заключена в железный кожух 6. Внутренняя часть
печи представляет собой ванну для наполнения солью. Соль нагре-
вают при помощи двух металлических электродов 2 и 4, опущенных
концами в ванну и соединенных с сетью переменного тока. При
прохождении тока через массу соли она нагревается, и печь полу-
чает требуемую температуру. В начале процесса, когда соль еще не
536
расплавлена, приходится пользоваться добавочным подвижным элек-
тродом 5, который может быть замкнут накоротко с одним из элек-
тродов, так как сам соединен с проводом от второго электрода.
Постоянный электрод 2 и подвижный 3 замыкаются через кусочек
угля. Как только ток включен, соль, находящаяся около угля,
расплавляется и создает контакт между электродами 2 и 3. Электрод
3 отодвигают, и процесс проводят дальше, расплавляя верхнюю зо-
ну соли. В дальнейшем, когда токопроводность соли уже устано-
вится (соль расплавлена), достаточно иметь только постоянные
электроды 2 и 4. Для получения одинаковой температуры во всех
частях ванны соль необходимо перемешивать. Режим работы при
нагреве инструментов в такой печи аналогичен режиму в разобран-
ных выше пламенных печах-ваннах.
Рис. 508. Схема электрической печи с газовой завесой:
/ — дверца печи; 2 — отверстие; 3 — канал; 4 — элемент сопротивления;
5 — охлаждаемые контакты; 6 — огнеупорная футеровка; 7 — изоляция;
8 — плита пода; 9 — кирпичи для контактов
Электрические ванны имеют значительные преимущества перед
печами-ваннами, работающими на том или ином топливе. В то
время как простые соляные ванны быстро разрушаются вследствие
окисления их стенок, электрические ванны служат значительно
дольше.
Благодаря точному регулированию тока они дают быстрый и
равномерный нагрев инструмента до требуемой температуры. Элек-
трические ванны бесшумны и не вызывают загрязнения помещения.
В большинстве случаев для закалки инструмента пользуются
двумя печами: одной — для закалки инструмента из быстрорежущей
стали, другой — из углеродистой. Иногда эти печи используют и
для отпуска быстрорежущей стали. В этом случае ванну наполняют
смесью калиевой и натриевой селитры, нагретой до 540—600° С.
Наиболее распространенными в настоящее время являются
трехфазные печи-ванны типа С-35 и С-75.
Ванны С-35 применяются для нагрева мелких инструментов,
а ванны С-75— инструментов средних размеров. Для нагрева круп-
537
ных инструментов применяются аналогичные, но не стандартные
ванны большего размера.
В последнее время в связи с созданием на инструментальных
заводах поточных линий осуществляется механизированное перед-
вижение инструментов и передача их из одной ванны в другую с по-
мощью специальных автоматических перебрасывателей.
Рис. 509. Схема электрической печи для отпуска инстру-
ментов
Другой способ нагрева заключается в пропускании тока через
специальные элементы из платины, нихрома или других тугоплав-
ких сплавов (электрические печи сопротивления).
Наряду с металлическими сопротивлениями используются и
неметаллические, например уголь, гранулированный графит (крип-
тол), карборунд, магнезит и др.
Печи сопротивления часто устраивают с двумя камерами раз-
личной температуры, что способствует более правильному и посте-
пенному нагреву инструментов, особенно из быстрорежущих сталей.
538
Электрические печи сопротивления позволяют создавать в ка-
мере не только нейтральную атмосферу, но и атмосферу любого
газа и даже вакуум.
На рис. 508 представлена схема электрической печи с газовой
завесой для закалки быстрорежущей стали, в которой можно соз-
давать нейтральную защитную атмосферу.
Нейтральная атмосфера предотвращает образование на поверх-
ности быстрорежущей стали пузырьков, трещин или отслоений,
предупреждая одновременно рост зерна, приводящий к хрупкости
металла.
Рис. 510. Схема масляной электрической ванны для отпуска инстру-
ментов:
1 — элементы сопротивления; 2 — решетка для инструмента; 3 — стальной
резервуар; 4 — пирометр для контроля температуры; 5 — рубильник
Воздушно-газовая смесь, поступая через отверстие 2, попадает
в камеру сгорания, откуда газы поднимаются в канал 3, создаю-
щий газовую завесу, вследствие чего кислород атмосферного воз-
духа не может проникать через закрытую дверцу 1 печи. Продукты
сгорания полностью наполняют печь нейтральной смесью и нагре-
ваются посредством элементов сопротивления 4 до 1300—1400° С.
Электрические печи сопротивления применяют и для отпуска
инструментов.
Широкое распространение для отпуска быстрорежущего ин-
струмента получила специальная электрическая печь сопротивле-
ния завода «Электрик» (рис. 509). Принцип действия ее заключается
в следующем. На внутренней поверхности теплоизолированного
цилиндра 2 установлены элементы 3, нагреваемые электрическим
539
током. Внутри цилиндрического пространства поставлен второй
кожух 1. Внутри второго кожуха в сетчатой корзине 4 помещаются
обрабатываемые инструменты. В дно кожуха встроен вентилятор 6,
приводимый в действие электродвигателем 5. Контроль за темпе-
ратурой нагрева инструментов автоматический.
Для отпуска инструмента при температурах до 200—280° С
широко применяют масляные электрические ванны, выпускаемые
заводом «Электрик» (рис. 510).
УСТАНОВКИ твч
При обычных методах термической обработки в нагревательных
печах длительный нагрев инструментов вызывает поверхностное обез-
углероживание и появление окалины.
Последующее быстрое охлаждение инструментов вызывает зна-
чительное увеличение объема и появление значительных внутрен-
них напряжений, часто приводящих к браку из-за деформации и
растрескивания металла. Инструменты, как правило, получают
глубокую закалку, хотя для многих типов (метчики, плашки, на-
пильники и др.) это совершенно не требуется, а иногда даже вредно.
Продолжительный нагрев снижает производительность нагрева-
тельных печей, а в случае отсутствия автоматизации заставляет
применять устарелые методы термической обработки.
Поверхностный нагрев инструментов при помощи токов высо-
кой частоты (ТВЧ) дает возможность значительно повысить каче-
ство термической обработки и намного снизить брак при закалке,
в первую очередь при термической обработке таких инструментов,
как метчики и напильники. При поверхностном нагреве инструмен-
ты получают малые объемные изменения. Кроме того, благодаря
большой производительности применяемых установок стоимость
термической обработки инструментов значительно снижается, а
условия труда в термическом цехе улучшаются.
Для нагрева инструментов их помещают в магнитное поле, соз-
даваемое индуктором, питаемым от генератора высокой частоты.
В инструментах возбуждаются вихревые токи, которые циркулируют
только в лежащем близко к индуктору тонком поверхностном слое
и нагревают его до требуемой для закалки температуры. Процесс
нагрева продолжается несколько секунд.
Этот метод впервые был предложен в Советском Союзе проф.
В. П. Вологдиным в 1926 г., когда он начал первые исследования
по применению токов высокой частоты для нагрева под закалку с
использованием машинных генераторов. В 1935 г. проф. В. П. Во-
логдин практически использовал этот метод в промышленности. В
том же году советскими инженерами был предложен метод исполь-
зования для-закалки инструмента установок с ламповыми генера-
торами.
540
МАШИННЫЕ И ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Современная электротехника располагает двумя видами промыш-
ленных установок для получения высокочастотных токов: 1) вра-
щающимися машинами (машинные генераторы) и 2) генераторами с
электровакуумными приборами (ламповые генераторы). Машинные
генераторы —наиболее старый тип высокочастотного оборудования—
с развитием электровакуумной техники стали вытесняться лампо-
выми генераторами. Ламповые генераторы выгоднее применять при
малых и средних мощностях, а машинные — при больших. Лампо-
вые генераторы применяют в диапазоне частот 15 000-М07 гц (коле-
баний в секунду), а машинные— лишь в пределах 50-М5000 гц
Рис. 511. Схема высокочастотной установки с машинным генератором:
1 — пусковое устройство; 2 — двигатель переменного тока; 3 — мощный гене-
ратор твч.; 4 — возбудитель генератора; 5 — контурные конденсаторы;
6 и 7 — витки рабочего трансформатора; 8 — индуктор; 9 — нагреваемый
инструмент
(на более высокие частоты их трудно настраивать). С повышением
частоты тока в более тонком поверхностном слое возбуждаются
вихревые токи. При поверхностной закалке инструмента диаметром
до 40 мм находят применение исключительно ламповые генераторы,
как обеспечивающие требуемый поверхностно нагреваемый слой
от 0,2 до 2,5 мм; при закалке инструмента диаметром свыше 40 мм
и большей глубине поверхности нагреваемого слоя можно применять
машинные генераторы, дающие возможность легко и быстро полу-
чать закаленный слой до 4—6 мм без перегрева.
Схема высокочастотной установки с машинным генератором
представлена на рис. 511. Установка состоит из мотора-генератора
(для преобразования трехфазного переменного тока обычного на-
пряжения в ток высокой частоты) и нагревательного индуктора, ко-
торый создает поле высокой частоты, возбуждающее в нагреваемом
инструменте вихревые токи. К достоинствам машинных генераторов
следует отнести простоту регулирования режима их работы и высо-
кий к.п.д. установок, достигающий 80% (ламповые генераторы
541
35—55%). В настоящее время имеется несколько промышленных
типов машинных генераторов: 1) на частоту 2000 гц мощностью 50,
150 и 500 кет; 2) на частоту 5000 гц мощностью 250 квт\ 3) на час-
тоту 15000 гц мощностью 250 кет.
Схема высокочастотной установки с ламповым генератором пред-
ставлена на рис. 512. Сплошными линиями выделены три состав-
ные части установки: I — выпрямитель, II — генераторная часть
и III — нагревательный контур. Трехфазный ток с частотой 50 гц
поступает от сети в трансформатор /, где его напряжение повы-
шается до 8000 в. Газотроны 2, катоды которых накаливаются током
от трансформатора 3, преобразуют переменный ток высокого на-
пряжения в постоянный. Отрицательный полюс газотронного вы-
Рис. 512. Схема высокочастотной установки с ламповым генератором
прямителя подводится к катоду генераторной лампы 5. Положи-
тельный полюс подводится к аноду генераторной лампы. В цепи
положительного контура имеется дроссель 4, который не пропускает
ток высокой частоты от генераторной лампы обратно в выпрямитель
и в питающую сеть трехфазного тока. Трансформатор 6 служит для
накала катода генераторной лампы. Последняя пропускает подводи-
мый к ней постоянный ток отдельными импульсами с частотой
в несколько сотен тысяч колебаний в секунду. Чтобы лампа не
нагревалась, ее анод охлаждается проточной водой, которая пода-
ется по резиновым трубкам из водопровода. В сетку генераторной
лампы включены конденсатор 7 и сопротивление 8. В конденсаторе
9 и трансформаторе 10 импульсы, посылаемые лампой, превращают-
ся в высокочастотный ток, который проходит по индуктору 11 и
возбуждает вихревые токи в инструменте 12. Эти вихревые токи на-
гревают поверхностный слой инструмента до температуры закалки.
Обычно к первичной обмотке трансформатора 1 подводится ток
напряжением 220/380 в. Таким образом, данная установка состоит
из трансформатора для повышения указанного напряжения тока до
8000—10000 в, газотронного выпрямителя для преобразования трех-
фазного переменного тока в постоянный, лампового генератора для
542
преобразования постоянного тока высокого напряжения в ток высо-
кой частоты и нагревательного индуктора.
В настоящее время наша промышленность выпускает такие
установки мощностью от 80 до 450 кет.
МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО НАГРЕВА ПОД ЗАКАЛКУ ТОКАМИ
ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Существует ряд методов поверхностного нагрева под закалку
токами высокой частоты, но для режущего инструмента в основном
находят применение два из них: индуктивный и кондуктивный.
Рис. 513. Схемы индуктив-
ного (а) и кондуктивного
(б) нагрева
Рис. 514. Схема одновремен-
ного нагрева
Схема индуктивного нагрева приведена на рис. 513, а. Между
индуктором 1 и инструментом 2 имеется воздушный зазор 2—3 мм;
нагрев распространяется по поверхности инструмента в зоне, от-
меченной двойной штриховкой.
Схема кондуктивного нагрева показана на рис. 513,6. Индуктор 1
разорван и присоединен к инструменту 2. Ток идет по индуктору 1
и инструменту 2. Благодаря близости индуктора нагрев инструмен-
та будет производиться по зоне 5, отмеченной штриховкой.
При индуктивном методе возможны два способа нагрева: 1) од-
новременный нагрев и закалка сразу всей подлежащей обработке
поверхности и 2) непрерывно-последовательный нагрев и закалка
(методом перемещения).
Наиболее простым является первый способ высокочастотной тер-
мической обработки. Этот способ, обладающий максимальной про-
изводительностью, требует наличия довольно мощного генератора.
Схема такой закалки показана на рис. 514. Таким методом могут
543
быть закалены инструменты сравнительно небольшой длины раз-
личной конфигурации.
Непрерывно-последовательная закалка дает значительно мень-
шую производительность, чем одновременная, но обладает тем
достоинством, что позволяет закаливать инструменты большой дли-
ны при генераторе небольшой мощности. Сущность этого метода
показана на рис. 515. Закаливаемому инструменту сообщается вра-
щательное и поступательное движения. По мере прохождения ин-
струмента через индуктор он нагревается, а затем, опускаясь ниже,
закаливается обильной струей воды, бьющей из душирующего
устройства.
Рис. 515. Схема непрерывно-последовательного нагрева
В зависимости от формы инструмента и места закалки на нем
индукторы бывают одновитковые и многовитковые. Индукторы из-
готовляются из красной меди. Их делают охлаждаемыми в случае
необходимости нагревать непрерывно-последовательным способом
инструменты значительной длины.
Закаливать нагретый инструмент можно также при помощи по-
лого индуктора, во внутренних стенках которого сделаны отверстия
диаметром 1—1,5лш. После выключения тока в индуктор пропуска-
ют воду, которая через отверстия попадает на нагретую поверхность
инструмента, быстро ее охлаждая. Отверстия должны быть равно-
мерно расположены по всей поверхности стенки в достаточном ко-
личестве. При охлаждении необходимо поворачивать закаливаемый
инструмент. Иногда нагретый инструмент охлаждают непосред-
ственно в баке с охлаждающей жидкостью, расположенном под ин-
дуктором.
544
Большое значение такой метод термической обработки имеет при
изготовлении метчиков, напильников, плашек, протяжек, фрез и
других инструментов, не требующих глубокой закалки.
У метчиков достаточно закаливать лишь поверхностные слои на
небольшую глубину, поэтому при закалке метчиков находят при-
менение токи более высокой частоты (до 1 000 000 гц), обеспечивающие
контурный прогрев детали. Здесь обычно применяют индуктивный
способ нагрева.
Рис. 516. Автоматический станок для закалки метчиков
Так как поверхностный нагрев метчиков производится очень
быстро, то большое значение приобретают механизация и автоматиза-
ция процесса. Во ВНИИ для этой цели сделана специальная установ-
ка, представленная на рис. 516.
Автомат имеет бункерное устройство для загрузки метчиков
(М8—М12), откуда они по одной штуке попадают в механизмы ори-
ентации. Такой механизм состоит из двух вращающихся в противо-
положные стороны валов, имеющих между собой расстояние, поз-
воляющее хвостовой части метчика проскакивать между ними, а
рабочей — нет. В механизме ориентации метчики устанавливаются
в вертикальное положение хвостовиком вниз. Затем они попадают
в вертикальную трубку, в конце которой удерживаются заслонкой.
Под заслонкой помещен индуктор, куда метчики попадают из вер-
тикальной трубки и также удерживаются заслонкой. В индукторе
метчики нагреваются до нужной температуры и сбрасываются в за-
калочный бак, откуда транспортером подаются на стол рабочего или
в сборный ящик.
18 Металлорежущие инструменты
545
Вся работа на такой установке, производится автоматически.
Установка позволяет в 2—3 раза повысить производительность тру-
да в сравнении с обычными методами, сократить длительность про-
изводства в 4 раза и снизить себестоимость термообработки в срав-
нении с соляным нагревом на 40%.
Оптимальными условиями при автоматической закалке углеро-
дистых метчиков являются: температура закалки 880—900° С при
скорости нагрева 150—200° в секунду, а температура отпуска 170°С
с выдержкой при этой температуре 1,5 ч.
Рис. 517. Автоматический станок для закалки напиль
ников (модель ВНИИ-4А)
Высокочастотная термическая обработка напильников обладает
рядом достоинств, в частности, значительно улучшает качество
их термической обработки вследствие наличия только поверхност-
ного закаленного слоя. Закалка напильников обычно осуществляет-
ся непрерывно-последовательным индуктивным методом. Закрепле-
ние напильников в рамки и одновременная их термическая обработка
значительно ускоряют процесс.
В настоящее время изготавливаются три типа автоматических
закалочных станков: 1) модель ВНИИ-4А для плоских, квадратных и
полукруглых напильников, 2) модель ВНИИ-5 для круглых и трех-
гранных напильников и 3) модель ВНИИ-6 для мелких напильников
длиной 150—200 мм всех основных профилей.
546
В станках имеется разгрузочный магазин, в гнездо которого од-
новременно вставляются 21 (ВНИИ-4А и ВНИИ-5) и 39 (ВНИИ-6)
напильников.
На рис. 517 представлен автоматический закалочный станок
модели ВНИИ-4А. Из гнезда магазина станка напильник через спе-
циальное провальное отверстие и сменные верхние направляющие
попадает в верхнюю пару ведущих роликов. Эти ролики вращаются
навстречу друг другу, благодаря чему захватывают напильник и
продвигают его вниз. После этого напильник проходит между ро-
ликами второй пары и попадает в индуктор, где нагревается и,
выходя из него, закаливается в специальных душирующих устрой-
ствах. Охлажденные участки напильника попадают в верхнюю пару
ведущих роликов нижней каретки. Таким образом осуществляется
строго вертикальное движение напильника через индуктор.
Станок для закалки трехгранных напильников имеет в каждой
группе не два, а три ролика, причем центровые линии осей роликов
Рис. 518. Схема про-
хождения вихревых
токов в разрезной
плашке
образуют равносторонний треугольник.
Такие установки обеспечивают повышение
производительности труда в 2 раза, сокраще-
ние длительности производства в 2—3 раза и
снижение себестоимости термообработки в сра-
внении с соляными ваннами в 2 раза.
Многообразие конструкций фрез требует
при высокочастотной термической обработке
особого подхода в каждом отдельном случае
к выбору как индуктора, так и режима на-
грева. Для нагрева цилиндрических фрез ре-
комендуется применять многовитковые ин-
дукторы, а для дисковых — одновитковые.
Во время нагрева фрезы необходимо вра-
щать для получения равномерного нагрева
по всей поверхности.
Неразрезные круглые плашки термически обрабатывать то-
ками высокой частоты весьма трудно. Дело в том, что нагрев внут-
ренних поверхностей малого диаметра (менее 2 мм) вызывает тех-
нические трудности в изготовлении индуктора. Кроме того, сложная
внутренняя конфигурация плашки, наличие резьбы и т. д. затруд-
няют подбор надлежащего индуктора и режима работы.
Разрезная плашка легко может быть нагрета в цилиндричес-
ком индукторе как по наружной, так и по внутренней рабочей по-
верхности. На рис. 518 схематически показано прохождение вихре-
вых токов через разрезную плашку. Таким способом можно закали-
вать плашки с диаметром резьбы менее 20 мм, а более крупные
можно нагревать под закалку индуктором, помещенным внутри
отверстия.
Применение токов высокой частоты при термической обработке
протяжек резко уменьшает их коробление и способствует по-
18*
547
вышению качества. При малой мощности генератора. термичес-
кую обработку протяжки можно производить с помощью одновитко-
вого индуктора непрерывно-последовательным нагревом и закалкой.
Если же мощность генератора достаточна, то можно применять мно-
говитковый индуктор. В этом случае вихревой ток направляется
вдоль режущих граней.
Необходимо отметить, что при высокочастотной термической об-
работке трудно регулировать температуру нагрева детали. Имею-
щиеся опыты с перегревом отдельных марок углеродистых и легиро-
ванных сталей на 250—300°С сверх нормальной для них температуры
не показали какого-либо влияния такого перегрева на их структуру,
что объясняется мгновенностью процесса термической обработки,
вследствие чего зерно стали не успевает расти. Опыты показали так-
же, что при этом методе термической обработки можно произвести
закалку на «оптимальный слой», при котором температурные напря-
жения, образующиеся в металле во время нагрева, будут компенси-
рованы напряжениями превращений, происходящих при закалке.
При высокочастотной закалке на оптимальных режимах нагре-
ва и охлаждения наблюдается увеличение твердости стали на 2—4
единицы HRC по сравнению с твердостью, получаемой после обычной
Закалки. Это явление получило название сверхтвердости.
При назначении режимов высокочастотной закалки инструмен-
та необходимо точно устанавливать температуру закалки и скорость
нагрева. Замер температуры необходимо производить фотоэлектри-
ческими пирометрами, а при отсутствии таковых — оптическими,
которые дают сравнительно небольшую ошибку — до 15°. Время
нагрева необходимо измерять с помощью реле времени или при от-
сутствии его — секундомером.
ГЛАВА XXI
ОСОБЕННОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЖУЩЕГО
ИНСТРУМЕНТА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для обеспечения высокой стойкости и производительности
инструментов необходимо, чтобы рабочие части имели соответствую-
щую твердость и сопротивляемость изнашиванию. Общая твердость
инструмента достигается правильной термической обработкой, под
которой понимаются тепловые процессы, способствующие повыше-
нию твердости. Такими процессами являются закалка и отпуск ин-
струментов. Этим процессам подвергаются все режущие инструмен-
ты (напильники только закалке).
Для улучшения процесса отпуска, кроме обычного проведения
процесса, применяется обработка при температурах ниже нуля
градусов, а также обработка в атмосфере пара. Завершающей опе-
рацией является антикоррозионная обработка инструментов.
Рациональное использование указанных выше процессов обес-
печит надлежащую стойкость и производительность режущих ин-
струментов.
ЗАКАЛКА ИНСТРУМЕНТА
Нагрев инструмента для закалки не должен быть очень быстрым,
чтобы весь материал успел равномерно прогреться; в то же время
слишком медленный нагрев, особенно в окислительной атмосфере,
вызывает появление окалины, а следовательно, портит поверхность
инструмента. Продолжительность выдержки инструмента в печи
зависит от марки стали и размеров инструмента. При этом время
выдержки должно быть достаточным для структурных превращений,
но вместе с тем во избежание выгорания углерода с поверхности
инструмента нельзя передерживать его в печи.
Углеродистые стали закаливают не насквозь, так как сердце-
вина закаливаемого инструмента не может охлаждаться с быстро-
той, соответствующей критической скорости охлаждения.
£49
Углеродистая сталь характеризуется весьма узким интервалом
оптимальных температур нагрева и весьма высокой чувствитель-
ностью к перегреву. Неравномерность нагрева и охлаждения вызы-
вает различные изменения в форме, приводящие к растрескиванию
инструмента ввиду появления различных структурных составных
частей. Толстые части инструмента растрескиваются меньше, чем
тонкие. Большая продолжительность нагрева перед охлаждением и
связанный с этим рост зерна усиливают деформации в инструменте,
что является причиной изменения его формы.
Претерпеваемые сталью объемные изменения имеют большое
значение, так как являются причиной неудач в заводской практике,
особенно при изготовлении точных фасонных инструментов. Уста-
новлено, что степень увеличения объема зависит от температуры
нагрева, в связи с чем необходимо понижение последней до возмож-
ных пределов.
На качество закалки инструмента большое влияние оказывает
скорость охлаждения. Она зависит, с одной стороны, от самого ин-
струмента (его веса, химического состава материала и температуры
нагрева), а с другой — от свойств закаливающей жидкости, ее
температуры и количества.
Охлаждение углеродистой инструментальной стали при закалке
должно быть интенсивным. С увеличением веса инструмента умень-
шается скорость его охлаждения, а значит и твердость после
закалки. Чем выше температура закаливаемого инструмента, тем
резче получается закалка.
С другой стороны, на качество закалки влияет и охлаждающая
среда. Разные жидкости обладают разной способностью закалива-
ния, что объясняется главным образом неодинаковой скрытой теп-
лотой их испарения. Чем выше скрытая теплота парообразования
жидкости, тем больше тепла она отнимает от инструмента в момент
погружения его в жидкость.
Все применяемые для закалки жидкости можно разделить на
три категории:
а) обеспечивающие сильную закалку — холодная вода (15—
25°С); вода, слегка подкисленная соляной, серной или уксусной кис-
лотой (2%-ной); водные растворы поваренной соли (до насыщения),
хлористого аммония (10—15%), соды и др;
б) обеспечивающие умеренную закалку — вода, покрытая тон-
ким слоем масла (20—40 мм)\ нефть, мазут, глицерин, жидкое ми-
неральное масло, растительное масло (льняное, сурепное), топле-
ное сало, ртуть, кипящая вода (100°) и др.;
в) обеспечивающие слабую закалку — расплавленный свинец,
цинк, олово, легкоплавкие сплавы с оловом и сурьмой и т. д.
Особую категорию жидкостей, применяемых при закалке быстро-
режущих и легированных сталей, представляет расплавленная се-
литра, обеспечивающая надлежащую стойкость инструмента и га-
рантирующая отсутствие трещин.
550
Применение при закалке воды в качестве охлаждающей среды
вызывает быстрое охлаждение инструмента не только в начальный
период процесса, но и в конце — в области мартенситных превраще-
ний, что в результате приводит к высоким напряжениям и трещинам
в инструменте. Поэтому рекомендуется охлаждать инструмент в
воде лишь до его потемнения, а затем в масле.
Количество закаливающей жидкости также оказывает влияние
на качество закалки: чем больше жидкости, тем равномернее за-
калка.
Длинные тонкие инструменты (например, полотна пил и т. п.)
лучше всего закаливать, закрепляя йх между железными плитами,
благодаря чему предотвращается их коробление.
Нормы твердости углеродистой инструментальной стали после
закалки в условиях рациональных режимов термической обработки
приведены в табл. 97.
Таблица 97
НОРМЫ ТВЕРДОСТИ УГЛЕРОДИСТОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ
РАЗЛИЧНЫХ МАРОК ПОСЛЕ ЗАКАЛКИ
Марка стали Температура за- калки, °C Охлаждающая среда Твердость после за- калки HRC
У12, У12*А 760—780 Через воду в масло 62-65
У10, У10А 770—780 То же 62—64
У10Г, У10ГА 760—810 Масло 61—63
У9, У9А 780—810 Через воду в масло 62—64
У8, У8А 790—820 Вода 61—63
У8Г, У8ГА 800—830 Через воду в масло 61—63
У7, У7А 800—830 Вода 61-63
При наличии в стали структуры тонкопластинчатого или мелко-
зернистого (точечного) перлита рекомендуется выбирать темпе-
ратуру закалки по нижнему пределу, а в случае наличия грубого
неоднородного перлита — по верхнему пределу или на 5—10°
выше его. Инструмент сложной формы и крупного размера следует
предварительно подогревать при температурах 350—450° С.
Продолжительность выдержки для получения сплошного про-
грева инструмента определяется примерными нормами нагрева,
приведенными в табл. 98.
Введение в сталь улучшающих примесей вызывает изменение
температурных пределов и режима термической обработки. Терми-
ческую обработку инструментов из хромистых сталей необходимо
вести при более высоких температурах по сравнению с инструмента-
ми из углеродистых сталей. Лучше всего нагревать их выше 800°С,
но значительно этот предел не превышать, иначе может произойти
перегрев, особенно стали с содержанием 0,5—1,0% С и Мп^-0,5%.
551
Таблица 98
ПРИМЕРНЫЕ НОРМЫ НАГРЕВА ИНСТРУМЕНТА
ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ
Нагревательная установка Температура нагрева, °C Время прогрева в сек на 1 мм диа- метра или тол- щины
Свинцовая ванна . . Соляная ванна . . . Электропечь сопро- тивления 770—820 770—820 770—820 6,8 12—14 50—80
Закалку рекомендуется производить в масле во избежание получе-
ния излишней хрупкости. Хром, понижая требуемую скорость
охлаждения стали, делает возможной сквозную закалку инстру-
мента. При правильной закалке инструмента из хромистой стали
наблюдается мелкозернистое строение структуры.
Температурные режимы закалки хромистых и хромокремнис-
тых сталей, применяемых при изготовлении режущих инструмен-
тов, приведены в табл, 99.
Таблица 99
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ ЗАКАЛКИ ХРОМИСТЫХ
И ХРОМОКРЕМНИСТЫХ СТАЛЕЙ
Марка стали Температура закалки, °C Охлаждающая среда Твердость после закалки HRC
не менее
ИХ 810—830 Масло 62
X 840—860 » 62
9ХС 840—860 » 62
На ряде заводов закалку указанных сталей производят в расплав-
ленной селитре.
Термическая обработка вольфрамовой стали В1 не отличается
от термообработки углеродистых инструментальных сталей с тем
же содержанием углерода. Сталь В1 менее чувствительна к пере-
греву и имеет более высокую твердость и износоустойчивость в за-
каленном состоянии. Режим термической обработки этой стали ха-
рактеризуется температурой закалки 800—850°С при охлаждении
в воде. Твердость после закалки HRC не ниже 62.
Из числа хромовольфрамовых и хромовольфрамомарганцовис-
тых сталей по общесоюзному стандарту для режущих инструмен-
тов применяются стали ХВГ, ХВСГ и ХВ5. Первая из них, малоде-
552
формирующаяся при термической обработке, применяется при из-
готовлении протяжного инструмента, вторая используется при
изготовлении круглых плашек, разверток и другого режущего
инструмента, а третья, обладающая после закалки чрезвычайно
высокой твердостью и устойчивостью против истирания, приме-
няется при изготовлении отделочного инструмента, работающего
на малых сечениях стружки и по очень твердым материалам.
Температурные режимы термической обработки этих сталей
приведены в табл. 100.
Таблица 100
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ ЗАКАЛКИ
ХРОМОВОЛЬФРАМОВЫХ
И ХРОМОВОЛЬФРАМОМАРГАНЦОВИСТЫХ СТАЛЕЙ
Марка стали Температура закалки, °C Охлаждающая среда Твердость после закалки HRC
не менее
хвг 830—850 Масло . * . . 62
хвсг 840—860 » 62
ХВ5 800—820 Вода .... 65
При закалке инструментов из быстрорежущей стали температура
нагрева должна быть высокой — близкой к температуре начала оп-
лавления. Структура правильно закаленного инструмента из бы-
строрежущей стали должна быть после закалки полиэдрической,
т. е. в виде неправильных многогранников, плоскости огранения
которых ориентированы под разными углами к осям их простран-
ственных (кристаллических) решеток. В этой структуре должны
находится и карбидные зерна. Слабое развитие такой структуры ука-
зывает, что температура закалки слишком низка. Большая вели-
чина полиэдров свидетельствует о высокой температуре закалки.
Если инструмент перегреть, то по краям полиэдров образуется ле-
дебурит. Таким образом, нагрев инструмента из этой стали надо до-
водить приблизительно до 1300°С (светло-белое каление) и сейчас
же после этого охлаждать для предотвращения образования леде-
бурита.
Увеличениё выдержки при температуре закалки так же, как и
повышение температуры закалки, способствует растворению кар-
бидов и приводит к увеличению легированности мартенсита (после
закалки) и повышению стойкости инструментов. Однако чрезмерное
увеличение выдержки связано с опасностью окисления и обезугле-
роживания поверхности.
Охлаждение при закалке производится в масле. Для фасонного
инструмента сложной конфигурации во избежание коробления и
трещин целесообразно применять ступенчатое охлаждение в калий-
553
ной селитре (KNO3), температура которой поддерживается в пределах
450—550°С. Более высокие режущие свойства инструмента получают-
ся при изотермической закалке, которая производится в калийной се-
литре с точным регулированием температуры ванны (620—630°С) и
времени выдержки в ней (20 мин)-, при такой закалке наблюдается
выделение мелкодисперсных карбидов, что при последующем ох-
лаждении способствует более полному превращению аустенита.
Выделившиеся дисперсные карбиды повышают износоупорность
стали. Более длительная выдержка ведет к чрезмерному обеднению
аустенита и ухудшению режущих свойств стали вследствие падения
красностойкости.
Температурные режимы закалки быстрорежущих сталей при-
ведены в табл. 101.
Таблица 101
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ ЗАКАЛКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ
СТАЛЕЙ
Марка стали Температу- ра нагрева для закал- ки, °C Охлаждающая среда Твердость после за- калки HRC
Р18 1280—1300 Селитра или масло . . 62-64
Р9 1240—1260 То же 62—63
Р9Ф5 1230-1250 » 64—65
Р14Ф4 1250—1270 » » 64—65
Р18Ф2 1270—1290 » 64—65
Р9К5 1230—1250 » 64—65
Р9К10 1220—1250 » 64—65
Р10К5Ф5 1230—1250 » » 64—65
Р18К5Ф2 1270—1290 » » 64—65
Таблица 102
ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПОДОГРЕВА
И ОКОНЧАТЕЛЬНОГО НАГРЕВА ПОД ЗАКАЛКУ РАЗЛИЧНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
Вид инструмента Продолжительность подогрева Т мин до тем- ператур, °C Продолжи- тельность окончательно- го нагрева под закалку Т мин
550-600 | 800-850
Метчики, развертки, сверла, круглые протяжки и прочий стерж- невой инструмент Фрезы, насадные развертки, на- садные зенкеры, имеющие D-d 2 <h Круглые и накатные плашки, л. D—d фрезы, у которых g > Л . . T = bD „ . О— d T = cD „ D—d T — aD _ D— d
1 — b 2 Т = bh Т~с 2 Т = ch T-a- 2 T = ah
.554
«1
Ef
S
\O
ce
M
О
X
Щ
s
X
x
e
e
CD
О
x
X
Ш
X
co
| г, мин/мм | быстроре- жущей 0,30—0,35 0,8—1,1
3 быстро- режущей 0,35—0,50 1 2,0—2,5
•сГ з стали углеродистой и легиро- ванной 0,30—0,40 1 to 7
инструмента и быстрорежу- щей 0,09—0,12 1 0,25
wvt/Hnvt Ч для легированной 0,15—0,20 1 1,0—1,2
углеродистой 0,10—0,17 0,30—0,35 (без подогрева) о" (без подогрева) 0,7—0,8 1,2—1,5 (без подогрева)
Тип печи Соляная ванна Свинцовая ванна Камерная печь
Рассмотренные выше
особенности закалки угле-
родистых, легированных и
быстрорежущих сталей по-
зволяют учесть поведение
при нагреве и закалке от-
дельных марок указанных
сталей. При практическом
проведении процесса за-
калки необходимо для
уменьшения термических
напряжений и во избежа-
ние перегрева и обезуглеро-
живания стали, а также
для уменьшения времени
выдержки при высокой
температуре производить
предварительный подогрев
инструмента. Инструмент
из углеродистой и леги-
рованной стали нагрева-
ется с одним подогревом
до температуры 550—600°С,
а инструмент из быстроре-
жущей стали — с двумя
подогревами: первый — до
550—600°С и второй — до
800—850°С.
Продолжительность по-
догрева и окончательного
нагрева под закалку мо-
жет быть определена по
эмпирическим формулам,
приведенным в табл. 102.
Продолжительность на-
грева по этим формулам
определяется, исходя из
размера сечения основ-
ного тела инструмента (без
режущей части) или по его
габаритным размерам. За
расчетные величины при
определении по размеру
сечения основного тела
принимаются: D — диа-
метр режущей части ин-
струмента, мм; d —г диа-
555
метр отверстия инструмента, мм; h — высота или толщина, мм;
коэффициенты а, b и с приведенные в табл. 103.
ОТПУСК ИНСТРУМЕНТА
Отпуск инструментов из углеродистых и легированных инстру-
ментальных сталей дает возможность снять внутренние напряжения
в стали после закалки и предотвратить образование трещин; кроме
того, отпуск улучшает механические качества инструмента.
В зависимости от метода нагрева следует различать два вида
отпуска: 1) с нагревом в ванне или печи и 2) за счет внутренней
теплоты самого инструмента, закаливаемого частично (в этом слу-
чае печь или ванна не нужны). Большей частью применяют первый
вид отпуска.
Отпуск производят непосредственно после закалки и осущест-
вляют в масляной или селитровой ванне из смеси солей (55% KNO3+
+45% NaNO3), а также в электропечах типа 0—20 (ПН-31) и 0—36
(ПН-32). Отпуск инструмента из углеродистых сталей производят
при температуре 160°С и выше в зависимости от требуемой твердости.
Для придания инструменту твердости HRC 60—63 температура
отпуска должна быть 160—180° С. Эта температура при времени вы-
держки 1—2 ч обеспечивает снятие 60—70% остаточных напряжений.
Если необходима более высокая вязкость при пониженной твердости,
инструмент подвергают отпуску при 230—275°С. Охлаждение при
Температура отпуска
для инструментов из леги-
рованных инструменталь-
ных сталей зависит от мар -
ки стали. Температурный
режим отпуска приво-
дится в табл. 104.
Выдержка при темпера-
туре отпуска зависит от
размера инструмента. Дли-
тельность выдержки реко-
мендуется принимать со-
гласно табл. 105.
отпуске производится на воздухе.
Таблица 104
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ ОТПУСКА
ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Марка стали Температу- ра, °C Охлаждающая среда
X 150—250 Спокойный воздух
9ХС 150—200 То же
В1 150—170 » »
ХВГ 160—220 » »
ХВ5 120—150 » »
Отпуск инструментов из быстрорежущих инструментальных
сталей производят в печах того же типа, что и отпуск инстру-
ментов из углеродистых или легированных сталей, но при более вы-
соких температурах. При низких температурах отпуска (100—200°С)
происходит уменьшение тетрагогальной решетки мартенсита и со-
кращение объема. Более высокий нагрев (до 550°С) не вызывает пре-
вращений. Нагрев в пределах 550—600°С обеспечивает выде-
ление карбидов из остаточного аустенита. При последующем
охлаждении остаточный аустенит превращается в мартенсит (вто-
556
Таблица 105
ВЫДЕРЖКА ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОТПУСКА
И ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗМЕРА ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ
УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Диаметр или толщи- на инстру- мента, мм Тип печи Выдержка при темпе- ратуре от- пуска, ч
До 20 21—40 41—60 61—80 Масляная или селитровая ван- на Печь 0—20 (ПН-31) или 0—36 (ПН-32) То же » » 1,0 1,5 2,0 2,5
ричная закалка). Температура отпуска выше 600° С приводит к
превращению аустенита и мартенсита в структуру троститного типа.
Повторение процесса отпуска ведет к превращению в мартенсит
дополнительных количеств аустенита. Структура быстрорежущей
стали после отпуска состоит из игольчатого мартенсита и избыточ-
ных карбидов.
При недостаточной температуре и длительности отпуска между
иглами мартенсита обнаруживается остаточный аустенит. Количе-
ство остаточного аустенита уменьшается по мере повышения тем-
пературы отпуска, увеличения его продолжительности или числа от-
пусков (многократный отпуск). При многократном отпуске получает-
ся мартенсит более легированный, чем при длительном однократном
отпуске, что придает инструменту из быстрорежущей стали более
высокие режущие свойства.
Для инструментов из быстрорежущих сталей температуру от-
пуска принимают согласно табл. 106.
Таблица 106
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ ОТПУСКА ИНСТРУМЕНТОВ
ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ
Марка стали Темпера- тура, °C Охлаждающая среда Число отпусковX X продолжитель- ность в час Твер- дость noche отпус- ка HRC
одно- крат- ный многократ- ный
Р18 Р9 Р9Ф5 Р14Ф4 Р18Ф2 Р9К5 Р9К10 Р10К5Ф5 Р18К5Ф2 560 560 575—585 575—585 565—575 575—585 575—585 575—585 575—585 Масло до температуры 200—250°С и далее на возду- хе или селитра с температу- рой 450—550°С с последую- щим охлаждением на воздухе 1X3 1X3 1X3 1X3 1X3 1X3 1X3 1X3 1X3 (2-3) Х1 (2—3)Х1 (2-3) XI (2-3) X1 (2—3)Х1 (2—3)Х1 (2—3)х1 (2-3) Х1 (2-3) Х1 62-65 62—65 64-65 64—65 63—64 64—65 64—66 64—66 64—65
557
Выдержка при температуре отпуска зависит от размера инстру-
мента и принимается согласно табл. 107.
Таблица 107
ВЫДЕРЖКА ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОТПУСКА
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗМЕРА ИНСТРУМЕНТА
ДЛЯ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ
Диаметр или тол- щина инс- трумента, мм Тип печи Выдержка при темпе- ратуре отпуска, ч
До 20 21—40 41—60 61—80 Печь 0-20 (ПН^31) . . . Печь 0-36 (ПН-32) . . . 0,75 1,0 1,25 1,5
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ НИЖЕ НУЛЯ
В 1937 г. появились первые работы советских исследователей по
обработке инструментов при температурах ниже нуля. Необходимо
отметить, что первые исследования по данному вопросу за рубежом,
в частности в США, относятся лишь к 1942 г. Промышленное приме-
нение обработки инструмента при
температурах ниже нуля относится
к 1939 г., когда этот метод использо-
вал завод АТЭ-1, 1-й часовой завод и
многие другие.
Более широкое освоение процесса
обработки стали при температурах
ниже нуля началось после Великой
Отечественной войны и в настоящее
время ряд заводов успешно применяет
этот вид обработки при изготовлении
инструмента. Этот способ обработки
можно использовать для тех сталей,
которые имеют область мартенситного
превращения с нижней точкой ниже0°.
Опыт показывает, что из углеродистых
сталей такими являются лишь те, кото-
Рис. 519. Диаграмма мартен-
ситных превращений
рые содержат более 0,6 % углерода, как это видно из диаграммы, пред-
ставленной на рис. 519. К таким сталям относятся все углеродистые
инструментальные стали, имеющие, нижнюю точку мартенситного
превращения при температурах около—100°C. По мере повышения в
стали количества углерода понижается не только точка конца мар-
тенситного превращения, но и точка начала этого превращения.
Необходимо отметить, что температура охлаждения при этой обра-
ботке должна быть доведена лишь до точки конца мартенситного
558
превращения. Более глубокое охлаждение бесцельно, так как оно
не вызывает дополнительного образования мартенсита. Исследо-
вания показывают, что обработку при температурах ниже нуля
необходимо производить непосредственно после охлаждения при
закалке иди первого отпуска, так как задержка вызывает некоторую
стабилизацию аустенита, в результате чего уменьшается количество
мартенсита, образовавшегося при низкотемпературной обработке.
В отношении обработки легированных сталей необходимо отме-
тить, что легирующие элементы, растворенные в аустените, так же,
как и углерод в углеродистых инструментальных сталях, влияют на
температуру мартенситного превращения, обычно понижая ее при
начале превращения. Влияние легирующих элементов зависит от
содержания в стали углерода, а именно, чем больше его содержание,
тем больше снижается точка начала мартенситного превращения.
Что же касается точки конца мартенситного превращения, то имею-
щиеся пока неполные исследования позволяют предполагать, что
точка конца мартенситного превращения снижается более интен-
сивно, чем точка начала превращения. Отсюда можно сделать вывод,
что чем больше в инструментальной стали легирующих элементов,
тем меньше может быть в стали углерода, при котором еще возможна
обработка при температурах ниже нуля. В остальном легированные
стали при этой обработке ведут себя так же, как и углеродистые.
Более подробно изучено влияние обработки при температурах
ниже нуля на быстрорежущие стали. Особенность превращений в
них состоит в том, что изменение температуры нагрева под закалку
ведет к растворению в аустените карбидов, к изменению его состава.
Поэтому температура мартенситного превращения зависит от тем-
пературы нагрева при закалке. Остаточный аустенит быстрорежущей
стали в определенных пределах может быть переведен в мартенсит
и при отпуске быстрорежущей стали. Но необходимо отметить, что
вторичный мартенсит, полученный при отпуске, обеднен углеродом и
легирующими элементами вследствие явлений выделения карбидов
из аустенита при температуре отпуска. При низкотемпературной
обработке мартенсит, полученный при температурах ниже нуля,
обладает некоторыми особыми свойствами, еще недостаточно иссле-
дованными, но, видимо, повышающими хрупкость стали. Поэтому,
применяя обработку при температурах ниже нуля после первого
отпуска, можно добиться значительно более полного распада оста-
точного аустенита, но, учитывая повышение при этом хрупкости ста-
ли, в ряде случаев необходимо давать еще последующий отпуск.
Исследования, произведенные над резцами из быстрорежущей
стали, показали, что резцы, обработанные при температурах ниже
нуля и однократно отпущенные, равноценны и даже немного лучше
резцов, обработанных с трехкратным отпуском, т. е. низкотемпера-
турная обработка заменяет два отпуска быстрорежущей стали.
Обработка при температурах ниже нуля позволяет, кроме того, ис-
править дефекты неполноценного нагрева до меньших температур,
559
чем полагается при закалке или отпуске, и обеспечивает получение
вполне качественного инструмента. Опыт показывает, что обработка
литого инструмента из стали Р18 при температурах ниже нуля
позволяет избежать отжига и закалки отливки, применяя низкотем-
пературную обработку сразу после литья и давая в дальнейшем
только двукратный отпуск.
°C
/200
800
400
О
200
°C
200
800
400
О
200
2 4 6 8 Ю 12 /4 часа
д)
Рис. 520. Различные варианты термической обработки быстрорежущего ин-
струмента
На рис. 520 представлены различные варианты термической об-
работки инструмента из быстрорежущей стали Р18 ^применением
температур ниже нуля (б, в, г, д') в сопоставлении с нормальной (а)
термической обработкой. Стойкостные испытания, произведенные
над резцами, термически обработанными по указанным выше ва-
риантам, показали, что лучшими, но более дорогими вариантами яв-
ляются г и д, а худшим — вариант а.
Оборудованием для проведения процесса обработки при темпе-
ратурах ниже нуля может служить любая установка, обеспечиваю-
560
щая температуру обработки ниже.—75°С. В настоящее время на
наших заводах в первую очередь применяются специальные установ-
ки, в которых используются для охлаждения жидкий кислород
(—183°), а также смесь жидкого воздуха и жидкого азота (—120°).
На рис. 521 представлена такая установка, работающая на жидком
кислороде. Она состоит из двух ванн: стационарного бака 1 для ки-
слорода и охладителя 3 инструмента. Камеры в баке / иохладителе3
изготовляются из меди. Изолирующим материалом служит стеклян-
ная вата. Жидкий кислород доставляют в специальных баллонах
и сливают в бак 1, откуда он по мере надобности по трубопроводу 2
подается в охладитель 3 к барабану 5, в который загружают ин-
струменты. Отработавший испарившийся кислород из охладителя 3
выпускают на воздух. Измерительные приборы помещаются на щите
4 бака 1, а на охладителе 3 расположена термопара 6 для измерения
температуры. Установки с жидким воздухом и жидким азотом имеют
аналогичное устройство.
Иногда применяют специальные небольшие установки (рефри-
жераторы), в которых охлаждающими реагентами являются жидкий
метиленхлорид (до —84°), фреон (до —85°), а также ряд других
реагентов. Можно использовать также раствор твердой углекислоты
в спирте или ацетоне. Охлаждения этих жидкостей достигают тем,
что в спирт или ацетон бросают кусочки сухого льда до тех пор, пока
лед не будет плавать на поверхности. Это соответствует температуре
—78° С. Подвергаемые охлаждению инструменты кладут в сосуд,
вставляемый в термос, в котором находятся углекислота и спирт
или ацетон. Постоянство температуры обеспечивается периодическим
добавлением твердой углекислоты.
561
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА В АТМОСФЕРЕ ПАРА
Недавно стал применяться отпуск инструментов из быстроре-
жущей стали в атмосфере пара, выполняемый: 1) после процесса за-
калки, как нормальный многократный отпуск инструмента из дан-
ной стали, и 2) в виде последней операции после шлифования и за-
точки.
Рис. 522. Режим отпуска инструмента из быстрорежущей стали
в атмосфере пара после закалки
Рис. 523. Режим термической обработки инструмента
из быстрорёжущей стали в атмосфере пара после шли-
фования и заточки
При проведении с помощью пара нормального процесса отпуска
сущность его заключается в том, что перегретый пар (до 300°С)
создает в специальной печи воздушную среду, в которую вводится
инструмент и троекратно нагревается. Атмосфера пара предохраняет
562
поверхность инструмента от образования окалины, а это избавляет
инструмент от последующей химической очистки. Препятствием к
появлению на поверхности инструмента окалины является образо-
вание на ней тонкой пленки (в основном магнитной окиси железа
Fe3O4) толщиной 2—3,5лис,
прочно сцепляющейся с ос-
новным металлом. По-
верхность инструмента
приобретает при этом ров-
ный темно-синий цвет, хо-
роший товарный вид и
повышенную, коррозион-
ную стойкость.
Для проведения процес-
са инструмент после закал-
ки должен быть тщательно
очищен от окалины и со-
лей и подвергнут химичес-
кой очистке. После этого
инструмент загружают в
герметически закрываю-
щуюся электропечь при
температуре 350—400°С и
выдерживают 20—30 мин
до полного прогрева садки.
Затем в камеру печи впус-
кают перегретый (до 300°С)
пар и температуру печи
повышают до 550—570°С.
Нагрев и выдержку при
указанной температуре
производят в течение 1 ч
при непрерывном потоке
перегретого пара. По окон-
чании выдержки инстру-
Рис. 524. Схема печи типа Ц-30 или Ц-60
для обработки паром:
1 — манометр; 2 — запасный клапан; 3 — паро-
провод, переходящий в пароперегреватель; 4 —
пароперегреватель; 5 — загрузочные корзины;
6 — контейнер; 7 — нагреватель; 8 — вентилятор
мент вместе с корзинами
охлаждают на воздухе до
комнатной температуры, а
затем снова загружают в
печь для второго и третьего отпусков. Такой режим отпуска
представлен на рис. 522.
Если инструмент подвергается обработке паром в виде последней
операции после шлифования и заточки с целью повысить его корро-
зионную стойкость и режущие свойства, то инструмент нагревают
до 540—550°С и выдерживают в печи 30—60 мин.
Режим термической обработки инструмента из быстрорежущей
стали для этого процесса приведен на рис. 523.
563
Для обработки паром применяют герметически закрывающиеся
шахтные печи типа Ц-30 и Ц-60 (рис. 524), в которые под давлением
0,1—0,3 атм (10-— 30 кн]м*} от любого источника подается сухой
пар до 300°С непосредственно в камеру печи при помощи зме-
евика, уложенного в крышке, или при помощи специального
устройства в виде электропечи пароперегревателя, установленного
рядом с печью.
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТОВ
Во втором и третьем изданиях данного учебника (1941—1945 гг.)
указывалось, что в термической обработке инструмента стали при-
менять закалку под давлением, обеспечивающую повышение стой-
кости инструмента при наличии высокого давления [до 10 000—
25000 кПсм? (1000—2500 Мн/м2)] при закалке стали в матрицах
пресса. В течение последующих двадцати лет этот вопрос не полу-
чал практического внедрения его в промышленности. Лишь по-
следние несколько лет им занялись вновь и появилось много работ,
показывающих эффективность совмещения термической обработки
и пластической деформации в едином процессе, который получил
наименование термомеханической обработки (ТМО). Термомехани-
ческой обработке могут подвергаться как различные стали, так и
сплавы, в том числе и инструментальные стали, в первую очередь
быстрорежущие. Различают два основных вида термомеханической
обработки: 1) высокотемпературную (ВТМО) и 2) низкотемператур-
ную (НТМО), получившую за границей название «аусформинг-про-
цесса».
При высокотемпературнойтермомеханической обработке деформа-
цию (наклеп) стали производят в зоне устойчивости аустенита, т. е.
в районе температуры Аез, причем после деформации следует резкая
закалка, а затем отпуск. Поскольку при ВТМО температура дефор-
мации лежит выше температуры рекристаллизации, то необходимо
при этом иметь такую скорость деформации, чтобы не успела пройти
собирательная рекристаллизация, уничтожающая эффект упрочне-
ния.
При низкотемпературной термомеханической обработке дефор-
мацию (наклеп) стали производят в области относительной устойчи-
вости метастабильного аустенита при температуре, которая ниже
температуры мартенситного превращения. Здесь тоже сразу после
деформации следует резкая закалка, а затем отпуск. Как дальнейшее
совершенствование термомеханической обработки недавно предло-
жены: 1) ударная термомеханическая обработка и 2) термомеханико-
магнитная обработка.
При первом методе металл одновременно подвергают термическо-
му воздействию и динамической нагрузке вследствие гидравличес-
ких ударов и механических колебаний, возбуждаемых в жидкости
электрическим разрядом.
При втором методе термомеханическая обработка металла соче-
564
тается с наложением во время закалки или отпуска магнитного поля.
Исследования, проведенные в последние годы, показали, что
вопрос применения термомеханической обработки для целого ряда
сталей является неоспоримым. При использовании метода термоме-
ханической обработки необходимо учитывать возможности имеюще-
гося прессового оборудования, так как значительное улучшение
свойств сталей достигается, особенно при НТМО, в случае приме-
нения очень больших степеней деформации (до 90% и выше). Осо-
бенно важным является вопрос о дальнейшей обработке деталей
после термомеханической обработки и прежде всего вопрос меха-
нической обработки, которая сводится лишь к шлифовочным опера-
циям или применению электроискровой обработки.
Для инструментального производства наиболее разработанным
является вопрос термомеханической обработки быстрорежущих
сталей и в первую очередь стали марки Р18 благодаря работам,
проведенным ВНИИ, который рекомендует использовать в этом
случае применение низкотемпературной термомеханической обра-
ботки (НТМО). При проведении исследовательских работ была опро-
бована возможность применения при НТМО стали Р18 таких специ-
фических методов обработки, как штамповка в закрытом штампе,
прессование и выдавливание.
Исследования показали, что изготовленные таким методом пла-
стины для резцов обеспечили при работе стойкость более высокую по
сравнению со стойкостью резцов, закаленных обычным способом.
Увеличивается прочность и твердость стали, а также красностой-
кость. В результате ВНИИ рекомендует использовать метод термоме-
ханической обработки при изготовлении в первую очередь рабочих
деталей сборного инструмента.
АНТИКОРРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
Инструменты после термической обработки легко поддаются дей-
ствию коррозии (ржавлению). Для борьбы с коррозией инструмент
подвергается дополнительной обработке — оксидированию, т. е.
покрытию его поверхности оксидной пленкой, предохраняющей от
ржавчины. Различают два способа оксидирования: химический и
термический.
Химический способ оксидирования применяется в основном для
инструментов из углеродистой и легированной сталей. Инструмен-
ты из быстрорежущей стали этим способом оксидировать доволь-
но трудно, хотя и возможно. При химическом оксидировании ин-
струмент предварительно должен быть обезжирен, промыт в проточ-
ной воде и протравлен для очистки поверхности. Лишь после этого
он подвергается химическому оксидированию в ванне следующего
состава:
Сода каустическая .................. . 650 г
Азотнокислый натрий.................... 250 г
Вода .................................... 1л
565
Инструменты загружают в кипящую ванну при температуре
135°С, которая поддерживается во все время оксидирования. Дли-
тельность процесса для легированных сталей — от 30 до 60 мин,
для углеродистых — 30 мин. В результате процесса на поверхности
инструмента появляется черная оксидная пленка, состоящая из
магнитной окиси железа, которая предохраняет инструмент от кор-
розии. После оксидирования инструмент промывают в проточной
воде, а для повышения антикоррозионной устойчивости проводят
последующее кипячение в течение 15—20 мин в 10 %-ном растворе
эмульсии, после чего инструмент сушат, протирают и смазывают ва-
зелиновым маслом.
Химическому оксидированию инструмент подвергают как перед
заточкой, так и после нее.
Способ термического оксидирования применяют для инструмен-
тов из быстрорежущей стали. Этот способ состоит в том, что инстру-
мент перед отпуском травят или обдувают песком для удаления солей
и прочих налетов, способствующих ржавлению. В процессе отпуска
при высокой температуре (500—560°С) на поверхности инструмента
появляется прочная тонкая оксидная пленка как результат воздей-
ствия на металл кислорода воздуха. В дальнейшем она предохраняет
инструмент от коррозии.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТОВ
Для определения качества термической обработки инструмен-
тов необходим правильный контроль этой операции.
Контроль должен обеспечивать проверку:
1. Изменения внешних размеров инструмента, в частности кри-
визны стержневых инструментов, отверстий насадного инструмента,
изменения шага и среднего диаметра резьбы метчиков и т. д.
2. Наличия местного и общего оплавления, трещин и других на-
ружных дефектов.
3. Твердости инструмента и его микроструктуры.
4. Отпуска быстрорежущего инструмента по содержанию оста-
точного аустенита.
Контроль деформаций инструмента, наблюдаемых в результате
процессов термической обработки, имеет большое значение для
его качества.
Кривизну стержневых инструментов с коническим хвостовиком
проверяют в центрах с помощью индикатора, а с цилиндрическим
хвостовиком — на плитах или на специальном прокатном станке,
где инструмент проходит между двумя плитами, установленными
на расстоянии, превышающем их диаметр на допуск по кривизне.
Изменение диаметра и формы отверстия у насадных инструментов
контролируют с помощью калибров. Изменение шага резьбы у мет-
чиков проверяют с помощью шагомера, а изменение среднего диа-
566
•метра резьбы — с помощью резьбового микрометра со сменными
вставками.
Дефекты, вызванные местным и общим оплавлением, трещинами
и другими наружными изъянами, выявляют внешним 100%-ным
осмотром, а в ряде случаев при помощи металлографического ана-
лиза.
Контроль твердости, производимый при проверке термической
обработки у инструментов, имеющих параллельные плоскости, вы-
полняют прибором Роквелла, а у инструментов сложной конфигура-
ции — с помощью тарированного трехгранного напильника.
Металлографический анализ, производимый выборочно, позво-
ляет выявить структуру, которую инструмент получил в резуль-
тате термической обработки. Но подобный контроль структуры не
дает возможности выявить разницу в содержании остаточного ау-
стенита в нормально отпущенном и недоотпущенном инструменте.
Контроль недоотпуска быстрорежущей стали осуществляется маг-
нитным методом. Наряду с высокой чувствительностью магнитный
контроль обладает тем преимуществом, что является методом, не
требующим специальной подготовки поверхности. Магнитным мето-
дом инструмент может быть проконтролирован сразу же после термо-
обработки. По этому методу работают аустенометры — магнитные
анализаторы различных систем. С их помощью можно проверить
качество отпуска сверл, фрез, протяжек и других инструментов.
В результате процесса отпуска инструмента из быстрорежущей
стали количество остаточного аустенита — вредной структуры,
снижающей режущие свойства инструмента,— постепенно сни-
жается. Например, в инструменте из стали Р9 после закалки коли-
чество остаточного аустенита доходит до 38,3%, после первого от-
пуска— до 13,8%, после второго — до 7,6% и после третьего —
до 5,7%. Об уменьшении количества остаточного аустенита, являю-
щегося немагнитной структурой, свидетельствует соответствующее
изменение магнитных свойств и, в частности, рост величины маг-
нитной проницаемости, что и использовано в конструкциях аусте-
нометра.
Основной частью прибора являются две катушки, каждая из
которых имеет две обмотки — намагничивающую и измерительную.
В одну из катушек помещают эталон, в другую — контролируемый
инструмент. При этом в измерительных обмотках индуцируются
токи, которые после выпрямления проходят через потенциометр.
К концам потенциометра присоединен микроамперметр, отклонение
стрелки которого указывает на различие в величине магнитной про-
ницаемости эталона и контролируемого инструмента. Чем меньше
в структуре инструмента аустенита, тем выше будет его магнитная
проницаемость и соответственно большее отклонение стрелки микро-
амперметра. Таким образом, по величине отклонения стрелки
микроамперметра судят о качестве отпуска каждого испытуемого
инструмента.
567
Аустенометр конструкции ВНИИ серийно выпускается Челя-
бинским инструментальным заводом для контроля после отпуска
спиральных сверл диаметром 15—50 мм. Аналогичные приборы из-
готавливаются для сверл диаметрами 0,15—0,1 мм, 1—5 мм, 5—
15 мм.
По указанному принципу работают и аустенометры для диско-
вых фрез диаметром 60 мм и толщиной от 0,5 до 2,5 мм, а также диа-
метром 75 мм и толщиной от 1 до 5 мм, выпускаемые Челябинским
инструментальным заводом под маркой МАДФ 60-75.
Указанные приборы ВНИИ и МАДФ могут быть отградуированы
и использованы потребителем для контроля термообработки и дру-
гих инструментов: метчиков, разверток, концевых фрез, протяжек
и пр.
ГЛАВА XXI1
МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ РАБОЧИХ ЧАСТЕЙ ИНСТРУМЕНТА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для обеспечения высокой стойкости и производительности ин-
струментов необходимо, чтобы рабочие части имели соответствующую
твердость и сопротивляемость изнашиванию. Если общая твердость
инструмента достигается правильной термической обработкой, то
для поверхностных слоев рабочих частей инструмента одной терми-
ческой обработки часто бывает недостаточно.
В поверхностных слоях режущего инструмента обычно наблю-
дается ряд дефектов возникающих как в результате неправильного
ведения процесса термической обработки, так и в результате слож-
ного физико-химического воздействия частиц обрабатываемого
металла, окружающей среды, смазки и т. п. на рабочие поверхности
инструмента.
Основными из этих дефектов являются обезуглероживание или
окисление; недостаточная по твердости структура как результат
термической обработки; дополнительные напряжения и, кроме того,
грубая микрогеометрия рабочих поверхностей инструмента. В ряде
случаев для повышения стойкости инструмента необходимо обеспе-
чить такое состояние поверхностного слоя режущего лезвия, которое
уменьшает налипание снимаемой стружки при проведении процесса
резания.
Дефекты рабочих частей инструментов ликвидируются проведе-
нием одной из указанных ниже операций, носящих общее наимено-
вание «улучшение», под которым подразумеваются цианирование,
электролитические покрытия и электроискровое упрочнение*.
Улучшение инструмента обычно производится после его термической
обработки.
ЦИАНИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
Цианированием называется процесс одновременного насыщения
стали углеродом и азотом, проводимый в специальных установках
при определенных температурах.
* Электроискровое упрочнение рассматривается в гл. XXIII.
569
Известны три вида цианирования: жидкостное, Газовое и сухое
(в твердых средах).Наиболее распространенным из них является жид-
костное цианирование в соляных цианистых ваннах, в свою очередь
подразделяющееся на низкотемпературное и высокотемпературное.
Последнее редко применяется при изготовлении режущего инстру-
мента. Впервые жидкостное цианирование было применено на Горь-
ковском автозаводе в 1930 г.
Газовое цианирование также разделяется на низкотемператур-
ное и высокотемпературное. Впервые оно было применено на заводах
ЗИЛ и «Фрезер» в 1939 г.
Последний вид— сухое цианирование (в твердых средах)—имеет
ограниченное применение. Оно используется в тех случаях, когда по
условиям производства реализовать два первых метода цианиро-
вания невозможно.
В результате цианирования получается поверхностный слой кар-
бидов и нитридов глубиной 0,02—0,04 мм.
Цианирование в соляных цианистых ван-
нах. Одним из методов повышения стойкости инструментов из бы-
строрежущих сталей является цианирование их в соляных циа-
нистых ваннах.
С повышением температуры цианирования увеличивается ско-
рость науглероживания и уменьшается скорость насыщения стали
азотом, а с понижением температуры происходит обратное явление.
Низкотемпературное цианирование быстрорежущих сталей про-
изводится при тейпературах ванны 550—570°С, в результате чего в
основном происходит азотирование и в очень малой степени наугле-
роживание.
Химический процесс, протекающий при низкотемпературном
цианировании, может быть представлен следующим образом. На
поверхности ванны при высокой температуре происходит окисление
кислородом воздуха цианида в цианат:
2NaCN + О2 = 2NaCNO,
а цианат NaCNO в свою очередь соединяется с кислородом воздуха
2NaCNO + О2 = Na2CO3 + СО + 2N.
Полученная окись углерода СО реагирует с железом:
2 СО + 3 Fe = Fe3C + СО2;
азот же образует нитриды с железом и легирующими элементами
стали:
N + Fem = FemN; N + Wm = WmN
и т. д. Кроме того, в глубине ванны восстанавливается образовав-
570
шийся на поверхности цианат и создаются активно действующие про-
дукты:
2 NaCNO = Na2CO3 + 2 NaCN + СО + 2 N.
Ванна должна быть жидкой, поэтому смесь цианистых солей дол-
жна иметь температуру плавления ниже рабочей на 70—80°.
Чаще всего применяются следующие смеси цианистых солей:
а) 50% цианистого калия KCN и 50% цианистого натрия NaCN
с температурой плавления смеси около 490°С;
б) 96—98% цианистого натрия NaCN и 4—2%соды Na2CO3
с температурой плавления смеси около 550°С;
в) 60% цианистого натрия NaCN и 40% соды Na2CO3 с темпера-
турой плавления смеси около 440°С.
Последняя смесь наиболее жидка. Она не дает значительного
прилипания солей к обрабатываемому инструменту при извлечении
последнего из смеси, что имеет место при других составах цианистых
солей. Вследствие разложения цианида с образованием соды во
время работы состав смеси в ванне постепенно теряет цианид и обо-
гащается содой. Состав смеси в ванне восстанавливается 90%-ным
техническим цианистым натрием.
Процесс цианирования инструментов производят после их тер-
мической и механической обработки. Инструменты погружают в
тигель с расплавленными цианистыми солями на крючках, проволоке
и т. п. и выдерживают в зависимости от веса инструмента, его формы
и назначения от 4 до 30 мин.
После низкотемпературного цианирования инструменты посту-
пают в специальный шкаф, где их подвешивают для охлаждения на
воздухе, а затем промывают в проточной воде до растворения при-
липших солей и просушивают.
В результате цианирования структура поверхностного слоя ин-
струментов существенно изменяется. Планированная поверхность
приобретает новые свойства, которые обеспечивают большую стой-
кость инструмента в работе и в первую очередь чрезвычайно высокую
твердость (до HRC 60—71 для быстрорежущей стали вместо HRC
60—64 после обычной термической обработки). Цианирование ин-
струмента изменяет также и условия скольжения стружки по ин-
струменту. Коэффициент трения стружки по цианированной поверх-
ности значительно уменьшается, в результате чего при одних и тех же
режимах резания стружка по цианированной поверхности проходит
легче и меньше нагревает режущую кромку, что значительно облег-
чает условия работы инструмента. Таким образом, цианирование,
повышая стойкость инструмента, в то же время понижает степень из-
нашиваемости режущих поверхностей и удлиняет срок службы
инструмента.
Цианированный слой при его высокой режущей способности
довольно хрупок, поэтому цианирование целесообразно приме-
571
нять для инструментов, работающих без значительных ударных на-
грузок. Для предотвращения повышенной хрупкости инструмента
следует избегать получения слишком большой глубины цианирован-
ного слоя и наружной карбидной корочки, хотя последняя до изве-
стного предела оказывает положительное влияние на режущие свой-
ства инструмента, поэтому нет необходимости добиваться ее пол-
ного устранения. Так как диффузия происходит одновременно с
передней и задней поверхностей режущего инструмента, на острие
его получается более интенсивное насыщение, чем по поверхности,
— острие пронизывается насквозь углеродом и азотом до сече-
Рис. 525. Расположение
цианированного слоя на
режущей части инстру-
мента
ния АА (рис. 525). Следовательно, размер
цианированного слоя для инструментов
с малыми углами заострения режущих
поверхностей (метчики, плашки, резь-
бовые фрезы и др.) необходимо ограни-
чить в большей степени, чем для инстру-
ментов с большими углами заострения
режущих граней.
Размер слоя и концентрация карбидов
на углах инструмента регулируются вы-
держкой в ванне и ее составом.
Повышение стойкости и производитель-
ности инструментов, подвергнутых низко-
температурному цианированию, достигает-
ся лишь в том случае, если инструменты
предварительно были правильно терми-
чески обработаны. Так, например, недостаточная твердость ре-
жущих инструментов, полученная после термической обработки,
почти не изменяетя после цианирования, так как тонкий поверх-
ностный цианированный слой обладает высокой износоустойчиво-
стью лишь в тех случаях, когда он имеет под собой достаточно твер-
дую прокладку. В противном случае этот слой вдавливается, разры-
вается на части и быстро снимается стружкой. Обезуглероживание,
образующееся при нагреве под закалку, тоже влияет на качество
цианирования, если обезуглероженный слой не удален при заточ-
ке инструмента. Неглубокий обезуглероженный слой еще может
быть целиком компенсирован цианированием; при глубоком же
слое этого сделать нельзя, и в результате получаются низкая стой-
кость и малая производительность цианированных инстру-
ментов.
Цианирование производят в железных тиглях, нагреваемых элек-
тричеством или газом. Требованиям для проведения этого процес-
са удовлетворяют электрические печи с нихромовыми элементами
типа В-20 и В-30. На рис. 526 показана электропечь типа В-20
(ВЦ-22). Печь В-30 (ВЦ-23) отличается от нее лишь размерами и
формой тиглей, а также потребляемой мощностью. В табл. 108 при-
ведены основные характеристики этих печей;
572
Таблица 108
ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ ДЛЯ ЦИАНИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА
Тип печи Размер тигля, мм Рабочая температура, °C Мощность, кет
новое обозначение старое обозначение диаметр высота
В-20 ВЦ-22 300 535 850 20
В-30 ВЦ-23 400 535 850 30
Рис. 526. Электрическая печь-
ванна для цианирования
Цианистые соли являются сильнейшим ядом, поэтому печи для
цианирования и шкафы снабжают вытяжными кожухами с плотно
закрытыми дверцами.
Работа при таких печах требует большого внимания обслужи-
вающего персонала и предварительной его подготовки.
573
При обработке инструментов простых профилей на ряде заводов
применяют для цианирования более слабую смесь — желтую кро-
вяную соль (KjFeCjNj) с добавлением 10—30% едкого кали (КОН),
которая до расплавления не ядовита и не требует специальных усло-
вий для хранения. Недостатками ее являются отложение сажистого
осадка на поверхности инструмента и необходимость частой очистки
ванны от загрязнений.
Целесообразность применения цианирования режущих инстру-
ментов решается в зависимости от того, по каким поверхностям ин-
струмента происходит износ и по каким поверхностям производит-
ся его переточка.
Инструменты, которые изнашиваются по задней, а перетачиваются
по передней поверхности, как, например, фасонные резцы, резьбовые
и червячные фрезы, долбяки и др., следует цианировать при их из-
готовлении. Повторное цианирование после переточки нецелесооб-
разно.
Инструменты, которые изнашиваются и перетачиваются по
одним и тем же поверхностям, как, например, цилиндрические и кон-
цевые фрезы, метчики и развертки при за’гочке их по заборному ко-
нусу, шлицевые фрезы, отрезные резцы и др., следует цианировать
как при изготовлении, так и после каждой переточки.
Высокотемпературное цианирование в отличие от низкотемпера-
турного производится при 780—850°С, причем оно совмещается с
нагревом под закалку, т. е. инструменты из цианистой ванны, на-
гретой до температуры закалки, переносятся непосредственно в за-
калочный масляный или водяной бак. Для высокотемпературного
цианирования применяют ванны с концентрацией цианистого натрия
в пределах 5—15%.
Цианирование при высоких температурах широко применяется
для измерительных инструментов, изготовленных из различных ле-
гированных и углеродистых инструментальных сталей.
Высокотемпературное цианирование можно применять и для
режущих инструментов, которые закаливают при температуре циа-
нирования и после термической обработки не подвергают шлифова-
нию (например, напильники)'.
Рассмотренные выше методы цианирования в соляных цианистых
ваннах имеют ряд недостатков, а именно: ядовитость цианистых
солей, сложность процесса, необходимость наличия вспомогатель-
ного оборудования, непостоянство состава ванны, возможность
получения при увеличении выдержки слоя повышенной хрупкости.
Газовое цианирование. Недостатки методов циани-
рования в соляных цианистых ваннах в значительной степени ус-
траняются при газовом цианировании, которое происходит в среде
карбюризирующего газа и аммиака.
Газовое цианирование осуществляется главным образом с ис-
пользованием: 1) пиролизных газов, содержащих большое количе-
ство углеводородов, и 2) генераторных газов, содержащих в основ-
574
ном окись углерода. Вторым составляющим газом в обоих случаях
является аммиак.
Раздельное получение активного углерода и азота допускает
возможность во время процесса цианирования регулировать кон-
центрацию и процентное соотношение газа в желаемых пределах
(табл. 109).
Таблица 109
СОСТАВ СМЕСИ ГАЗОВ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО
ГАЗОВОГО ЦИАНИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА
Наименование газа Количество газа в смеси, %
к а рбюри- зирующий газ аммиак
Газ пиролиза керосина Каменноугольный генераторный . . Древесноугольный » . . Светильный Природный 65—75 85—95 65—75 70-75 60—70 ОО ОО со о о сл сл сл 1 1 1 1 1 ОО ND ND — ND О СП СП О СП
. Применение генера-
торных газов позволило
значительно упростить
конструкцию установок
и удешевить процесс.
При использовании ге-
нераторного газа рас-
ход аммиака почти в 2
раза меньше, чем при
пиролизном газе; кроме
того, легче избежать об-
разования в поверхно-
стном слое инструмента
белой хрупкой корочки.
Оборудование для
газового цианирования
с применением пиролиз-
ного газа состоит из
следующих устройств:
печи для Г проведения
процесса цианирования;
установки для полу-
чения пиролизного га-
за; установок для рис> 527. Печь
для газового цианирования
очистки и осушки газа.
Печь для цианирования
может иметь различное конструктивное оформление. На рис.
527 изображена вертикальная печь шахтного типа с герметичес-
575
ки закрывающимся муфелем. Нагрев ее производится нихромовыми
элементами сопротивления, помещенными в кладке. Стальной нержа-
веющий муфель 1 печи имеет кольцевой затвор 2, в который плотно
входит крышка 3, обеспечивая герметичность во время процесса
цианирования. Внутри муфеля помещают загрузочную корзину
4 с отверстиями. По высоте корзины устанавливают решетки, на
которые укладывают обрабатываемые инструменты.
Установка для получения пиролизного газа предназначена для
сухой перегонки керосина. На рис. 528 справа показана одна из
Рис. 528. Схема установки для газового цианирования пиролиз-
ным газом
таких установок. Она состоит из двух отдельных труб, изготовлен-
ных из нержавеющей стали, которые помещены в специальные ша-
мотные трубки с кольцевыми пазами для нихромовых элементов со-
противления. Трубки в свою очередь заключены в общий тепло-
изоляционный кожух.
Таким образом, конструкция установки дает возможность полу-
чать из керосина при нагреве его газ отдельно из каждой трубы
или одновременно из обеих.
Установка для очистки и осушки пиролизного газа предназна-
чена для удаления из газа влаги и смолистых веществ. В установке
имеются два очистителя и один осушитель, изготовленные из труб.
Первый очиститель заполнен водой, и, кроме того, для лучшего
промывания газа в крышке его имеется душевое устройство. Второй
очиститель заполнен соляровым маслом, в нем для лучшего омыва-
576
ния газа устроена принудительная циркуляция масла при помощи
насоса. Осушитель предназначен для осушки очищенного газа; в
нем установлены решетки, на которые засыпаются древесные струж-
ки и хлористый кальций.
Процесс газового цианирования на пиролизном газе проходи!
по определенной технологической схеме, показанной на рис. 528.
Керосин из бачка через специальные регулировочные устройства
подается в пиролизную установку, где разлагается на углеродсодер-
жащие газы при температуре 850—870°С. Полученный таким обра-
зом газ пропускается через очистители и осушитель и далее идет
к газовому щиту, где проходит через реометр (для измерения ско-
рости подачи) и манометр (для измерения величины давления), а
затем поступает в смеситель. С другой стороны из баллона в реометр
поступает аммиак и тоже направляется в смеситель, причем дав-
ление его измеряется манометром. Смесь пиролизного газа и аммиака
по резиновому шлангу подается в муфельную печь для газового циа-
нирования.
Отработавшие газы через дно муфеля печи по трубке поступают
в специальный сосуд, заполненный веретенным маслом, поддержи-
вающий давление в печи. Из указанного сосуда газ идет на дожи-
гание. От тройника, установленного на отводящей трубке после му-
фельной печи, имеется отвод на диссоциометр для определения дис-
социации аммиака.
Указанная установка находит применение для низкотемпера-
турного цианирования инструментов из быстрорежущих сталей при
температуре 500—600°С. В нагретый до 600° муфель закладывают
обрабатываемые инструменты, после чего крышку муфеля гермети-
чески закрывают. Через 15—20 мин, когда инструменты прогре-
ются, в муфель впускают смесь цементирующего газа и аммиака.
В полученной газовой смеси инструменты выдерживают в печи
при температуре 500—600°С в течение определенного времени от
30 до 150 мин, в зависимости от веса инструмента, его формы и на-
значения.
Во время процесса в муфеле поддерживают давление 50—75 мм
вод. ст. (490—736 н1м*).
По окончании процесса нагрев печи прекращают, инструмент
охлаждают сначала в муфеле, а затем на воздухе. Глубина циани-
рованного слоя получается равной 0,02—0,04 мм.
Высокотемпературное газовое цианирование при 700—900°С.
так же, как и жидкостное, применяется для легированных и угле-
родистых инструментальных сталей при изготовлении измеритель-
ных инструментов и, как правило, соединяется с нагревом под за-
калку.
Оборудование для газового цианирования с применением гене-
раторного газа может работать на древесноугольном (или камен-
ноугольном) газе, подаваемом из централизованной установки, и.
древесноугольном газе, получаемом на месте.
20 Металлорежущие инструменты
677
В установке для газового цианирования на древесноугольном
генераторном газе, подаваемом из общей газовой магистрали, газ
поступает сначала в осушитель, наполненный древесной стружкой
для очистки газа от механических примесей и негашеной известью
(СаО) для осушки газа от влаги. Далее газ направляется в погло-
титель, наполненный раствором каустической соды и служащий для
поглощения излишка углекислоты (СО2) из газа. Затем газ прохо-
дит через реометр для определения расхода газа и по трубке по-
ступает в муфель электропечи. Аммиак из баллона через реометр
также поступает в муфель электропечи.
В случае невозможности получения генераторного газа из цен-
трализованной установки рекомендуется установка с самостоя-
тельным генератором, работающим на древесном угле и имеющим
дополнительный электронагрев. Такая установка состоит из гене-
ратора с электрообогревом и аппаратуры для очистки и осушки га-
за. Через специальный люк в генератор загружается древесный
уголь. Через отверстие в нижней части генератора подводится
воздух от вентилятора. Полученный газ отводится в очиститель, где
подвергается предварительной очистке и охлаждению водой, пода-
ваемой через душ. Далее газ поступает в поглотитель, в котором
щелочь (NaOH или КОН) поглощает избыток углекислоты. Из
поглотителя газ поступает в осушитель, в котором имеются две
сетки: одна, заполненная древесной стружкой, для задержки твер-
дых частей, и другая, заполненная негашеной известью, для по-
глощения из газа влаги. После указанной обработки газ поступает
в небольшое газохранилище, в котором создается запас газа.
После процесса газового цианирования инструмент обычно не
подвергается никакой обработке. Проведенные опыты по после-
дующему отпуску инструмента показали некоторое повышение
стойкости его после такой обработки.
Сухое цианирование инструментов производят в
твердых средах, состоящих из древесного угля, опилок, кровяной
соли (натриевой, калиевой, желтой, красной) и углекислых солей
(бария, натрия, калия), взятых в определенных пропорциях. Так.
например, в качестве одного из составов может быть рекомендован
следующий: 60—70% древесного угля и 40—30% кровяной соли.
Древесный уголь должен быть сухим, измельченным до размера
зерен 3—7 мм в поперечнике. Смесь обычно изготовляется мелкими
порциями и тщательно размешивается. Отработавшие смеси мо-
гут быть восстановлены добавлением 10—15% кровяной соли или
углекислой соли (соответственно их составу) и использованы пов-
торно.
Сухое цианирование производят в цементационных печах. Ин-
струменты из быстрорежущей стали цианируют при температуре
560± 10°. Время выдержки обычно колеблется от 1,5 до 4 ч в зави-
симости от типов и размеров инструментов. Сухое цианирование
можно совмещать с отпуском инструментов после закалки.
578
Перед цианированием инструменты, предварительно очищен
ные от грязи и высушенные, укладывают в сварные железные ящи
ки, в которые загружают и смесь для цианирования, после чего
ящики замазывают огнеупорной глиной и ставят в печь. По окон-
чании процесса ящики выгружают из печи и охлаждают до темпе-
ратуры ниже 100—50°С, затем инструменты вынимают и оконча
тельно охлаждают на воздухе.
Такой способ имеет ряд серьезных недостатков по сравнению
с газовым и жидкостным цианированием. Сухое цианирование не-
применимо для стержневых сварных инструментов, так как этот
процесс вызывает отжиг хвостовика из углеродистой стали и ин-
струмент получается неработоспособным.
Процесс сухого цианирования длительнее жидкостного или га-
зового, что увеличивает потребность в оборудовании и площадях
и удорожает стоимость продукции. Инструменты после Сухого циа-
нирования получаются загрязненными, а само сухое цианирование,
безвредное в начале процесса, в дальнейшем является в такой же
мере ядовитым, как и жидкостное, вследствие того, что кровяная
соль безвредна лишь в твердом состоянии, а при расплавлении
становится ядовитой. Таким образом, сухое цианирование приме-
нимо только при отсутствии оборудованной мастерской для газо-
вого или жидкостного цианирования и когда количество обраба-
тываемых инструментов крайне незначительно. Другими словами,
этот вид цианирования рассчитан для использования на мелких
предприятиях.
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ХРОМОМ
Электролитическое покрытие хромом увеличивает твердость
и износоустойчивость режущих частей инструмента. Эта операция
проводится при помощи электролиза, т. е. процесса, связанного с
прохождением электрического тока через электролит.
В ряде случаев хромирование не только повышает твердость и
износоустойчивость инструмента и его способность противостоять
так называемому «налипанию» обрабатываемого материала на
режущие поверхности, но и дает возможность заменить быстроре-
жущие стали углеродистыми или низколегированными инструмен-
тальными.
В процессе хромирования хром осаждается при электролизе
хромовой кислоты обычно в присутствии ионов SO4, восстанавли-
вая хромовую кислоту до металла, который кристаллизуется на
обрабатываемой детали, являющейся катодом, в то время как ано-
дом служит нерастворимый свинец, а в последнее время также и
сталь. При электролизе электролит постепенно теряет хромовую
кислоту и должен быть обогащен введением новой ее дозы. Преиму-
щества покрытия хромом заключаются в том, что его осадок нам-
ного тверже и обладает значительно большим сопротивлением ис-
20*
579
тиранию, чем осадки других металлов, получаемых при других
электролитических процессах. Покрытие поверхности хромом по-
лучается более тонким, чем при других электролитах.
Правильное проведение процесса хромирования предусматри-
вает ряд операций: подготовительных, непосредственного хроми-
рования и последующих. Инструменты хромируют после нормаль-
ной термической обработки с медленным отпуском для снятия внут-
ренних напряжений.
После медленного отпуска необходимо шлифование и полирова-
ние инструмента. Шлифование производят таким образом, чтобы
снять определенный слой металла инструмента под хромирование.
После шлифования инструмент необходимо полировать для
обеспечения хорошей сцепляемости его с хромом и получения воз-
можно более гладкой поверхности, так как обычно все неровности
на хромированной поверхности повторяются в более выраженном
виде, чем они имелись до хромирования. Полирование производят
пастой ГОИ или наждачной пастой.
После полирования необходимо произвести электрохимическую
подготовку инструментов под хромирование, которая состоит из
двух операций: обезжиривания и декапирования. Обезжиривание
инструментов в процессе хромирования производят химическим
или электролитическим способом.
При электролитическом способе, который применяется в настоя-
щее время, обезжиривание производят в щелочном растворе,
а инструмент подвешивают в ванну, как катод или анод.
Для катодного электролитического обезжиривания применяют
специальные растворы (табл. НО).
Таблица 110
СОСТАВ РАСТВОРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗЖИРИВАНИЯ
Температура ванны 70—80°С при катодной плотности тока в
пределах 2—6 а/дм?. Обычно обезжиривание продолжается 1—
2 мин.
Анодный процесс обезжиривания, проводимый при тех же сос-
тавах электролита, отличается от катодного большей длительно-
стью и отсутствием наводороживания, получающегося при катод-
ном процессе. После обезжиривания инструмент промывают в
баке с проточной водой и под водяным душем.
580
Декапирование заключается в стравливании слабых структур-
ных составляющих на поверхности инструмента, полученных после
шлифования, и является подготовкой поверхности кхромированию
для обеспечения лучшей сцепляембсти хрома с основным мате-
риалом.
Для декапирования применяют специальную ванну следующего
состава: 100 г хромового ангидрида (СгО3), 2—3 а серной кислоты
(H2SO4) на 1 л воды при плотности тока 5 а/дм2, температуре 18—
20°С, времени выдержки 1 мин.
После указанных подготовительных операций инструмент под-
вергают непосредственному процессу хромирования. Основными
факторами в технологии хромиро-
вания являются плотность тока и
температурный режим электроли-
та. Для хромирования режущего
инструмента можно рекомендо-
вать плотность тока от 20 до 35
а/дм2 при температуре 50—60°С.
Хромовые ванцы должны рабо-
тать в очень узких пределах кон-
центрации электролита. Нор-
мальный состав его (на 1 л во-
ды): 250 г хромового ангидрида и
Рис. 529. Схема установки для
электролитического хромирова-
ния:
/ — ванна; 2 — свинцовая пластинка
— анод; 3 — режущий инструмент —
катод; 4 — электролит; 5 — реостат;
6 — аккумуляторная батарея
2,5 г серной кислоты. Продолжи-
тельность хромирования от 1 до
15 мин.
Хромирование проводят в же-
лепных ваннах (баках), покрытых
внутри кислотоупорной эмалью. Внутри ванны (сбоку или на дне)
имеется свинцовый змеевик, по которому проходит горячая вода
или вода и пар для сообщения ванне соответствующей температу-
ры. В настоящее время для поддержания этой температуры приме-
няют специальные приборы-автоматы.
На рйс. 529 представлена схема электролитического хромиро-
вания. Ионы хрома получают положительный заряд и устремляют-
ся к инструменту, являющемуся отрицательным полюсом. Дости-
гая поверхности инструмента, ионы хрома теряют свой заряд и
осаждаются на нем в виде металлического хрома.
Хромовая ванна очень едкая, поэтому работу проводят в рези-
новых перчатках и даже в масках.
При хромировании металлический хром поглощает много водо-
рода, выделяемого из раствора хромовой кислоты в процессе ее
электролиза. Водород способствует повышению твердости хрома,
но в то же время вызывает внутренние напряжения в осадке хрома,
вследствие чего последний покрывается тончайшими трещинами и
порами. Кроме того, водород является причиной хрупкости хро-
ма, вызывающей отслаивание покрытия от основного металла ин-
lh 19 Металлорежущие инструменты
581
струмента.Это отслаивание меньше при тонких слоях хрома,менее
обогащенных водородом. В практике хромирования инструментов
целесообразнее осаждать более толстые слои хрома, поэтому при-
ходится принимать все меры для обезводороживания хрома. Водо-
род можно удалить из слоя хрома путем подогрева хромированного
инструмента. Рекомендуется вести подогрев в кипящей воде или
масле при температуре ниже отпуска инструмента. Твердость хро-
мированного инструмента при этом падает незначительно — не
более чем на 2—3 единицы по Роквеллу.
Обезводороживание можно проводить: 1) в воздушной ванне
при температуре от 140 до 190°С; 2) в масле при температуре от
140 до 190°С; 3) в воде при температуре 100°С в течение 2—4 ч\
4) в селитровой ванне из 50% азотнокислого натрия и 50% азотно-
кислого калия при температуре 275—290°С в течение 2—4 ч. Та-
кой термической обработкой и последующей очисткой хромирова-
ние инструмента заканчивается.
Хромирование широко применяют для режущих инструментов
из углеродистой и малолегированной инструментальных сталей.
Хорошо работают хромированные сверла, развертки, метчики и
тому подобные инструменты. Хромирование сверл резко увеличи-
вает их стойкость и сокращает случаи поломок вследствие улуч-
шения выхода стружки и уменьшения ее прилипания к канавке,
что особенно важно при сверлении легких сплавов и цветных метал-
лов в условиях повышенных режимов резания.
ГЛАВА XXIII
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ИНСТРУМЕНТОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В настоящее время начали широко применяться новые методы
обработки заготовок инструментов, основанные на использовании
не только механической и тепловой, но и электрической и химичес-
кой энергии. Увеличилось число методов обработки, исполь-
зующих одновременное воздействие нескольких видов энергии.
Пока неизвестны способы обработки, в которых съем металла
осуществляется непосредственно электрической энергией. Обычно
электрическая энергия преобразуется в зоне обработки в тепло-
вую, химическую или механическую.
Новые методы обработки заготовок инструментов включают
следующие известные и промышленно освоенные, или разраба-
тываемые в лабораториях способы обработки: электроискровой
(электроэрозионный), анодно-механический, электронно-лучевой,
ультразвуковой, комбинированный ультразвуковой и электроис-
кровой, комбинированный ультразвуковой и электрохимический,
световым лучом и электрохимический.
ЭЛЕКТРОИСКРОВАЯ ОБРАБОТКА
Электроискровая, или, как менее точно ее называют, электро-
эрозионная обработка основана на тепловом действии импульсов
(электрических разрядов) электрического тока, подводимого не-
посредственно (гальваническая связь) к электроду-инструменту и
заготовке с целью придания последней заданной формы и размеров
(размерная обработка), или для изменения структуры и качества
поверхностного слоя (упрочнение или покрытие). Электроискро-
вой способ обработки металлов основан на использовании явления
электрической эрозии. Электрической эрозией металлов называется
разрушение электродов под действием самостоятельного электри-
ческого разряда. Если разряд протекает в газовой среде (воздух),
19 Металлорежущие инструменты 583
то это явление сопровождается переносом материала с одного элек-
трода на другой.
Переключение цепи электрического тока всегда сопровождает-
ся определенной формой электрического разряда. Разрыв электри-
ческих цепей сопровождается обычно дуговым электрическим раз-
рядом. В появляющейся при этом электрической дуге наблюдается
перенос металла с катода на анод, на котором металл оседает плот-
ным слоем. Возникновение дугового разряда при размыкании це-
пи, как известно, обусловлено*тем, что индуктивность цепи в мо-
мент ее разрыва служит резервуаром энергии, поддерживающим
разрываемый ток.
Известно, что с помощью стационарной, т. е. непрерывно го-
рящей электрической дуги, совершенно невозможно осуществить
какую-либо размерную обработку металлов, хотя в этом случае с
одного электрода на другой могут быть перенесены значительные
количества материала.
Однако, если применить нестационарную электрическую дугу,
так называемые дуговые электрические импульсы, длительностью,
значительно большей 10'3сек, и непрерывно охлаждать место об-
работки любой жидкостью, то возможно осуществить грубую об-
работку поверхностей. Поскольку в этом случае любые металличес-
кие электроды будут быстро сгорать, то обычно применяются элек-
троды, изготовленные из угля или кокса. В этом заключается элек-
троимпульсный, а правильнее, электродуговой способ обработки
металлов. Его производительность достигает 6000 мм3/мин при
расходе электроэнергии 12 кет* ч (43* 10е дм:) на 1 кг удаленного ме-
талла, но класс чистоты получаемых поверхностей весьма низкий.
Этот способ применяют для предварительной обработки поверх-
ностей.
Поскольку для обработки металлов этим способом применяют
дуговой электрический разряд, то в полном соответствии с теорией
электрической эрозии для его осуществления необходимо приме-
нять обратную полярность, т. е. обрабатываемая заготовка дол-
жна быть катодом.
Для выполнения процессов электроимпульсным способом
создано несколько типов станков, выпускаемых Троицким заводом
Челябинского совнархоза.
Если энергию, запасенную в индуктивной цепи, направить с
помощью включения емкости параллельно разрываемым контак-
там в другие места цепи, то при определенных значениях емкости
дуга исчезнет. Таким образом, весь запас энергии, накопившейся
в контуре, будет сосредоточен в конденсаторе, и вместо дуги при
замыкании или размыкании электродов появится другая форма
разряда — искровой импульсный разряд, и металл, как правило,
будет переноситься уже с анода на катод.
Искровой разряд отличается от электрической дуги. Вследствие
того, что время существования искрового разряда значительно
584
меньше, чем дуги, на поверхности рабочих электродов не наблю-
дается глубоких структурных превращений;
По той же причине искровой разряд более локализован, что
дает возможность проводить процесс в строго намеченном месте.
В искровом разряде металл переносится практически в неокис-
ленном виде, чего не наблюдается в дуге.
Благодаря указанным свойствам
троэрозионный, способ обработки
металлов позволил обрабатывать
металлы и сплавы любой твердости.
Экспериментально установлено,
что величина и знак электрической
эрозии зависят в основном от трех
переменных: 1) электрической схе-
мы, 2) состава и состояния среды, 3)
состава материала электродов.
Основное внимание необходимо
уделять электрическим параметрам
схемы, поскольку изменение их дает
возможность управлять процессом
эрозии в широком диапазоне. Сос-
тав, состояние среды и материалы
электродов влияют на ход процесса
эрозии в относительно меньшей сте-
пени.
Основной частью любой установ-
ки электроискрового действия яв-
ляемся генератор импульсов элек-
трического тока — ГИЭТ. При ра-
боте генератора в течение времени
ние энергии, которая в конце этого периода времени, называемого
временем разряда, освобождается. Для размерной обработки i
не превышает 10‘3 сек,
В настоящее время имеются два вида накопителей электричес-
кой энергии, могущих обеспечивать импульсный режим, а именно:
1) конденсаторы и 2) индуктивность. Оба они в отдельности или в
сочетании используются при электроискровой обработке, обеспе-
чивая работу по одной из схем, приведенных на рис. 530, а, б,
виг,
В схеме без емкости (рис. 530, а) для получения импульсного
разряда при низком напряжении тока одному из электродов (обыч-
но катоду — обрабатывающему инструменту) сообщают движение,
в то время как другой электрод (сбычно анод — обрабатываемая
деталь) остается неподвижным. В данном случае энергия отдель-
ного импульсного разряда определяется изменением напряжения
и силы тока в цепи в момент разряда. Способность по этой схеме
работать при чрезвычайно малых межэлектродных промежутках
электроискровой, или элек-
Рис. 530. Схемы, используе;
мые при электроискровой об-
работке
t происходит накаплива-
ют
585
делает ее применение в ряде случаев весьма желательным. Этот
тип схемы носит название схемы /?. Такая схема работает на низком
.напряжении тока до 30—35 в.
Стремление вложить в каждый импульс возможно большее ко-
личество энергии привело прежде всего к поднятию напряжения,
подаваемого к электродам, далеко за пределы, лимитируемые ве-
личиной максимального напряжений дуги, что заставило приме-
нить меры, не допускающие появления и развития дугового элек-
трического разряда. Это осуществляется параллельным под-
ключением емкости— батареи конденсаторов. Таким образом, поя-
вилась вторая схема электроискровой обработки с подключением
емкости, как представлено на рис. 530, б. Такая схема работает
при высоком напряжении тока — от 50 до 220 в или при низком
напряжении — до 30—35 в. Схема с емкостью состоит из включен-
ного последовательно сопротивления R и емкости С, включенной
параллельно обрабатываемой детали и обрабатывающему инстру-
менту. Сопротивление R и емкость С представляют собой колеба-
тельный контур. При определенных значениях величин R и С
между электродами поддерживается импульсный разряд. Эта схема
носит название схемы RC. Выбирается такой параметр схемы,
чтобы каждой заданной величине тока питающей цепи, т. е. сопро-
тивлению R, соответствовала определенная емкость С, при которой
рассматриваемая схема генерировала бы импульсы тока опреде-
ленной заданной длительности и частоты повторения. При больших
запасах энергии в импульсе Частоты срабатывания системы опре-
деляются всего лишь несколькими сотнями импульсов в секунду.
А это вызывает низкий коэффициент полезного действия установ-
ки. Стремление уменьшить время подготовительной фазы про-
цесса привело к созданию систем с жестко заданной частотой по-
дачи импульсов. Такими схемами являются: 1) разобщенная
Схема (с одним или двумя элементами разобщения) и 2) датчики
импульсов электрического тока.
Один из типов электрически разобщенной схемы представлен
на рис. 530, в. При такой схеме импульс тока формируется не в раз-
рядном промежутке, как это было в рассматриваемых ранее двух
схемах, а подается на разрядный промежуток со строго определен-
ными и заранее заданными характеристиками. Ввиду отсутствия в
цепи питания балластного сопротивления значительно сокращает-
ся подготовительное время процесса.Разряд емкости не сопровож-
дается одновременным замыканием цепи питающего контура, что
полностью гарантирует от дугового разряда.
Еще более совершенной является схема датчиков импульсов
электрического тока в виде строго дозированных порций электри-
ческой энергии с весьма большой частотой. Среди этих датчиков в
Электроискровой обработке находят применение машинные гене-
раторы. Принципиальная схема одного из таких датчиков пред-
ставлена на рис. 530, г.
586
Установлено, что для замыкания цепи электрического контура
можно применять как непосредственный контакт электродов, так
и бесконтактный способ. При контактном способе необходимо
иметь механическое устройство для прерывания цепи тока путем
периодического удаления и сближения электродов. При бескон-
тактном способе прохождение тока между электродами, находя-
щимися на некотором расстоянии друг от друга, обеспечивается
электрическим пробоем промежутка, которому способствуют на-
ходящиеся между электродами взвешенные в жидкой среде части-
цы металла.
Практика показывает, что при бесконтактном способе кинема-
тическая схема действия электроискровых установок упрощает-
ся, так как отпадает необходимость в обеспечении вибраций элек-
троинструмента для осуществления периодического замыкания
цепи колебательного контура, а это в свою очередь повышает точ-
ность обработки. Кроме того, при данном способе увеличивается
скорость обработки, поскольку периодичность замыкания электри-
ческой цепи определяется не механическими характеристиками
прерывающего устройства, а только скоростью подъема напряже-
ния в конденсаторах до величины, вызывающей пробой межэлек-
тродного пространства. Скорость подъема напряжения определяет-
ся соотношением R и С.
Питание установок электроискрового действия производится
какотпостоянного, так и от переменного тока, в последнем случае—
обычно с введением в схему того или иного вида выпрямителей,
что удорожает установку. Непосредственное использование для
работы установок переменного тока без его выпрямления вызы-
вает несколько большую изнашиваемость электрода-инструмента
при значительном росте мощности, потребляемой установкой.
В настоящее время применяют три метода формообразования
наружных и внутренних поверхностей деталей различного про:
филя: 1) метод прямого копирования, 2) метод обратного копиро-
вания и 3) метод обработки непрофилированным электродом-ин-
струментом.
Наиболее распространенным является метод прямого копиро-
вания профиля обрабатывающего электрода-инструмента. На
рис. 531 представлено взаимное положение электрода-инструмента
(катода) и электрода-детали (анода) во время процесса электроис-
кровой обработки. Очевидно, что при сближении электрода-
инструмента с электродом-деталью при некотором определенном
расстоянии / между ними произойдет пробой межэлектродного
пространства, заполненного жидкой средой. Вырванная из тела
детали (анода) в результате этого импульса частица металла, на:
ходящаяся в жидкокапельном состоянии, при соприкосновении
с жидкой средой приобретает форму шара радиусом R.
Динамическими силами электрического поля, а также давлением
газов частица с большой скоростью выбрасывается из . рабочего
587
Рис. 531. Схема образования бо-
кового межэлектродного зазора
пространства. При своем движении она вызывает дополнительные
электрические разряды между боковыми поверхностями электро-
да-инструмента и электрода-детали, благодаря чему появляется
зазор между электродами величиной примерно Величина
зависит от энергии импульса, а величина / — от приложенного
напряжения, а это значит, что точность обработки полностью за-
висит от величины электрических параметров схемы и определяет-
ся ими.
Каждый единичный импульс вырывает из анода порцию ме-
талла, по своей величине соответствующую энергии импульса.
После удаления этой порции ме-
талла на аноде остается след в
виде лунки с контуром, близким
к окружности. Эти лунки во вре-
мя обработки поверхности пос-
тепенно накладываются одна на
другую. А это значит, что каж-
дый режим обработки будет обес-
печивать различное качество по-
верхности детали.
Так как класс чистоты по-
верхности при электроискровой
обработке зависит исключительно от режима, то обдирочный и
доводочный режимы обработки могут быть получены на одной
установке, лишь меняя электрические режимы. Интересной поло-
жительной особенностью качества поверхности при электроискро-
вой обработке является идентичность ее характеристик по всем
направлениям.
Для проведения процесса электроискровой обработки необ-
ходимо иметь электрод-инструмент определенного качества. Он
должен обладать высокой эрозионной устойчивостью и хорошей
электропроводностью. Для обеспечения этих условий желатель-
но применять для электрода-инструмента графит, как обладающий
высокой эрозионной устойчивостью, в соединении с какой-либо
присадкой, обладающей высокой электропроводимостью. Наиболее
подходящими являются электроды из медно-графитовых щеток
МГ-2 и МГ-4, применяемых в электрических машинах.
Ввиду сложности изготовления такой композиции более широ-
кое применение находит медно-графитовая композиция на цемент-
ной связке в составе 85% меди, 2,5% графита, 2,5% алюминия и
10% цемента. Такие электроды находят применение в первую оче-
редь при изготовлении сложно профилированных отверстий.
При электроискровом шлифовании применяют электрод-инстру-
мент из чугуна, а при разрезании —диски из листового железа.
Жидкостью, в которой проводится процесс электроискровой
обработки, большей частью является керосин.
Для различных работ по электроискровой обработке деталей
588
применяются определенные установки. Остановимся на некото-
рых из них.
Универсальная установка, представленная на рис. 532, выпу-
щена недавно ЦНИЛэлектром под наименованием «Электром-12М».
Она интересна для инструментального производства тем, что поз-
Рис. 532. Внешний вид универ-
сальной электроискровой установки
«Электром-12М»
Рис. 533. Внешний вид электроиск-
ровой установки ЛКЗ-18
воляет изготовлять отверстия диаметром от 0,3 мм и выше, неболь-
шие штампы, разрезать пластинки твердых сплавов, затачивать
инструмент и упрочнять поверхности инструментов. Такая уста-
новка может работать по схеме R (см. рис. 530, а) при напряжении
20—22 в при среднем значении тока, потребляемого схемой 70—
80 а, а также по схеме RC (см. рис. 530, б) при напряжении 120 в
и токе питающей цепи 12—15 а.
Второй широко применяемой установкой является электроис-
кровая установка ЛКЗ-18, представленная на рис. 533. Она при-
меняется в инструментальном производстве для изготовления вы-
рубных штампов,различного инструмента из сталей и твердых спла-
вов, профилирования режущего инструмента из твердых сплавов
и для одновременного изготовления большого числа отверстий.
589
Такая установка рассчитана на обработку изделий весом до 250 кг.
Она работает по схеме RC (см. рис. 530, б), имея конденсаторный
накопитель энергии и следящую систему с реверсивным электро-
двигателем, автоматически поддерживающую постепенное наи-
выгоднейшее расстояние между электродами.
Ряд других установок, выпускаемых нашими заводами и загра-
ничными фирмами, основан на тех же принципах, как и приведен-
ные выше установки.
При псмсщи данного метода формообразования возможно изгот
товление малых отверстий диаметром до 15 мк и с криволинейными
осями, изготовление узких щелей шириной до 20 мк, разрезание
заготовок диаметром до 800 мм, затачивание инструмента, шлифо-
вание металлов, изготовление резьб, изготовление штампов
ит. п., причем в первую очередь на особо твердых и труднообра-
батываемых материалах, где другие способы обработки оказывают-
ся бессильными.
Несмотря на широкое применение в промышленности метода
прямого копирования он имеет ряд недостатков, а именно:
1. Необходимо применение профилированного обрабатываю-
щего электрода, изготовленного с точностью, не меньшей,чем изго-
товляемая деталь, и точно воспроизводящего ее профиль с разме-
рами, отличающимися на величину межэлектродного зазора.
2. При изготовлении изделий всегда появляется некоторая ко-
нусность отверстия, причем раструб конуса направлен в сторону
входа электрода-инструмента, что вызывается разницей во вре-
мени, в течение которого отдельные участки обрабатываемой по-
верхности подвергаются эрозии. В процессе обработки меняется
профиль дна глухого отверстия.
3. Износ обрабатывающего электрода отрицательно влияет
на точность изготовления деталей.
4. Сложно обеспечить детали с острыми и тупыми углами, а
детали малых размеров изготавливать невозможно. Поэтому при
изготовлении точных деталей метод прямого копирования не дает
той точности, которая необходима в этом случае. Например, при
изготовлении деталей сложной конфигурации необходимы точные
вырубные штампы.
Весьма актуальным вопросом в этом случае является комплек-
сное изготовление матрицы и сопряженного с ней пуансона из
твердых сплавов с высокой точностью необходимого зазора твердо-
сплавного пуансона. В этом случае применяется метод обратного
копирования.
Особенностями данного метода являются: 1) определенное рас-
положение электрода-инструмента относительно детали и 2) спе-
циальная конструкция электрода-инструмента, выполненного в
виде разборного блока. Этот метод обеспечивает высокую точность
и чистоту обработки без конусности по всей обрабатываемой дли-
не детали.
590
а)
Рис. 534. Схема расположения
электрода-инструмента и детали
Получение деталей без конусности возможно лишь при вполне
определенном относительном расположении электрода-инстру-
мента и детали.
На рис. 534, а показано расположение электрода-инструмента
1 и детали 2 при прямом копировании. Частицы металла, выходя
из зоны обработки, вызывают, как было отмечено выше, дополни-
тельные боковые разряды между деталью и инструментом, что и
является причиной образования конусности. При обратном копи-
ровании деталь 2 должна находиться сверху электрода-инстру-
мента /, как представлено на рис.
534, б. В этом случае частицы
металла, диспергированного в ре-
зультате действия электрических
разрядов, увлекаются выделяю-
щимися газами, величина зазора
стабильна и боковые разряды от-
сутствуют.
Применение электрода-инст-
румента в виде блока разборной
конструкции позволяет произво-
дить замену износившегося в про-
цессе обработки элемента инстру-
мента новым. Отдельный элемент
электрода-инструмента представ-
ляет собой закаленную пластину
из стали У10А или ХВГ, в которую запрессовывают вкладыш,
например из меди, являющийся в конечном счете электродом-ин-
струментом. Отдельный элемент закрепляют в установочном при-
способлении. Приспособление в свою очередь крепят на столе
станка. Смену элементов производят по мере износа, а приспособ-
ление закрепляют на все время изготовления детали. Толщину
отдельного элемента определяют возможностью эвакуации про-
дуктов эрозии из зоны обработки, т. е. режимом обработки. Уста-
новлено, что максимальная высота отдельного элемента не должна
превышать 3,5—4 мм. Общая же высота пакета инструмента, т. е.
количество элементов в пакете, определяется рабочей длиной про-
филя детали и припуском на обработку. Практически эта высота
составляет 60—70% обрабатываемой длины при чистовых прохо-
дах.
Обычно для обработки применяют два блока электродов-ин-
струментов: черновой и чистовой. Величина припуска на чистовой
проход обычно лежит в пределах 0,10—0,15 мм на размер.
Метод изготовления деталей непрофилированным электро-
дом-инструментом в виде тончайшей проволоки, непрерывно
движущейся с определенной скоростью, нашел свое применение
при изготовлении точных деталей, Он обеспечивает высокую точ-
ность и чистоту обработанной поверхности, причем точность изго-
591
товления профиля определяется только точностью относитель-
ного перемещения электрода-проволоки в заданном направлении.
На рис. 535 представлена технологическая схема формообразова-
ния поверхности непрофилированным обрабатывающим электро-
дом.
В общем случае ширина паза Ь за один проход обрабатываю-
щего электрода определяется диаметром электрода проволоки d,
Рис. 535. Технологическая
схема формообразования по-
верхностей непрофилирован-
ным обрабатывающим элект-
родом
Рис. 536. Электроискровая установка с
программным управлением
величиной искрового промежутка /, глубиной лунки Ьд, образую-
щейся после каждого импульса, и максимальной высотой //макс
образующихся микронеровностей:
b = d + 2 [I + (Ьд — Н макс)1 = d + 2 а,
где а —величина зазора на сторону. С достаточной степенью при-
ближения можно принять тогда
о
b = d 2 I Ьл j = 4" 2g.
Величина искрового промежутка I пропорциональна величине
напряжения на электродах. Глубина лунки Ьл определяется вели-
592
гииии
а)
Рис. 537. Детали, изготовленные непро-
филированным обрабатывающим электро-
дом
чиной энергии импульса, т. е. режимом обработки. Таким образом,
ширина b паза, прорезаемого за один проход электрода-проволоки,
определяется напряжением на электродах и энергией импульса.
При заданном диаметре электрода-проволоки можно определить
напряжение и энергию импульсов, на которых следует вести обра-
ботку для получения пазов заданной ширины.
Для электроискровой обработки непрофилированным электро-
дом-проволокой имеется ряд установок, большинство из которых
с программным управлением. На рис. 536 представлена одна из
таких установок с программным управлением для изготовления
деталей с профилем любой
сложности, но составлен-
ным из отрезков прямых
линий, минимальная вели-
чина которых 0,01 мм.
Электрод-проволока пе-
рематывается с катушки
1 на катушку 2 с постоян-
ной скоростью, направля-
ясь специальным устрой-
ством 3. Заготовку обра-
батываемой детали закреп-
ляют на столике 4, кото-
рый может перемещаться
в продольном и попереч-
ном направлениях с по-
мощью соответствующих следящих приводов 5 и 6 координатного
стола. Сигналы о перемещении кареток последнего подаются на
управляющее устройство с помощью датчиков импульсов/. Недав-
но ЦНИЛэлектром выпущена установка «Электром-15» модель 4531,
позволяющая без участия оператора осуществлять непрофилирован-
ным электродом практически бесстружковую обработку металла.
На рис. 537 представлены детали, изготовленные непрофи-
лированным обрабатывающим электродом: а — силуэт участка
медной детали толщиной 10 мм, чистота обработанной поверх-
ности.— 10-й класс, точность изготовления ±0,003 мм, б — 111-
образный профиль, вырезанный в твердом сплаве ВК-20,
толщина 10 мм, чистота — 7-й класс, точность изготовления
±0,003 мм.
При помощи электроискрового способа можно осуществлять
упрочнение почти всеми металлами, применяемыми в технике, в
том числе молибденом, вольфрамом и танталом, а также твердыми
сплавами. Такой способ упрочнения инструментов обеспечивает
достаточную прочность схватывания металла инструмента с покры-
тием, не требуя предварительного обезжиривания упрочняемой
поверхности. В настоящее время этот способ еще не получил доста-
точного распространения в производстве режущего инструмента.
593
Еще наблюдается в отдельных случаях отслаивание нанесенного
слоя.
Необходимо различать две группы режущих инструментов,
упрочняемых электроискровым способом. К первой группе отно-
Рис. 538. Схема электроискрового
процесса нанесения покрытий на
металлические поверхности
сят все инструменты, не тре-
бующие специальной доводки,
ко второй — инструменты, тре-
бующие после упрочнения до-
водки (развертки, резьбовой
инструмент и т. п.).
У прочнение инструментов
первой группы производят как
твердым сплавом, так и гра-
фитом, причем последний обес-
печивает более чистую поверх-
ность и на ряде «мягких»
режимов не дает искажения
микрогеометрии поверхности
инструмента. Инструменты вто-
рой группы обычно упроч-
няются только графитом и
реже сначала твердым сплавом
и затем графитом, что обеспе-
чивает дополнительное вырав-
нивание поверхности.
При процессе электроискро-
вого упрочнения искровой им-
пульс протекает в воздушной
среде, и увеличение напряжен-
ности электрического поля про-
исходит благодаря сближению
электродов. Схема электроис-
крового упрочнения наглядно
представлена на рис. 538. При
некотором расстоянии между
электродами возникает элект-
рический разряд (а). Пучок
электронов ударяется о твер-
дую металлическую поверх-
ность детали. В этот момент
броском освобождается накопленная на электроде-инструменте
энергия и от анода отделяется капля расплавленного металла,
устремляющаяся к катоду, опережая движущийся с большой ско-
ростью анод (б). Образовавшиеся частицы расплавленного метал-
ла летят широким факелом (в), и, достигнув катода, прилипают
и частично внедряются в его поверхность (г). За частицами
движется электрод, успевший накопить энергию, благодаря чему
594
через лежащие на катоде частицы проходит второй импульс то-
ка, сопровождающийся механическим ударом движущейся мас-
сы электрода-анода, сваривающего частицы между собой. При
этом происходит диффузия перенесенных частиц в толщу катода,
а также химические реакции между ними и катодом (д). Затем
анод движется вверх, оставляя на катоде слой металла, проч-
но соединившийся с поверхностью катода (е).
Рис. 539. Внешний вид установки УПР-ЗМ
для упрочнения инструментов
В инструментальном производстве при упрочнении инстру-
мента твердыми металлами преимущественно применяют уста-
новки вибрационного действия.
На рис. 539 представлена одна из таких установок УПР-ЗМ,
изготовляемая ЦНИЛэлектром. Она работает по схеме RC.
Ее работа состоит в том, что на обкладках конденсаторов накап-
ливается электрическая энергия, затем мгновенно освобождаемая
между электродами.
В комплект установки входят питающее устройство 1 с комму-
тирующими элементами и вибратор 2 (3 — упрочняемое изделие).
Вибратор представляет собой электромагнитный механизм,
помещенный в пластмассовый корпус с рукояткой. Вибрационный
механизм питается переменным током напряжением 12 в от спе-
циальной обмотки трансформатора. Электромагнитный вибратор
при прохождении тока через катушку переменного тока возбуж-
дает механические колебания якоря, укрепленного на плоской пру-
жине. Держатель электрода связан с якорем вибратора. Частота
колебаний вибратора — 100 гц в секунду.
595
На процесс упрочнения оказывают влияние род применяемого
тока, напряжение питающей цепи, величина тока короткого замы-
кания, величина емкости, состояние покрываемой поверхности,
а также физико-химические свойства металла-покрытия и металла-
инструмента.
Упрочнение производят следующим образом. Вибратором
(являющимся анодом) проводят над поверхностью, подлежащей
упрочнению, на таком расстоянии, чтобы вибрирующий пруток
металла-покрытия касался упрочняемого инструмента. Этим осу-
ществляется периодическое замыкание и размыкание цепи. В ре-
зультате металл-покрытие в виде точек ложится плотным слоем
на металл-инструмент.
Упрочнение следует производить на поверхности инструмента,
наиболее подверженной износу. Стойкость инструмента от такого
упрочнения значительно возрастает (до 2—2,5 раза).
При упрочнении твердым сплавом Т15К6 инструментов первой
группы рекомендуется придерживаться режимов, приведенных
в табл. 111.
Таблица 111
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА
ТВЕРДЫМ СПЛАВОМ Т15К6
Режим № Параметры Максимальная толщина слоя (диф- фузии и покрытия), мк
Напряжение U, в Сила тока ко- роткого за- мыкания /к* а Емкость С, мкф
1 2 3 110—220 110—220 110—220 3 1,5 0,5 300 90—100 30 200 80—100 40—50
Если упрочнение инструмента первой группы производится гра-
фитом, то принимается следующий режим: напряжение 50—150 в,
ток короткого замыкания 0,5—1,3 а и емкость 30—100 мкф.
Для упрочнения графитом инструментов второй группы применяют
несколько измененный режим, а именно: напряжение 50—100 в,
ток короткого замыкания 0,5—0,8 а и емкость не более 30 мкф.
При таком режиме класс чистоты поверхности инструмента прак-
тически не снижается.
В настоящее время наиболее употребительными для упрочне-
ния считаются твердые сплавы Т15К6 и Т30К4.
Технико-экономические показатели упрочнения твердыми спла-
вами приведены в табл. 112.
Угольно-графитовые электроды рекомендуется изготовлять из
электромашинных щеток марок ЭГ2 и ЭГ4. Применение чистого
графита недопустимо, так как он при работе быстро распыляется
и слабо насыщает поверхность углеродом. Электроды должны иметь
596
Таблица 112
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА
УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ
Характеристика Величина
Мощность установки, кет Расход твердого сплава, г/см* . . . Время упрочнения 1 ел2 поверхности (в зависимости от режима), сек . . 0,75—1,5 0,008—0,040 30—100
форму цилиндра диаметром до 6 мм. Рабочую часть электрода вы-
полняют в виде усеченного конуса с притуплением на конце от
2 до 3 мм. Электрод располагается перпендикулярно упрочняемой
поверхности инструмента, по ко-
торой он должен перемещаться
достаточно медленно, чтобы обес-
печить равномерное плотное упро-
чнение. Нельзя допустить схода
электрода с упрочняемой поверх-
ности, так как это приводит к мест-
ному оплавлению режущей кром-
ки и образованию зазубрин.
Исследования, проведенные в
последнее время по изучению сущ-
ности процессов, протекающих в
поверхностном слое металла при
электроискровом упрочнении ин-
струментов, позволяют сделать
ряд выводов.
Можно считать, что при Элек- Рис. 540. Микрошлиф образца
троискровом разряде получается стали У8, упрочненной элект-
облачко ионизированного и ярко роискровым способом
светящегося воздуха с темпера-
турой до 10 000°С. Под воздействием ударной волны конденсиро-
ванного разряда и движущихся за ней масс ионизированного воз-
духа с высокой температурой происходит нечто вроде мгновенного
вскипания поверхностного слоя весьма малой толщины с после-
дующим быстрым охлаждением главным образом за счет тепловой
волны, уходящей в глубь металла. В результате этого на поверх-
ности инструмента образуется дисперсная твердая металлическая
пена, застывающая столь быстро, что в ней не успевают сформи-
роваться микрокристаллы заметной величины. По мере удаления
от поверхности инструмента в глубь обрабатываемого металла гра-
диент падения температуры настолько велик, что зона высоких
температур у поверхности обычно простирается на очень малую
597
глубину, не превышающую 15—25 мк, и лишь при очень грубых
режимах обработки достигает 70—100 мк.
В результате обработки электроискровым способом создается
тонкий белый слой, отличный по своей структуре от структуры ос-
новного металла, который почти не поддается травлению или ок-
рашиванию обычными реактивами. На рис. 540 показан микро-
шлиф при упрочнении твердым сплавом Т15К6 углеродистой ин-
струментальной стали марки У8.
Белый слой является неравномерным по глубине и прерыви-
стым по длине, что объясняется, с одной стороны, упрочнением
вручную, а с другой — наличием неровностей в исходной поверх-
ности инструмента.
Дело в том, что возникающая искра направлена на отдельный
участок металла весьма малых размеров, вследствие чего получить
вручную сплошное покрытие поверхности почти невозможно;
лучшие результаты получаются при механизации процесса. Не-
ровности на поверхности инструмента (видимые при большом уве-
личенииу мешают получению равномерной глубины по длине слоя
и не дают возможности покрыть впадины. Применение многократ-
ного упрочнения несколько повышает сплошность упрочнения, но
достигнуть этого в полной мере пока не удается.
, Исследования показывают, что с повышением напряжения то-
ка, а также емкости увеличивается глубина упрочненного слоя и
его сплошность, а при увеличении силы тока — только глубина
слоя, но при этом ухудшается качество поверхности.
Качество поверхности инструмента при упрочнении, как пра-
вило, ухудшается на 1—2 класса чистоты в зависимости от жест-
кости электрического режима. На более мягких режимах чистота
поверхности изменяется на один класс. Твердость упрочненного
слоя быстрорежущей стали колеблется в пределах HRC 62—74.
В среднем получается увеличение твердости по сравнению с зака-
ленной сталью без упрочнения на 2—8 единиц по Роквеллу.
При упрочнении углеродистых или малолегированных сталей
под упрочненным слоем появляется подслой, твердость которого
значительно ниже по твердости как поверхностного слоя, так и
основной структуры сердцевины.
Исследования инструментов, упрочненных электродами из
различных материалов, позволяют установить, что по чистоте
поверхности, микротвердости, а также стойкости после упрочнения
предпочтение надо отдать угольно-графитовым электродам. Луч-
шие результаты по стойкости инструмента дает применение графи-
та с зольностью не свыше 0,3% (графит для электродов медепла-
вильных печей). Проведенные при применении угольно-графито-
вых электродов исследования поверхностного слоя с помощью
спектрального анализа позволяют установить, что в результате
упрочнения в поверхностном слое возрастает количество углеро-
да и азота.
598
Металлографические исследования, а также рентгеновский ана-
лиз позволяют сделать вывод, что инструментальные стали в
результате процесса упрочнения получают в поверхностном слое
структуру мартенсита-аустенита вторичной закалки, карбидов и
нитридов. Таким образом, поверхностный слой инструмента в
процессе импульсного разряда подвергается термической обработ-
ке, характеризующейся высокой скоростью нагрева и охлаждения.
Кроме того, имеет место диффузия в упрочняемый слой углерода и
азота.
Структура подслоя представляет собой троостит или троосто-
мартенсит в зависимости от температурного воздействия искры.
АНОДНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Процесс анодно-механической обработки материалов основан
на комбинированном электротехническом, электротермическом и
механическом воздействиях на обрабатываемую заготовку инстру-
мента, происходящих в среде специального электролита, причем
заготовка является анодом в замкнутой электрической цепи. Та-
ким образом, этот процесс является видоизменением процесса
электроискровой обработки с введением в него в первую очередь
специального электролита.
Сущность процесса состоит в следующем.
Под действием постоянного электрического тока электролит
образует на поверхности инструмента нерастворимую и токоне-
проницаемую защитную пленку; по мере ее образования проис-
ходит увеличение электрического сопротивления цепи, в резуль-
тате чего сила тока постепенно падает, приближаясь к нулю. Если
непрерывным механическим воздействием удалять пленку с участ-
ка инструмента, подлежащего обработке, то можно сохранить
постоянные условия для электролиза на этом участке при обеспе-
чении полной локальности и равномерности съема металла, с од-
новременным сохранением динамического равновесия процесса.
Удаление цленки осуществляется вторым электродом-катодом при
наличии определенного межэлектродного зазора, причем элек-
трод-катод при вращении с определенной скоростью относитель-
но инструмента механически удаляет основную часть защитной
пленки.
Ввиду того, что максимальным сопротивлением обладает тот
слой пленки, который непосредственно прилегает к инструменту,
поверхность последнего сильно нагревается, что обеспечивает
сравнительно легкий съем металла при этом методе обработки.
Рядом 'исследований установлено что, начиная с плотностей
тока, лежащих в диапазоне 15—25 а1см\ участие электротермичес-
кого воздействия в общем процессе, обусловливающем съем ме-
талла, приобретает основное значение, определяя производитель-
ность метода. Участие электрохимических процессов, протекаю-
i/419’
599
щих в это время, заключается только в создании на поверхности
изделия пленки, которая способствует концентрации тёпла в по-
верхностном слое металла инструмента. Применение специального
электролита, позволяющего образовать такую пленку, обеспечи-
вает интенсификацию поверхностного термического процесса.
Для анодно-механической обработки целесообразно приме-
нять электролит, образующий на инструменте более плотную
пленку, которая будет обладать большей сопротивляемостью сры-
ву и оголению инструмента. Тем самым такая пленка лучше пре-
дохраняет от короткого замыкания инструмента с катодом, при
котором не происходит снятия металла инструмента. Лучшим
является электролит, состоящий из 90% жидкого стекла и 10%
азотнокислого калия. Иногда добавляют соляную кислоту и медный
купорос. Худшими электролитами являются дистиллированная
вода, трансформаторное масло, керосин. Оптимальная плотность
электролита при обработке твердых сплавов ВК8 и Т15К6 у =
= 1,3 г/см2.
Для предотвращения структурных изменений в поверхностном
слое обрабатываемого изделия скорость вращения катода (диска,
закрепленного на шпинделе станка) должна находиться в преде-
лах 7—25 м.1сек. При переходе к большим значениям скоростей
имеет место разбрызгивание электролита и возникновение вибра-
ций, резко снижающих производительность процесса.
Постоянство давления катода на анод достигается применением
пружинных амортизаторов и уменьшением инерционных усилий
за счет соблюдения точных форм катода и устранения его вибра-
ций. Скорость движения катода выбирается на основании суще-
ствующих норм в зависимости от свойств затачиваемого сплава,
электрического режима, а также свойств материала катода.
Применение данного метода обработки описано в соответствую-
щих главах.
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
Электронно-лучевой способ обработки заготовок инструмен-
тов использует тепловое действие сфокусированного пучка элек-
тронов, направленного на место обработки. Оборудование для осу-
ществления этого метода обработки близко по принципу и схеме
действия к электронному микроскопу и в еще большей мере к обо-
рудованию для сварки электронным лучом. Пучок электронов,
имитируемых катодами электронной пушки, фокусируется при
помощи магнитных или электростатических линз до диаметра, из-
меряемого сотыми долями миллиметра. Высокая энергия электро-
нов достигается за счет их ускорения полем высокого напряжения
(до 150 кв). Благодаря этому, а также малому диаметру луча концен-
трация энергии на небольшом участке поверхности обработки до-
ходит до десятка тысяч киловатт на квадратный миллиметр. При
600
торможении электронов их энергия переходит в тепло, локально
выделяющееся в зоне обработки. Температура анодного пятна до-
стигает 5000°С, вследствие чего происходит практически мгновен-
ное испарение частиц материала в вакууме. Во избежание пере-
грева материала луч пульсирует, т. е. энергия подводится локаль-
ными во времени импульсами. Этим методом можно получать весь-
ма малые отверстия и щели (десятки микрон).
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
Ультразвуковая обработка материалов получила свое развитие
в течение последних 10—15 лет. Ультразвуковая обработка исполь-
зует упругие колебания материальной среды частотой свыше 16 000
колебаний (герц) в секунду, называемые ультразвуковыми коле-
баниями.
При помощи ультразвука в настоящее время могут обрабаты-
ваться особо твердые и хрупкие материалы с высокой точностью и
чистотой обработанной поверхности. Данный способ не заменяет
других способов механической обработки, а лишь дополняет их.
Пока он имеет много недостатков, с которыми приходится встре-
чаться на практике: недостаточная надежность и несовершенство
оборудования, зависимость результатов обработки от большого чис-
ла параметров и т. д., но все же он является прогрессивным методом
обработки в том числе и в инструментальном производстве при из-
готовлении матриц штампов и фильер из твердых сплавов, разрезке
алмазов, заточке и изготовлении стружкозавивательных канавок
и стружколомов в инструментах.
Ультразвук обладает свойством сообщать частицам среды,
через которую он проходит, очень большие ускорения. Эти уско-
рения вызывают большие усилия, приложенные к телам, нахо-
дящимся в ультразвуковом поле. Ультразвук распространяется
направленно, причем направленность увеличивается по мере уве-
личения частоты, а также сильно поглощается.
Для промышленного получения ультразвуковых колебаний
используют ряд методов, но в основном применяют два рода пре-
образователей (генераторов): 1) магнитострикционные и 2) пьезо-
электрические.
Магнитострикцией называется явление изменения размеров
некоторых материалов под действием магнитного поля. Магнито-
стрикционный эффект определяется относительным весьма малым
изменением длины стержня при наложении магнитного поля. При
помещении в магнитное поле отожженные кобальт и никель уко-
рачиваются, а пермендюр (Fe — 49%, Со — 49% и V — 2%)
удлиняется. Наилучшим материалом для данной цели является
пермендюр, но ввиду дороговизны и дефицитности его обычно за-
меняют никелем или другими материалами, как альфер Ю14
(14% А1, остальное — Fe), К65 (65% Со, остальное Fe). Такие пре-
601
излучение
ультразвука
llllllini
образователи применяются для излучения ультразвука частотой
до 100 кгц.
На рис. 541 представлена схема устройства магнитострикцион-
ного вибратора, состоящего из комплекта тонких пластин материа-
ла, обладающего магнитострикционным эффектом. Ток, идущий от
генератора ультразвуковой частоты, проходит по обмотке и созда-
ет магнитное поле, которое действует на преобразователь, излу-
чающий ультразвук. Под действием ультразвука сердечник элек-
тромагнита в соответствии с частотой тока изменяет свою длину, что
и используется в ультразвуковых установках.
Пьезоэлектрический преобразователь работает
на принципе изменения в электрическом поле
размеров пластинки, вырезанной определенным
образом из кристалла пьезокварца или других
материалов, обладающих пьезоэлектрическим эф-
фектом. Эти преобразователи работают на часто-
тах от 4000 до 1 500 000 гц в секунду. Таким об-
разом, если кристалл подключить к электриче-
скому генератору высокой частоты, то электри-
ческие колебания можно преобразовать в упру-
гие механические волны.
На рис. 542 представлена схема устройства
пьезоэлектрического вибратора. В обработке ме-
таллов резанием указанные преобразователи
практически не применяются.
Для освещения процесса ультразвуковой об-
работки приведем схему установки для получе-
ния отверстий (рис. 543), из которой будет видно
назначение отдельных ее элементов и характер
ее работы.
Генератор 1 дает ток в магнитострикционный
преобразователь 2. В верхней части преобразо-
вателя имеется обмотка, по которой идет высо-
кочастотный ток от генератора /.Эта часть преобразователя,
называемая магнитостриктором, делается из ряда тонких ни-
келевых пластинок, образуя составной стержень. Если через
обмотку магнитостриктора пропустить высокочастотный ток, то
стержень будет периодически сжиматься и растягиваться с часто-
той, соответствующей частоте подводимого от генератора тока.
В результате стержень под воздействием магнитного поля будет
колебаться. Эти колебания передаются через концентратор 3 ин-
струменту 4, который будет двигаться возвратно-поступательно в
направлении своей оси.
Если в зазор между инструментом 4 и деталью 6 подавать жид-
кость с частицами абразивов, то инструмент начнет обрабатывать
деталь, создавая в ней отверстие необходимого диаметра. Жидкость
с абразивом подается насосом 5. Для охлаждения магнитострик-
Излучение
ультразвука
Рис. 541. Схе-
ма устройства
магнитострик-
ционного виб-
ратора
602
тора во время работы в рубашку, окружающую его, подается вода.
Разберем сущность происходящего процесса.
На рис. 544 приведена схема ультразвукового резания. Инстру-
мент /, подаваемый в направлении колебаний, с небольшим уси-
лием выполняет ультразвуковую обработку детали 2 с помощью
суспензии жидкости, в которой находятся зерна абразива 3. При
высокой частоте колебаний инструмент получает ускорение, до
70 000 раз превышающее ускорение земного притяжения. Благода-
ря этому зерна абразива с громадной силой, превышающей до 10000
раз их собственный вес, бомбардируют обрабатываемую поверх-
ность. При этом на детали скалываются мелкие *
частицы материала. В образовавшиеся под | I j
ударами зерен трещины попадают кавитаци- | I
онные пузырьки, способствуя отслоению выко- I I
ловшейся частицы. На рис. 545 представлена I
схема съема материала при такой обработке.
Процесс сопровождается бурной кавитацией в n
абразивной жидкости, заполняющей зону об- * f I I
работки. Кавитация усиливает циркуляцию —J I
абразивной суспензии, что способствует попа- 1 I .
Данию свежего абразива в зону резания и < и |
вымыванию сколотых частиц материала.
Рабочий инструмент обычно изготавлива-
ют из вязкого материала, плохо поддающе-
Рис. 542. Схема
устройства пьезо-
электрического
гося ультразвуковой обработке, каким явля- вибратора
ется углеродистая инструментальная сталь без
термообработки, а также нержавеющая и молибденовая стали.
Рис. 543. Схема ультразвуковой сверлильной установки
Абразивом является порошок карбида бора, карбида крем-
ния или окиси алюминия. Жидкостью является вода. Обычно
603
применяется суспензия, состоящая из 50 весовых частей воды и 60
весовых частей абразива.
Давление инструменту сообщается с помощью сжатого воздуха
или плоской пружины, на которую подвешивают в данном случае
ультразвуковую головку. Рекомендуемое рабочее давление очень
невелико. Обрабатываемый материал должен быть хрупким, он
не должен растворяться в суспензии или вступать с ней в хими-
ческую связь. Величина съема материала при ультразвуковой
обработке в основном определяется его механическими свойства-
ми. В табл. 113 приведены сведения об ультразвуковой обра-
ботке отдельных материалов и износе инструмента.
Таблица 113
СЪЕМ МАТЕРИАЛА ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКЕ И ИЗНОС ИНСТРУМЕНТА
Материал Съем матери- ала, мм?/мин Износ инстру- мента, % к съему Наибольшая площадь обра- ботки, гж2
Стекло Германий и кремний Керамика Спеченный карбид бора Вольфрамкарбидный твердый сплав Инструментальная закаленная сталь 320 240 190 48 29 22 0,5 0,5 0,7 33 100 100 20 20 15 7,7 7,7 7,7
Р
Рис. 544. Схема ультразвуко-
вого резания
Рис. 545. Схема съема материа-
ла при ультразвуковом резании
Наибольшая точность при обработке керамики составляет
0,05 мм, а при обработке твердых сплавов — от 0,01—0,02 до
0,005—0,007 мм.
Современные ультразвуковые станки похожи на обычные свер-
604
Лйльныё йлй вёртикально-фрезёрные станкй й примёняйугся в ос-
новном для сверления различных хрупких материалов.
В настоящее время в СССР изготавливается 5 типов ультразвуко-
вых станков (табл. 114).
Таблица 114
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ СТАНКИ, ИЗГОТОВЛЯЕМЫЕ В СССР
Станок Изготовитель Мощность, кет Часто- та; кгц Диаметр обработки отверстий, мм Примечание
Промышленный универсальный 4770 ОКБ Мос- горсовнар- хоза 0,25 18-19 0,5-10 С автоматиче- ским регулятором подачи
Промышленный универсальный 4772 ЭНИМС, Москва 1,5 20—22 до 80 С соленоидной подачей головки
Универсальный УЗС-4 НИТИ 2—3 18-22 до 50 Предусмотрен периодический от- вод инструмента
Специализиро- ванный УЗС-5 НИТИ 1 18—22 до 50 Подача осуще- ствляется движе- нием стола
Опытный уни- версальный 2-УПС ОКБ Лен- совнархоз а 1-3 (см енные головки) 16,5 — Предусмотрен периодический отвод инструмента
Рис. 546. Ультразвуковой станок типа 4770
21 Металлорежущие иистр\меиты
605
Универсальный станок типа 47?О является Настольным станком
малой мощности. На рис. 546 представлен его общий вид. Генера-
тор и насос расположены отдельно от станка. На станине 1 станка
расположены стол 2, каретка 3 и панель управления 4. Акусти-
ческая головка 5 расположена на ползушке каретки. В ней крепит-
ся инструмент 6. Ручка 7 служит для ручного перемещения голов-
ки, ручка 8 — для зажима ползушки. На панель вынесены ручки
9 и 10 управления подачей инструмента (регулирование усилия и
направления подачи). Такой станок обеспечивает резание стекла
со скоростью до 250—300 мм*!мин и резание твердого сплава
марки Т15К6 — до 6—8 мм3!мин. Диаметры обрабатываемых
на станке отверстий берутся от 0,5 до 10 мм при наибольшей глу-
бине обработки 2—5 диаметров.
Станок типа 4772 имеет аналогичную конструкцию, но пред-
назначен для обработки более крупных изделий. Он допускает
обработку отверстий диаметром до 80 мм при той же максимальной
глубине.
Ультразвуковой станок типа УЗС-4 наиболее пригоден для об-
работки крупных матриц и волок.
КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА УЛЬТРАЗВУКОВЫМ И
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СПОСОБАМИ
С целью улучшения обработки и повышения производитель-
ности в настоящее время начали применять комбинированную об-
работку: 1) электроэрозионную и ультразвуковую и 2) ультра-
звуковую и электрохимическую.
При проведении совместной электроэрозионной и ультразву-
ковой обработки применяют для черновой обработки электроэро-
зионную, а оставшийся после такой обработки припуск (0,1—
1 мм) удаляется ультразвуковой обработкой. Благодаря этому обес-
печиваются высокая чистота поверхности и точность.
Совместная ультразвуковая и электрохимическая обработка
применяется при работе с вязкими материалами. Электрохимичес-
кая обработка придает вязкому материалу большую хрупкость,
который потом легче обрабатывается ультразвуком. На рис. 547
приведена схема такой совместной обработки. К обычной схеме
ультразвуковой обработки подведен источник постоянного тока
напряжением 12—18 в. Положительный полюс присоединяется к
обрабатываемой детали 2, а отрицательный — к инструменту 6.
Между деталью 2 и столом 3 станка проложена изолирующая
текстолитовая прокладка 1. Изделие располагается в ванне,
наполненной абразивом с электролитом 4. Электролит состоит
из серной кислоты (73%), плавиковой кислоты (7%) и воды
606
(20%). Иногда в качестве электролита берут 20—40%-ный ра-
створ поваренной соли.
При прохождении тока на поверхности детали образуется хруп-
кая пленка окислов, которая разрушается ультразвуковой обра-
боткой. Такой комбинированный
процесс повышает производи-
тельность.
ОБРАБОТКА СВЕТОВЫМ ЛУЧОМ
Обработка световым лучом ос-
нована на явлении испускания им-
пульсного света при переходе ато-
ма из возбужденного состояния в
стационарное. В таких устройст-
вах, называемых лазерами, свето-
вой луч возникает при одновре-
менном излучении всех атомов,
т. е. его световое излучение коге-
рентно и обладает высокой моно-
хроматичностью.
В настоящее время в пер-
Рис. 547. Схема комбинирован-
ной обработки деталей
вую очередь применяются ла-
зеры, в которых используются
монокристаллы бледно-розо-
вого и темно-красного син-
тетических рубинов. Такой
лазер испускает интенсивный
импульсный луч света после
запуска с помощью лампы-
вспышки.
В связи с возможностью
Рис. 548. Схема электрохимической об-
работки
концентрации энергии лазе-
ра на небольшой площадке их используют для обработки ин-
струментов из алмазов, твердых сплавов и вообще материалов,
трудно обрабатываемых обычными методами.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Химическая обработка основана на растворении металлов под
действием соответствующих химически активных реагентов. Про-
цесс является очень медленным и не обеспечивает хороших резуль-
татов. При использовании в зоне химической обработки заготовки
инструмента электрического тока процесс становится более ак-
тивным и обеспечивает большую локальность.
21
607
Электрохимическая обработка основана на анодном растворе-
нии. Оно заключается в том, что при прохождении тока через элек-
тролит электрод, подключенный к положительному полюсу (ано-
ду), растворяется, поэтому обычно обрабатываемую заготовку
включают в электроцепь в качестве анода. Обработку проводят
в среде электролита.
Различают две разновидности такой обработки. Первую произ-
водят в среде проточного электролита, прокачиваемого под давле-
нием через весьма малый зазор между инструментами (катодом) и
деталью (анодом), как представлено на рис. 548, а. Вторая (элек-
троабразивная обработка) — представляет собой комбинацию
электрохимического и механического съема металла при помощи
токопроводящего круга, омываемого в зоне обработки электроли-
том и подключенного вместе с деталью к источнику постоянного
тока, как представлено на рис. 548, б. Применение этих’методов
обработки описано в последующих главах.
ГЛАВА XXIV
МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
ИНСТРУМЕНТОВ
ОБРАБОТКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И КОНИЧЕСКИХ НАРУЖНЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТОВ
Стержневые инструменты обычно имеют цилиндрические, а в
ряде случаев, особенно в хвостовой части,— конические поверх-
ности. Цилиндрическая поверхность таких инструментов является
базирующей, от которой производится вся их дальнейшая обра-
ботка. Для обработки этих поверхностей в первую очередь приме-
няют операции точения и шлифования.
Точение по внешней поверхности заготовки производят на раз-
личных станках в зависимости от масштаба производства. При-
меняют следующие группы станков: 1) токарные, 2) револьверные и
3) автоматы и полуавтоматы.
Первую группу — токарные станки, находящие применение в
инструментальном производстве,— можно разделить на: 1) то-
карные настольные, 2) токарные с ходовым валиком, 3) токарно-
винторезные, 4) карусельные и 5) многорезцовые.
Размеры токарных станков берут в зависимости от величины
заготовки обрабатываемого инструмента. Так, для малых размеров
инструментов применяют настольные токарные станки с высотой
центров от 50 до 100 мм и расстоянием между центрами от 300 до
500 мм, при более крупных инструментах используют более мощные
станки с высотой центров от 150 до 300 мм и расстоянием между
центрами от 500 до 1500 мм. Такие станки находят применение
в основном в индивидуальном производстве. Токарно-винторезные
станки используют в том случае, если на заготовках приходится
дополнительно нарезать резьбу.
Для обтачивания цилиндрической части спиральных сверл ди-
аметром от 6 до 32,5 мм применяют токарные полуавтоматы модели
КТ-16, а для обтачивания конического хвостовика этих сверл —
токарный полуавтомат модели КТ-15.
В отдельных случаях в крупносерийном производстве токарную
609
обработку выполняют на карусельных, а также многорезцовых
станках.
Для установки и закрепления заготовок инструментов при об-
точке их на токарных станках используют обычные патроны и
оправки.
Вторая группа станков — револьверные — находит примене-
ние в серийном производстве насадного стержневого инструмента,
причем наибольшее распространение имеют станки с расположе-
нием револьверной головки на вертикальной оси. При обработке
на этих станках также применяется много различных приспособле-
ний.
Третья группа станков — автоматы и полуавтоматы — находит
применение в крупносерийном и массовом производстве режущих
инструментов при изготовлении их из прутка серебрянки или хо-
лоднотянутой стали. Материал должен быть однороден, иметь ма-
лый допуск по наружному диаметру и минимальную кривизну
прутков.
В инструментальном производстве находят применение как
одношпиндельные, так и многошпиндельные автоматы. Из трех
типов одношпиндельных автоматов группу фасонно-отрезных авто-
матов используют для поперечного точения коротких изделий не-
сколькими поперечными суппортами, армированными прямыми
фасонными и отрезными резцами. Группу автоматов для фасонного
и продольного точения используют для обработки заготовки из
прутка. Группу токарно-револьверных автоматов применяют для
обточки сравнительно сложных по форме изделий. Инструменты
в таких станках* закрепляют в двух и более поперечных суппортах
и в револьверной головке.
Многошпиндельные автоматы значительно производительней
одношпиндельных, так как допускают одновременную обработку
нескольких деталей. Обычно на них обрабатывают прутки диамет-
ром от 20 до 100 мм.
Второй широко применяемой операцией в изготовлении стерж-
невого режущего инструмента является шлифование, как круглое,
так и бесцентровое.
В индивидуальном и серийном производстве режущего инстру-
мента на этой операции применяются как круглошлифовальные
станки с продольной подачей стола, так и станки с широким кру-
гом, работающие методом врезания.
Бесцентровое шлифование применяют в инструментальном
производстве для обработки цилиндрических, конических и фасон-
ных поверхностей инструментов. Из трех видов его шлифование
на проход применяется для гладких инструментов без уступов.
Если нельзя использовать шлифование на проход, то применяется
шлифование в подрезку. При обработке конических частей инстру-
ментов, а также инструментов, имеющих выступы, находит приме-
нение шлифование до упора.
610
Сопоставляя бесцентровое шлифование инструментов с круглым
шлифованием, необходимо отметить, что первое из них является
более производительным, не требует высокой квалификации ра-
бочих, припуск на обработку может быть меньшим в сравнении с
круглым шлифованием, но в то же время при круглом шлифовании
достигается строгая соосность рабочей и хвостовой частей стержне-
вого инструмента, чего нет при бесцентровом шлифовании.
ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИЙ В ИНСТРУМЕНТАХ
Отверстия в насадных режущих инструментах Являются ос-
новной базой, от них производится вся обработка насадного режу-
щего инструмента после операций обработки отверстия в незака-
ленном виде.
Фрезы цилиндрические, торцовые, трехсторонние, полукруг-
лые, Отрезные, резьбовые и червячно-шлицевые изготовляются с
цилиндрическим отверстием, а развертки и зенкеры — с кони-
ческим.
Обычно при обработке цилиндрических отверстий применяют
следующую последовательность операций: при сырой заготовке
до термической обработки: 1) центрование, 2) сверление, 3) подре-
зка Торцов и снятие фаски, 4) растачивание отверстий, 5) растачи-
вание выемки и 6) развертывание; при закаленной заготовке после
термической обработки — шлифование.
В крупносерийном производстве вместо развертывания можно
применять протягивание отверстия, чем обеспечивается более вы-
сокая производительность труда.
Процесс шлифования после термической обработки необходимо
применять, учитывая деформацию отверстия.
Для обработки, цилиндрических отверстий обычно используют
револьверные станки с применением соответствующих приспособ-
лений (трехкулачковые и цанговые патроны).
Для шлифования отверстий применяют внутришлифовальные
станки со специальным приспособлением для шлифования торца с
той же установки обрабатываемой детали. Обычно допускается
биение торцов не более 0,08 мм после операций до термической
обработки и в пределах от 0,02 до 0,05 мм после шлифования
торцов.
Обработку конических отверстий до термической обработки
производят на револьверных и токарных станках.
£При обработке на револьверных станках обычно применяют
следующую последовательность операций: 1) сверление отвер-
стия, 2) подрезание торцов и снятие фаски, 3) предварительное
развертывание, 4) растачивание выточки, 5) окончательное раз-
вертывание. ।
Шлифование конических отверстий производят на внутри-
шлифовальных станках.
611
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ХВОСТОВИКОВ, ЛАПОК И КВАДРАТОВ
Стержневой режущий инструмент имеет на нерабочем конце
хвостовик, которым он соединяется со шпинделем станка. Хво-
стовики изготовляются коническими и цилиндрическими. Первые
делаются с лапками или без них, вторые — с квадратами. Основные
размеры конических хвостовиков стандартизированы по ГОСТ
2847—45.
Коническими хвостовиками с лапками оснащаются спиральные
сверла, машинные развертки и зенкеры, а хвостовиками без лапок—
фрезы концевые и шпоночные. Цилиндрическими хвостовиками
с квадратами оснащаются метчики ручные, гаечные и машинные,
а также ручные, машинные и конические развертки.
Технологический процесс изготовления конических хвосто-
виков состоит из следующих операций: 1) обтачивание хвостовой
части на конус, а также обтачивание шейки, лапки и подрезка
торца лапки под соответствующим углом, 2) фрезерование лап-
ки, 3) термическая обработка, 4) зачистка центрового отверстия
и 5) шлифование хвостовой части.
Токарную обработку хвостовика производят на токарных стан-
ках тремя способами.
Первый способ, применяемый в мелкосерийном и серийном
производстве, заключается в смещении задней бабки станка, бла-
годаря чему при обработке обеспечивается конусность хвостовика.
Такую обработку выполняют на токарном станке марки
1А62.
Второй способ, применяемый также в мелкосерийном и серий-
ном производстве, заключается в использовании на токарном стан-
ке гидрокопировального суппорта, позволяющего производить
обтачивание всего профиля хвостовика за один проход. Такие суп-
порты выпускают под маркой КСТ-1.
Третий способ, применяемый в массовом производстве, состоит
в использовании копира на станках с копирными линейками, поз-
воляющими сообщать верхней части суппорта поперечное переме-
щение. В последнем случае для работы можно использовать полу-
автомат марки КТ-15.
При обработке заготовок на указанном полуавтомате требу-
емый профиль обрабатываемой поверхности получается сочета-
нием продольного и поперечного движения суппорта, которое в
свою очередь происходит при помощи копирного барабана про-
дольной подачи и кулачков поперечной подачи суппорта.
Следующая операция изготовления конического хвостовика за-
ключается во фрезеровании лапки. Эту операцию обычно произ-
водят на горизонтально-фрезерных станках с использованием
специальных приспособлений.
Рекомендуется применение горизонтально-фрезерного станка
марки 680-М. При фрезеровании лапок используют наборы дис-
612
ковых фасонных трехсторонних фрез, находящихся на одной
оправке.
Заключительной операцией изготовления конического хво-
стовика является его шлифование, выполняемое на универсальных
круглошлифовальных станках, например марки 3151.
При изготовлении конического хвостовика без лапки добавля-
ют операцию револьверной обработки и исключают операцию фре-
зерования лапки.
Процесс изготовления цилиндрических хвостовиков с квадра-
тами состоит из следующих операций: 1) токарная обработка хво-
стовой части, подрезание торца и снятие фаски, 2) фрезерова-
ние квадрата, 3) термическая обработка и 4) шлифование хвосто-
вой части.
В мелкосерийном производстве хвостовики малых размеров из-
готавливаются на токарных станках настольного типа, а в крупно-
серийном — из серебрянки на токарных одношпиндельных авто-
матах продольного точения.
Следующую операцию — шлифование хвостовиков — обычно
выполняют на бесцентрово-шлифовальных станках до упора, чтобы
снять следы токарной обработки.
Фрезерование квадрата производят в специальном приспособ-
лении на горизонтально-фрезерном станке.
Полирование хвостовиков производят на бесцентрово-шлифо-
вальных станках настольного типа завода «Фрезер».
ОБРАБОТКА ПЛОСКОСТЕЙ
При изготовлении почти всех режущих инструментов прихо-
дится встречаться с обработкой плоскостей. Плоскости по своему
назначению можно разделить на четыре группы:
1. Передние, задние и профилирующие плоскости, участвую-
щие в срезании и отводе стружки.
2. Плоскости, базирующие положение корпуса инструмента
на оправке станка (плоскости опорного торца насадных фрез, раз-
верток, зенкеров и т. д.).
3. Плоскости, базирующие положение режущих элементов
в корпусе инструмента (клиновых ножей и т. д.).
4. Свободные плоскости, не йаходящиеся в соприкосновении ни
с плоскостями обрабатываемой детали, ни с установочными поверх-
ностями станка, т. е. поверхности лапок хвостовиков, выточек в
отверстиях, окон в хвостовиках.
Обработка указанных плоскостей может быть выполнена сле-
дующими способами:
фрезерованием цилиндрическими и торцовыми фрезами,
строганием на шепингах,
протягиванием на протяжных станках,
плоским шлифованием,
613
обтачиванием торцовых поверхностей.
Наиболее распространенным является фрезерование цилин-
дрическими фрезами на горизонтально-фрезерных станках (типа
680М и 6Н82Г) как против подачи (встречное фрезерование), так и
по подаче (попутное фрезерование). Фрезерование по подаче сле-
дует применять только на станках более жесткой конструкции,
имеющих устройства,которые выбирают мертвые ходы в механизме,
хотя такое фрезерование производительней фрезерования против
подачи и обеспечивает более высокое качество обрабатываемой по-
верхности.
Лучше применять фрезерование торцовыми фрезами на верти-
кально-фрезерных станках (типы 6Н12 и 6ЮГ), которое имеет ряд
преимуществ: а) более высокую производительность и лучшее ка-
чество обрабатываемой поверхности, б) возможность применения
больших подач, в) более ровную и спокойную работу станка, так
как одновременно работает большое количество зубьев.
Длинные и узкие плоскости и тонкие пластины можно обрабаты-
вать строганием на шепингах (тип 7А35), особенно когда нет вер-
тикально-фрезерных станков. На шепинге используется резец про-
стой формы и несложные приспособления, он прост в обслуживав
НИИ.
В крупносерийном и массовом производстве режущего инстру-
мента находит применение наружное протягивание плоскостей на
горизонтальных и вертикальных протяжных станках. Такой про-
цесс обеспечивает высокую точность обработки и стойкость инстру-
мента, хотя изготовление инструмента для него сложно и инстру-
мент дорог.
Высокая производительность достигается при обработке пло-
скостей на плоскошлифовальных станках с круглым или прямо-
угольным столом с вертикальным шпинделем при условии приме-
нения сегментных шлифовальных кругов.
Обдирочное плоское шлифование в сравнении с другими мето-
дами обработки плоскостей обеспечивает высокую производитель-
ность, лучшую чистоту поверхности и параллельность обрабаты-
ваемых плоскостей.
Для чистовой обработки плоскостей можно применять плоско-
шлифовальные станки, работающие периферией круга.
Подрезание торцов насадного инструмента следует произ-
водить на токарных, револьверных и карусельных станках.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КАНАВОК
Образование канавок фрез, разверток и зенкеров
Канавки в хвостовых и насадных фрезах, развертках и зенке-
рах делаются для создания соответствующих условий образования
режущих элементов и пространства для помещения срезаемой
614
стружки. В зависимости от расположения реЖуЩих зубьев ин-
струмента относительно его оси канавки могут быть прямыми и
винтовыми, причем винтовые канавки могут иметь правое и левое
направления поверхностей. Наиболее распространенным методом
получения канавок является фрезерование.
Фрезерование канавок производят на горизонтальных, универ-
сальных и продольно-фрезерных станках, а также на некоторых
специальных станках автоматах и полуавтоматах.
При обычном способе получения канавок заготовку хвостового
инструмента устанавливают в центрах делительных головок, а за-
готовки для насадного инструмента надевают на оправки, уста-
новленные одним концом в корпусе шпинделя делительной голов-
ки, а второй поддерживается задним центром.
Обычно для фрезерования прямых канавок применяют горизон-
тально-фрезерные и продольно-фрезерные станки, а для фрезеро-
вания винтовых канавок — универсально-фрезерные.
Канавки как прямые, так'и винтовые фрезеруют на цилин-
дрических, торцовых и конических поверхностях инструментов.
Фрезерование канавок, расположенных на цилиндрических
поверхностях, производят как одноугловой, так и двухугловой
фрезой. Однако режущие кромки у двухугловой фрезы вследствие
наличия второго угла находятся в лучших условиях резания.
Двухугловые фрезы более стойки и обеспечиают лучшую чи-
стоту обрабатываемой поверхности. Винтовые канавки фрезеруют
только двухугловыми фрезами.
Правильность установки рабочих фрез по отношению к обраба-
тываемому изделию проверяют посредством установочных оправок
с рисками и шаблонов. В начале настройки рабочую фрезу устана-
вливают по центру изделия. После этого обрабатываемый инстру-
мент, установленный в центрах делительной головки, подводят к
рабочей фрезе до взаимного касания. Затем стол перемещают в
горизонтальной плоскости на определенное расстояние и поднимают
на величину, равную глубине фрезерования.
Расчет правильной установки рабочих фрез при фрезеровании
зубьев производят на основании заданных элементов геометрии
зуба. В рабочих чертежах на режущий инструмент должны быть
указаны размер фаски, высота зуба, измеренная в радиальном
направлении, и величина переднего угла. На основании этих дан-
ных производят расчет установки рабочей фрезы для фрезерования
прямых канавок, фрез и разверток.
Установка фрез для фрезерования прямых канавок
Пусть на рис. 549 представлено фрезерование двухугловой
фрезой 1 цилиндрической фрезы (или развертки) 2, причем фре-
за 1 имеет осевую линию ОхО1( а фреза (или развертка) 2 —
осевую линию 00, расстояние между которыми (или смещение
615
Рис. 549. Фрезерование двухуг-
ловой фрезой цилиндрической
фрезы (или развертки)
рабочей фрезы) = Ь, а глубина
канавки, образуемой рабочей фре-
зой 1 в обрабатываемой фрезе
(или развертке) 2, равна t.
Определим величины t и Ь.
Рассмотрим Л АОС:
лпг 360°
АОС = е — 0; е = »
где z — число зубьев обрабатыва-
емого инструмента, а ^0 соот-
ветствует ширине пера Р,
Л 360° • Р
® ’
где R — радиус обрабатываемого
инструмента.
^АСО = 180° —9,
где 9 — угол рабочей фрезы.
Тогда
^ОАС = 180° —(е-0) —(180 —9) = © + 9 —s.
Сторона ОС Л О АС может быть выражена уравнением
_ АО • sin ^ОАС _ n sin (в -4- 9 — s)
“ sin ^АСО ~ * sin» 1
Тогда из Л 0CD получим
✓'>/''* гч Sin (0 в)
CD = ОС • cos ф == к---г~й------ cos ф,
SIH V
где у — меньший угол рабочей двухугловой фрезы,
OD = 6j = ОС sin<р = R sin(e + »-e) sinф
J * Sin v
а
t^R-CD- т. e. tx = RГ1 - Sin(6s^~e) cos? j.
Найдем истинную глубину фрезерования t и смещение b,
учитывая закругление зуба.
Пусть на рис. 550 изображена часть рабочей фрезы с закруг-
лением радиуса г, имеющим центр в точке Е на осевой линии
616
OjOp отстоящей на некотором расстоянии от осевой линии ML,
являющейся продолжением линии DC на предыдущем рисунке.
HL — биссектриса угла.
Из &KEL
EL = ^-~.
Sin»/2
Далее, -с FEL = HLM = 9/2 — <р.
Из &EFL
EF = EL cos (9/2 — ?) =
= ^72COS (&/2~ф)-
Глубина фрезерования уменьшится на
величину
Рис. 550. Часть рабочей
фрезы
а уменьшение расстояния между осями (смещение) выразится
формулой
FL = rsin W2~ Ф)
sin 9/2
Глубина канавки t — —NF, а расстояние между осями
рабочей фрезы и обрабатываемого инструмента
b^-FL.
Подставляя найденные значения NF, Ь1г FL, получим
, Dr. sin (0 4-9 — е) 1 [cos (9/2—®) ."I
t = R 1-----— cos ф — г —\ ' т — 1 ;
sin 9 *] [ sin 9/2 ]’
, _ n sin(0-b9-e) . sin(9/2 —<p)
° “ K sin9 Sln? Г “1Й9/2 •
Данный расчет выполнен с учетом, что угол у фрезы равен 0°.
При наличии угла у > 0° необходимо провести расчеты с
поправкой величин b и t в зависимости от угла у. Таким образом,
t и b определяются в зависимости от R, 0, 9, е, <р и г.
Установка фрез для фрезерования винтовых канавок
При фрезеровании инструмента со спиральными зубьями, т. е.
с винтовыми канавками, необходимо применять исключительно
двухугловые рабочие фрезы, так как передняя поверхность спи-
617
раЛьного зуба представляет собой винтовую Поверхность, в ко-
торую будет врезаться одноугловая фреза и зуб будет «завален».
Для фрезерования заготовки ее необходимо установить в цент-
ры, а рабочую двухугловую фрезу на оправку (рис. 551, а).
Стол поворачивают на угол ф (рис. 551, 6) и смещают в попе-
речном направлении на величину S (рис. 551, в). Затем стол пере-
мещают в продольном направлении для того, чтобы при его подъе-
ме фреза не задела заготовки (рис. 551, г), и поднимают в верти-
кальном направлении на величину х.
Нарезание спирали производят при вращательном движении
рабочей фрезы, продольном движении стола и вращении заготовки
в соответствии с шагом спирали.
Если угол подъема винтовой линии будет ©, то во избежание
подрезания зубьев, которое обычно имеет место при фрезерова-
нии винтовых канавок с большим углом наклона винтовой ли-
нии, деталь устанавливают под некоторым углом ф к оси,
отличающимся от угла и.
По данным завода «Фрезер», этот угол определяют по фор-
муле
tg ф = tg о> cos <р,
где ф — угол поворота стола станка относительно его продольной
оси;
Рис 551. Установка
фрезы и заготовки
618
(о — угол Наклона винтовой линии;
<р — угол рабочей фрезы, образующий переднюю грань зуба.
Величины вертикального и поперечного перемещений стола фре-
зерного станка, т. е. S и х, берут по формулам для фрез с прямыми
канавками с поправкой на косинус угла ф.
Установка фрез для фрезерования торцовых зубьев инструментов
При фрезеровании канавок на торцах режущих инструментов
(торцовые, дисковые и угловые фрезы) в целях получения фаски
одинаковой ширины по всей длине заготовки последнюю необхо-
димо устанавливать в определенное положение, определяемое рас-
четом.
Рис. 552. Установка
фрезы для фрезерова-
ния торцовых зубьев
инструментов
Рис. 553. Нарезание зубьев фрезы
При фрезеровании необходимо установить заготовку параллель-
но столу горизонтально-фрезерного станка, как представлено на
рис. 552. Пересечем заготовку (рис. 553) двумя плоскостями
I—I и II—II, отстоящими от оси фрезы на расстоянии г и R.
Можем написать:
tge = |=£; 6 = ctgS; a = /tg&.
Вычитанием получаем
tg»=4Er-
С помощью деления получаем
fgsctg& = ^Y.
619
С другой стороны,
. , k — tn < с /
ctg Ф = -б—:, но k = -- т = .
т R — г sin ф sin ф
После подстановки получаем
, с — I
cos^ = ^,
сопоставляя с предыдущей формулой, получаем
cos ф = tg е ctg &,
т. е. угол установки ф зависит от числа зубьев и угла рабочей
фрезы.
Найдем теперь размеры, характеризующие глубину фрезеро-
вания I и высоту зуба т.
Из рис. 553
а = rtge------1—,
® cos s
это выражение для сечения радиуса г, но оно будет справедливо
и для всякого другого сечения.
С другой стороны, а=/ tg S, а это значит,
что
I tg & = г tg s--—,
° ° COS е ’
откуда глубина фрезерования
__г sin е — f
COS 8 tg & '
Так как
. I
т — ——г.
sin ф
то
г sins — f
ffl — ,-------!--
cos е tg Э- sin ф
Принимая различные значения г, можем подсчитать высоту
зуба и глубину фрезерования в любом сечении фрезы. С увеличе-
нием ширины фаски величины I и т уменьшаются.
Установка фрез для фрезерования зубьев,
расположенных на конической поверхности
Для фрезерования зубьев, расположенных на конической по-
верхности, необходимо заготовку наклонить под таким углом ф,
чтобы основание впадины зуба было расположено параллельно
62Q
столу горизонтально-фрезерного станка, как показано на рис. 554.
Угол ф является углом наклона шпинделя делительной головки,
на который насаживается заготовка в процессе нарезания зубьев.
На рис. 555 искомый угол ф = А — В. Для упрощения расчета
предположим, что фаска на зубе равна нулю. Тогда вершина
рабочей фаски будет пересекать ось заготовки в той же точке,
где ее пересекает образующая конуса, т. е. в вершине конуса.
Рис. 554. Установка фрезы для
фрезерования зубьев, располо-
женных на конической поверх-
ности
Рис. 555. Нарезание зубьев фрезы
Из рис. 555
ctg₽ = -£; cos е = ^=^-;
U Ту
trt д — .
а ~ R а 9
откуда
tg А = cos е ctg р.
Далее, sin Л = tg е = перемножая, получаем
sin Л tg е =-у-; с другой стороны, ctgt> = —; sin0 = —; деля
второе равенство на первое, получаем sin0tgft =-у-; сравнивая
приведенные равенства, получаем
sin A tg s = sinBtgft,
откуда
sin В =. sin A tg в ctg
следовательно, окончательные формулы имеют вид:
ф = Л— В;
tg Л = cos е ctg 0;
§jn В “ $in A tg в ctg
62|
Рассматривая эти формулы, можно заметить, что угол уста-
новки <|» зависит от числа зубьев, угла конуса заготовки и угла
рабочей фрезы. При таком значении угла ширина фаски у
всех зубьев будет одинаковой.
Определим глубину фрезерования h и высоту зуба по. торцу Н.
Имеем
& = ft = 6cos(p + <p); Л = £^Д±£}.
COS Р ’ \Г I Т/> cos 0
Далее,
/7 — h — ^cos (ft 'И.
COS ф COS P cos ’
величины Ли H получены из формул при условии, что фаска равна
нулю, а рассматриваемое сечение относится к радиусу /?. Однако
эти формулы будут верны для сечения любого радиуса R, если
вместо R подставим соответствующую величину радиуса рассмат-
риваемого сечения. Для фрезы с фаской размеры Л и Я будут нес-
колько меньше и их легко подсчитать.
Вышлифовывание канавок у мелких разверток
При мелких размерах цилиндрических и конических раз-
верток диаметром от 3 до 8 мм канавки вышлифовывают. Для этой
цели заводом «Фрезер» создан специальный станок, на котором
П 18 16 Ю П 1Z
Рис. 55&. Общий вид станка для вышлифовывания канавок разверток:
1 — станина; 2 — электродвигатель; J — редуктор; 4 — бак; 5 — электро-
насос; 6 — кнопочная станция управления станком; 7 — основание; 8 — стол;
9 — центровая бабка; 10 — шлифовальная головка; 11 — электродвигатель
шлифовального круга; 12 — рукоятка заЖима положения стола; 13 — кожух
ременной передачи; 14 — рукоятка вертикального перемещения бабок дета-
ли; 15 — механизм подъема; 16 — приспособление для правки круга; 17 —
стойка приспособления для правки круга; 18 — рукоятка перемещения ал*
62?
кайавкй вышлифовываются одновременно у Двух закаленных заго-
товок разверток до полного профиля. Общий вид такого станка
представлен на рис. 556. Заготовки устанавливают в центровых
бабках и подводят к шлифовальным кругам. Расположенные на
столе шлифовальные бабки двигаются возвратно-поступательно,
вышлифовывая канавки разверток. Канавки вышлифовывают по-
следовательно одну за другой.
Образование винтовых канавок сверл
Винтовые канавки сверл образуются двумя способами: 1) фре-
зерованием или шлифованием и 2) пластической деформацией.
Фрезерование производят различными путями: 1) фрезеро-
ванием одной винтовой канавки
станке, 2) фрезерованием двух
канавок на универсальном сверло-
фрезерном станке, 3) фрезерова-
нием одновременно одной канавки
и одной фаски (спинки) и 4) фре-
зерованием одновременно двух
канавок и двух фасок (спинок).
Первый путь получения ка-
навок наиболее распространен в
условиях единичного и мелкосе-
рийного производства. При фрезе-
ровании канавки этим способом
обрабатывающим инструментом
являются острозаточенные и за-
тылованные фрезы, а приспособле-
ниями — многоцентровые приспо-
собления для одновременного
фрезерования трех и более за-
готовок. При фрезеровании фаски
(спинки) у сверл применяются
фасонные дисковые трехсторонние
и концевые фрезы.
При малых размерах сверл —
диаметром до 10 мм — обычно
фрезеруют только канавки, а фас-
ки шлифуют после термической
обработки. Схема шлифования
на универсальном фрезерном
Рис. 557. Схема шлифования
фаски (спинки) у сверла на спе-
циальных шлифовальных станках
представлена на рис. 557.
При очень малых размерах сверл — диаметром 0,25—0,5 мм —
канавки получают шлифованием закаленной цилиндрической за-
готовки на станках, работающих по схеме, представленной на
рис. 558. По данной схеме, заготовка, имеющая поступательное
и вращательное движения для предотвращения прогиба, входит
623
Ь призма1иМескИе направляющие Иодставки. Шлифование произ-
водят в направлении от хвостовика к острию сверла.
Для реализации трех других путей получения канавок исполь-
зуют автоматы и полуавтоматы. Наиболее широко применяют спо-
соб одновременного фрезерования канавки и фаски (спинки) сверла.
На рис. 559, а представлен один из полуавтоматов модели 6791,
позволяющий одновременно фрезеровать канавки и фаски у сверл
Направление
движения
заготовки
Место выхода
шлифовального круга
I Место врезания
шлифовального
круга
Рис. 558. Схема шлифования канавок у спиральных сверл диа-
метром 0,25—0,5 мм:
1 — заготовка; 2 — цанга; 3 — шлифовальный круг; 4 — подставка
диаметром от 10 до 14 мм. На данном полуавтомате все операции,
за исключением снятия и закрепления заготовки, производятся
автоматически. Схема установки канавочной и фасочной фрез по-
казана на рис. 559, б. Обрабатываемая заготовка сверла имеет од-
новременно поступательное и вращательное,движение, входя в
направляющую втулку с окном для подвода фрез. После окончания
операции обработки канавки и фаски фрезы автоматически расхо-
дятся, заготовка возвращается в первоначальное положение, пово-
рачивается на 180*, и цикл обработки повторяется.
Для фрезерования канавок и фасок сверл диаметром от 15 до
25 мм применяют станок-полуавтомат модели 6792, работающий по
тому же циклу, что и станок модели 6791. Имеются полуавтоматы и
для других диаметров сверл, например полуавтомат модели 6793У—
624
для сверл диаметром от 24 до 40 мм и автомат модели —для
сверл диаметром от 2,5 до 6 juju.
Для одновременного фрезерования двух канавок и двух фасок
применяются как автоматы, так и полуавтоматы.
Слой металла, снимаемый
за / проход
Рис. 559. Общий вид станка модели 6791 для фрезерования ка-
навок сверл (а), схема установки канавочной и фасочной фрез (б):
/ — стопорный рычаг; 2 — рычаг включения станка; 3 — ручной подъем
и опускание канавочной фрезерной головки; 4 — ручной поворот фасочной
головки; 5 — микрометрический винт для установки фасочной головки; 6 —
микрометрический винт для установки фрезерной головки; 7 — винт для
установки фасочной фрезы; 8 — гайка для крепления фрезы
Станок-автомат для сверл диаметром от 3 до 10 мм представ-
лен на рис? 560. Заготовки из бункера 1 поступают при помощи
механизма 2 в отверстие шпинделя 3. Шпиндели 4 канавочных фрез
и шпиндели 5 фасочных фрез расположены таким образом, что обес-
печивают расположение одной фрезы над заготовкой, а другой —
под заготовкой. Втулка 14 и болт 15 закрепляют канавочные фре-
зы на шпинделях.
625
Под кожухами 6 и 7 расположены ременные передачи, которые
обеспечивают передачу вращения шпинделя фрез. Через зубчатое
колесо 8 передается вращение на шпиндель детали. Винт 16 своим
вращением производит поступательное перемещение детали. В
Рис. 560. Общий вид станка для фрезерования одновременно
двух канавок и фасок сверл диаметром от 3 до 10 мм
это время канавочные фрезы со шпинделем 4 перемещаются при
помощи штанг 9 и пружин 10, чем обеспечивают утолщение пере-
мычки сверла. Зубчатая пара 8 изменением передаточного отноше-
ния производит настройку станка на шаг винтовой канавки. За-
готовки после обработки попадают через нишу//станка в ящик 12.
Кнопки 13 обеспечивают пуск и останов станка. Для данной
операции имеются и станки-полуавтоматы.
626
Валки
Рис. 561. Схема прокатки заго-
товок сверл яа вальцековочном
станке
Способ получения канавок сверл методами пластической де-
формации при помощи прокатки имеет большое значение для
производства. Необходимо отметить, что в настоящее время при
механическом изготовлении инструментов использование металла
достигает лишь 25—50% от исходной заготовки. В первую очередь
это относится к сверлам. Поэтому использование таких методов
получения канавок у сверл имеет большое значение.
Применяются четыре способа
такого изготовления сверл: 1) пере-
менной секторной прокатки, 2) по-
перечной прокатки, 3) продольной
прокатки и 4) продольно-винтовой
прокатки.
Переменный секторный спо-
соб прокатки состоит в том, что
заготовку, нагретую до 1100—
1150°С, прокатывают на вальцеко-
вочном станке между четырьмя па-,
рами секторов с профилем пере-
менного сечения, как представле-
но на рис. 561. Каждая пара сек-
торов постепенно обжимает рабочую часть заготовки. Первая, вто-
рая и третья пары секторов (рис. 562) образуют предварительный
профиль заготовки сверла. Четвертая пара секторов обеспечивает
окончательный профиль сверла вплоть до образования ленточки.
По окончании прокатки заготовку, остывшую до 800—900°С, зави-
вают на специальном завивочном станке.
Профиль секторов Профиль секторов Профиль сектороВ Профиль секторов
первого ручья Второго ручья третьего ручья четвертого ручья
Линия расположения прововок
Рис. 562. Переменный секторный способ прокатки заготовок
спиральных сверл
Способ поперечной прокатки состоит в том, что нагретую заго-
товку прокатывают в направлении, перпендикулярном оси сверла
между двумя призматическими плашками, имеющими выступы раз-
личных размеров, как показано на рис. 563. В результате того, что
выступы плашек расположены под углом к оси заготовок, последние
завиваются одновременно.
Способ продольной прокатки состоит в том, что пруток ста-
ли прокатывается в продольном направлении между несколькими
627
парами валков, имеющих выступы, соответствующие форме кана-
вок, и после этого завивается свободным кручением на завивочном
станке. Получается заготовка на несколько сверл. Ее разрезают на
отдельные сверла, которые запрессовывают в нагретые хвостовики.
а) 6)
Рис. 563. Способ поперечной прокатки заготовок
спиральных сверл
Способ продольно-винтовой
«Фрезер» по предложению В. А
отличается от других методов
прокатки, разработанный на заводе
. Спицина (рис. 564), принципиально
прокатки и заключается в прокаты-
вании полного винтового профиля
сверл за один проход и с одного
нагрева между двумя парами про-
тивоположных роликов 1 и 2, име-
ющих соответствующий негатив-
ный профиль канавок и спинок и
установленных относительно заго-
товки с разворотом на угол подъе-
ма винтовой канавки.
Заготовки (прутки) определен-
ного размера периодически по-
даются из загрузочного устрой-
ства в индуктор для нагрева то-
ками высокой частоты до темпера-
туры проката. Нагретая заготовка
выталкивается подаваемой толка-
телем очередной заготовкой в спе-
циальный проводник и удержива-
ется в нем до захвата ее роликами и
во время прокатки винтового про-
филя.
Все ролики получают прину-
Рис. 564. Способ продольно-вин- дительное синхронное вращение в
товой прокатки заготовок спи- одинаковом направлении от элек-
ральных сверл тродвигателя через редуктор и ко-
робку привода.
Каждый цикл совершается за один оборот роликов.
Производительность стана определяется числом оборотов роли-
ков (скоростью прокатки), а также временем нагрева заготовки в
индукторе. Расчетная мощность генератора ТВЧ равна 10—15 квгп
6 28
(в зависимости от размера заготовки), время цикла может устанав*
ливаться в пределах от 2 до 5,6 сек, производительность — соответ-
ственно 30—11 шт в мин в зависимости от размера сверл.
Для обеспечения подачи заготовок между роликами последние
выполнены в виде сегментов с длиной дуги, превышающей длину
развернутой спиральной канавки сверла. Канавочные сегменты
имеют затылованный профиль для образования подъема сердцеви-
ны сверла, а также заборную часть, соответствующую профилю ка-
навки сверла на выходе.
Сопоставляя указанные выше методы получения спиральных
сверл с использованием пластических деформаций, необходимо отме-
тить, что до сего времени они еще не заняли того места в производ-
стве, которое они заслуживают. В настоящее время этими методами
изготовляют лишь от 14 до 50% сверл соответствующего им диапазо-
на диаметров.
Секторную прокатку сверл диаметром 12—15 мм предполагает-
ся в течение семилетки увеличить от 14 до 75% с повышением выпу-
ска в несколько раз. Для повышения качества сверл, изготовленных
этим методом, и снижения трудоемкости их изготовления будет ис-
пользоваться специальное и автоматизированное оборудование с
целью полной автоматизации ойераций проката, завивки и правки,
токарной обработки и шлифования.
Продольную прокатку предусматривается в дальнейшем не рас-
ширять ввиду недостаточной качественности конструкции таких
сверл.
Поперечная прокатка будет расширяться с доведением охвата
ею до 75% всей номенклатуры сверл диаметром от 6 до 12 мм.
При этом будут проведены работы по улучшению их стабильности и
прочности. Дальнейшее развитие метода поперечно-винтового про-
ката будет зависеть от результатов его использования на инстру-
ментальных заводах, в первую очередь на заводе «Фрезер».
Аналогичный способ поперечно-винтовой прокатки, разработан-
ный ЦНИИТМАШем и применяемый заводом «Фрезер», позволил
получить прокатку винтовых поверхностей на заготовках червячных
фрез с модулем 1—10 мм цельной конструкции из быстрорежущей
стали и корпусов фрез с модулем до 14 мм сборной конструкции из
конструкционной стали.
Образование канавок у метчиков
Канавки на метчиках образуются при помощи затылованных
и острозаточенных фрез. Острозаточенные фрезы в работе лучше,
так как дают более чистую обрабатываемую поверхность и высокую
производительность. Вершины зубьев затылованных фрез при не-
достаточно острой режущей кромке быстро разрушаются, так как
число зубьев у них значительно меньше, чем у фрез с острозаточен-
ными зубьями. Поэтому у затылованных фрез при заточке приходит-
629
6я удалять большой слой металла. В тоже время у таких фрез послё
каждой переточки увеличивается пространство для помещения
стружки под зубом.
Образование канавок такими фрезами в большинстве случаев
производят до нарезания резьбы.
Рис. 565. Общий вид станка для вышлифовывания канавок мелких
метчиков:
1 — метчик; 2 г- делительный шпиндель; 3 — задний бабка; 4 — шлифоваль-
ный круг; 5 — электродвигатель; б — кривошипно-шатунный механизм;
7 — станина; 8 — корыто; 9 — кожух; 10 — стойка; 11 — кронштейн; 12 —
ящик для сбора пыли; 13 — палец кривошипа; 14 ~ шатун; 15 — салазки;
16 — корпус шлифовального шпинделя; 17 — ремень; 18 — рукоятка отвода
заднего центра; 19 — плита
Для фрезерования канавок применяют горизонтальные и про-
дольно-фрезерные станки, а также полуавтоматы (модели 6С209,
СВ-1, 6В-1М); для увеличения производительности в крупносерий-
ном производстве применяют многошпиндельные делительные го-
ловки.
Канавки малых метчиков диаметром до 6 мм получают шлифо-
ванием из целого куска металла на специальном станке завода «Фре-
зер», общий вид которого представлен на рис. 565. Метчик 1 зак-
репляют в делительном шпинделе 2 и прижимают центром задней
бабки 3. Электродвигатель 5 сообщает шлифовальному кругу 4
вращательное, а через кривошипный механизм 6 — возвратно-по-
ступательное движение. После вышлифовывания первой канавки
630
метчик поворачивают вручную на соответствующий угол, фиксируе-
мый делительным штифтом. В зависимости от размеров глубины ка-
навки метчик вручную перемещают в поперечном направлении на
необходимую величину.
В настоящее время ВНИИ проводит опыты по образованию стру-
жечных канавок на метчиках путем ковки на специальной машине,
что должно обеспечить значительную экономию материалов.
Фрезерование пазов, стружечных канавок и образование рифлений
В сборных фрезах ножи крепятся в корпусе при помощи пазов,
в которые они вставляются. Пазы должны быть правильно распо-
а±0,5
а)
Рис. 566. Расположение клиновидного паза в корпусе дисковой
трехсторонней фрезы: а — в радиальном, б — в осевом направлении
631
ложены в корпусе и образованы с необходимой точностью и чистотой
обработки.
Пазы могут быть прямыми и клиновидными. Наиболее распро-
страненными являются клиновидные пазы.
Клиновидные пазы можно располагать в радиальном или осе-
вом направлении.
На рис. 566, а представлено расположение клиновидного паза
в радиальном направлении в корпусе дисковой трехсторонней фре-
зы. Положение паза определяется горизонтальным а и вертикаль-
ным h смещениями стола фрезерного станка относительно оси об-
рабатываемой заготовки. Такие пазы фрезеруют с применением
одноугловых фрез с острозаточенными зубьями.
а)
Рис. 567. Форма стружечной канавки
На рис. 566, б представлено расположение клиновидного паза в
осевом направлении в корпусе торцовой фрезы. Такие пазы изго-
тавливают фрезерованием в два перехода: при первом фрезеруется
прямой паз, при втором — тот же паз после поворота делительной
головки в горизонтальной плоскости на дополнительный угол для
обеспечения клиновидной формы паза.
Для фрезерования пазов применяют горизонтально-фрезерные
станки моделей 6Н82Г и 680М, а также продольно-фрезерный ста-
нок модели А662.
Стружечные канавки фрезеруют на торцовых и цилиндрических
поверхностях корпусов сборных фрез, чтобы способствовать более
легкому выходу стружки во время процесса.
На рис. 567, а приведена форма стружечной канавки с указа-
нием устанавливаемых размеров на корпусе дисковой трехсторон-
ней фрезы, а на рис. 567, б — форма стружечной канавки с указани-
ем устанавливаемых размеров на торце и по диаметру торцовой
фрезы.
Чтобы можно было закрепить ножи в пазах корпусов инстру-
ментов и обеспечить регулирование их выдвижения в клиновидных
пазах, делают рифления.
Рифления радиальных клиновидных пазов выполняют на дол-
бежном станке при помощи долбяков в специальном приспособлении
(рис. 568, а).
632
Для этого применяют долбежный станок модели 7417.
Рифления осевых клиновидных пазов протягивают на горизон-
тально-протяжном станке, как представлено на рис. 568, б. Обра-
батываемую деталь ставят в специальное приспособление.
Рис. 568. Схемы долбления и протягивания
рифлений в корпусе дисковой фрезы:
1 — корпус фрезы; 2 — пластинчатый долбяк; 3 —
державка; 4 — клин
Для протягивания рифлений находят применение горизонталь-
но-протяжный станок модели 7510М и вертикально-протяжный
модели 7710.
ЗАТЫЛОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ
При изготовлении фасонных фрез с затылованным-зубом при-
меняют операцию затылования каждого зуба. Эту операцию произ-
водят'с целью получения заднего угла на зубьях режущего инстру-
мента и образования профиля его зубьев.
Рис. 569. Виды затылования:
а — радиальное; б — косое; в — осевое
При проведении процесса затылования необходимо обеспечить
достаточную величину задних углов в каждой точке режущей
кромки зуба фасонного профиля, при этом профиль зубьев не дол-
жен меняться при переточках инструмента. Кроме того, необ-
633
ходимо добиться определенной точности профиля зубьев ц чистоты
затылованной поверхности.
Обычно затылование зубьев фрез проводят по архимедовой
спирали, в связи с чем и процесс затылования будем рассматривать
для данной кривой.
Применяют три способа затылования: радиальное, косое (бо-
ковое) и осевое (рис. 569).
Основное движение инструмента при затыловании может сов-
мещаться с перемещением суппорта вдоль оси детали или иметь
только возвратно-поступательное перемещение верхней части суп-
порта в направлении радиальном, осевом или косом к оси детали.
При радиальном затыловании инструмент обычно совершает
возвратно-поступательное движение перпендикулярно оси центров
станка.
При косом, затыловании суппорт затыловочного станка повора-
чивают на некоторый угол, благодаря чему инструмент переме-
щается под некоторым углом к оси центров станка, что обеспечивает
большую величину задних углов на боковой затылуемой поверх-
ности.
При осевом затыловании инструмент совершает возвратно-по-
ступательные движения параллельно оси центров станка. Его при-
менение очень редко.
Для проведения процесса затылования имеются упрощенные
токарно-затыловочные станки и универсальные. На упрощенных
станках возможно затылование задних поверхностей дисковых,
пазовых и других аналогичных фрез. Они не имеют ходового валика
й коробки подач. Кулачок, находящийся внутри каретки суппорта,
обеспечивает перемещение рабочего резца.
На универсальных токарно-затыловочных станках обрабаты-
вают задние поверхности зубьев червячных фрез с винтовыми ка-
навками, метчиков, торцовых фрез и других инструментов. В этих
станках обычно имеются дифференциал, ходовой валик и коробка
подач. В суппорте станка имеются нижние затыловочные поворотные
салазки и верхние — для ручного подвода инструмента к детали.
При армировании такого станка копировальным суппортом
на нем можно затыловывать с продольной подачей зубья длинных
фасонных фрез. Применяют также затыловочный полуавтомат мо-
дели 1810 и шлифовально-затыловочный станок модели МВ 10.
При использовании для затылования токарно-винторезного
станка применяют специальное съемное приспособление. Это при-
способление состоит из коробки передач и затыловочного суппорта.
Передаточную коробку устанавливают у передней бабки станка, а
затыловочный суппорт — на поворотную часть поперечных сала-
зок суппорта станка. Для установки затыловочного приспособления
на время затыловки необходимо снять поворотную часть суппорта
и верхние продольные салазки. Установка приспособления занимает
не более 30 мин.
Рассмотрим отдельные процессы радиального, бокового и осе-
вого затылования.
Радиальное затылование характеризуется вели-
чиной падения затылка обрабатываемого инструмента, т. е. вели-
чиной h . Зная задний угол, диаметр и число зубьев затылуемой фре-
зы, можно определить величину h по формуле
помня, что такая формула отображает падение затылка по архиме-
довой спирали.
Схема работы затыловочного
резца показана на рис. 570. Во
время поворота детали на угол,
соответствующий дуге ab, резец
приближается к центру детали.
Во время поворота детали на
угол, соответствующий дуге Ьс,
резец быстро отводится назад.
При дальнейшем вращении де-
тали движения резца повторя-
ются. Следовательно, за один
оборот детали резец движется
возвратно-поступательно столь-
ко раз, сколько зубьев имеет
затылуемая фреза. Для осущест-
вления возвратно-поступатель-
ных движений резца применя-
ют кулачки со специальным
профилем. За один оборот ку-
лачка резец получает одно или
несколько возвратно-поступа-
тельных движений. В первом
случае кулачок имеет более про-
стой профиль, во втором—более
сложный. Обычно используется
более простой кулачок.
Такой кулачок должен быть
заготовки при затыловании
Рис. 571. Оф cpvxtne кулачка
очерчен по архимедовой спирали,
т. е. при повороте на определенный угол пропорционально должен
возрастать радиус кулачка. Кулачок, рассчитанный для опреде-
ленной величины h, можно использовать при любом числе зубьев,
диаметре фрезы и угле а, необходимо только, чтобы соотношения
между этими величинами давали величину А, удовлетворяющую
формуле. Это обстоятельство очень важно и дает возможность заты-
ловать любые фрезы, пользуясь сравнительно небольшим набором
кулачков.
635
Построение таких кулачков довольно просто. Пусть внутренний
диаметр кулачка будет £>х, как показано на рис. 571. Проведя ок-
ружность этого диаметра, на расстоянии h от нее вычертим вторую
окружность диаметра D=D1+2h из того же центра О. Пусть первая
окружность соответствует положению резца в его первоначальном,
а вторая в конечном (теоретическом) положениях. Разделим окруж-
ности на п равных частей (пусть п=20) и по радиусам от внутренней
окружности к наружной отложим соответственно:
на радиусе О
на радиусе 1
на радиусе 2
h
h/n=l- —
20
h
2h/n—2- —
20
nh
п
на радиусе 20
Рис. 572. Зуб фрезы
Проведя кривую через полученные точ-
ки от радиуса 1 до 16 и далее от 16 до 20 и
сделав переход для обеспечения возврата
резца в исходное положение для обработ-
ки следующего зуба, получим нужный
контур кулачка, обведенный жирной ли-
нией. Таким образом, окружность кулачка
делится как бы на две части. Первая —
рабочий сектор кулачка, очерченный по
архимедовой спирали; она расположена на
большей части окружности с центральным
углом срр. Вторая — с углом срх — ис-
пользуется для обратного хода резца
(холостой ход). Важно знать, от какой точки кулачок начинает
отвод резца от детали. Найдем эту точку.
Если обозначим (рис. 572): 8 — центральный угол между зубья-
ми фрезы, 8Р— центральный угол, соответствующий рабочему ходу
кулачка, и 8Х — центральный угол, соответствующий холостому
ходу кулачка, то можно составить пропорцию
гх _ фх .
*р Чр'
следовательно, отношение на кулачке характеризует очень
важную величину. Существуют кулачки с углом ^=90°, т. е.
отношение 1/3, кулачки с углом 9^=60°, т. е. отношение
Фх
= 1/5, кулачки с углом 9Л=45°, т.е. отношение—=1/7. Зная эту
636
величину, можно выдерживать правильное соотношение между ши-
риной зуба и канавки. Чем больше угол <рх, тем более плавно и спо-
койно работает кулачок, тем выше производительность при заты-
ловании. Поэтому лучшие условия работы при <рх=90в.
Наиболее распространен набор кулачков к затыловочному стан-
ку со следующими величинами падения спирали h в мм, отнесен-
ному к 360°: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 8;
9; 10; 12; 14; 15; 16; 18; 20. Разобранный выше кулачок является
простым — его профиль образован одной архимедовой спиралью.
w 5 остальное
Рис. 573. Комбинированный кулачок с двумя спиралями
Кроме простых, применяются комбинированные кулачки, особенно
в серийном производстве для токарного затылования под оконча-
тельное шлифование. У них профиль образован двумя сопряженными
архимедовыми спиралями различного спада. В связи с этим основ-
ной и дополнительный (для свободного выхода шлифовального кру-
га) затылки образуются сразу за один проход.
Такой кулачок представлен на рис. 573. В нем участок рабочего
профиля кулачка, охваченный углом 135°, образуется архимедовой
спиралью большего спада с величиной падения Ла, а остальной про-
филь — с величиной спада Ах. Со спадом hi резец затылует основной
затылок зуба, спад Аг делают для свободного выхода шлифоваль-
ного круга. Практически используемые величины Ах и Аа приведены
в табл. 115.
Таблица 115
ВЕЛИЧИНЫ ht Yi ht
Падение затылка
22 Металлорежущие инструменты
637
Ширина резцов при фасонном радиальном затыловании обычно
не превышает 70—80 мм, но в отдельных случаях достигает 100—
150 мм. Затылование производят как полнопрофильными, так и по-
лупрофильными резцами.
При затыловании полупрофильными резцами необходимо соб-
людение перекрытия, т. е. ширина каждого резца должна быть
больше половины затылуемого профиля.
Для обработки затылка зуба фрезы требуются две операции:
обдирка и зачистка. Обдирка производится при 200—300 поступа-
тельно-возвратных ходах резца в минуту, а последующая зачистка—
при 80—250 ходах резца в минуту. Резец устанавливается таким
образом, чтобы его горизонтальная плоскость совпадала с плоско-
стью режущей поверхности зуба фрезы и чтобы он одновременно
всей поверхностью вступал в
работу. Операция заднего обта-
чивания производится после
фрезерования зубьев и до терми-
ческой обработки фрезы.
Косое (боковое) за-
тылование, или затыло-
вание под углом.
Известно, что зависимость
между задними углами фасон-
ной фрезы ам в любой точке М
и а — в головной точке выра-
жается формулой
Рис. 574. Схема косого затылования
, D . .
где срм—угол между касательной к профилю в рассматриваемой
точке и прямой, перпендикулярной к оси обрабатываемого профиля
фрезы, а упрощенно:
tg«M = tga Sin
На участках профиля с малым углом фм будет малым и задний
угол аль что является неприемлемым. В этом случае и применяют ко-
сое затылование. Оно представляет собой такой способ затылования,
при котором затыловочный резец движется не перпендикулярно
оси фрезы, а под углом к ней, как представлено на рис. 574, а.
Для обеспечения заданного заднего угла на криволинейном уча-
стке фрезы АВ при одновременном затыловании всего профиля, со-
стоящего из участков АВ и АС, затылование должно производить-
ся под углом т, который образуется между направлением затылова-
ния и плоскостью N — N, перпендикулярной оси фрезы.
Таким образом, задача сводится к определению угла т и вели-
чины спада кулачка. На рис. 574, б пунктиром показано конечное
638
положение затыловочного резца. Пусть начальное положение лю-
бой точки будет в Л, а ее конечное — в Ль Из прямоугольного
A AMAi определим т:
где hi — величина перемещения точки Л в плоскости, перпендику-
лярной оси, Лг — в плоскости, параллельной оси.
/*1 = ^7 tga; A2=^tga1,
где а —задний угол на прямом участке профиля, щ — задний
угол в осевом направлении фрезы в точке Л.
Тогда
Необходимая для подбора кулачка величина затылования
h = У Й1+ hl = У tg2a + tg2a1,
где h — величина затылования в направлении затылования.
Осевое затылование применяется главным образом
при обработке различных торцовых поверхностей дисковых, фасон-
ных или специальных фрез. Для этого суппорт станка разворачи-
вают на 90° от нормального положения и ставят параллельно оси
центров.
При затыловании сложных фасонных профилей инструмента
обычно применяют специальные фасонные резцы с обработкой ими
всего профиля сразу или по отдельным участкам. При широкой
фасонной поверхности затылование производится методом копиро-
вания, для чего используется специальное копирное устройство
суппорта затыловочного станка.
Вообще затылование может быть двух видов: 1) токарное заты-
лование сырой заготовки и 2) шлифововочное затылование в зака-
ленном состоянии инструмента.
Токарное затылование может применяться как окончательная
операция затылования и как предварительная — под шлифование*
Шлифование производят на универсальных токарно-затыловоч-
ных станках с применением специальных шлифовальных приспособ-
лений.
Оно разделяется также на черновое и чистовое. Шлифование
может совершаться при помощи: 1) чашечного конического круга,
2) пальцевого круга и 3) фасонно-дискового круга. В последних
двух случаях шлифовальные круги заправляют под углом соответ-
ственно профилю шлифовальных фрез. Наиболее производитель-
ными являются первый и третий методы.
22*
639
Скорость шлифования 25—30 м/сек, для достижения такой ско-
рости шлифовальный шпиндель приспособления должен делать
до 15 000—40 000 об/мин.
Шлифование фасонных затылованных поверхностей фрез про-
изводят при помощи шлифовальных кругов, заправленных соответ-
ствующим профилем. Заправку профиля на кругах получают нака-
тыванием профильной накаткой йли алмазом в специальных прис-
пособлениях.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЗЬБЫ
Резьбу на инструментах получают четырьмя методами: 1) на-
резанием каким-либо режущим инструментом, 2) шлифованием
шлифовальным инструментом, 3) электроискровой обработкой и
4) методами пластической деформации (накатыванием).
В условиях индивидуального и мелкосерийного производства
режущего инструмента резьбу большей частью получают на токар-
но-винторезных станках с помощью стержневого резьбового резца
и гребенки, а также плашечными и маточными метчиками. В круп-
носерийном производстве режущего инструмента применяют фре-
зерование резьбы резьбовыми фрезами на резьбофрезерных станках,
а также резьбошлифование на резьбошлифовальных станках. В
условиях массового производства применяют накатывание резьбы
на метчиках роликами. При получении резьбы на твердосплавных
инструментах начали применять электроискровой метод.
При нарезании резьбы в первую очередь применяют стержне-
вые^ призматические и круглые резьбовые резцы.
Стержневые резьбовые резцы обычно применяют в индивидуаль-
ном и мелкосерийном производстве. Для нарезания резьбы резцами
используют токарно-винторезные станки. Для обеспечения более
точной резьбы лучше применять резьбонарезные станки повышенной
точности. Такие станки изготавливают: 1) без коррекционной ли-
нейки и 2) с коррекционной линейкой.
Станки без коррекционной линейки снабжают точными хо-
довыми винтами. При использовании их полученную резьбу после
закалки шлифуют на резьбошлифовальных станках. Примером та-
кого станка может служить токарно-винторезный станок Средне-
волжского завода модели 1А616П, предназначенный для нарезки
резьбы на метчиках и плашках. Резьбонарезные станки с коррек-
ционной линейкой применяют для резьб с особо точным шагом на
деталях как термически обработанных, так и необработанных. В
этих станках гайку ходового винта делают неразъемной. Под воз-
действием коррекционной линейки гайку во время перемещения
суппорта поворачивают, благодаря чему суппорту обеспечивается
дополнительное перемещение, необходимое для достижения точно-
го шага резьбы. Корригирование шага нарезаемой резьбы приме-
няют: 1) для устранения неточности шага в нарезаемой детали, обус-
640
ловленной неточностью шага ходового винта, и 2) для изменения
номинального шага резьбы в сторону уменьшения или увеличения
в целях компенсации тех изменений, которые шаг резьбы нарезае-
мой детали получает в результате последующей термической об-
работки.
Примером станка с коррекционной линейкой может являться
токарно-винторезный станок завода им. Воскова модели ПВТ-5.
Также имеются полуавтоматы моделей 103, С-103М и МФ-102.
При нарезании резьбы резцами используются два основных спо-
соба подачи резца: радиально и с боковым, врезанием под углом
к оси детали. При черновых проходах применяют боковое вреза-
ние, а при чистовых — радиальное.
Резьбовые резцы можно применять и< в крупносерийном произ-
водстве с использованием для этого полуавтоматических токарно-
винторезных станков, в которых регулирование величины попереч-
ной подачи на глубину резания, переключение с рабочего хода на
холостой, обратный ход происходят автоматически. В этом случае
широкое применение имеют призматические и круглые резьбовые
резцы.
С целью повышения производительности при нарезании резь-
бы применяют резьбовые гребенки, которые могут быть круглыми,
призматическими и стержневыми. Призматические гребенки ввиду
сложности изготовления применяют мало, круглые гребенки при-
меняют главным образом для чистовой обработки. Гребенки могут
нарезать как наружную, так и внутреннюю резьбу.
Фрезерование резьбы можно производить как дисковыми фре-
зами, так и гребенчатыми. Дисковые фрезы в основном применяют
для нарезания резьб большой длины с крупным шагом, а гребен-
чатые— для нарезания коротких резьб с мелким шагом, обеспечи-
вая большую производительность нарезания. Дисковые фрезы (с
симметричным и несимметричным профилем) в инструментальном
производстве применяют для получения модульной резьбы на чер-
вячных фрезах. Их ось устанавливают под углом подъема резьбы к
оси нарезания винта'. Для фрезерования такой фрезы используют
резьбофрезерный станок Средневолжского завода модели 5М5Б62,
и самый процесс фрезерования производят за один или два прохода
в зависимости от шага нарезаемой резьбы.
Фрезерование резьбы гребенчатыми фрезами производят в
крупносерийном производстве на машинных метчиках, плашках,
на ножах для сборных инструментов и т. д. Резьбу получают
за один с четвертью оборота детали при осевом перемещении
фрезы на величину одного шага с четвертью. При фрезеровании
резьбы гребенчатой фрезой ось последней устанавливают парал-
лельно оси детали. Для фрезерования резьбы на машинных мет-
чиках используют указанные выше станки модели 5М5Б62, а для
фрезерования резьбы на резьбовых плоских и накатных плашках —
горизонтально-фрезерные станки.
641
При изготовлении круглых и призматических плашек диамет-
ром до 36 мм резьбу нарезают предварительно плашечными метчи-
ками, а окончательное нарезание производят маточными метчиками.
Нарезание выполняют на вертикально-нарезных или токарно-вин-
торезных станках.
При изготовлении крепежных деталей для сборного инструмента
(винтов, болтов и пр.) используют круглые плашки, регулируемые
и самооткрывающиеся головки. При нарезании резьбы плашками
подачу осуществляют самозатягиванием. Обычно заготовку детали
делают по диаметру несколько меньше нормального диаметра
винта (на 0,1—0,2 мм), чем резьба
Заготовка
Рис. 575. Схема движения детали и
инструмента для осуществления про-
цесса точения по методу обкатки:
1 — заготовка; 2 — полученная резьба; 3 —
фасонный гаечный резец; 4 —червяк
предохраняется от задирания.
Плашки после резьбы не-
обходимо свинчивать, что
удлиняет время обработки и
несколько портит резьбу.
Регулируемые резьбона-
резные головки являются
более точным инструментом и
позволяют работать с более
высокими скоростями реза-
ния — от 8 до 16 м/мин, в то
время как простые плашки
нарезают ее со скоростью от
2 до 5 м/мин,
Самооткрывающиеся резь-
бонарезные головки являются
более совершенным инстру-
ментом для получения резь-
бы в сравнении с плашками
и регулируемыми головками.
Они обеспечивают автомати-
ческий выход гребенок из
резьбы в конце ее нарезания,
быстрый обратный отвод го-
ловки, значительно большее
число переточек и допус-
кают работу с большими скоростями — от 8 до 20 м/мин.
Точение по методу обкатки при нарезании резьбы применяют
при изготовлении червячных модульных фрез с использованием
шлицефрезерных специально переоборудованных станков. Инстру-
ментом, производящим нарезание резьбы, является фасонный ча-
шечный резец. Такое изготовление резьбы делается за один проход,
благодаря чему является очень производительным. К сожалению,
проектирование и изготовление фасонного чашечного резца яв-
ляется довольно сложным. На рис. 575 представлена схема такого
нарезания резьбы. По данной схеме реализуются следующие дви-
жения: а) вращение заготовки /, б) перемещение оси резца 3 вдоль
Инструмент
642
оси заготовки 1, в) вращение резца 3 вокруг своей оси <о2—<о3. При
таком методе нарезания резьбы любые профили детали получаются
за счет профиля применяемого чашечного резца, причем подъем
профиля детали не ограничивает возможности применения этого
способа.
Резъбошлифование производят для образования точной резьбы
у режущего инструмента. Для этого применяют резьбошлифоваль-
ные станки, работающие способом шлифования узкими (однониточ-
ными) и широкими (многониточными) кругами. Они работают или
с поворотом стола на угол подъема шлифуемой резьбы, или с
поворотом бабки шлифовальной фрезы на тот же угол. Резьбошли-
фовальные станки можно разделить на следующие типы: универ-
сальные, узкого назначения, специализированные и бесцентровые.
В инструментальном производстве в первую очередь применяют уни-
версальные станки, позволяющие шлифовать сплошные и преры-
вистые поверхности инструментов, кольцевые и конические резьбы,
резьбу, имеющую спад затылка по профилю, а также длинные на-
ружные резьбы. Примером такого станка может служить станок мо-
дели 582, предназначенный для шлифования резьб метчиков, накат-
ных роликов, резьбовых фрез и т. п. Этот станок работает с поворо-
том шпиндельной бабки шлифовального круга на угол подъема
винтовой линии резьбы. Применяют также универсальный резь-
бошлифовальный станок модели 5822.
Станки узкого назначения применяют для шлифования коротких
наружных резьб. Примером такого станка могут служить типы
резьбошлифовальных станков без ходового винта с перемещением
стола от кулачка или от специальной линейки. На таких станках
можно шлифовать метчики и другие инструменты с короткой резь-
бой. Для шлифования профиля резьбы метчиков имеются специали-
зированные станки моделей МВ-13 и МВ-14, а также полуавтомат
модели 5810.
Специализированные резьбошлифовальные станки применяют
для шлифования червячных и резьбонарезных фрез, а также хо-
довых винтов и червяков.
Бесцентрово-резьбошлифовальные станки применяют для шли-
фования коротких резьб винтов, шпилек и других аналогичных
деталей, находящих применение в инструментальном производстве.
Настройку станков по шагу резьбы осуществляют посредством
сменных зубчатых колес либо посредством сменных винтов и гаек.
При применении многониточных кругов обеспечивается более
высокая производительность, но несколько меньшая точность в
сравнении с однониточными кругами. Многониточные круги при
шлифовании на проход снабжаются заборным конусом, вследствие
чего первые нитки выполняют предварительные, а последние нит-
ки — зачистные проходы.
Шлифование точной резьбы обычно осуществляют в две опера-
ции: предварительную, выполняемую многониточным кругом, и
643
окончательную — однониточным кругом. Заправку однониточного
круга производят алмазами при помощи специальных приспособ-
лений, а проверку многониточных кругов осуществляют закален-
ными стальными накатками.
Практика работы показывает, что нарезание резьбы с мелким
шагом примерно до 5=1,5 мм целесообразнее производить шлифо-
ванием в сплошной, не нарезанной предварительно заготовке ин«
стр умен та.
Значительное влияние на производительность шлифования и
чистоту поверхности резьбы оказывает применяемое охлаждение.
Наиболее распространенными охлаждающими жидкостями при
шлифовании резьбы являются:
Рис. 576. Получение резьбы электроэрозионным способом с применением:
а — цилиндрического профильного электрода; б — плоской электрода-гре-
бенки; в — диска с резьбовым профилем
1) разведенный в горячей воде двухромовокислый калий
(хромпик) КгСггОу, обладающий большой прозрачностью, что
значительно облегчает рабочему наблюдение за обработкой;
2) осерненное масло следующего состава:
техническое растительное масло (подсолнечное, льняное) . 19%
минеральное масло (вазелиновое, веретенное №2, велосит) 78%
сера........................................... 3%
Электроискровая обработка при изготовлении резьбы позволяет
технологически просто получить резьбовой профиль на инструмен-
тах из твердых сплавов.
Схему получения резьбового профиля можно разделить на две
группы:
1) получение резьбового профиля путем копирования профиля
электрода;
2) получение резьбового профиля непрофилированным элект-
родом путем копирования соответствующего шаблона.
На рис. 576, а изображено получение резьбы в отверстии элект-
644
Рис. 577. Получение резьбы электроэро-
зионным способом с помощью вырезания
профиля электродом в виде непрерывно
движущейся по шаблону тонкой прово-
локи:
1 — электрод-проволока; 2 — шаблон; / — заго-
товка гребенки
роэрозионным способом на установке, имеющей электрод в виде
нарезанного винта, в частности «Электром 19». Профильный ци-
линдрический электрод в процессе обработки совершает поступа-
тельное движение вдоль оси и соответствующее вращательное дви-
жение.
Схема получения резьбовых твердосплавных гребенок на про-
шивных станках изображена на рис. 576, б. В этом случае заго-
товка гребенки устанавливается под углом а к продольной оси
электрода.
На рис. 576, в приведена схема получения резьбового профиля
на большей длине применительно к резьбонакатным плашкам.
В этом случае в качестве
электрода применен диск с
нанесенным на его перифе-
рии резьбовым профилем.
Эта схема осуществлена в
установке с дисковым
электродом (в частности,
«Электром 18»). Недостат-
ком рассмотренных схем
является необходимость из-
готовления профильных
электродов.
Ко второй группе отно-
сится метод получения
резьбового профиля с по-
мощью вырезания его на
заготовке непрерывно дви-
жущейся проволокой-
электродом, которая авто-
матически перемещается по шаблону, как представлено на рис. 577.
Этот метод осуществляется на установке с тонкой проволокой (в
частности, «Электром 15»).
В этом случае не требуется изготовления профильных электродов,
что является большим преимуществом.
Накатывание резьбы плоскими плашками и роликами доста-
точно хорошо освоено в инструментальном производстве. Процесс
накатывания при помощи накатных головок и круглых плашек яв-
ляется новым и еще практически в инструментальном производстве
не используется.
В первую очередь в инструментальном производстве нака-
тывание находит применение при изготовлении метчиков и
производится с применением специальных накатных стан-
ков.
По виду накатного инструмента резьбонакатные станки делятся
на три типа:
а) с плоскими резьбовыми плашками;
645
б) с круглыми резьбовыми роликами;
в) с круглым резьбовым роликом и кольцевой плашкой.
Станки с плоскими резьбовыми плашками изготавливаются:
1) с движением ползуна, на котором крепится подвижная плашка,
в горизонтальной плоскости, 2) с движением ползуна в наклонной
плоскости и 3) с движением ползуна в вертикальной плоскости.
Рабочие поверхности накатных плашек чаще всего располагаются
в вертикальной и (реже) в горизонтальной или наклонной плоско-
сти. Прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна
осуществляется кривошипно-шатунным, кривошипно-кулисным с
качающейся кулисой или кривошипйо-шатунным в сочетании с
вращающейся кулисой механизмами. Примером станков с плоскими
плашками может служить резьбонакатной станок модель 5961,
имеющий движение ползуна по наклонной плоскости. Этот станок
предназначен для накатывания резьбы повышенной точности на
специальных винтах и метчиках диаметром до 10 мм. Загрузку за-
готовок винтов производят с помощью специального бункера, а
метчиков — вручную. В процессе накатки одна из плашек непод-
вижна. Положение ее регулируется только при наладке станка.
Вторая плашка укреплена на ползуне и совершает возвратно-посту-
пательное движение. Этот способ накатки является наиболее про-
изводительным.
Скорость накатывания для плоских плашек ц=30—35 м!мин и вы-
бирается в зависимости от материала заготовки, диаметра и шага
резьбы.
Примером станка с круглыми накатными роликами является
станок конструкции ЭНИМС. В процессе накатки станок обеспечи-
вает: 1) рабочую подачу накатного ролика на всю глубину профи-
ля резьбы, 2) выдержку без подачи, за время которой происходит
укатка и калибрование резьбы, и 3) отвод накатного ролика в ис-
ходное положение. Имеется также универсальный станок модели
5933 и специально для накатки резьбы метчиков — станки моделей
НР-3 и МФ-103.
Точность резьбы, получаемая на станках с круглыми накат-
ными роликами, выше, чем на станках с плоскими плашками.
Объясняется это тем, что на станках с круглыми плашками процесс
накатывания протекает с меньшими усилиями и осуществляется
более точным инструментом. Более высокая точность инструмента
достигается тем, что резьба роликов после термообработки шлифует-
ся, в то время как резьба плоских плашек после термообработки
притирается, что не устраняет всех погрешностей, возникающих
после термической обработки инструмента. На станках с круглыми
плашками накатывание резьбы производится с точностью до 2-го
класса. В процессе накатывания заготовка покоится на упорной
линейке, установленной между накатными роликами.
Заготовка, расположенная между роликами, захватывается
646
ими и во время вращения роликов поворачивается вокруг своей
оси несколько раз до образования резьбы на установленной длине.
Размеры роликов по диаметру зависят от конструкции станков
и колеблются в пределах 120—250 мм.
Обычно при накатывании получают незатылованную резьбу, но
в последнее время на метчиках стали накатывать затылованную
резьбу, используя многогранный профиль заготовки со спадами,
соответствующими спадам затыловки резьбы, как представлено для
трехканавочного метчика на рис. 578. При этом вдоль рабочей части
заготовки образуются три равноуглубленные лыски а (плоские или
скругленные), расположенные через 120° (рис. 578, а), а затем при
последующем бесцентровом шлифовании за счет радиального сме-
Рис. 578. Метод получения фасонного профиля заго-
товок под накатывание резьбы метчиков
щения заготовки, обусловленного наличием лысок, образуется
спад а' (рис. 578, б) вполне определенной величины, зависящей от
размера лысок и припуска на бесцентровое шлифование. Получение
лысок достигается путем их продольной прокатки тремя роликами
или штамповкой лысок в призме. Последующее накатывание резьбы
на такой заготовке обеспечивает получение затылованной резьбы.
С использованием приспособления для прокатки лысок на рабочей
части метчика на заводе «Фрезер» приступили к опытному промыш-
ленному производству ручных затылованных метчиков с нешлифо-
ванной резьбой. В настоящее время процесс резьбонакатывания мет-
чиков постепенно автоматизируют.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТА
Изготовление фасонных поверхностей режущего инструмента
производится с применением: 1) нормального режущего инструмен-
та, который получает криволинейное движение посредством связан-
ных с ним копиров или копирных линеек, и 2) специального фасон-
ного инструмента. Так как режущие инструменты в большинстве
случаев имеют небольшую ширину, то большей частью для обработ-
647
фрезы ма угол к при
за то уttо профиля
Рис. 579. Схема затачива-
ния фрез
ки их фасонных поверхностей достаточно применения фасонных ра-
бочих инструментов.
Для получения фасонных поверхностей режущих инструментов
применяются токарные, токарно-затыловочные, фрезерные, шлифо-
вальные, заточные и оптические профильно-шлифовальные станки.
Обтачивание на токарных станках может производиться как
по копиру, так и фасонными резцами. По копиру обтачиваются фа-
сонные фрезы шириной свыше 100 мм. В этом случае применяют
копирные линейки. При ширине фрез меньше 100 мм для их обра-
ботки применяют фасонные стержневые резцы. Затылование профи-
ля после обточки производят с применением фасонных затыловоч-
ных резцов на токарно-затыловочных станках. Фрезерование фасон-
ными фрезами производят для получения канавок у режущих ин-
струментов.
Обработку фасонных поверхностей
на шлифовальных и заточных станках
используют при изготовлении фасонных
фрез с острозаточенными зубьями, когда
их приходится затачивать по профилю.
В этом случае применяют профильные
шлифовальные круги. Самое затачива-
ние фрез после придания зубьям на
предыдущих операциях соответствую-
щего профиля производят двумя пу-
тями, а именно:
а) по радиусу с вогнутым или выпуклым профилем, сопрягаю-
щимся с плоскостями;
б) по копиру в тех случаях, когда вследствие криволинейной
поверхности профиля зуба применение первого способа невозможно.
В первом случае затачивание производят в специальных приспо-
соблениях на заточных станках. В процессе затачивания верхние
салазки с установленной на них головкой, в которой закреплена
затачиваемая фреза, поворачивают от руки вправо и влево. Каждая
точка полукруглого профиля фрезы радиуса R должна проходить
через ось вращения верхних салазок приспособления, как представ-
лено на рис. 579. Пунктирными линиями показаны крайние поло-
жения шлифовального круга в точках А и В. При затачивании эти
точки должны приходить в точку О.
Во втором случае, например при затачивании выпуклых фасон-
ных поверхностей у острооточенных фрез, применяют приспо-
собления, сущность работы которых заключается в обкатывании ко-
пира относительно неподвижной линейки. Затачиваемую фрезу ус-
танавливают так, чтобы профиль ее совпадал с профилем копира.
Вследствие обкатывания копира затачиваемая фреза будет полу-
чать профиль, соответствующий профилю на копире.
Оптические профильно-шлифовальные станки в производстве
режущего инструмента служат для шлифования криволинейных
648
поверхностей на шаблонах, резцах круглых и призматических. Эти
станки позволяют производить обработку резцов с задними углами
до 25°, что очень важно при изготовлении токарно-затыловочных
резцов. Кроме того, эти станки допускают поворот шлифовального
круга на угол ± 10° для шлифования вспомогательного угла в
плане.
Профильно-шлифовальные станки подразделяют на станки:
1) с оптическим устройством и пантографом и 2) с оптическим уст-
ройством и экраном.
Шлифование профиля производят на этих станках по чертежу
инструмента, увеличенному в 50 или в любое другое число раз. Точ-
ность шлифования соответствует ±0,01 мм.
Профильно-шлифовальные станки имеют следующие основные
узлы: шлифовальный суппорт, крестовый суппорт для крепления
обрабатываемого инструмента, стол для чертежа, оптическое уст-
ройство.
Станок с оптическим устройством и пантографом, кроме обыч-
ной механической части, имеет оптическое устройство с 20-кратным
увеличением, основной частью которого является микроскоп, позво-
ляющий наблюдать любую точку профиля инструмента. Кроме того,
при нем имеется пантограф, выполненный с масштабом 50 : 1.
Масштаб пантографа и размер стола с чертежом позволяют обраба-
тывать инструменты размером 10x10 см без перестановки профиля.
Работа на этом станке довольно утомительна ввиду того, что
необходимо водить штифт пантографа по чертежу, наблюдать в оку-
ляр микроскопа за чистотой обработанной поверхности и одновре-
менно управлять значительным количеством рукояток.
Этот недостаток частично устранен в профильно-шлифовальных
станках с экраном, на который проектируется деталь во все время
обработки. Таким станком является профильно-шлифовальный
станок модели 395. Точность шлифования профиля на нем состав-
ляет 0,01—0,02 мм. Контроль шлифуемого профиля, а также на-
блюдение за шлифованием осуществляют с помощью оптического
устройства, являющегося неотъемлемой частью станка.
На данном станке шлифовщик сравнивает увеличенное изобра-
жение обрабатываемого профиля с увеличенным чертежом этого
профиля, помещаемого на экране. Поэтому чертеж инструмента дол-
жен быть выполнен с тем же увеличением, которое достигается с
помсщью оптического устройства (50 : 1). Следовательно, работа
шлифовщика заключается в том, чтобы следить за профилем и пе-
ремещать режущую кромку шлифовального круга так, чтобы до-
биться совпадения на экране увеличенного контура инструмента с
конт} рем увеличенного профиля инструмента на чертеже.
На рис. 580 представлена схема устройства подобного станка.
От источника света / падают лучи на наклонно установленный от-
ражатель 2, который направляет их на обрабатываемый шлифо-
вальным кругом 10 инструмент. От инструмента 3 поток лучей отра-
649
жается в обратном направлении и, проходя через щель 4 в отра-
жателе и систему линз 5 увеличения, проектируется в прямом ра-
бочем изображении на зеркало 6, которое отбрасывает лучи на
стеклянный экран 7. Профиль 8 обрабатываемого инструмента
получается в виде резкого изображения на ярко освещенном экра-
не. На экране можно видеть, какие участки профиля инструмента
совпадают с заданным и какую величину припуска 9 еще нужно
снять.
Рис. 580. Схема оптического профильно-шлифовального станка
с экраном
КЛЕЙМЕНИЕ
Основные понятия
Клеймение является обязательной операцией при изготовлении
инструментов. При клеймении необходимо нанести знаки, характе-
ризующие: 1) основные размеры инструмента, 2) материал, из ко-
торого он изготовлен, 3) наименование завода-изготовителя, 4) год
изготовления, 5) эксплуатационные характеристики инструмента,
6) в необходимых случаях — класс точности, 7) шифр инструмента
(в инструментальных цехах).
Клеймение должно быть качественным, для чего цифры и буквы
должны быть четкими, ровными, одинаковыми по глубине по всему
контуру данного знака, знаки должны быть расположены на оди-
наковом расстоянии друг от друга и на одном уровне, вокруг зна-
ков не должно быть неровностей и заусенцев.
Различаются следующие способы клеймения: 1) ручное, 2) ме-
ханическое, 3) химико-механическое гравирование, 4) химическое
и 5) электроискровое
650
Клейма при всех способах наносят преимущественно на вспо-
могательные поверхности инструмента. Если такой поверхности
нет, то можно наносить клеймо и на боковую поверхность, не иска-
жая ее.
Ручное клеймение
Ручное клеймение может быть осуществлено: 1) с помощью на-
бора ручных клейм и молотка ударным способом и 2) с помощью
электрографа.
В первом случае необходимо наносить клеймо с осторожностью,
чтобы избежать при ударах молотком увеличения внутренних на-
пряжений в металле инструмента.
Во втором случае клеймо получается от воздействия на поверх-
ности инструмента электрической искры. Для этого применяется
прибор — электрограф, представленный _
на рис. 581. К игле 1 электрографа,
изготовленной из меди с вольфрамовым на- .х \\
конечником, подводят электрический ток. \ )
В подставке 2 электрографа имеется С
трансформатор, понижающий напряже- ?
ние тока со ПО—120 в до 5—10 в при
силе тока 1—2 а. Знаки наносят вручную *
иглой.
Ручной метод является малопроизво- Рис- 581- Электрограф
дительным и нечетким. Он применяется
главным образом в индивидуальном и реже мелкосерийном про-
изводстве.
Механическое клеймение
Механическое клеймение плоских инструментов производят
при крупносерийном изготовлении режущего инструмента с по-
мощью ручных винтовых или гидравлических прессов. На рис. 582
представлен один из таких ручных винтовых прессов. Клеймо
вставляют в клеймодержатель и, опуская вниз, наносят знаки на
поверхность инструмента.
Механическое клеймение цилиндрических инструментов при
крупносерийном изготовлении их производятся на ручных или с
механическим приводом станках путем накатывания, как представ-
лено в схеме на рис. 583. На столе закреплены два рядом располо-
женных ролика 1 и 2 со свободным вращением. На ролики кла-
дут инструмент, подлежащий клеймению. На верхней подвижной
каретке 3 монтируют клеймодержатель 4 с клеймами 5. Посредством
рейки и зубчатого колеса вручную от рукоятки или от кривошип-
ного механизма при механическом приводе каретке сообщают дви-
651
жение в направлении, указанном стрелкой А. Клейма, вдавлива-
ясь, увлекают за собой инструмент, который вращается по стрел-
ке Б. Инструмент прокатывается по плоскому клейму, на котором
нанесены соответствующие буквы и цифры, выдавленные на
поверхности.
Для клеймения мелких инструментов в массовом и крупносе-
рийном производстве используются клеймильные автоматы. Приме-
ром может служить клеймильный автомат завода «Фрезер» для
клеймения цилиндрических сверл диаметром от 2 до 12 мм.
Рис. 582. Ручной винтовой пресс
для клеймения:
1 — плита пресса; 2 — приспособле-
ние для обрабатываемого инструмента;
3 — клей модер жатель; 4 — рукоятка;
4 — грузы; 6 — винт с многозаходной
резьбой
Рис. 583. Схема накатывания
знаков на цилиндрических ин-
струментах
На рис. 584 представлен такой автомат. Магазин 7 служит для
загрузки автомата и подачи сверл в вырез кассеты 1. Одну из на-
клонных дорожек3 магазина переставляютв зависимости от длины
загружаемых сверл. В клеймодержатель вставляют рамку с клей-
Рис. 584. Автомат для клеймения мелких сверл
652
мом, закрепляемую винтом. На каретку 9 при помощи винтов и
гаек 8 крепят кассету. Вращением винта 2 наклонные дорожки уста-
навливаются по высоте. Вращением маховичка 5 стол 4 подводится
под магазин. Совмещение зева магазина с прорезью кассеты осу-
ществляется передвижением основного кронштейна 6, несущего
Магазин.
В положении стола с кассетой под магазином в последний зак-
ладывают одно сверло, которое скатывается по наклонным дорож-
кам и попадает в вырез кассеты. Поворотом от руки маховичка стол
передвигается и сверло оказывается под клеймом. Дальнейшим
передвижением стола при помощи маховичка сверло прокатывается
под клеймом. Имеется также полуавтомат модели 9В-3 для клей-
мения круглых плашек.
Механическое клеймение производится до термической обработ-
ки, что является его недостатком. Возможно также уменьшение
глубины клеймения после шлифования инструмента, если клеймо
нанесено на шлифуемой поверхности.
Химико-механическое клеймение
В серийном производстве инструмента находит применение хи-
мико-механическое клеймение гравированием, которое производит-
ся после термической обработки и шлифования инструментов. Для
проведения этого процесса используют гравировальные станки,
схема работы которых представлена нарйс. 585. На станине станка
смонтирован пантограф, с помощью
которого наносят изображения с
трафарета на инструмент. Пантог-
раф состоит из шарнирного парал-
лелограмма. на котором с одной
стороны расположен копирный или
направляющий палец /, скользя-
щий по углублениям Tpaq>apeTa 2
цифр, букв или других знаков, а
с другой — инструмент — игла <?.
Когда копирный палец 1 передви- Рис- 5в8и%вальногГс?ХГ ГРЯ’
гается по трафарету, пантограф с
помощью плеч рычагов шарнирного
параллелограмма передает движение шпинделю, траектория пути
которого подобрана на фигуре трафарета. Размер знаков зависит
от соотношения плеч пантографа. Путем изменения отношения
плеч -у пантографа можно изменять масштаб от 1 : 1 до 1 : 10.
Для процесса нанесения знаков поверхность инструмента по-
крывают елеем спиртового лака, по которому иглой при движении
копирного пальца производят перенос трафарета, благодаря чему
на поверхности инструмента получаются тонко нанесенные знаки.
653
Прсле этого производится травление водным раствором кислоты,
состоящей из двух частей концентрированной азотной кислоты
HNO3 и одной части дистиллированной воды. После этого поверх-
ность посыпают поваренной солью, затем промывают водой для
удаления остатков кислот и соли. После этого инструмент промы-
вают в нитритно-содовом растворе в течение 3—5 мин при 70—80° С
для предохранения от коррозии и просушивают на воздухе . Со-
став раствора: 1,5% нитрита натрия NaNO2, 0,3% кальцинирован-
ной соды Na2CO3, остальное — вода. Для удаления пленки спир-
тового лака поверхность инструмента промывают керосином и пов-
торяют промывку в нитритно-содовом растворе.
Гравирование знаков производят на плоских, цилиндрических
и конических поверхностях инструментов.
Химическое клеймение
Химическое клеймение находит применение при нанесении
клейм на ножи сборных инструментов. Состав, состоящий из од-
ной части селенистой кислоты и одной части раствора сернокислой
меди, наносят на резиновое клеймо-штамп, которым надавливают
на инструмент, перенося таким образом клеймом изображение на
инструмент. После этого инструмент промывают в воде, а затем
в нитритно-содовом растворе.
Электроискровое клеймение
Для электроискрового клеймения используют описанные выше
электроискровые установки для упрочнения поверхности инстру-
ментов. Клеймо, изготовленное из латуни или меди, крепится к
стержню вибратора установки. Для получения четкого отпечатка
необходимо отрегулировать зазор между клеймом и поверхностью
клеймения. При клеймении поверхность инструмента слегка сма-
чивают керосином, вибратор приставляют опорной гайкой к месту
нанесения клейма и нажимают кнопку. Между клеймами и поверх-
ностью клеймения появляется искра. После этого через 5—10 сек
на поверхности инструмента получается четкое и фотографически
точное изображение клейма.
ГЛАВА XXV
ОТДЕЛКА РЕЖУЩИХ ЛЕЗВИЙ ИНСТРУМЕНТОВ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Отделку режущих лезвий инструмента производят заточкой и
доводкой. Заточка и доводка до последнего времени осуществля-
лись с непосредственным использованием абразивных средств в
виде шлифовальных кругов, брусков или абразивных порошков (аб-
разивная заточка и доводка).
В настоящее время в промышленности находят применение так-
же электро-химико-механическая, электрохимическая, электроиск-
ровая, анодно-механическая, электроконтактная, электроабразив-
ная и виброабразивная отделки режущих лезвий.
АБРАЗИВНАЯ ЗАТОЧКА
Для проведения процесса абразивной заточки режущих инстру-
ментов применяют универсальные и специальные заточные станки.
На универсальных заточных станках можно производить за-
точку всех видов режущего инструмента. Универсальные заточные
станки снабжаются приспособлениями, облегчающими установку и
закрепление затачиваемого инструмента. В настоящее время оте-
чественная станкостроительная промышленность выпускает ряд
таких универсальных заточных станков. Инструмент, затачивае-
мый на этих станках, перемещается относительно шлифовального
круга по направлению осей пространственной прямоугольной систе-
мы координат. На станке модели 3641 вертикальное перемещение
осуществляется столом, а на станке модели ЗА64 вертикальное пе-
ремещение осуществляется шлифовальной бабкой станка. Наибо-
лее распространенным является станок типа ЗА64М (рис. 586). Эти
станки снабжаются передней и задней центровыми бабками, уни-
версальной головкой, рядом приспособлений для заточки фасонных
фрез с затылованным зубом, фрезерных головок, зенкеров, спираль-
ных сверл, метчиков, червячных фрез, радиальных плашек, длин-
ных разверток и наборов фрез, а также универсальными тисками и
655
Рис. 586. Универсальный заточный ста
нок модели ЗА64
другими мелкими вспомогательными приспособлениями (упоры
подручники, хомутики) и т. д. Приведенный набор приспособлений
позволяет осуществлять заточку на универсальных заточных стан-
ках основной номенклатуры режущего инструмента.
Специальные заточные станки служат, как правило, для заточки
режущих инструментов одного вида, например резцов, сверл, про-
тяжек, червячных фрез и т. д. Вследствие этого их устройство пре-
дусматривает только те
перемещения затачиваемо-
го инструмента и шлифо-
вального круга, которые
необходимы в данном ча-
стном случае заточки оп-
ределенного типа инстру-
мента.
Специал иные заточные
станки бывают неавтома-
тическими, в которых дви-
жение затачиваемого ин-
струмента от нос ител ьно
шлифовального круга осу-
ществляется от руки, и
полуавтоматическими с
механизированным движе-
нием затачиваемого инст-
румента.
В настоящее время
отечествен н а я ста н костро-
ительная промышленность
выпускает ряд типов таких
станков.
Специальные станки
для заточки резцов кон-
струируют двух типов: 1) для заточки резцов из инструменталь-
ных сталей и 2) для заточки резцов, оснащенных твердым спла-
вом. Станки для заточки резцов из инструментальных сталей име-
ют, как правило, один шлифовальный круг. Эти станки снабжают-
ся специальными резцовыми головками для неподвижного крепле-
ния резцов во время заточки. Станки для заточки твердосплав-
ных резцов предусматривают два или три шлифовальных круга,
что обеспечивает возможность последовательного применения шли-
фовальных кругов различных характеристик. Станки снабжены
специальными подручниками для неподвижного крепления резцов
и одновременно заточки их вручную.
На рис. 587 представлен один из наиболее употребительных
специальных станков модели 3625 для заточки резцов из инструмен-
тальных сталей с автоматической подачей резца на шлифовальный
656
круг и автоматическим возвратно-поступательным движением шли-
фовального круга. Станина 1 такого станка представляет собой от-
ливку коробчатой формы с расширенной верхней частью. Резцовая
головка 2 имеет три вращательных движения и обеспечивает подачу
резца на шлифовальный круг, закрытый кожухом 3. Заточка пе-
редней поверхности резца с выкружкой производится от руки
посредством приспособления 4, установленного на правой стороне
станины станка. Резцовая головка такого станка представлена на
рис. 588, а, где 1 — горизонтальная, 2 — вертикальная и 3— нак-
3
Рис. 587. Станок модели 3625 для заточки резцов
из инструментальных сталей
лонная шкалы, по которым производится отсчет необходимых углов
установки резцов при заточке. На рис. 588, б представлены эти
шкалы с нанесенными на них делениями. Горизонтальная шкала 1
разделена в пределах от 320 до 360* и от 360 до 130°. Ось резцовой
головки при совпадении риски на корпусе головки с делением 360°
шкалы устанавливается параллельно торцовой (шлифующей) по-
верхности круга. Вертикальная шкала 2 разделена на 360°. Нак-
лонная шкала 3 разделена в пределах от Одо 30°. Горизонтальному
положению оси резцедержателя головки соответствует установка
указателя, расположенного на корпусе головки, на 15-е деление
шкалы, нанесенной на корпусе подшипника головки. Углы, необ-
ходимые для установки резца на станках рассматриваемого типа,
можно вычислить аналитически или найти путем соответствующих
геометрических построений.
На рис. 589 представлен один из наиболее распространенных
станков модели 3628 для заточки твердосплавных резцов. Станок
657
имеет два шпинделя с установленными на них шлифовальными кру-
гами для черновой и чистовой заточки резцов. Станина 1 станка
представляет собой отливку коробчатой формы с расширенной верх-
ней частью. Станок оборудован двумя столами 2 — правым и ле-
вым. Нижнее отделение
станины служит резервуа-
ром и отстойником для
охлаждающей жидкости.
В шлифовальной головке
3 смонтированы два сим-
метрично расположенных
шпинделя, приводимых во
вращательное движение
посредством клиноремен-
ных передач от электро-
дви га тел ей, у ста новл ен-
них на боковых стенках
Рис. 588. Схема резцовой головки заточ-
ного станка для заточки резцов из ин-
струментальных сталей (а) и шкалы резцо-
вой головки (б)
станины. Станок рассчитан
на заточку неподвижно за-
крепленных резцов, одна-
ко возможна заточка на
нем и незакрепленных
резцов вручную. Для обес-
печения черновой и чис-
товой заточки каждый
шпиндель станка имеет са-
мостоятельное включение
и переключение числа обо-
ротов, а также реверси-
рование направления вра-
щения шлифовального
круга. Это дает возмож-
ность производить заточ-
ку либо на правой, либо
на левой стороне круга и
стола. Столы станка изгото-
вляют подвижными, пред-
назначенными для заточ-
ки закрепленных резцов,
и неподвижными — для
заточки незакрепленных
резцов.
Если производить заточку твердосплавных резцов только вруч-
ную, то можно ограничиться более простой конструкцией заточного
станка—обычным точилом с двумя шлифовальными кругами и
двумя подручниками упрощенной конструкции (например, модель
3M636). Для серийного и массового производства недавно создан
658
ваточный полуавтомат модели 3624, а также пятипозиционные по-
луавтоматы с круглым столом моделей ВЗ-77 и ВЗ-78.
Более сложными по своей кинематической схеме являются
станки для заточки спиральных сверл. Задние поверхности спи-
ральных сверл для обеспечения необходимых задних углов заточки
могут быть заточены: 1) по конической поверхности, 2) по цилинд-
рической поверхности, 3) по винтовой поверхности и 4) по двум
плоскостям.
Схема заточки по конической поверхности представлена на
рис. 590, а. Конус сверла расположен таким образом, что вер^
Рис. 589. Станок модели 3628 для заточки твердо-
сплавных резцов
шина его находится на расстоянии / от оси сверла и, кроме этого,
смещена на величину k. Ось конуса и ось сверла составляют угол
е. Указанными тремя параметрами—углом 8, величинами / и
k при заданных углах 2<р и 0 — определяется относительное по-
ложение конуса и затачиваемого сверла. По такой схеме работают
станки моделей ЗБ652 и 3657. При заданных углах 2<р = 116° и
0 =26° на станке модели ЗБ652 угол 8 =45°, а на станке модели 3657
угол 8=20°. Расстояние Z= 1,9 D, а £=1,15 D (D — диаметр свер-
ла), причем на станке модели ЗБ652 это расстояние определяется
положением упора, а на станке модели 3657 —вылетом сверла из
патрона. Настройка на величину k производится поворотом сверла
относительно оси конуса. Режущая кромка сверла получается пря-
молинейной при повороте сверла относительно конуса на положи-
тельную величину и криволинейной — при повороте сверла на
отрицательную величину.
659
где в — схема заточки на
|, в и г,
Проекция
оси сдерла
90
с-п
Ось цилиндра
I
С
А-А 'Проекция
-f^r ^ocu сдерла
Проекция
оси конуса
Рис. 590. Схемы
заточки сверла
___
—Ось шпин-
деля станкг
в)
Схема заточки по цилиндрической поверхности представлена
на рис. 590, б. Это частный случай заточки по конической поверх-
ности, получающейся при 2<р=9)°. Режущая кромка сверла будет
прямолинейной, если она располагается на образующей цилиндра,
если же повернуть сверло вокруг оси цилиндра, режущая кромка
будет пространственной кривой.
Схема заточки по винтовой поверхности представлена на рис.
станке модели 3658, г — на
станке модели 3659А. Вин-
товая поверхность созда-
ется при относительном
винтовом движении торцо-
вой плоскости шлифоваль-
ного круга.
Схема заточки задней
поверхности по двум плос-
костям проста, не требует
сложного оборудования, в
то же время она дает хо-
рошие результаты, особен-
но при заточке сверл, ос-
нащенных . пластинками
твердого сплава.
В связи с изложенным
кинематическая схема стан-
ков для заточки спираль-
ных сверл должна обеспе-
чить получение соответст-
вующей задней поверхно-
сти режущих лезвий. Наи-
более распространенными являются станки, работающие по пер-
вой схёме заточки. Для такого типа заточки в настоящее время
выпускают станки двух размеров: 1) для заточки сверл диамет-
ром от 3 до 10 мм и 2) для заточки сверл диаметром от 10 до
75 мм. Станки обычно снабжаются поворотным сверлодержателем.
При заточке сверл одер жа тел ь вместе с установленным на нем
сверлом качается от руки вокруг цапфы, ось которой является
осью конуса заточки.
На рис. 591 представлен станок модели ЗБ652 для заточки сверл
диаметром до 12 мм. Характерной особенностью этого станка яв-
ляется то, что установка затачиваемых сверл в сверлодержателе
осуществляется посредством втулок, а в последних моделях —
посредством специального патрона, определенным образом ориен-
тирующих затачиваемое сверло относительно конуса заточки. На
рис. 592 представлен сверлодержатель станка модели ЗБ652. Свер-
лодержатель состоит из колонки /, снабженной отверстием, в ко-
тором установлена цапфа 2 корпуса 3. В корпусе 3 на шарикопод-
660
шипниках смонтирован шпиндель 4 сверлодержателя, снабженный с
одной стороны маховичком 5 для осуществления колебательного
движения шпинделя при заточке сверла. С другой стороны на шпин-
деле смонтирован узел, служащий для установки и регулирования
положения сверла при заточке. Винт 6 соединен с корпусом 7, в
котором устанавливается втулка сверла. При вращении от руки
винта 6 корпус 7 вместе со втулкой перемещается относительно оси
шпинделя сверлодержателя на
необходимую величину смеще-
ния оси конуса заточки от оси
сверла.
Применение регулировочно-
го устройства для установки
на размер смещения оси кону-
са заточки от оси сверла упро-
щает конструкцию втулки или
дает возможность совсем отка-
заться от применения устано-
вочных втулок с заменой их спе-
циальным патроном, как это
имеет место в моделях станков
последних выпусков. Станки
для заточки сверл по винтовой
поверхности обеспечивают про-
грессивное увеличение задних
углов сверл по мере прибли-
жения к перемычке, что значи-
тельно облегчает условия. ре-
зания сверла.
Для заточки сверл по вин-
товой поверхности имеются два
станка: модель 3658 и мо-
дель 3659А. Оба станка затачи-
вают сверла диаметром от 10 до
80 мм.
Рис. 591. Сверлозаточный станок
модели ЗБ652:
1 — станина; 2 — сверлодержатель; 3 —
шпиндельная бабка
Первый из них является
простым станком, второй — полуавтоматом. Недавно созданы по-
луавтоматы моделей B3-37, B3-38, ВЗ-40 и автоматы моделей
МФ-138, B3-32 и НИ-3-1.
В процессе заточки на станке 3658 осуществляются следующие
движения:
1) вращение шлифовального круга, 2) возвратно-поступатель-
ное перемещение шлифовального круга параллельно торцовой пло-
скости, 3) вращение затачиваемого инструмента и 4) возвратно-
поступательное движение круга. Поворот инструмента при заточ-
ке на данном станке совершается автоматически, а подача на шли-
фовальный круг производится вручную.
661
На рис. 593 показан станок модели 3659А. На этом станке
производится заточка сверл и зенкеров с различными углами при
вершине (вплоть до двойной заточки сверл) по винтовой поверхно-
сти с одновременной подточкой поперечного лезвия спиральных
сверл. Механизм подачи станка сконструирован таким образом,
Рис. 592. Сверлодержатель станка модели ЗБ652
что величина подачи в процессе заточки автоматически уменьшается
и к концу заточки становится равной нулю, что способствует повы-
шению качества заточки инструмента. На указанном станке заточка
осуществляется конической поверхностью шлифовального круга при
следующих движениях: вращении шлифовального круга/; враще-
нии установленного в патроне 2 затачиваемого инструмента; воз-
вратно-поступательном перемещении шлифовального круга в на-
правлении оси шпинделя станка; планетарном движении шлифо-
вального круга в плоскости, перпендикулярной к оси шпинделя
станка, и подаче (автоматической) затачиваемого инструмента на
662
шлифовальный круг. Совокупность этих движений приводит к
заточке задних поверхностей инструмента по винтовой поверхно-
сти. Особое внимание при заточке на указанном станке следует уде-
лять состоянию рабочей (конической) поверхности шлифовального
круга и его наружной кромки. Рабочая поверхность круга должна
иметь прямолинейную образующую, а кромка должна быть доста-
точно острой, т. е. не иметь закругления.
Из нового оборудова-
ния для заточки спираль-
ных сверл представляет
интерес пятишпиндельный
автомат, для непрерывной
заточки, изготовленный
ВНИИ. Производитель-
ность такого станка пре-
вышает 750 штук сверл в
час и обеспечивает высоко-
качественную заточку
сверл по винтовой линии.
Для заточки дисковых
сегментных пил по задней
и передней поверхности
зубьев, а также для сня-
тия фасок на задней по-
верхности, чередующихся
через зуб, применяются
Рис. 593. Станок модели 3659А для за-
точки снерл
станки, один из которых —
полуавтомат модели 3692,
имеющий делительный ме-
ханизм, представлен на
рис. 594. Заточка на этом станке по поверхностям зуба произво-
дится дисковым шлифовальным кругом 3 в результате следующих
автоматических движений: возвратно-поступательного вертикаль-
ного движения шлифовальной головки 4\ вертикального движе-
ния затачиваемой пилы 2; вращательного движения шлифоваль-
ного круга 3 и подъема пилодержателя 1 на величину снимаемого
слоя.
Станки для заточки фрезерных головок обеспечивают заточку
зубьев по задним поверхностям. На этих станках производится за-
точка зуба по главной, вспомогательной и задней поверхностям пе-
реходного лезвия. На выпускаемом отечественной промышленностью
полуавтоматическом заточном станке модели 3667, представленном
на рис. 595, заточка зуба по задним поверхностям поочередно
производится торцом чашечного шлифовального круга. Сначала
затачивается главная задняя поверхность, затем вспомогательная
задняя поверхность и в последнюю очередь задняя поверхность пе-
реходного лезвия. Снятие слоя установленной толщины на зубьях
663
производится не сразу на одном зубе, а постепенно на всех зубьях,
для чего в моменты выхода шлифовального круга из контакта с за-
тачиваемым зубом фрезерная гсловка автоматически поворачива-
ется на один зуб. Величина подачи затачиваемого инструмента на
шлифовальный круг постепенно уменьшается к концу заточки. На
станке возможна заточка фрезерных головок с неравномерным
шагом.
Рис. 594. Станок модели 3692 Рис. 595. Станок модели 3667 для за-
для заточки круглых пил точки фрезерных головок
Для заточки червячных фрез в настоящее время имеются спе-
циальные станки, на которых заточка фрез производится по перед-
ней поверхности коническим шлифовальным кругом. На станке мо-
дели 3662, показанном на рис. 596, затачиваемая фреза 3 устанав-
ливается на шпинделе делительной головки 2 станка. При заточке
стол 1 с делительной головкой 2 совершает возвратно-поступатель-
ное движение. Посредством делительной головки затачиваемая фре-
за 3 после каждого прохода поворачивается на один зуб и получает
вращательное движение для образования винтовой поверхности на
передней поверхности зуба. Кроме того, путем дополнительного по-
ворота фрезы осуществляется подача ее зуба на шлифовальный
круг 4. Станок гидрофицирован: возвратно-поступательное движе-
ние стола осуществляется посредством гидравлического привода.
664
На рис. 597 изображен станок модели 360М для заточки и шли-
фования всех видов протяжек и прошивок. На станке можно произ-
водить следующие операции:
1) шлифование по профилю (по передней и задней поверхно-
стям) зубьев круглых и шлицевых протяжек;
2) шлифование по профилю (по передней и задней поверхностям)
зубьев плоских и шпоночных протяжек;
Рис. 596. Станок модели 3662 для заточки червячных фрез
Рис. 597. Станок модели 360М для заточки протяжек и прошивок
665
3) заточку по передней поверхности всех видов протяжек, кро-
ме протяжек с винтовым зубом.
При заточке круглых протяжек, помимо вращательного движе-
ния шлифовального круга 3 и протяжки, установленной в центрах
/, все остальные движения на станке совершаются вручную. Сюда
относятся продольное перемещение стола 4, вертикальное и попе-
речное перемещения головки 2 шлифовального круга. Головку
шлифовального круга можно повернуть в горизонтальной и вер-
тикальной плоскостях для установки относительно затачиваемой
поверхности зуба протяжки.
Рис. 598. Общий вид станка модели 3935 для заточки метчиков:
1 — электродвигатель шлифовального круга; 2 — кронштейн шлифовальной головки;
3 — клиновые ремни; 4 — электродвигатель передней бабки; 5 — основание; 6 —
электронасос; 7 — тумба; 8 — стол; 9 — маховик продольного перемещения стола;
10 — рукоятка установки стола на угол заборного конуса; 11 — передняя бабка; 12—
поворотная Часть стола; 13 — задняя бабка; 14 — цилиндрическая направляю-
щая; 15 — шлифовальная головка; 16 — колонна; 17 — поперечные салазки; 18 —
кран охлаждения; 19 — рукоятка фиксирования положения колонны; 20 — махови-
чок вертикального перемещения шлифовальной головки; 21 — бак; 22 — трубопровод
Для заточки метчиков используется специальный станок моде-
ли 3935, представленный на рис. 598. Станок предназначен для
заточки метчиков по заборной части с одновременным снятием за-
тылков на перьях метчиков и по передней поверхности. Заточку
метчиков с винтовыми канавками на указанном станке можно вести
только по передней поверхности.
Для заточки передней поверхности круглых плашек с диамет-
ром резьбы от 4 до 15 мм имеется станок модели 27 завода «Фрезер»,
представленный на рис. 599. В процессе заточки неподвижного ин-
струмента на станке осуществляются: 1) вращательное движение
666
шлифовального круга и 2) возвратно-поступательное движение шли-
фовального круга от руки.
Приведенные описания станков позволяют сделать заключение,
что для всех основных типов режущего инструмента в настоящее
время имеются советские специальные заточные станки. Заточ-
ка на специальных заточных станках более производительна, чем
на универсальных заточных станках.
Абразивной заточкой удаляется
обезуглероженный слой, остающий-
ся в результате термической обработ-
ки, обеспечиваются необходимые уг-
лы заточки инструмента и требуемая
гладкость и острота режущих кро-
мок инструмента.
Для абразивной заточки инстру-
ментов из быстрорежущей и угле-
родистой стали применяют корун-
довые круги зернистостью 80 — 40
при черновой заточке и 40—25 при
чистовой заточке. Заточка твердо-
сплавных инструментов производится
кругами из зеленого карбида крем-
ния в две операции. Сначала инст-
румент затачивают на более грубом
обдирочном круге зернистостью
40—25, затем на круге зернистостью
16—12 (чистовая заточка).
Окружная скорость шлифоваль-
ного круга имеет большое значение
для заточки твердосплавных инстру-
ментов. С повышением скорости уве-
личивается производительность и
улучшается микрогеометрия инстру-
мента, но в то же время резко воз-
Рис. 599. Общий вид станка
модели 27 завода «Фрезер»
для заточки плашек:
1 — основание; 2 — плита; 3 —
шпиндельная бабка; 4 — кожух;
5 — площадка; 6 — рукоятка; 7 —
пусковой прибор
растает количество выделяющегося
тепла, что приводит к перегреву твердосплавной пластинки и
образованию трещин. Заточку твердосплавного инструмента ре-
комендуется вести на специальных заточных станках.
Твердосплавный инструмент не следует сильно прижимать к
шлифовальному кругу, так как это вызывает местный нагрев, а
вследствие малой теплопроводности твердосплавных пластинок
неизбежно влечет за собой образование трещин.
Инструменты, оснащенные твердым сплавом, затачиваются как
всухую, так и с охлаждением.
При заточке без охлаждения необходимо следить за тем, чтобы
инструмент не нагревался. Лучше производить заточку с обильным
охлаждением таким образом, чтобы инструмент все время находился
667
под постоянной струей охлаждающей жидкости. Если начать заточ-
ку всухую, а затем сразу пустить струю жидкости, то на лезвии
могут образоваться трещины. Станки для заточки инструментов с
охлаждением должны обильно подавать охлаждающую жидкость
(по возможности под давлением).
Исследования, проведенные по выявлению роли охлаждения,
показывают, что производительность заточки с охлаждением увели-
чивается на 40% при подаче охлаждающей жидкости в количестве
6—8 л/мин, причем дальнейшее повышение количества охлаждаю-
щей жидкости пользы не приносит. Неровности поверхностей и лез-
вия инструмента при указанной подаче жидкости значительно умень-
шаются (чистота поверхности может быть доведена до 7—8-го
классов).
Заточка инструмента, оснащенного керамическими пластинка-
ми, осуществляется на том же оборудовании, что и твердосплавно-
го. При этом необходимо обеспечить полную исправность заточного
оборудования. .Биение шпинделя, недостаточная плавность хода
стола приводят к образованию трещин и выкрашиванию пласти-
нок. Наилучшие результаты при заточке инструмента с керамиче-
скими пластинками достигаются при применении охлаждения (3—
5%-ным содовым раствором). При заточке вручную получается
лучшее качество поверхности, чем при заточке с жестким крепле-
нием затачиваемого инструмента.
В табл. 116 приводится характеристика шлифовальных кругов
и режимы заточки.
АБРАЗИВНАЯ ДОВОДКА
После заточки инструменты необходимо доводить до оконча-
тельной остроты и гладкости режущих поверхностей и лезвий.
Доводка устраняет неровности и завалы режущих лезвий, при-
давая инструменту правильную форму и заданную геометрию, а
также устраняет поверхностные поврежденные слои, образовавшие-
ся под влиянием высокой температуры заточки. Таким образом,
доводка является средством повышения стойкости инструмента и,
следовательно, качества обрабатываемой поверхности инструмента.
Абразивная доводка осуществляется мелкозернистыми кругами,
порошками и пастами на специальных доводочных станках или
приспособлениях. Доводку можно производить и вручную осел-
ками. Для доводки инструментов из быстрорежущей и углероди-
стой сталей применяются мелкозернистые корундовые круги,
бруски и пасты из различных абразивных порошков. В состав паст
входят абразив, парафин, воск, крокус, окись хрома, стеарин, со-
лидол и т. п. Преимущественное применение имеют пасты ГОИ и
наждачная.
Паста ГОИ изготовляется трех сортов: грубая, средняя и тон-
кая. При помощи грубой пасты выгодно снимать слой металла
668
23 Металлорежущие инструменты
ХАРАКТЕРИСТИКА АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА И РЕЖИМЫ ЗАТОЧКИ
Таблица 116
Материал инструмента Шлифовальный круг Режимы заточки
Характер заточки Абразивный материал Связка Зерни- стость Твердость Ско- рость круга, м]сек Подача на двойной ход Охлаждение
Быстрорежу- щая , легирован- ная и углеро- дистая сталь Черновая Электрокорунд Керамичес- кая 80—50 СМ1 — С1 20—45 От 0,005 ДО 0,05, 0,05, в отдельных случаях при заточке мелкого инструмен- та— до 0,025 Без охлаж- дения или обильное охлаждение
Чистовая То же То же 40—25 СМ1- -Ml 20—45 То же То же
Твердые сплавы Черновая Зеленый кар- бид кремния Керамичес- кая или ба- келитовая 40—25 СМ1 - -Ml 9—15 Ориентировочно от 0,005 до 0,01
Чистовая То же То же 16—12 М1- -М2 9—15 То же »
Керамика Черновая То же Керамиче- ская 40—25 СМ1- -СМ2 12—14 Поперечная пода- ча 0,02 — 0,03 лии, продольная подача 1,0— 1,5 м/мин С охлажде- нием
Чистовая То же То же 20—12 СМ1 — СМ2 12—14 То же То же
толщиной, составляющей сотые или даже десятые доли миллиметра;
средней пастой снимают слой в сотые доли миллиметра и тонкой —
слой в тысячные доли миллиметра. Грубая паста оставляет на по-
верхности штрихи и матовый оттенок, при использовании средней
пасты эти следы обработки менее заметны, при тонкой пасте можно
получить полный зеркальный блеск. Синтетический состав пасты
ГОЙ и ее полирующая способность указаны в табл. 117.
Таблица 117
СИНТЕТИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПАСТЫ ГОИ, %, И ЕЕ ПОЛИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ
Состав Паста
грубая | средняя тонкая
Окись хрома 81 76 74
Силикагель 2 2 1,8
Стеарин . 10 10 10
Расщепленный жир 5 10 10
Олеиновая кислота — — 2
Сода двухуглекислая — 0,2
Керосин 2 2 2
Полирующая способность пасты, мк 40-17 16—8 7—1
Полирующая способность паст определяется следующим обра-
зом. Стальная закаленная пластинка полируется на чугунной пли-
те размером 300x400 мм, причем делается 100 движений по плите
общим протяжением 40 м. Полирование производится вручную со
средней силой нажима. При этом самая грубая паста (40-микрон-
ная) снимает с закаленной на мартенсит стальной пластинки слой
металла толщиной 40 мк, а самая тонкая паста снимает за 40 м
пути слой металла толщиной 1 мк.
Для доводки инструментов применяют грубую и среднюю пасты
ГОИ, приготовленные в виде стержней (карандашей) диаметром
20—25 мм и длиной 100 мм.
Наждачные пасты бывают сухие и жидкие. Для доводки ин-
струментов лучше применять сухие пасты следующего состава:
80% наждака, 15% стеарина, 2% керосина и 3% вазелина. Наж-
дачные пасты также изготовляют в виде карандашей.
Для доводки твердосплавных инструментов лучшей является
паста, состоящая из 60—70% (по весу) абразива и 40—30% пара-
фина. Абразивом могут служить карбид кремния, карбид бора,
алмаз и др. Лучше всего применять карбид бора. Паста изготовляет-
ся в виде тюбиков диаметром 20—25 мм. Наилучшие результаты
дает паста карбида бора зернистостью от 10 до 100 мк.
ВНИАШ рекомендует следующие разработанные им составы
паст карбида бора (табл. 118).
При доводке керамического инструмента наиболее эффективным
является применение карбида бора, нанесенного на диск.
670
СОСТАВ ПАСТЫ
Таблица 118
Наимено- вание Состав в % по весу
Абразив Связка Окись железа Керо- нин
Карбид бора Зеленый карбид кремния Стеарин Техниче- ское сало Парафин
КБ-1 60 27 13 — —
КБ-2 60 — — — 40 — —
КБ-3 60 — 18 — — 8,5 13,5
КЭ-1 — 60 24 16 — — .♦ —
КЭ-2 — 60 18 12 8,5 1,5
В качестве связки применяют серу, цемент Сореля, жидкое
стекло, жидкий бакелит, целлулоид и т. д. Менее эффективным
способом является доводка мел-
козернистыми кругами из зеленого
карбида кремния на бакелитовой
связке.
Для доводки резцов отечест-
венная промышленность выпуска-
ет специальный станок модели
3818, общий вид которого показан
на рис. 600. Доводка на этом
станке осуществляется вращаю-
щимся чугунным диском 2, на ко-
торый наносится доводочная пас-
та.
Резец устанавливается на стол
1 станка и прижимается к диску
2 вручную. Доводочный станок
должен быть снабжен подручни-
ком для опоры резцов. Доводку
производят по всей доводимой по-
верхности. Однако можно дово-
дить и ленточку шириной 2—4 мм.
Для этого необходимо подручник
установить с уклоном, на 2 — 4°
меньшим, чем угол заточки. Пас-
ту (в виде карандаша) наносят в
Рис. 600. Станок модели 3818
для доводки резцов
небольшом количестве на вращающийся диск. Излишек ее не улуч-
шает и не ускоряет доводки. При доводке резец не следует сильно
прижимать к диску, так как это не повышает производительности.
Продолжительность доводки 2—3 мин для двух поверхностей. Пе-
риодически (3—4 раза в смену) диск следует протирать концами,
смоченными в керосине, для очистки от остатков пасты и металла,
отделяющегося от резцов. Оптимальная скорость вращения дово-
23*
671
дочного диска принимается равной 1,0—1,5 м/сек. Во время доводки
резец следует перемещать по диску на длине 10—15 мм пля полу-
чения более чистых и ровных режущих кромок и для предотвра-
щения неравномерного износа диска. Стойкость пасты между шар-
жированием составляет в среднем 10—15 резцов. Расход пасты на
один резец — около 0,15 г. Время на доводку одного резца по пе-
редней и двум задним поверхностям составляет 1—1,5 мин.
Исследования, проведен-
ные в Московском автоме-
ханическом институте, пока-
зали, что процесс доводки на
таких станках является не-
рациональным, так как име-
ется только одно вращатель-
ное движение диска при ста-
ционарном положении инст-
румента. Необходимо ввести
дополнительное планетарное
движение инструмента, что
увеличивает производитель-
ность операции доводки и
улучшает чистоту обработан-
ной поверхности.
Дальнейшим повышением
производительности операции
доводки так же, как было
приведено для заточки, яв-
ляется введение непрерывно-
сти процесса доводки. Такой
станок создан на Днепров-
ском заводе металлургиче-
ского оборудования, кото-
рый позволяет доводить задние грани резцов.
Недавно на заводе «Фрезер» создан аналогичный доводочный
станок, но уже с применением электроискровой доводки. Он
позволяет осуществлять непрерывную доводку режущих граней
круглых плашек.
Доводка разверток производится вручную, при помощи осел-
ка, а также на специальных доводочных станках. Качество ручной
доводки всецело зависит от квалификации рабочего.
Ручная доводка развертки, производимая в тисках, требует
много времени и не обеспечивает хороших результатов. Ручной до-
водочный станок, позволяющий несколько механизировать и улуч-
шить доводку, представлен на рис. 601, а. Работа на этом станке
производится оселком, легким и правильным его передвижением.
Развертку 2 устанавливают в центрах. Ползун 4, скользящий по
линейке 5, поддерживает оселок /, правящий зубья развертки. Этот
672
я
ег
м
ч
ю
ХАРАКТЕРИСТИКА АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДОВОДКИ И РЕЖИМЫ
ползун своим положени-
ем обеспечивает наклон
оселка на 89° к зубу раз-
вертки, т. е. оселок дает
при доводке задний угол
развертки а = 1°.
Лучше производить до-
водку разверток на специ-
альном доводочном стан-
ке, который обеспечивает
большую точность работы.
Схема работы такого стан-
ка представлена на рис.
601, б. Зуб 1 развертки,
закрепленный в центрах
станка, опирается на под-
держку 2 и доводится ча-
шечным кругом 3.
Кроме резцов и развер-
ток, в последнее время
начали производить довод-
ку и других режущих ин-
струментов.
В табл. 119 приведены
данные о наиболее употре-
бительных абразивных ма-
териалах, применяемых
для доводки инструментов
из инструментальных ста-
лей и оснащенных тверды-
ми сплавами и керамикой,
а также режимы доводки.
ЭЛЕКТРО-ХИМИКО-
МЕХАНИЧЕСКАЯ ЗАТОЧКА
В последнее время обыч-
ная абразивная заточка
твердосплавного инстру-
мента иногда заменяется
электро-химико-механичес-
кой обработкой. Этот спо-
соб в первую очередь ис-
пользуют для плоского и
фасонного шлифования
твердых сплавов, а также
для заточки вставных но-
673
жей из твердого сплава к сборному инструменту. Основой та-
кой обработки является электрохимическое воздействие на по-
верхность металла активных веществ с образованием продук-
тов реакции в виде тонкого защитного слоя и механическое удаление
продуктов реакции нетвердым абразивом. При этом необходимо со-
блюдение непрерывности процесса химического растворения.
Рис. 602. Общий вид и кинематическая схема станка для электро-химико-
механической заточки инструментов:
1 — станина; 2 — кронштейн; 3 — электродвигатель; 4 — редуктор; 5 — клиноре-
менная передача; 6 — ванна с шлифовальником; 7 — суппорт с державкой для креп-
ления инструмента; 8 — инструмент; 9 — кривошипно-шатунный механизм; 10 — элек-
тродвигатель продольного перемещения обрабатываемых инструментов; 11 — редуктор;
12 — электропульт управления; 13 — реостат; 14— кнопки включения и выключе-
ния; 15 — шлифовальник
Этот процесс проводится в растворах электролитов, с помощью
которых растворяется кобальт с образованием кобальтовой соли и
освобождением зерен карбидов вольфрама.
Если в раствор CuSO4 положить - инструмент, оснащенный
твердым сплавом с кобальтовой связкой, то происходит реакция
обмена: кобальт вытесняет медь и занимает ее место, образуя COSO4,
а медь занимает место кобальта, образуя тонкий (0,01 мм) поверх-
ностный слой, защищающий от проникновения CuSO4 в глубинные
слои твердого сплава. Поверхностный слой твердого сплава, лишен-
ный своей первоначальной кобальтовой связки, разрушается и лег-
ко снимается наждачным порошком, после чего процесс повторяется.
При этом пластинка из твердого сплава не нагревается, что полно-
стью исключает опасность ее растрескивания.
674
Дополнительная электроэнергия ускоряет разрушение поверх-
ностных слоев обрабатываемых инструментов, вследствие чего уве-
личивается производительность процесса обработки. Напряжение
тока не следует повышать более 6—8 в, так как при этом возникает
электроэрозия, могущая вызвать разрушение сплавов и даже ме-
таллических крепежных частей установки, на которой проводится
Рис. 603. Блок-державка для
закрепления резцов
процесс.
Процесс проводится на специальном станке, общий вид и кине-
матическая схема которого представлены на рис. 602. Станок со-
стоит из станины 1 с кронштейном 2, на котором укреплен электро-
двигатель 3 с редуктором 4. Кли-
ноременная передача 5 сообщает
вращение шлифовальнику 15 в
ванне 5. Суппорт 7 с державкой
для крепления инструмента полу-
чает поступательное перемещение
кривошипно-шатунного механиз-
ма, приводимого в движение че-
рез редуктор 11 от электродвига-
теля 10.
Таким образом осуществляются
вращение шлифовальника и по-
ступательное движение головки с
инструментами. С помощью ука-
занного шлифовальника можно затачивать задние поверхности рез-
цов, предварительно установив их в блок-державке, как это
представлено на рис. 603. Заточку по передней поверхности рез-
цов ведут с помощью специального приспособления.
Процесс заточки проводят в электролите, представляющем со-
бой 20—25%-ный раствор CuSO4, смешанный с абразивными зернами
(наждак, корунд и т. д.). Для увеличения производительности
желательно подогревать электролит до 40—60°С. Перед установкой
в державку инструменты рекомендуется рассортировывать по
величине притупления. После окончания заточки инструменты вме-
сте с державкой необходимо промыть в проточной воде, а затем в
подогретой, эмульсии и вытереть досуха.
Доводка поверхностей заточенных таким образом резцов про-
изводится на чугунном диске карбидом бора со смесью олеиновой
кислоты.
Результаты исследования этого метода показали, что по об-
рабатываемости лучше всего ведет себя сплав ВК8 из-за наличия
в нем большого содержания кобальта как связки, разрушаемой элек-
тролитом. Существенную роль играет температура процесса, кото-
рая повышает призводительность примерно от Здо 10 раз при пе-
репаде температуры от 20 до 60°С. С повышением концентрации
электролита производительность заточки возрастает, но не пропор-
ционально, а с замедлением, причем пределом концентрации следует
675
считать 20—25%. Зависимость производительности от зернистости
абразива является сложной функцией и указывает на то, что актив-
ность среды следует сочетать с зернистостью применяемого абразива.
Зернистость 40—12 следует считать наиболее приемлемой для за-
точки. Исследования, проведенные по выявлению производитель-
ности метода в зависимости от рода применяемых абразивных мате-
риалов, показали, что производительность примерно одинакова
как для зеленого карбида кремния, так и для электрокорунда в от-
личие от абразивного способа заточки кругами, где род абразивно-
го материала играет важную роль. При обработке твердого сплава
электро-химико-механическим методом получаемая микрогеомет-
рия как вдоль штрихов, так и поперек их почти одна и та же, что
существенно отличает этот метод от обычной абразивной заточки.
Проведенные наблюдения дают возможность считать, что ми-
крогеометрия обрабатываемой поверхности зависит не от концен-
трации электролита и не от температуры процесса, а только от зер-
нистости применяемого абразива.
Изучение обработанной поверхности показывает, что при за-
точке электро-химико-механическим методом на поверхности ин-
струмента наблюдается незначительный разрушенный слой, почему
и рекомендуется после такой заточки применение обычной абра-
зивной доводки.
Химико-механическая обработка (без наложения тока) находит
применение при шлифовании керамических пластинок с целью
подготовки их под напайку, а также при переточке пластинок.
При шлифовании необходимо приклеивать пластинку к диску сме-
сью канифоли с техническим воском или крепить в многоместных
приспособлениях.
Абразивной жидкостью в данном случае является смесь чистой
воды с корундом зернистостью 12—5. Рекомендуемый при шлифова-
нии режим характеризуется следующими параметрами: скорость
шлифовального диска 1—2 м!сек, скорость продольного переме-
щения диска с пластинками 5—15 м/мин, давление на диск 0,2—
0,4 кПсм? (0,04 MhIm2). Этот способ шлифования пластинок яв-
ляется наиболее дешевым и достаточно производительным.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ДОВОДКА (ЭЛЕКТРОПОЛИРОВАНИЕ)
Электрохимическое полирование инструмента представляет со-
бой процесс анодной обработки, при котором инструмент являет-
ся анодом электрической цепи. Процесс проводится в определен-
ных электролитах при определенных режимах и основан на селек-
тивном (избирательном) растворении выступающих элементов ми-
крогеометрии поверхности. Инструменты полируются в ваннах,
обеспечивающих анодное растворение металла через поляризую-
щую пленку выступающих точек поверхности. В результате впа-
дины остаются нетронутыми.
676
Исследования процесса электрополирования инструментов из
быстрорежущих и инструментальных сталей показали, что в ре-
зультате процесса поверхность окончательно выравнивается и
имеет лишь микроскопические неровности. Электрополирование
имеет преимущество перед механическим полированием, так как
не создает аморфного изменения поверхностного слоя. При электро-
полировании поверхность по-
лучает более высокую кор-
розионную стойкость, чем
при механическом полирова-
нии.
Инструмент, подвешен-
ный в ванне и присоединен-
ный к положительному по-
люсу электрической цепи,
является анодом, катодом же
служат свинцовые проволо-
ки диаметром 6—10 мм, под-
вешенные с обеих сторон ин-
струмента, как изображено
на рис. 604.
Рис. 604. Схема установки для элект-
рохимической доводки инструмента:
1 — ванна; 2 — свинцовые катоды;
термометр; 4 — анод-инструмент
В качестве рабочего элек-
тролита при указанном про-
цессе применяется фосфорно-
з —
сернокислый состав следующего содержания:
Фосфорная кислота (Н3РО4)....................6,6 вес. частей
Серная кислота...............................2,5 « «
Вода.........................................1,0 « «
Температура электролита 50° С, плотность тока — 10—15 а1дм\
напряжение —3,5—5 в. Продолжительность —10—30 мин.
В результате процесса с инструмента снимается поверхност-
ный слой в пределах 0,01—0,02 мм.
Для проведения процесса электрохимической обработки при-
меняются специальные ванны.
ЭЛЕКТРОИСКРОВАЯ ЗАТОЧКА И ДОВОДКА
Рассмотренный в гл. XXIII метод электроискровой обработки
инструмента находит применение также при заточке и доводке
инструмента. Заточка и доводка инструмента осуществляются
благодаря протеканию электроэрозионных процессов между по-
верхностью инструмента, подлежащей обработке, и вращающимся
диском, которые являются электродами разрядного контура.
В таких установках как с приключением емкости, так и без
677
нее применяют электрические схемы низкого напряжения, приве-
денные выше. При электроискровой заточке и доводке, как пра-
вило, используется постоянный ток с применением станков бес-
контактного действия, т. е. при наличии определенной жидкой
среды, обеспечивающей работу по бесконтактному методу. Жид-
кой средой — диэлектриком — могут быть керосин и минераль-
ные масла, в первую очередь веретенное и трансформаторное. Боль-
шей частью используются жидкие масла, и только для особо точной
обработки — керосин с применением соответствующих противо-
пожарных устройств.
Вращающийся чугунный диск является катодом, а обрабаты-
ваемый (затачиваемый) инструмент — анодом.
Рис. 605. Схема электроискровой установки для за-
точки и доводки инструментов
Общий вид электроискровой установки для заточки резцов
представлен на рис. 605. Установка состоит из двух взаимосвя-
занных частей: механической А и электрической Б.
Механическая часть А установки содержит следующие основ-
ные элементы: станину /, подвижную головку 2 и вращающийся
диск 3. Электрическая часть Б вынесена отдельно в виде пульта.
Характер поверхности, получаемой в результате электро-
искровой заточки, резко отличается от характера поверхности,
полученной абразивной заточкой. При электроискровом способе
обработки металлов каждая единичная искра, вырывая всегда
определенное количество материала, оставляет на обрабатывае-
мом инструменте след — лунку определенных размеров.- Таким
образом, заточенная поверхность состоит из большого количества
мельчайших лунок.
Качество поверхности, полученной при электроискровом спо-
собе заточки, зависит от режимов заточки и характеризуется диа-
678
метром получающихся лунок. Лунки имеют чечевицеобразную фор-
му и, как показывает практика, их глубина приблизительно равна
одной трети их диаметра. При проведении электроискровой заточки
выбором надлежащего режима можно регулировать степень чистоты
получаемой поверхности.
Практика работы на низковольтных установках показывает, что
при напряжении источника питания, равном 20 в, необходимую
чистоту поверхности инструмента (7—8-й классы по ГОСТ 2789—59)
можно получить за счет снижения силы тока при одновременном
увеличении скорости вращения электрода-диска. Доводочные
операции необходимо проводить со скоростью вращения рабоче-
го диска до 30 м!сек.
Исследования структурных изменений, происходящих при та-
кой заточке твердосплавных инструментов, показывают, что тре-
щины в твердосплавной пластинке не возникают, твердость и пори-
стость пластинки остаются без изменения. Такой метод не требует
дополнительной механической доводки инструмента.
АНОДНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ЗАТОЧКА И ДОВОДКА
Процесс анодно-механической обработки, описанный в гл. XXIII,
находит применение при заточке и доводке твердосплавных резцов
и ножей фрезерных головок.
Оборудованием для проведения процесса анодно-механической
заточки и доводки режущих инструментов служит специальный
станок модели 4352 завода «Калибр», предназначенный для заточки
резцов с пластинками твердого сплава.
Общий вид такого станка представлен на рис. 606. К заточному
вращающемуся диску подводится отрицательный полюс постоян-
ного тока, а к зажатому в приспособлении затачиваемому резцу —
положительный полюс. Ток проходит через резец, шпиндель, кон-
тактное кольцо и щетки.
К месту соприкосновения резца с диском подается электролит.
Резец закрепляется в поворотных тисках с тремя осями вращения
и прижимается к диску. Поворотные диски установлены на столе,
которому сообщается возвратно-поступательное движение с целью
обеспечить равномерный износ диска.
При заточке резца станок имеет следующие движения: вращение
заточного диска и возвратно-поступательное перемещение стола.
Электрическая схема станка позволяет производить работу при
трех режимах: 1) обдирка, 2) чистовое шлифование и 3) доводка за
счет изменения электрического режима.
Для анодно-механической заточки резцов может быть использо-
ван и обычный заточный станок модели ЗА64, у которого шлифо-
вальный шпиндель заменяется специальным шпинделем для анодно-
679
механической заточки, устанавливаются соответствующая электри-
ческая изоляция, специальный бак для электролита и кожухи для
защиты от разбрызгивания электролита.
Все существующие приспособления для абразивной заточки ин-
струмента могут быть полностью использованы и при анодно-меха-
нической заточке.
Рабочим инструментом является диск. Он изготовляется из
красной меди, на его рабочую поверхность наносят спиральные
15 16 13 /4
Рис. 606. Общий вид станка модели 4352 завода «Калибр» для анодно-ме-
ханической заточки резцов:
1 — тумба; 2 — станина; 3 — стол; 4 — червячный редуктор; 5 — рукоятка ручного
перемещения стола; 6 — шпиндельная бабка; 7 — заточный диск; 8 — кронштейн;
9 — передвижная каретка; 10 — маховик поперечного заточного диска; 11 — руко-
ятка для регулирования прижима диска к инструменту; 12 — рукоятка быстрого отво-
да заточного диска от инструмента; 13 — рукоятка регулирования подачи электроли-
та; 14 — защитный щиток; 15 — рукоятка укрепления щитка; 16 — трубопровод; 17 —
приборная доска; 18 — панель управления
канавки, облегчающие подачу электролита в рабочую зону и удале-
ние продуктов разрушения из рабочей зоны, а также способствую-
щие увеличению плотности тока.
Диск может быть также изготовлен из углеродистой стали любой
680
марки или чугуна. Износ рабочих дисков из красной меди несколь-
ко меньше износа других дисков.
Исследования по выявлению состояния поверхностного слоя у
образцов из твердого сплава и стали показали, что твердые сплавы,
особенно сплав Т15К6, при грубых обдирочных режимах подвержены
трещинообразованию на поверхности (микротрещины). Микроанализ
поверхностного слоя быстрорежущей и углеродистой стали У8 при
этих же режимах показал наличие так называемого «белого» слоя,
состоящего из твердого раствора (аустенита), в массе которого
имеются отдельные иглы мартенсита.
ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ ЗАТОЧКА
4
Рис. 607. Установка для
электроконтактной заточки:
1 — затачиваемый резец; 2 —
щетки; 3 — изоляционные про-
кладки; 4 — стальной враща*
ющийся диск; 5 — токоприем-
ное кольцо
Электроискровые и анодно-механические установки имеют до-
вольно сложное устройство с большим числом промежуточных эле-
ментов и, кроме того, требуют наличия
жидкой среды, усложняющей техноло-
гический процесс.
Метод электроконтактной обработ-
ки свободен от этих усложнений и поз-
воляет использовать промышленный
переменный ток с понижением его на-
пряжения через трансформатор при до-
вольно простой электрической схеме
процесса.
Этот метод может быть использован
для операции заточки режущего инстру-
мента, оснащенного твердыми сплава-
ми. Общий вид станка для такой обра-
ботки представлен на рис. 607. Это
простой двусторонний станок для за-
точки, но позволяющий осуществить
подводку электрического тока. Пред-
ставленная на рисунке электрическая
схема позволяет работать от источника
тока напряжением 220—380 в с пониже-
нием его через трансформатор до 2—10 в.
Мощность такой установки 1,5—2 кет.
На процесс заточки влияют электрические режимы и скорость
вращения диска. Величина рабочего тока зависит от давления за-
тачиваемого инструмента на диск и размеров затачиваемой площади.
Электроконтактный метод заточки малопроизводителен. Кро-
ме того, при этом методе заточки часто возникают трещины на твердо-
сплавных пластинках. Однако вследствие своей простоты этот метод
находит применение для заточки простого инструмента на простей-
ших заточных станках и точилах с последующей абразивной довод-
кой.
681
ЭЛЕКТРОАБРАЗИВНАЯ ЗАТОЧКА И ДОВОДКА
Проведение процесса отделки режущих лезвий инструментов
абразивным методом может быть интенсифицировано использованием
при этом электротока. Так как обычный шлифовальный круг тока
не пропускает, необходимо для реализации такой заточки и до-
водки сделать шлифовальный круг токопроводящим.
Применяют круги различных составов.
Так, один состав предусматривает карбида бора 70% и алюми-
ния — 30% (по весу). Такая смесь увлажняется бензином или ди-
хлорэтаном для пластичности. Полученную шихту прессуют под
давлением 2—3 ml см2 (200—300 Мн!м2) при малых габаритах
круга (диаметр до 100 мм), а при больших предварительно добав-
ляют 1 % по весу парафина, растворенного в бензоле. После пре-
ссовки брикеты просушиваются при /=4О-Ч5О °C в течение 1—2 ч
для удаления летучих веществ, затем спекаются в электрических
муфельных печах при /=6504~700°С, пока на поверхности не по-
явятся капельки расплавленного алюминия.
. Существуют и другие составы, например зеленого карбида крем-
ния 50%, меди — 49%, олова—1% или электрокорунда 50%,
меди — 50% и т. п.
Процесс заточки такими кругами производят на заточных стан-
ках, оборудованных электрической схемой.
ВИБРОАБРАЗИВНАЯ ЗАТОЧКА И ДОВОДКА
В настоящее время проведены интересные исследования по за-
точке твердосплавного инструмента с использованием вибраций.
Металлокерамический твердый сплав обладает высокой твердостью.
При заточке его возникают большие трудности. Обычная безвибра-
ционная заточка его сопровождается появлением прижогов, трещин
на обрабатываемой поверхности, что резко снижает стойкость и
срок службы твердосплавного инструмента.
Для вибрацинногоо шлифования используется обычная схема
ультразвукового обработки, только установка специально приспо-
сабливается для шлифования отдельных пластинок твердого спла-
ва, как представлено на рис. 608, или пластинок на резцах и дру-
гих инструментах. Установка имеет магнитострикционную головку,
состоящую из сердечника 5, собранного из никелевых пластин, и
обмотки 7. К сердечнику припаян концентратор 6, к свободному
торцу которого привинчен наконечник-державка 5. К державке
медным припоем прикреплена твердосплавная пластинка 2. Маг-
нитострикционная головка смонтирована в стальном цилиндре 9.
Для охлаждения сердечника и обмотки через цилиндр пропускает-
ся жидкость от водопровода. Концентратор соединен фланцами 5 с
кронштейном 4, приваренным к плите. Плита закрепляется болтами
на столе универсально-заточного станка ЗА64. Под державку под-
682
ведена опора 1. Державка охлаждается жидкостью, подаваемой на-
сосом. Ламповый генератор имеет мощность 2 кет, //^=18 000, ко-
лебаний в секунду, амплитуда 0,05 мм.
Производительность такой заточки ниже обычной, но качество
поверхности выше. Можно применять круги и из электрокорунда,
чего нельзя делать при обычном шлифовании, когда необходимы кру-
ги из зеленого карбида кремния. Можно шлифовать и с низкойчасто-
Рис. 608. Схема установки для виброабразивной заточки
той Н2= 100 колебаний в секунду, такая установка дешевле, проще
и не требует специального электрического питания.
Исследования показывают, что стойкость инструмента после
вибрационной заточки повышается.
АЛМАЗНАЯ ЗАТОЧКА И ДОВОДКА
На заточку и затылование режущего инструмента в настоящее
время затрачивается от 10 до 40% всей трудоемкости изготовления
режущего инструмента. Вследствие этого в вопросах заточки оче-
редной задачей является механизация и автоматизация ее с приме-
нением при этом более качественных кругов. Одним из решений
указанного вопроса является более широкое использование при
заточке твердосплавного инструмента алмазных кругов, обеспечи-
вающих лучшее качество заточки без образования трещин на по-
верхности инструмента, хотя такие круги в настоящее время еще
дефицитны и дороги.
При определении места алмазной обработки в технологическом
процессе изготовления режущих инструментов считается целесооб-
разным применять алмазную заточку инструмента только как
окончательную — чистовую операцию, после которой должна про-
683
изводиться алмазная доводка. При обработке некоторых инстру-
ментов, как: резцов, фрез, сверл, возможно применение одной чи-
стовой заточки их алмазными кругами без последующей доводки.
Необходимо, чтобы твердосплавный инструмент был предвари-
тельно обработан абразивными кругами и на его поверхности не
было трещин и микротрещин, а цельный твердосплавный инструмент
не должен иметь заусенцев, сколов и дефектных слоев.
Припуск на заточку алмазными кругами должен быть не более
0,4—0,5 мм, а на алмазную доводку — 0,05—0,1 мм. Для заточки
Рис. 609. Схема установки для ал-
мазной электромеханической заточ-
ки:
1 — бак; 2 — щетки; 3 — изоляция; 4 —
диск; 5 — алмазная крошка на диске;
6 — затачиваемый инструмент; 7 — соп-
ло; 8 — выпрямитель
используются алмазные круги
на металлической связке, а для
доводки — на бакелитовой связ-
ке. При заточке целесообразно
применять круги со 100%-ной
концентрацией, а при доводке —
с меньшей концентрацией.
Оборудованием для работы
алмазных кругов может слу-
жить модернизированный уни-
версально-заточный станок мо-
дели ЗА64М, а также станок
модели С194 производства 3-го
Московского часового завода
при скорости вращения шпин-
деля 50 м/сек, подаче£поп=0,01 4-
0,005w мм/дв. ход, 5прод=0,15 4-
0,75 м/мин. Возможно исполь-
зование специального станка
для алмазной электромехани-
ческой заточки, представленно-
го на рис. 609. При такой за-
точке твердый сплав, разрушен-
ный действием электрического тока, механически снимается ал-
мазной крошкой шлифовального круга. При заточке на таком
станке применяются специальные алмазные круги, имеющие в сво-
ей рабочей части механическую основу с укрепленным на ней сло-
ем алмазной крошки.
Положительный полюс источника постоянного тока подключает-
ся к столу, а отрицательный — к щеткам шлифовального круга,
изолированного от шпинделя. Щетки защищены от разбрызгивания
электролита, подаваемого в пространство между выступами круга
и затачиваемым инструментом, имеющее зазор в 0,025 мм. Элек-
тролитом являются растворы солей.
Ручную заточку алмазным инструментом производить на стан-
ках типа точил не рекомендуется.
Крепление алмазных кругов такое же, как и крепление абразив-
ных кругов.
684
При работе алмазных кругов следует устранять вредное влия-
ние выделяющегося тепла. Необходимо избегать чрезмерного при-
жима инструмента к кругу при повышенной глубине шлифования.
Алмазные круги должны работать с охлаждением.
В табл. 120 приводится рекомендуемый состав охлаждающей
жидкости.
Таблица 120
СОСТАВ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ЗАТОЧКЕ АЛМАЗНЫМИ КРУГАМИ
Наименование %
Тринатрийфосфат 0,60
Вазелиновое масло 0,06
Бура 0,30
Кальцинированная сода 0,24
Нитрит натрия 0,10
Вода 98,70
Охлаждающая жидкость подается струей из бачка на войлочный
фитиль, прижимаемый к алмазному кругу пружиной. Можно пода-
вать жидкость к торцу круга на половине радиуса круга отдельным
насосом при помощи специальной насадки.
Величины подач, применяемые при заточке и доводке твердо-
сплавного инструмента алмазными кругами по данным ВНИИ, при-
ведены в табл. 121.
Таблица 121
ПОДАЧА ПРИ ЗАТОЧКЕ И ДОВОДКЕ АЛМАЗНЫМИ КРУГАМИ
Заточка (чистовая) | Доводка
Укр = 25— 30 м/сек.
•$поп, мм!дв.ход 5прод , м/мин •$ПОП » мм/дв.ход 5прод» м/ мин
0,01 0,30 0,005 0,15
Последние исследования,проведенные во ВНИИ по заточке ин-
струмента алмазными кругами на бакелитовой и металлической
связках, показали выгодность применения упругой заточки, при
которой можно создать оптимальное постоянное давление круга на
затачиваемый инструмент. В таком случае можно регламентировать
величину нормального давления круга на обрабатываемый инстру-
мент и тем самым влиять на самозатачивание круга, а следовательно,
на процесс теплообразования и удельный расход алмаза. Для этих
685
исследований использовалось специальное приспособление конст-
рукции ВНИИ.
Такая заточка пластинок твердого сплава показала, что при при-
менении кругов на бакелитовой связке возможно повышение произ-
водительности процесса до 5 раз по сравнению с заточкой при жест-
ком креплении. При использовании алмазных кругов на металли-
ческой связке значительно снижается их засаливание, особенно при
кругах 100%-ной концентрации. Исследования показали, что
при упругой заточке алмазные круги на металлической связке в
несколько раз производительнее кругов на бакелитовой связке при
той же чистоте поверхности.
Принципы упругой заточки использованы в конструкции заточ-
ного станка модели ВЗ-80 для алмазной заточки резцов.
ГЛАВА XXVI
ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОСНОВНЫХ ВИДОВ РЕЖУЩИХ
ИНСТРУМЕНТОВ
РЕЗЦЫ
При изготовлении резцов основными операциями являются сле-
дующие: 1) заготовительные, 2) механическая обработка, 3) соеди-
нение режущих пластинок с державкой, 4) термическая обработка,
5) заточка и доводка, 6) изготовление канавок и уступов на перед-
ней грани, 7) клеймение и 8) контроль.
Заготовительные операции заключаются в отрезке и штамповке
заготовок.
Операция отрезки заготовок производится на отрезных стан-
ках с сегментными дисковыми пилами, на абразивно-отрезных стан-
ках и на эксцентриковых прессах. Отрезные станки с сегментными
дисковыми пилами наиболее целесообразно применять в серийном
и массовом производстве резцов при отрезке заготовок крупных
сечений, абразивно-отрезные станки — при крупносерийном про-
изводстве и эксцентриковые прессы — в массовом производстве.
При изготовлении отогнутых резцов применяют операцию
гибки головки резцов, проводимую в специальных гибочных штам-
пах.
Придание формы головке резца производится в штампах при
малых сечениях в холодном состоянии, а при больших — с соот-
ветствующим нагревом головок. Для этого можно отрезать заготов-
ку сразу на два резца и, нагрев ее посредине, сразу штампуют две
головки. Возможна штамповка головок резцов с образованием режу-
щих углов.
Механическая обработка заготовок резцов заключается в об-
работке опорных поверхностей, заднего торца, задних поверхно-
стей и державок под пластинку (если резец составной).
Опорные поверхности резцов обрабатываются одним из методов,
описанных выше при обработке плоскостей.
687
В крупносерийном производстве при обработке на фрезерных
станках опорных плоскостей державок резцов используют много-
местные приспособления с применением быстродействующих экс-
центриковых, пневматических и гидравлических зажимов, благо-
Рис. 610. Приспособление для фрезерования заднего торца у резцов
даря чему количество одновременно обрабатываемых резцов доходит
до 10 штук.
В последнее время появились приспособления непрерывного
действия. Так, на Горьковском автомобильном заводе применяется
восьмипозиционное приспособление непрерывного действия с пнев-
матическим зажимом. Приспособление работает по полуавтоматичес-
кому циклу. В то время как на загрузочной позиции заготовки
освобождаются, на соседней позиции они закрепляются.
Обработка заднего торца задних поверхностей и гнезда под пла-
стинку (если резец составной) выполняется также на фрезер-
ных станках, но с применением специальных приспособлений, поз-
воляющих фрезеровать одновременно большое число державок. Так,
представленное на рис. 610 приспособление с гидравлическим за-
жимом, созданное для станка 6Н82 организацией СКТБ для фрезе-
688
рования заднего торца, состоит из корпуса /, гидравлического ци-
линдра с поршнем 6, системы рычагов, прихвата 2, планки 3 и масло-
проводов. Масло, вводимое в цилиндр, давит на поршень 6 и застав-
ляет его передвигаться. Серьга 8 штифтом 5 связана с рычагом 9,
который поворачивается вокруг штифта 7. С другой стороны
серьга соединена с прихватом 2. Планка 3 вращается вокруг штиф-
та 10.
Рис. 611. Схемы обработки поверхностей резцов
Планка 3 внутри заполняется гидропластом, с которым контак-
тируют плунжеры 4, зажимающие обрабатываемые заготовки.
Приспособление для обработки задних поверхностей державок
представлено на рис. 611, а. Задний угол а получается за счет на-
клона поворотного стола 1 приспособления, а угол в плане <р— за
счет клиновидных прокладок 2.
Обработка гнезда под пластинку открытой формы показана на
рис. 611, б, а под пластинку полузакрытой формы — на рис. 611, в.
В первом случае в многоместном приспособлении используют
клиновидные подкладки, а во втором применяют специальное по-
воротное приспособление и концевые фрезы, диаметр которых соот-
ветствует радиусу закругления пластинки. Полузакрытые гнезда
можно получать и методом горячего штампования.
689
При изготовлении составных резцов могут встретиться три ва-
рианта операции соединения пластинки с телом державки: 1) на-
пайка пластинки на державку, 2) приварка пластинки к телу дер-
жавки и 3) механическое крепление пластинки к телу державки.
Пайку твердосплавных резцов в настоящее время применяют
очень широко так же, как и наварку быстрорежущих пластин.
Рис. 612. Станок для клеймения резцов
Операцию термической обработки резцов производят согласно
указаниям, приведенным ранее при описании термического оборудо-
вания и проводимого процесса.
Заточка и доводка резцов также была достаточно подробно опи-
сана ранее. В резцах необходимо производить заточку: передней,
задних, главной и вспомогательной поверхностей и вершины. За-
точка должна обеспечить получение переднего угла у, угла наклона
главной режущей кромки %, формы передней поверхности, фаски
на передней поверхности, переднего угла на фаске у 2, главного угла
в плане ср, вспомогательного угла в плане срр главного заднего угла
у пластинки а и у державки а+(44-6°), вспомогательного заднего
угла у пластинки и у державки а1+(34-4°).
Изготовление стружкозавивающих канавок и стружколомных
690
уступов на резцах производят на электроискровых или анодно-ме-
ханических станках с использованием технологии, описанной в со-
ответствующей главе.
В последнее время при изготовлении стружколомных уступов
начали использовать ультразвуковые установки.
Последней технологической операцией изготовления резцов яв-
ляется их клеймение. При клеймении на резцы наносят знаки, оп-
ределяющие шифр и марку материала для того, чтобы рабочий мог
легко подобрать резец, требующийся по технологическому про-
цессу.
В крупносерийном производстве резцов применяют обычный
механический способ клеймения, а в условиях массового изготовле-
ния резцов рекомендуют применение специального станка модели
СИ-01. Этот станок (рис. 612) имеет клеймильную головку, рас-
положенную на основании станка. Спереди на подвижной стол уста-
навливают резцы. Клеймодержатель вращается со скоростью от
30 до 40 обIмин.
По изготовлении резцы подвергаются контролю сначала с целью
определения грубых дефектов, чистоты поверхности и неровностей
режущих кромок, а в дальнейшем — контролю геометрических
параметров с использованием приборов, описанных в главе «Резцы».
СПИРАЛЬНЫЕ СВЕРЛА
Изготовление цельных сверл. Сверла можно
изготовлять двумя способами:
1) обработкой сверла исключительно резанием;
2) прокаткой с последующей прессовкой или завивкой и обра-
боткой резанием.
При первом способе применяются следующие операции: 1) от-
резка заготовки; 2) обтачивание с предварительной центровкой;
3) фрезерование канавок, затылочных поверхностей и хвостовика;
4) закалка; 5) отпуск; 6) правка; 7) очистка; 8) шлифование; 9) за-
точка; 10) клеймение.
При изготовлении сверл по второму способу после отрезки
производятся прокатка и прессовка или завивка сверла; дальней-
ший же процесс протекает аналогично первому способу. При этом
операция фрезерования либо вообще устраняется, либо значитель-
но упрощается.
Отрезку заготовки производят на ножовках или пилах (диско-
вых, ленточных), а также на токарно-отрезных станках. При при-
менении калиброванного или предварительного шлифованного ма-
териала отрезку выполняют резцом на специальных станках-авто-
матах. В последнем случае благодаря специальному приспособле-
нию салазок можно разрезать пруток по конической поверхности.
Далее полученную заготовку сверла необходимо обточить. При из-
готовлении сверл из калиброванного или шлифованного материала
691
заготовка, минуя обтачивание, может попасть прямо на фрезерный
станок.
Если сверло изготавливают по второму способу, то применяют
один из методов прокатки канавок из числа ранее описанных.
После предварительной обработки заготовки необходимо про-
извести операцию фрезерования лапки сверла. Фрезерование
выполняют на горизонтально-фрезерном станке комплектом из двух
трехсторонних фрез. Для этой операции применяют также специ-
альный станок, в котором сверла закрепляют на круглом столе с
соответствующим поворотом его по мере фрезерования лапок от-
дельных закрепленных по периферии его сверл.
Фрезерование винтовых канавок и затылка по боковой поверх-
ности производят либо на обычных фрезерных станках, на которых
фрезеруют канавки одновременно на одном или нескольких сверлах,
либо на специальных, на которых в зависимости от конструкции
фрезеруют сразу две канавки, или канавку и затылок, или обе ка-
навки и затылки одного сверла. На обычных универсальных фре-
зерных станках этот процесс производится за две операции: сначала
фрезеруют специальной фрезой канавки, а затем концевой фрезой
обрабатывают затылки по боковой поверхности.
Для фрезерования канавок и затылка спиральных сверл в усло-
виях массового производства применяют полуавтоматы и авто-
маты, описанные ранее.
После фрезерования канавок и затылков сверла промывают в
2 %-ном содовом растворе, нагретом почти до температуры кипения.
Этот раствор легко удаляет с поверхности сверла масло и пристав-
шие стружки. Очищенные таким образом сверла поступают в за-
калку.
При закалке необходимо предохранить сверла от деформации.
Для этого сверла опускают в вертикальном положении в охлаждаю-
щую жидкость, слегка помешивая ее сверлом, или скатывают по на-
клонной поверхности прямо в ванну, направляя особой доской (скал-
кой). Затем сверла отпускаюти очищаютна пескоструйном аппарате.
После термической обработки необходимо выполнить ряд последова-
тельных операций. Сначала на вертикально-сверлильном станке
шлифовальным кругом с конусом 60° производят шлифование внут-
реннего центра, а затем на универсальном круглошлифовальном
станке — шлифование наружного центра. После этого на кругло-
шлифовальном станке шлифуют хвостовик сверла и его рабочую
часть.
Последней операцией является заточка, правильность кото-
рой обеспечивает необходимую работоспособность сверла. Она поз-
воляет получить определенные величины угла при вершине 2<р,
угла задней заточки а, угла между поперечной кромкой и пером
ф и ширины пера.
Изготовление сварных сверл. Быстрорежущие
сверла обычно изготавляют сварными, в результате чего нор-
692
мальный производственный процесс дополняется операцией свар-
ки. Сверла сваривают встык из двух заготовок: одной — рабочей —
из быстрорежущей стали, другой — хвостовика — из конструкци-
онной стали с содержанием углерода около 0,5%.
Процесс сварки производят на стыковой электросварочной
машине, в медных электродах которой зажимаются заготовки
сверла.
Для ускорения процесса сварки заготовок и обеспечения од-
новременного начала оплавления торцов обеих заготовок на не-
которых заводах заготовку из углеродистой стали предварительно
нагревают, в результате чего требуемая температура сварки углеро-
дистой стали достигается одновременно с быстрорежущей; в против-
ном случае углеродистая сталь, которая начинает плавиться при бо-
лее высокой температуре, не достигнет температуры сварки одновре-
менно с быстрорежущей. С другой стороны, электропроводность
углеродистой стали выше, чем быстрорежущей, и ее предваритель-
ный подогрев уменьшает электропроводность, уравнивая свойства
сталей.
Чтобы обеспечить хорошую свариваемость, торцы заготовок не-
обходимо в конце процесса сварки сильно прижать один к другому.
По окончании сварки надо подогреть рабочий конец сверла и часть
хвостовика у сварочного шва в соляной ванне для уничтожения
температурных напряжений. После этого сваренная заготовка от-
жигается при температуре до 900°С.
В последнее время начинают применять сварку сверл трением.
Дальнейший процесс обработки сварных сверл на станках проте-
кает так же, как и цельных. В результате получаются сверла, не
уступающие по качеству цельным. Излом сверла, как правило,
происходит не по месту сварки, а где-либо в другой части.
При изготовлении твердосплавных сверл для соединения режу-
щих элементов сверла с его стержневой частью, изготовленной из
конструкционной стали, применяют напайку пластинок твердого
сплава. Напайка пластинок производится так же, как и на резцах,
но пригонка профильной пластинки к стержню сверла должна быть
более тщательной.
Изготовление сверл с пластмассовым хво-
стовиком. Изготовление рабочей части таких сверл до термооб-
работки производят по обычному комплексу технологических опе-
раций. Термообработку выполняют в соответствии с техническими
требованиями и производят, на 1,5—2 диаметра сверла не доходя
до цилиндрического хвостовика, что дает возможность нанести на
цилиндрический хвостовик необходимые рифления и клеймо на шей-
ке методом пластической деформации.
После этого наносят насечки на цилиндрический хвостовик ра-
бочей части накаткой рифлений на резьбонакатном станке круглыми
роликами соответствующего профиля или в открытых штампах,
имеющих рифленый призматический ручей.
693
Перед напрессовкой пластмассового хвостовика рабочая часть
сверла должна быть нагрета до температуры 180—190°С. Напрес-
совку хвостовика производят в закрытой прессформе с перетека-
нием, устанавливаемой на гидравлическом прессе. Во время прессо-
вания на рабочих поверхностях прессформы поддерживают тем-
пературу в пределах 155—165°С.
После напрессовывания производят совмещенное шлифование
фасонными кругами одновременно рабочей части и конуса методом
поперечной подачи. Остальные технологические операции анало-
гичны обычно применяемым при изготовлении спиральных сверл.
По изготовлению сверла подвергают контролю так же, как и
резцы, сначала с целью определения грубых дефектов, чистоты по-
верхности и неровностей режущих кромок, а в дальнейшем — кон-
тролю геометрических параметров с использованием приборов, опи-
санных в разделе «Сверла».
РАЗВЕРТКИ
Технологический процесс изготовления разверток состоит из
следующих операций: 1) отрезки заготовки; 2) токарной обработки;
3) фрезерования канавок и хвостовика; 4) клеймения; 5) термической
обработки; 6) очистки: 7) шлифования; 8) заточки.
Процессы отрезки, токарной обработки разверток и фрезеро-
вание их хвостовиков выполняются так же, как и при обработке
сверл. Канавки фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках с
использованием делительной головки. Более усовершенствованной
является многошпиндельная делительная головка простого или уни-
версального типа для одновременной установки нескольких развер-
ток. Для изготовления квадратов у хвостовиков малых разверток
диаметром от 3 до 8 мм применяют специальный протяжной станок
модели 12 завода «Фрезер», описанный ниже в разделе «Метчики».
Для получения на зубьях фасок одинаковой ширины следует
после каждого деления на зуб поднимать или опускать стол станка,
при этом глубина впадин получится различной. При фрезах с двой-
ным углом, кроме того, приходится перемещать стол вправо или вле-
во на величину, зависящую от этих углов.
Следующие после фрезерования операции — клеймение, тер-
мическая обработка и очистка — производят так же, как и при из-
готовлении сверл. Круглую часть разверток шлифуют на обычных
круглошлифовальных станках.
Заточка задних углов разверток необходима по всей рабочей
длине. Эту заточку, производимую на универсальных заточных
станках, описанных выше, лучше всего производить при помощи ча-
шечного круга во избежание получения вогнутой поверхности
затылка, появляющейся при использовании дискового круга. До-
водка разверток производится на оборудовании, описанном в гл.
XXV.
694
По окончании технологического процесса изготовления раз-
вертки поступают в контроль с использованием приборов, описан-
ных в разделе «Развертки».
ПРОТЯЖКИ
Технологический процесс изготовления круглых протяжек за-
ключается в следующем.
Заготовку отрезают от прутка соответствующего диаметра на
отрезных станках. Затем производят обтачивание на токарном стан-
ке. После токарной обработки в протяжке фрезеруют отверстие для
клина или углубление для зажимных щек.
Следующей операцией является нарезание канавок для разде-
ления стружек. Эту операцию производят дисковой пилой, уста-
новленной на шпинделе фрезерного станка; протяжку устанавли-
вают в делительной головке. Данной операцией заканчивается пред-
варительная обработка протяжки; далее она поступает на клейме-
ние, а затем на термическую обработку.
Термическая обработка протяжки должна быть выполнена очень
тщательно. Нагрев под закалку необходимо вести так, чтобы серд-
цевина была менее прогрета. Нагревать протяжку следует в подве-
шенном вертикальном положении.
Для охлаждения при закалке рекомендуется погружать про-
тяжку в ванну тоже вертикально, чем устраняется ее коробление.
После закалки производят отпуск.
На рис. 613 показана специальная установка для термической
обработки протяжек, состоящая из вертикальной шахтной печи
2 с масляным баком 3 и воздушной трубой 7. Специально устроен-
ная над печью кран-балка позволяет производить подъем, поддержку
и опускание протяжки. В качестве топлива применяют нефть или
газ, для чего печь снабжена четырьмя форсунками, поставленными
касательно к окружности шахты, по две с каждой стороны, на рав-
ной высоте, в шахматном порядке одна над другой. Воздух к форсун-
кам подводится предварительно нагретым в подогревательной каме-
ре.
При нагреве протяжку необходимо обернуть листовым асбестом,
предохраняющим ее от окисления, и поместить в одну из подогрева-
тельных печей, где она нагревается до 850°С (протяжки из быстро-
режущей стали) и выдерживается 15—30 мин. Затем протяжку вы-
нимают, освобождают от асбеста ее рабочую часть (без хвостовика)
и посыпают бурой для предохранения от обезуглероживания и обго-
рания зубьев. Покрытую бурой протяжку вновь опускают в подо-
гревательную камеру на 5 мин для расплавления буры, после чего
переносят в камеру окончательного нагрева (для протяжек из бы-
строрежущей стали) до 1280—1290°С, где выдерживают от 1,5 до
4 мин до появления на режущих кромках маленьких пузырьков.
695
После этого протяжку вынимают и охлаждают в вертикальной мас-
ляной камере (охлаждающее приспособление 9, рис. 613).
Выправленную на ручном прессе протяжку отпускают в той
же шахтной печи (протяжки из быстрорежущей стали) при 560°С
в течение 1,5—3 ч в зависимости от размеров инструмента.
Рис. 613. Установка для термической обработ-
ки протяжек:
1 — воздушная труба; 2 — вертикальная шахтная печь;
3 — масляный бак; 4 — отводная дымовая труба с
устройством для подогрева воздуха; 5— подогревательная
камера для протяжек; 6 — нагревательная камера; 7 —
вращающееся приспособление ; 8 — нефтяная форсун-
ка; 9 — охлаждающее приспособление; 10 — подогре-
вательная камера
Операцию шлифования зубьев производят на круглошлифоваль-
ном станке. Сначала шлифуют отдельно каждый зуб, затем затылок
зуба.
696
Заточку передней поверхности зубьев протяжки производят
на специальном заточном станке. При этом чашечный конический
шлифовальный круг следует установить так, чтобы получились за-
данный передний угол и правильная передняя поверхность зуба, для
чего шлифовальный круг должен быть определенного диаметра.
Вершина шлифуемого конуса (рис. 614) лежит на оси протяжки;
диаметр основания конуса равен диаметру протяжки D, а угол при
основании равен переднему углу у протяжки. Для правильного
Рис. 614. Заточка передней грани зуба
шлифования необходимо, чтобы кривизна в сечении шлифовального
круга была равна или вписывалась в минимальную кривизну шли-
фуемого конуса. Отрезок МО1 является общим радиусом кривизны
в точке Л4, в которой прямая сопрягается с дугой окружности впа-
дины зуба. Радиус кривизны р определяется из зависимости
= А
Р 2 sin у’
Пренебрегая вследствие незначительности величиной Л, опре-
делим диаметр круга d из зависимости
d — 2р sin со,
где со — угол конуса круга.
Подставив в данное соотношение значение р, получим искомую
величину
d = мм,
х 1 sin 7
При заточке чашечным коническим кругом зуб быстро разо-
гревается. Наиболее рациональной считается заточка зубьев про-
тяжки профильным кругом. Рабочая часть круга профилируется
по определенной кривой, в результате чего при шлифовании на зубь-
697
ях образуются требуемый передний угол, небольшой конический
участок шириной 2—3 мм и плавное закругление впадины зуба.
Неправильный профиль круга мбжет сильно изменить угол у.
Профилирование круга можно производить вручную, по шаблону
или по копиру.
После шлифования оселком снимают заусенцы с направляющей
фаски; при этом необходимо, чтобы фаска постепенно сливалась с
затылком зуба.
Готовую протяжку направляют для испытания на специальный
станок, где ее с помощью индикатора проверяют на биение.
Процесс изготовления плоских протяжек для шпоночных пазов
отличается от процесса изготовления круглых протяжек. Заготовку
обрабатывают на строгальном или фрезерном станке, а затем фрезе-
руют угловой фрезой. Далее производят обработку боковых сторон
каждого зуба концевой фрезой на шпоночно-фрезерном станке.
Термическая обработка осуществляется так же, как и для круг-
лых протяжек. При шлифовании протяжки на плоскошлифоваль-
ном станке она закрепляется на магнитном столе. В первую очередь
шлифуют все стороны протяжки, затем переднюю поверхность,
фаску и затылок зуба.
Процесс изготовления протяжек других типов и прошивок ана-
логичен указанным, видоизменяясь лишь в зависимости от отдель-
ных требований.
По окончании технологического процесса протяжки контроли-
руют в соответствии с техническими условиями на их приемку, при-
веденными в разделе «Протяжки».
ФРЕЗЫ
Технологический процесс изготовления цельных цилиндриче-
ских фрез с остроконечными зубьями состоит из следующих опе-
раций: 1) изготовления заготовки материала, 2) токарной обработки
(включая обработку отверстия), 3) изготовления шпоночной канав-
ки долблением или протягиванием, 4) клеймения, 5) фрезерования
зубьев, 6) термической обработки, 7) очистки, 8) шлифования от-
верстия и боковых поверхностей и 9) заточки зубьев.
Заготовку после отрезки пилой или на токарном станке целесо-
образно проковать для улучшения структуры материала.
Отверстие фрезы как базы для последующих операций обраба-
тывают по 3-му классу точности сверлом, зенкером или расточным
резцом и разверткой. Предварительное наружное обтачивание и
подрезку торцов выполняют на револьверном или токарном станке.
Окончательное обтачивание фрезы (или комплекта фрез) производят
на токарном станке с установкой фрезы на оправку.
Шпоночные канавки изготовляют шпоночным резцом на долбеж-
ном станке или протяжкой на протяжном станке.
698
Фрезы клеймят под прессом или вручную в таком месте, чтобы
создавшиеся напряжения в материале не сказались отрицательно
при термической обработке.
Наиболее сложной операцией является фрезерование зубьев.
Фрезерование производят на обычных фрезерных станках.
На рис. 615 показано расположение двухугловой фрезы по от-
ношению к заготовке обрабатываемой фрезы.
Заготовки фрезы надевают по одной или по несколько штук в за-
висимости от длины на оправку, затянутую болтом в конус дели-
тельной головки станка, а затем обрабатывают двухугловой фрезой,
насаженной на оправку, затягиваемую вин-
том в конус шпинделя станка.
Рабочую фрезу необходимо так распо-
ложить по отношению к обрабатываемой
фрезе, чтобы обеспечить определенную глу-
бину канавки t и расстояние Ь между
осями рабочей и обрабатываемой фрезы.
Это выполняется в соответствии с указа-
ниями, сделанными ранее.
Зубья торцовых, дисковых и угловых
фрез нарезают с помощью одноугловой
фрезы. Зажав обрабатываемую фрезу
О 01
|
0 О,
Рис. 615. Расположение
двухугловой фрезы по
отношению к заготовке
обрабатываемой фрезы
специальным приспособлением в делитель-
ной головке, сначала фрезеруют зубья с
одной стороны, затем, если это нужно, с
другой. Чтобы получить фаску равномер-
ной ширины у дисковых и угловых фрез,
ширина и глубина впадин между их зубья-
ми должны к середине уменьшаться. Поэ-
тому нарезаемые фрезы надо устанавливать под таким углом ф,
чтобы дно впадины было параллельно столу фрезерного станка. Этот
угол определяют в зависимости от числа зубьев изготовляемой фре-
зы, угла а рабочей одноугловой фрезы и угла 0 изготовляемой фре-
зы (см. рис. 553 и 555).
Для прорезания пазов в корпусе фрезы со вставными зубьями
применяют специальные трехсторонние дисковые фрезы в зависимо-
сти от конструкции паза. Фрезерование пазов можно производить
с помощью обычной делительной головки или специальных приспо-
соблений. Если паз имеет рифление нц боковой стороне, то изготов-
ление рифлений выполняют на протяжном или универсально-
фрезерном станке с продольным движением стола без вращения
шпинделя.
Изготовление вставных зубьев для такой фрезы не представ-
ляет трудностей. Заготовку на несколько зубьев обрабатывают на
строгальном или фрезерном станке и разрезают на отдельные пла-
стинки, на которых.фрезеруются или протягиваются рифления (если
они требуются). После этого зубья обрабатывают термически,
699
шлифуют и вставляют в готовую заготовку фрезы. Аналогично изго-
товляются в необходимых случаях и клинья.
Заготовленные фрезы должны быть закалены и отпущены в спе-
циальных нагревательных печах. Нагрев для закалки и отпуска
производят в зависимости от выбранной марки стали.
Термически обработанную фрезу очищают на пескоструйном
аппарате и направляют на шлифование.
Шлифованию подвергаются отверстие и торцовые поверхно-
сти. Далее производят заточку по передним поверхностям зубьев,
после чего фрезу шлифуют по наружной поверхности.
Последней операцией является заточка зубьев фрезы со стороны
их затылка для получения соответствующего заднего угла а. За-
точку производят на заточных станках, описанных выше.
При изготовлении цилиндрических фрез с задним обтачиванием
зубьев добавляется процесс этого обтачивания и изменяется порядок
заточки зубьев; в остальном никаких изменений в технологический
процесс не вносится.
Заднее обтачивание таких фрез производят или на соответ-
ствующем специальном станке, или на обычном токарном станке,
но со специальным приспособлением, как было описано выше.
Заточка таких фрез осуществляется радиально по передней по-
верхности зубьев. Это обеспечивает сохранение постоянства про-
филя зуба, что при фасонных фрезах играет решающую роль. Если
заточка произведена не радиально, а с образованием переднего угла
зуба т>0°, обработанный фрезой профиль будет искажен, для пре-
дотвращения чего необходимо соответствующее корректирование
профиля зуба.
При заточке зубьев фрезерной головки последнюю надо устано-
вить в правильное положение по высоте относительно оси шлифо-
вального круга так же, как это делается при заточке других типов
фрез. Здесь необходимо производить заточку как боковой поверх-
ности зубьев, так и торца. Переход от боковых лезвий к торцовым
достигается наличием фаски или закругления.
Другие типы фрез обрабатывают по аналогичному технологичес-
кому процессу, частично видоизменяемому в зависимости от той или
иной специальной формы фрезы.
По изготовлении фрезы направляют на контроль, который про-
изводится в соответствии с техническими условиями на их приемку
с применением приборов, приведенных в разделе «Фрезы».
МЕТЧИКИ
Метчики при изготовлении подвергают следующим операциям:
1) отрезка заготовки; 2) центрование; 3) токарная обработка; 4) фре-
зерование квадрата; 5) нарезание резьбы; 6) фрезерование канавок;
7) клеймение; 8) термическая обработка; 9) шлифование центровых
отверстий; 10) шлифование хвостовика и калибрующей части на
700
обратный конус; 11) заточка по передней поверхности пера; 12) шли-
фование профиля.резьбы с одновременным затылованием; 13) сня-
тие затылка на заборной части метчика.
Отрезку заготовки метчиков, как и других инструментов, про-
изводят на отрезных станках. Находят применение также и отрезные
полуавтоматы, как и при отрезке заготовок для сверл.
После отрезки заготовки при изготовлении сварного инструмен-
та необходимо аналогично изготовлению сверл сварить углеродис-
Рис. 616. Общий вид станка модели 12 завода
«Фрезер» для протягивания квадратов метчиков:
1 — станина; 2 — корыто; 3 — резервуар; 4 — труба для
стока жидкости; 5 — основание; 6 — соединительные стяж-
ки; 7 — электродвигатель; 8 — ползун; 9 — шатун; 10 —
рукоятка зажима заготовки; 11 — винт регулирования
положения протяжек; 12 — редуктор; ЛЗ — педаль (не
видна); 14 — насос; 15 — всасывающая труба; 16 — нагне-
тательная труба; 17— кожух ременной передачи
тую заготовку с легированной или быстрорежущей. Затем произ-
водят сверление центровых отверстий на центровочном или токарном
станке.
После центрования производят токарную обработку метчика:
подрезку торца хвостовика, обтачивание хвостовика и фаски, подрез-
ку торца рабочей части, обтачивание рабочей части и заборного ко-
нуса. Токарную обработку производят на токарных станках обыч-
ного типа, токарных станках с автоматическими остановами, двух-
суппортных и многорезцовых. При массовом выпуске мелких мет-
чиков применяют одно- и многошпиндельные автоматы.
Для фрезерования квадрата хвостовика, применяют как обыкно-
венные горизонтально-фрезерные станки, так и специальные станки
и автоматы.
24 Металлорежущие инструменты
701
В метчиках диаметром от 3 до 8 мм квадрат протягивают на спе-
циальном протяжном станке модели 12 завода «Фрезер», общий вид
которого представлен на рис. 616.
Обрабатываемый метчик устанавливают в специальной втулке
и закрепляют при помощи быстрозажимного патрона делительной
головки, помещенной в ползуне. Ползун получает возвратно-посту-
пательное движение от кривошипно-шатунного механизма. Про-
тяжки закрепляют неподвижно в станине станка, а инструмент пе-
ремещается вместе с ползуном. Квадрат на метчике обрабатывают
за два прохода. В первый проход протягиваются две противополож-
ные стороны квадрата. В крайнем правом положении ползуна про-
исходит ручной поворот головки на 180°. После поворота заготовки
во время второго прохода обрабатываются две другие стороны ква-
драта.
В последнее время при образовании квадратов у метчиков наря-
ду с обычно применяемыми способами фрезерования и протяги-
вания начали использовать способ холодной штамповки, разрабо-
танный на отечественных инструментальных заводах. Квадрат штам-
пуют на эксцентриковых прессах или выдавливают на гидравличес-
ких прессах.
Изготовление резьбы на метчике возможно одним из следующих
инструментов: резцом или гребенкой, дисковой резьбовой фре-
зой, гребенчатой резьбовой фрезой и накатной плашкой.
Круглый или призматический резьбовой резец нарезает точную
резьбу и служит для окончательной ее обработки. Гребенки находят
применение при предварительном и окончательном нарезании. На-
резание производят в этом случае на токарно-винторезном станке,
а при крупносерийном или массовом производстве — на специаль-
ных автоматических станках.
Метод получения резьбы при помощи дисковой фрезы малопро-
изводителен.
Более производительным является способ фрезерования резьбы
гребенчатой резьбовой фрезой на специальном резьбофрезерном
станке. Этот способ менее точен, чем нарезание резцом, и требует
больших затрат на изготовление инструмента.
Способ получения резьбы при помощи накатывания осуществ-
ляют на специальных накатных станках и приспособлениях. Накаты-
вание резьбы на метчиках производят либо плоскими плашками, либо
круглыми роликами.
При изготовлении метчиков из углеродистой стали накатывание
применяют в качестве окончательной операции, а при быстрорежу-
щих метчиках— в качестве предварительной операции с последую-
щим шлифованием на резьбошлифовальных станках.
После операции изготовления резьбы наносят риски по окруж-
ности метчика (если это требуется) дисковым резцом на токарном
станке.
Следующая операция — фрезерование канавок на метчике.
702
Иногда этот процесс совершается до нарезания резьбы. Канавки
обычно фрезеруют при установке метчика в центрах фрезерных стан-
ков при помощи делительных приспособлений либо на специальных
станках.
Для изготовления канавок у мелких метчиков диаметром от 2
до 6 мм без последующей заточки их применяется процесс вышли-
фовывания канавок.
Дальнейшей операцией является клеймение, которое производят
так же, как и на других инструментах.
После этого метчик подвергают термической обработке. Это
довольно сложный процесс, так как метчики имеют сложную форму
рабочей части, к которой предъявляются высокие требования в от-
ношении точности. Закаливают только рабочую часть и квадрат,
хвостовик же оставляют мягким. После закалки необходим отпуск.
Термически обработанные метчики поступают на шлифование.
Сначала шлифуют центры на специальном станке или приспособле-
нии при помощи пальцевого или карандашного камня. Затем шли-
фуют хвостовик и калибрующую часть на обычном круглошлифо-
вальном станке.
Следующая операция — заточка по передней поверхности для
образования переднего угла у.
После заточки производится шлифование профиля с одновремен-
ным затылованием. Этой операцией обеспечивается точность резьбы
на метчике.
При изготовлении метчиков небольших диаметров резьбу мож-
но получить на станках шлифованием при помощи профильно-шли-
фовального круга со срезанными начальными зубьями для предва-
рительного грубого шлифования и с полными зубьями — для кали-
бровки. Такие станки при наличии специальных приспособлений
пригодны и для затылования.
Последней операцией, которая может быть выполнена на уни-
версально-заточном или специальном станке, является снятие за-
тылка на заборной части метчика.
По изготовлении метчики контролируют в соответствии с техни-
ческими условиями на их приемку с применением приборов, описан-
ных в главе X.
ПЛАШКИ
Технологический процесс изготовления круглых плашек скла-
дывается из ряда операций: 1) предварительной обработки плашки по
наружной поверхности, 2) растачивания отверстия и его развертки,
3) подрезки торцов и снятия фасок. Все эти операции производят на
токарном или револьверном станках.
Четвертой операцией является нарезание резьбы на токарно-
винторезном станке плашечными метчиками, после чего производят
пятую операцию — фрезерование паза. Затем на сверлильном стан-
24*
703
ке при помощи приспособлений производят шестую операцию —
сверление стружечных крепежных и установочных отверстий. После
снятия заусенцев делают седьмую операцию — клеймение.
Затем на специальном станке резцом производят восьмую опе-
рацию — затылование заборного конуса с двух сторон. Оконча-
тельную прогонку резьбы выполняют специальным маточным мет-
чиком.
Подготовленную таким образом плашку подвергают девятой
операции — термической обработке при определенном режиме в за-
висимости от марки стали. Процесс термической обработки состоит
из закалки и отпуска до надлежащей твердости.
После термической обработки производят притирку резьбы.
Десятой операцией является шлифование по наружной поверх-
ности и торцам. Последними, одиннадцатой и двенадцатой операция-
ми, являются заточка режущих поверхностей в стружечных отвер-
стиях и шлифование заборного конуса с двух сторон на специальных
станках.
Процесс изготовления раздвижных плашек отличается от рас-
смотренного вследствие некоторого различия в их форме.
Наиболее сложной операцией до последнего времени являлся
контроль переднего угла у плашек. В последнее время создан стре-
лочный прибор довольно простой и удобной конструкции, описан-
ный выше в разделе «Плашки».
По изготовлении плашки производят контроль в соответствии с
техническими условиями с применением соответствующих при-
боров, описанных в главе X.
ЗУБОРЕЗНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Изготовление дисковой модульной фрезы состоит из тех же опе-
раций, что и цилиндрической фрезы с затылованными зубьями
(о чем было сказано выше).
Изготовление червячных фрез несколько отлично от разобран-
ного выше метода изготовления цилиндрических фрез. Оно состоит
из следующих операций: 1) отрезки заготовки; 2) токарной обработ-
ки; 3) протягивания или долбления шпоночной канавки; 4) наре-
зания профиля зубьев; 5) фрезерования винтовых канавок для обра-
зования зубьев; 6) затылования профиля зубьев; 7) снятия крайних
неполных витков; 8) клеймения; 9) закалки и отпуска; 10) шлифо-
вания торцов и отверстия; 11) заточки передней поверхности зубьев
и 12) шлифования профиля зубьев.
Первые операции технологического процесса изготовления чер-
вячных фрез до нарезания зубьев производят также, как и при изго-
товлении цилиндрических фрез.
Нарезание профиля зубьев у фрез до модуля т—2 обычно вы-
полняют резцом на токарно-винторезном станке; при модуле т>2
704
зубья нарезают на специальном резьбо-фрезерном станке. Фрезе-
рование винтовых канавок выполняют на универсально-фрезерном
станке двухугловой фрезой, затылование зубьев — на токарно-за-
тыловочном станке.
Клеймение, закалку и отпуск, шлифование торца и отверстия
производят так же, как и при изготовлении цилиндрических фрез.
Заточку передней поверхности зубьев выполняют на специ-
альном заточном станке, шлифование профиля зубьев — на специ-
альном затыловочном станке.
Процесс изготовления зуборезных долбяков (дисковых) состоит
из следующих основных операций: 1) разрезки заготовки; 2) токар-
ной обработки с образованием передней поверхности и затылка;
3) фрезерования зубьев; 4) термической обработки; 5) шлифования
и 6) профилирования зубьев.
Откованную и отожженную болванку на несколько долбяков раз-
резают на отдельные заготовки. Каждую заготовку обтачивают до
требуемого размера, затем в ней высверливают и растачивают отвер-
стие и производят дополнительную выточку с подрезкой передней
поверхности под углом 5°, после чего заготовку поворачивают и
производят подрезку ее задней стороны. Далее обтачивают конус
для образования задней поверхности под углом 6° и снимают фаску
с дополнительным конусом у задней стороны под углом 45°.
Обточенную заготовку направляют на фрезерный станок для на-
резания зубьев. Закалку и отпуск долбяка производят в соответст-
вующей печи в зависимости от марки стали.
После термической обработки шлифуют отверстие, заднюю плос-
кость, внутреннюю плоскость, конусную часть по диаметру и
плоскость для образования переднего угла у =5°.
Следующую операцию — профилирование зубьев — производят
на специальном шлифовальном станке. При профилировании зубьям
долбяка придается эвольвентный профиль за счет вращения цилин-
дрического круга посредством специального копира. Круг, снимая
с зубьев припуск, придает им гладкую, полированную поверх-
ность.
В последнее время для указанной цели находит применение
зубошлифовальный полуавтомат модели 5832, позволяющий шлифо-
вать зубья долбяков червячным абразивным кругом.
Для проверки правильности профиля зубьев применяют специ-
альные приборы — эвольвентомеры, зубомеры и шаблоны.
Изготовление зуборезной гребенки значительно проще, посколь-
ку она представляет собой простую пластинку с нарезанными зубья-
ми подобно зубчатой рейке. Шлифование закаленной гребенки также
достаточно просто, потому что ее боковой профиль представляет со-
бой не эвольвенту, а прямую линию.
Технологический процесс изготовления гребенок состоит из сле-
дующих основных операций: 1) заготовки материала; 2) фрезерова-
ния сторон; 3) фрезерования зубьев; 4) термической обработки;
705
5) шлифования боковых и упорной сторон; 6) шлифования зубьев
гребенки; 7) заточки передней поверхности.
Заготовки, поступающие для изготовления гребенок, проко-
вываются для повышения их качества и придания им надлежащих
размеров.
Для малых гребенок (тп <2,75) заготовку делают сразу для двух
гребенок, для больших (т^2,75) — каждая заготовка отковывает-
ся отдельно. После отжига заготовку направляют на фрезерный ста-
нок для фрезерования сторон гребенки, затем фрезеруют зубья спе-
циальными фасонными дисковыми фрезами, снимают заусенцы и
производят клеймение, после чего гребенку подвергают термической
обработке, режим которой устанавливают в зависимости от марки
стали. Термическая обработка состоит из закалки с последующим
отпуском. По окончании этого процесса гребенки очищают в песко-
струйном аппарате, затем они поступают на шлифование. Сначала
на обычном плоскошлифовальном станке шлифуют боковые и упор-
ные стороны гребенки, а затем зубья (в специальных приспособле-
ниях). Заточку передней поверхности зубьев производят на обычном
заточном станке.
В качестве примера рассмотрим технологический процесс изго-
товления парного комплекта зуборезных резцов. Он состоит из
следующих операций: 1) заготовки материала; 2) фрезерования плос-
костей; 3) сверления, зенкерования отверстий и нарезания в них
резьбы; 4) фрезерования рабочих поверхностей; 5) термической об-
работки; 6) шлифования всех поверхностей; 7) заточки передней по-
верхности под углами 20 и 12°.
Заготовку материала делают на один резец. При изготовлении
сварных резцов заготовки предварительно сваривают. Фрезерова-
ние плоскостей производят на фрезерном станке. После зачистки зау-
сенцев сверлят (в кондукторе) отверстия под резьбу с последующим
зенкерованием. Далее производят нарезание резьбы, после чего
фрезеруют рабочие поверхности. Следующая операция — термичес-
кая обработка. Стороны закаленного и отпущенного резца шлифуют
на плоскошлифовальном станке. Точное шлифование сторон являет-
ся самой ответственной операцией в изготовлении зуборезных рез-
цов. Последнюю операцию — заточку резцов с обеих сторон в'гори-
зонтальной плоскости под углом 20°, а в. вертикальной — под углом
12°— производят на специальных станках. На этих станках затачи-
вают сразу два резца — левый и правый.
Контроль изготовления зуборезного инструмента производят в
соответствии с техническими условиями на его приемку.
ПИЛЫ
Круглые пилы. Процесс изготовления круглых пил по
металлу состоит в первую очередь из операций разрезания заготов-
ки и пробивания или сверления отверстия. Кроме того, необходимы
706
или закалка с отпуском и насечка, или фрезерование и закалка
с отпуском. После этого обязательны шлифование, полирование
и заточка.
Для изготовления круглых пил из листового материала дисковы-
ми ножницами вырезают соответствующие заготовки, затем проби-
вают или сверлят центральное отверстие при помощи пресса или
сверлильного станка.
Центральное отверстие после его вырезки или сверления развер-
тывают на сверлильном станке. Вслед за этим в диске пилы на свер-
лильном станке или прессе прорезают отверстия для ее крепления
на станке. После этого пилы направляют на просечный пресс для
насечки зубьев. Если зубья изготовляют фрезерованием, то этот
процесс проводят перед термической обработкой. Зубья фрезе-
руют на специальном фрезерном станке, в котором пилу (или
набор пил одинакового диаметра) закрепляют на вертикальном
шпинделе, а фасонная фреза имеет вертикальную подачу. После
этого производят термическую обработку.
По окончании перечисленных выше операций пилу выравнива-
ют. Затем на специальном станке производят шлифование пилы с
обеих сторон.
Перед окончательной отделкой пилу необходимо точно сбалан-
сировать, так как в несбалансированных полотнах, особенно для
горячей резки, при высоких окружных скоростях возникают силь-
ные удары и сотрясения, отчего изнашиваются подшипники, пила
работает неточно и нечисто и в конце концов возможна поломка
станка и пилы. Для балансирования круглую пилу устанавливают
на ось, вставленную в шайбу, продетую в отверстие пилы. Вращая
пилу вместе с осью, положенной на трехгранные линейки, опреде-
ляют дисбаланс. Иногда вместо линеек применяют специальные ба-
лансировочные аппараты. Несбалансированность устраняют путем
рассверливания отверстия или шлифования диска.
После того как пила станет совершенно ровной, производят
так называемое «растягивание» ее для обеспечения необходимой
жесткости.
Операция растягивания состоит в обработке пилы молотком на
наковальне до тех пор, пока не получится известная кривизна,
определяемая плоскомером. Так правят пилы для холодной резки.
Пилы для горячей резки правят несколько иначе. В противо-
положность пилам для холодной резки, которые из правки выходят
туго натянутыми (жесткими), пилы для горячей резки правятся так,
чтобы они находились в свободном состоянии, т. е. чтобы после
правки их можно было выгибать в обе стороны. Такие пилы лучше
выдерживают значительные центробежные силы, развиваемые при
высоких окружных скоростях, чем пилы, которые были правлены на
жесткость.
После правки пила поступает для полирования на специальный
полировальный станок.
707
Заточку зубьев обычно производят шлифовальным кругом на
станках, описанных в главе XXV.
Технологический процесс изготовления пил со вставными сег-
ментами или зубьями аналогичен процессу изготовления цельных
пил, кроме ряда дополнительных операций, вызванных наличием
отдельно изготовленного сегмента или зуба и паза для него.
Ножовочные полотна. Технологический процесс из-
готовления ножовочных полотен состоит из следующих операций:
1) разрезания; 2) обрезки заготовок и пробивки в них отверстий;
3) фрезерования зубьев; 4) разводки зубьев; 5) термической обработ-
ки.
При изготовлении ножовочных полотен листовая или ленточная
сталь поступает на пресс или ножницы и режется поперек прокатки
на полосы требуемой ширины.
Затем полотна поступают на пресс для обрезки круглых концов
и пробивки отверстий.
Для фрезерования партии полотен их устанавливают в специаль-
ные зажимы на станке. Фрезерование производят специальными
наборными фрезами.
Зубья заготовленных таким образом полотен разводят на спе-
циальных станках или прессах.
После этого ножовочные полотна поступают в закалку, для чего
их вставляют в специальные рамы для одновременной закалки пар-
тии полотен. Эти рамы предотвращают коробление ножовочных по-
лотен во время нагрева и закалки. Нагревание производят в раз-
личных печах.
Закаленные по всей ширине полотна обычно ломаются раньше
полного износа зубьев, поэтому применяют закалку одних только
зубьев.
Очистку после отпуска производят в центрифуге или в спе-
циальных качающихся ящиках, наполненных древесными опилками.
Ленточные пилы. Процесс изготовления ленточных пил
состоит из следующих операций: 1) нарезания ленты; 2) фрезерова-
ния зубьев; 3) разводки зубьев; 4) термической обработки и 5) пай-
ки.
Заготовкой для ленточных пил является стальная лента, раз-
резаемая до требуемой ширины на ножницах или прессах. Получен-
ные ленты сматывают кругами для удобства их дальнейшего исполь-
зования. После этого они поступают для фрезерования на специаль-
ный фрезерный станок, на котором зубья фрезеруют при помощи фа-
сонной фрезы.
После фрезерования зубья разводят. Разводку обычно произ-
водят на специальных разводочных станках.
Следующей операцией является закалка пил. Чтобы обеспечить
гибкость пилы во время работы, закаливают только зубья, само
же полотно остается незакаленным.
Для отпуска пилу погружают в соляную или масляную ванну
708
в зависимости от материала пилы, после чего медленно охлаждают
на воздухе.
Последней операцией изготовления ленточных пил является
заточка; в настоящее время их затачивают на таких же автомати-
ческих станках, что и круглые пилы.
Контроль изготовленных пил производят в соответствии с тех-
ническими условиями на их приемку.
НАПИЛЬНИКИ
Изготовление напильников состоит из следующих основных опе-
раций: 1) разрезки металла; 2) ковки заготовки; 3) отжига; 4) обта-
чивания на точиле; 5) образования насечки; 6) термической обработ-
ки; 7) очистки; 8) отпуска хвостовика напильника и 9) приемки.
Разрезку полос на заготовки необходимой длины производят
на эксцентриковых прессах-ножницах.
Ковка заготовки включает предварительный ее нагрев и непо-
средственное оформление сначала рабочей части напильника, а
затем при последующем нагреве— хвостовика. Нагревают заготов-
ку в кузнечных печах. Ковку производят в фасонных бойках на при-
водных пружинных молотах с весом бабы от 15 до 50 кг. При ковке
малых напильников применяют специальные полуавтоматические
приспособления для захватывания нагретого напильника и поворота
его между штампами.
Для получения заготовок плоских напильников применяют
прокатный стан специальной конструкции, соединенный с горизон-
тальным прессом.
ЭНИИМС совместно с Серпуховским напилочным заводом
им. Сольца разработал специальный агрегат (рис.617) для получения
заготовок плоских напильников. Агрегат состоит из правильного про-
катного стана /, электронагревательного устройства 2 и собственно
прокатного стана 3. Полосу материала сначала выравнивают си-
стемой валков в правильном стане, затем нагревают при помощи
электрического тока за счет электросопротивления в нагревательном
устройстве и, наконец, прокатывают между валками стана на от-
дельные тупоносые напильники с плоско-параллельными сторонами
с образованием на них хвостовиков.
Отжиг устраняет внутренние напряжения в заготовке, возникаю-
щие при обработке ее давлением и частичной закалке поверхности
напильников, происходящей вследствие того, что напильники после
отковки бросают на землю, где они быстро остывают.
Обычно напильники загружают в печь большими партиями, на-
гревают в ней в течение известного периода времени и медленно
охлаждают вместе с печью. В последнее время применяются уста-
новки непрерывного действия с загрузкой напильников отдельными
партиями в муфели и постепенным продвижением их в печи, где на-
пильники сначала нагреваются, а затем постепенно охлаждаются.
709
Рис. 617. Агрегат для изготовления заготовок плоских напильников
Для устранения деформации, образующейся во время отжига,
напильники подвергаются правке.
После ковки или прокатки полосы материала и последующего
ее отжига заготовка должна быть подвергнута соответствующей об-
работке для удаления (если не полностью, то в значительной сте-
пени) обезуглероженного при отжиге поверхностного слоя.
Распространенный способ удаления обезуглероженного слоя за-
ключается в шлифовке напильников на специальных станках магне-
зиальными или керамическими кругами.
Магнезиальные круги ввиду их малой стойкости недостаточно
производительны. В новой модели советского точильного полуавто-
мата (модель BU16) применяются керамические круги, которые поз-
воляют работать со скоростью до 30 м/сек, обеспечивая этим боль-
шую производительность. Станок этот полностью гидрофицирован
и поэтому удобен в обслуживании.
Для шлифования заготовок напильников с плоскопараллель-
ными сторонами применяют двухшпиндельные шлифовальные стан-
ки модели 3772С — для шлифования широких сторон и модели
3911—для шлифования узких сторон напильника.
Следующей операцией является клеймение напильников.
Дальнейшую операцию — снятие фасок у напильников (глав-
ным образом трехгранных, квадратных и плоских) — производят
на наждачных точилах.
Образование зубьев у напильников производят: 1) насечкой;
2) фрезерованием (копированием и обкаткой); 3), протягиванием и
4) обкаткой с одновременным обтачиванием поверхности напиль-
ника. Первый способ — насечка — осуществляют на специальных
станках, схема работы которых представлена на рис. 77. Боек
станка под действием пружины ударяет закрепленным в его пат-
роне зубилом по поверхности напильника, движущегося поступа-
тельно с кареткой станка, расположенной под углом р к горизон-
ту (иногда боек имеет наклон в вертикальной плоскости под углом
р, а каретка горизонтальна).
После насечки зуба производят отделку, т. е. снятие заусенцев,
обрубку и заточку концов, исправление насечки и правку насечен-
ного напильника.
Второй способ получения насечки — фрезерование зуба мето-
дом копирования, а в дальнейшем методом обкатки для получения
насечки на плоских сторонах напильников. Нарезание зуба методом
копирования производят на специально приспособленном универ-
сальном горизонтально-фрезерном станке.
Как дальнейшее развитие метода фрезерования был предложен
способ получения зуба напильника методом обкатки. Заготовка
напильника при помощи специального зубонарезного автомата
сразу фрезеруется со всех сторон.
Третий способ получения насечки — протягивание ее специаль-
ными протяжками. Для данного метода получения зубьев напиль-
711
ника применяют вертикальные станки для наружного протягива-
ния. Протяжка состоит из ряда гребенок. Профиль зубьев этих
гребенок соответствует профилю впадины между зубьями напиль-
ника, а шаг Т делают увеличенным, кратным шагу t насечки напиль-
ника. Каждая из гребенок отличается от последующей своей высо-
той с определенным подъемом на ее зубьях h, так что все гребенки
срезают полностью припуск Н, т. е. образуют полную глубину на-
сечки напильника. Комплект таких последовательно расположенных
гребенок составляет секцию протяжки. Каждая протяжка имеет
несколько секций в зависимости от кратности шага гребенок по от-
ношению к шагу напильника. Так, при двукратности шага (Т=2 t)
берутся две секции, при трехкратности (Т=3 f) — три секции и т. д.
Каждая последующая секция смещена относительно первой на ве-
личину шага t насечки напильника, в результате чего получается
зуб напильника необходимого шага t. На рис. 618 представлено схе-
матическое расположение протяжки из трех секций, благодаря че-
му получается шаг напильника t =-jT — шага гребенки. Обычно
протяжку для нижней насечки напильника изготовляют в виде одной
секции, имеющей несколько гребенок в зависимости от принятого
подъема на зуб протяжки h. Протяжку для верхней насечки напиль-
ника изготовляют с увеличенным шагом, с соответствующим сме-
щением ее секций и с несколькими гребенками в каждой из секций
также в зависимости от принятого подъема h на зуб.
Наиболее целесообразная скорость протягивания при работе
протяжками лежит в пределах 8—10 м/мин. Данный метод образо-
вания насечки напильников обеспечивает высокое качество, так
как создается требуемая острота зуба напильника ввиду того,
что режущая вершина зуба образуется в результате пересечения
грани ab гребенки третьей секции и грани cd гребенки первой сек-
ции (или первой и второй секции, или второй и третьей), как пока-
зано (для трехсекционной протяжки) на рис. 618. Впадины между
зубьями гребенки не участвуют в работе, в результате чего верши-
ны зубьев не затупляются.
Четвертый способ — новая технология нарезания зубьев на-
пильников на специальных обкаточных станках при помощи об-
каточных дисковых резцов с одновременным обтачиванием поверх-
ности напильников — реализован ВНИИ по предложению инже-
нера В. И. Романова.
Схема этого способа представлена на рис. 82 и применена в
станках модели (ЕЗ-19) № 3.
Аналогичные станки конструируются для нарезания зубьев на
плоских, трехгранных, квадратных и других напильниках.
Такие станки позволяют получить напильники повышенного
качества. Стойкость и производительность напильников, нарезан-
ных на обкаточных станках, повышаются в 3 — 5 раз. В этих
напильниках отсутствуют обезуглероженные места, получается
712
точная форма зубьев требуемых геометрических параметров. По-
вышение производительности при использовании таких станков
получается за счет одновременной и непрерывной обточки напиль-
ника и нарезания зубьев.
Следующей операцией изготовления напильника является об-
мазка его перед закалкой особой массой для предохранения зуба
от сгорания. Составы этой мас-
сы могут быть различными, но
основное условие, предъявляе-
мое к ним, — это наличие це-
ментирующих и улучшающих
цементацию веществ, связываю-
щих отдельные частицы массы.
Обмазанные напильники под-
вергают сушке в сушильном
шкафу.
Нагрев напильников для за-
калки производят в различного
рода закалочных печах, а в по- Рис. 618. Схема расположения про-
следнее время — ив установках тяжки из трех секций
токов высокой частоты.
Далее напильники подвергаются очистке на пескоструйном
аппарате.
На отдельных заводах очистку напильников на пескоструйном
аппарате заменяют оксидированием.
После очистки напильников, закаленных с нагревом в пла-
менных печах, производят дополнительный отпуск хвостовиков.
Этот процесс может совершаться как в нефтяных, так и в других
печах. Необходимое условие заключается в том, чтобы приспосо-
бить печь для возможности нагрева одновременно партии напильни-
ков и притом только их хвостовиков, не отпуская при этом весь
напильник.
После осмотра и приемки напильники смазывают для предо-
хранения от ржавления. Заводы употребляют различные сма-
зочные вещества — олеонафт, эмульсол и др. После смазки напиль-
ники обертывают бумагой, кладут в коробки и упаковывают.
Контроль изготовленных напильников производят в соответ-
ствии с техническими условиями.
Г Л А В'A XXVII
ЭЛЕМЕНТЫ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
И МЕХАНИЗАЦИИ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Постепенное увеличение производства режущих инструментов
с переходом по ряду заводов на их крупносерийное и массовое
производство со всемерной специализацией в последние годы выд-
винуло задачу комплексной автоматизации и механизации изго-
товления- инструментов.
Комплексная механизация и автоматизация являются высшей
формой организации производства на базе новейших достижений
науки и техники. Они становятся основным средством техническо-
го прогресса, без которого невозможны высокие темпы дальнейше-
го роста производительности труда, необходимого для выполне-
ния величественных задач создания производственно-технической
базы коммунизма.
Автоматизация позволяет с помощью разнообразных приборов,
приспособлений и машин осуществлять производственные про-
цессы без непосредственного участия человека, лишь под его кон-
тролем.
Автоматизация технологических процессов зависит от харак-
тера и конкретных условий производства, а также от степени под-
готовленности его к автоматизации предшествующей механиза-
цией трудоемких операций. Таким образом, автоматизация про-
изводства неразрывно связана с его предварительной механиза-
цией.
Механизации должны подвергаться ручные операции, а также
универсальное станочное оборудование, среди которого еще до
последнего времени имеются станки, не имеющие механического
передвижения стола или каретки в процессе резания и эти перед-
вижения осуществляются вручную. Ряд станков не позволяет
использовать высоких скоростей резания при работе твердосплав-
ного инструмента и требует усовершенствования в этом отношении.
Все эти работы являются предметом ти повой механизации оборудо-
714
вания, проведение которой позволяет значительно расширить и
полнее использовать технологические возможности станков и ре-
жущего инструмента. Параллельно с этим необходимо использо-
вать и собственный опыт заводов в разрешении многих вопросов,
связанных с совершенствованием оборудования в зависимости от
условий производства и целей модернизации. Далее вопросы мо-
дернизации оборудования начинают перерастать в его автомати-
зацию за счет применения автоматизирующих устройств при его
работе.
Рис. 619. Загрузочное устройство самотечного типа:
в —- с однорядным расположением заготовок; б — с многорядным расположе-
нием заготовок
В инструментальном производстве ряд операций осуществля-
ется на универсальном или устаревшем оборудовании, что значи-
тельно увеличивает вспомогательное и подготовительно-заклю-
чительное время, благодаря чему машинное время составляет лишь
50% от общего времени работы. В первую очередь стоит задача
механизации и автоматизации основных процессов изготовления
инструментов и особенно отделочных — заточных и шлифоваль-
ных, а также операций контроля как геометрических параметров,
так и линейных размеров инструмента и структуры его материала
после термической обработки.
715
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ
Первой задачей при автоматизации процессов обработки режу-
щих инструментов является применение современных высокопро-
изводительных и автоматизированных приспособлений, сокраща-
ющих вспомогательное время на установку, закрепление и снятие
заготовки инструмента.
Для этого применяются специальные загрузочно-транспорт-
ные механизмы, работающие по принципу использования силы
Рис. 620. Магазин для подачи заготовок сверл к патрону
тяжести и приложенной силы. В инструментальном производстве
находят применение три вида движения заготовок: 1) самотечное—
под действием силы тяжести, 2) принудительное — под действием
приложенной силы и 3) полусамотечное — под действием силы
тяжести и приложенной силы.
Схема самотечного транспортирования заготовок инструмен-
тов представлена на рис. 619, где в положении а изображено за-
грузочное устройство магазинного типа с расположением загото-
вок в один ряд. Питатель /, действующей синхронно с другими
исполнительными органами от особого привода, служит для захва-
716
тывания из выходного отверстия лотка 2 по одной заготовке и по-
даче ее в зону обработки. В положении б изображено такое же
устройство, но с расположением заготовок в несколько рядов.
Такое транспортирование находит большое применение, так как
в этом случае не требуется ни источника энергии для движения
заготовок инструмента, ни двигателя, ни особых механизмов. Но
в то же время его применение имеет и ограничения: 1) заготовки
могут перемещаться лишь сверху вниз и 2) скорости перемещения
заготовок лимитируются необходимостью обеспечения их сохран-
ности.
На рис. 620 (а и б) представлен пример использования такой
транспортировки с применением магазина на сверло-фрезерном
Рис. 621. Бункерное устройство с вращающимся барабаном
станке. Заготовки 1 спиральных сверл находятся в магазине 2,
будучи расположены вертикально в один ряд. Под собственным
весом через определенные промежутки времени они подаются с
помощью питателя 3 к патрону 4. Патрон с раскрытыми кулачками
подходит к заготовке, захватывает ее и ставит для обработки, в
то время как питатель отходит в исходное положение.
Полусамотечное транспортирование состоит в том, что сколь-
жение заготовок по плоскости, установленной под углом, значи-
тельно меньшим угла трения, достигается за счет поперечного ко-
лебания или движения этой плоскости. Такие установки более
просты и компактны по сравнению с самотечными, в инструменталь-
ном деле они применяются в соединении с принудительным пере-
мещением заготовок.
Принудительное транспортирование производят в простран-
стве путем переноса или передвижения заготовок специальными
717
захватами от одного пункта к другому или свободным перебрасы-
ванием струей воздуха или жидкости.
В инструментальном производстве такое транспортирование
производят с применением: 1) бункеров с вращающимся бараба-
ном и 2) бункеров с вращающимся диском.
Примером первого типа устройства, соединенного с полуса-
мотечным движением, может служить бункерное устройство, пред-
11 Ю 12
Рис. 622. Бункерное устройство с вращающимся диском
ставленное на рис. 621, сконструированное во Львовском поли-
техническом институте, применяемое на Львовском инструменталь-
ном заводе, для бесцентрово-шлифовального станка при шлифова-
нии методом врезания хвостовиков метчиков.
Заготовки, загруженные в бункер /, попадают в барабан 2,
лопатка 3 которого сбрасывает заготовки на лоток 4, расположен-
ный под углом 10°, т. е. под углом, меньшим угла трения загото-
вок по поверхности лотка. Эти заготовки равномерно движутся
вниз по лотку лишь при сообщении им колебательных движений,
параллельных оси бункера. При этом ориентируются хвостови-
ком вперед, а заготовки, не успевшие ориентироваться, через вырез
с обратным контуром метчика падают в бункер, где они могут
718
быть захватами вновь подняты на лоток. Далее заготовки посту-
пают в магазин 5.
Бункер с вращающимся диском для бесцентрово-шлифовально-
го станка для шлифования заготовок метчиков на проход пред-
ставлен на рис. 622. Заготовки 1 насыпают в бункер 2, в котором
непрерывно вращающийся диск 3 несет на периферии прорези 4,
куда западают заготовки 1 и затем выносятся в верхнее поло-
жение 5 бункера. Здесь заготовка 1 через окно в корпусе бункера
скатывается по лотку 6 и попадает в стык 7 двух вращающихся
шнековых валиков. Один валик 8 имеет винтовую поверхность 9
с большим шагом, а другой валик 10 — винтовую канавку 11, в
которую заходит выступающая винтовая поверхность валика 9.
Валик 10 с винтовой канавкой перемещает заготовку вдоль своей
оси и подводит ее к шлифовальному кругу 12.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ И УЧАСТКИ
В массовом производстве соединение в одну цепочку ряда стан-
ков для обеспечения технологического процесса создает автомати-
ческий цикл. При автоматизации нескольких станков, соединен-
ных в линию, создается автоматический участок, а при автоматиза-
ции всех станков, соединенных в линию, создается автоматическая
линия.
На таких линиях инструмент проходит обработку без участия
рабочего.
Примером автоматического участка может служить линия из
шести автоматизированных станков для обработки метчиков, пред-
ставленная на рис. 623. Она состоит из бесцентрово-шлифовальных
станков 1 для шлифования рабочей и 2 — хвостовой части метчика,
эксцентрикового пресса <3, станка для клеймения 4, накатного
станка 5 и бесцентрово-шлифовального станка 6 для шлифования
наружного диаметра резьбы. Внедрение такого автоматического
участка обеспечило увеличение производительности в 5 раз в
сравнении с обычным процессом.
Примером автоматической линии может служить линия изготов-
ления метчиков М5, представленная на рис. 624. Технологический
процесс изготовления метчиков на линии подразделяют на три эта-
па: 1) механическая обработка до термообработки; 2) механическая
обработка после термообработки и 3) антикоррозионная обработка.
Обработку производят по следующему технологическому марш-
руту: 1) рубка штучной заготовки из прутка на автоматическом
прессе с вертикальной подачей прутка; 2) шлифование наружной
поверхности заготовок на бесцентрово-шлифовальном автомате;
3) обтачивание центрового конуса с одной и другой стороны и фре-
зерование квадрата на четырехпозиционном трехроторном агрегате;
4) клеймение на клеймильном автомате; 5) и 6) накатывание резьбы
на резьбонакатных автоматах модели МФ-1283 завода «Фрезер» с
719
ю
о
Рис. 623. Автоматический участок из шести автоматизированных универсальных
станков для изготовления метчиков
7 2
3 4 5 6
Рис. 624. Комплексная автоматическая линия для изготовления метчиков:
/ — пресс для рубки заготовок; 2 — бесцентрово-шлифовальный станок; 3 —трехроторный агрегат; 4 — станок для клей-
мения; 5 и 6 — резьбонакатные станки; 7 — бесцентрово-шлифовальный станок для шлифования резьбы по диаметру; 8 —
трехроторный шлифовальный агрегат; 9 — бесцелтрово-шлифовальный станок для шлифования хвостовика; 10 — антикор-
розионный агрегат
кэ
контролем на контрольном автомате; 7) шлифование наружной по-
верхности резьбы по диаметру на роторном бесцентрово-шлифоваль-
ном автомате (термообработка в термическом цеху); 8) шлифование
канавки по профилю и затачивание заборного конуса на трехро-
торном шлифовальном агрегате; 9) шлифование хвостовика на бес-
центрово-шлифовальном автомате; 10) промывание, пассивирование и
сушка на трехроторном агрегате для антикоррозионной обработки и
в заключение—визуальный контроль качества шлифования канавок
и заборного конуса, отсутствия повреждений резьбы и наличия квад-
рата и клейма. Контроль осуществляется оператором на специаль-
ном транспортирующем агрегате, на котором детали совершают вин-
товое движение.
Гибкая связь между автоматами и агрегатами выполняется при
помощи бункеров.
Термическая обработка инструмента в условиях массового
производства должна производиться на автоматических линиях,
состоящих из ряда последовательно расположенных по технологиче-
скому процессу ванн и камер, в которых перемещение закаливаемых
и отпускаемых инструментов производится автоматически по при-
нудительному режиму. Подобные автоматические линии должны соз-
даваться и для химико-термической обработки инструментов.
Применение автоматических линий повышает качество инстру-
ментов, снижает трудоемкость, повышает использование металла,
улучшает условия труда, а промышленность получает большую эко-
номию.
ЛИТЕРАТУРА
Алексеев Г. А. и др. Расчет и конструирование режущего ин-
струмента. Машгиз, 1951.
Барсов А. И. Технология режущего инструмента. Машгиз, 1957.
БассИ. 3. Накатывание резьбы и новая геометрия накатного инстру-
мента. Машгиз, 1949.
Бобров В. П. Механизация и автоматизация загрузки на метал-
лорежущих станках. НТО Машпром, 1961.
«Вестник машиностроения». Статьи за 1952—1964 гг.
ВНИИ. Технология изготовления металлорежущих инструментов. Вы-
пуск I—V. Машгиз, 1959.
ВНИИ. Сборник работ института, № 1—12, 1959.
ВНИИ. Технология изготовления резцов. Машгиз, 1961.
ВНИИ. Новая технология изготовления инструмента. Машгиз, 1961.
ВНИИ. Технология изготовления метчиков из быстрорежущей стали.
Машгиз, 1961.
Горецкая 3. Д. Протягивание с большими подачами. Машгиз,
1960.
Горьковский Совнархоз. Прогрессивные методы механической обра-
ботки металлов. ЦБТИ Горьковского совнархоза, 1961.
Еремеева Н. М. Сверла. Машгиз, 1959.
Ж а р л и к о в Н. В. Комбинированные режущие инструменты. Маш-
гиз, 1961.
Ипполитов Г. М. Абразивные инструменты и их эксплуатация.
Машгиз, 1959.
Казаков Н. Ф. Диффузионная бесприпойная сварка. Моск. Дом
научно-технической пропаганды им. Дзержинского, 1958.
Карцеве. П. Инструмент для изготовления резьбы. Машгиз, 1955.
Кацев П. Г. Протягивание глубоких отверстий. Оборонгиз, 1957.
Коршунов Б. С. Современные методы заточки и доводки режущего
инструмента. НТО Машпром, 1960.
Краснопольский Д. 3. Прогрессивный инструмент для нака-
тывания резьбы. Моск. Дом научно-технической пропаганды им. Дзер-
жинского, 1958.
Краснопольский Д. 3. Резьбонарезные головки «КБ». Машгиз,
1957.
Кудряшов А. А. Металлорежущие станки для инструментального
производства. Машгиз, 1961.
Кузнецов Д. И., Иткин А. Л. Многократное восстановление
режущего инструмента. НТО Машпром, 1960.
Лазаренко Б. Р. иЛазаренкоН. И. Электроискровая обра-
ботка токопроводящих материалов. Изд-во АН СССР, 1958.
Лазаренко Б. Р. Электрические методы обработки металлов и
сплавов. НТО Машпром, 1961.
723
Л а р и н М. Н. Современные методы конструирования, эксплуатации
и изготовления фрез. НТО Машпром, 1961.
Л и в ш и ц А. Л. Электрофизические и электрохимические методы обра-
ботки в машиностроении. Труды III всесоюзной конференции по прогрессив-
ной технологии. Ленинград, 1963.
Локтев Д. А. Металлорежущие станки для производства инстру-
мента. Машгиз, 1953.
Маликов Ф. П. Новое в технологии машиностроения. Челябин-
ское книжное издательство, 1958.
Маргулис Д. К- Протяжки переменного резания. Машгиз, 1962.
«Машиностроитель» — журнал. Статьи за 1958—1964 гг.
Мурашкин Л. С. иЩеголевА. В. Заточные станки. Машгиз,
1949.
Миндлин Я. Б. Алмазы в технике. Изд-во «Знание», 1960.
Моск. Дом научно-технической пропаганды им. Ф. Э. Дзержинского.
Высокопроизводительный режущий инструмент. Машгиз, 1961.
Машпром. Конструкции режущих инструментов и технология их изго-
товления. Сборники статей № 1—4, 1958.
Раскинд В. Л. Технология разделки металла на заготовки. НТО
Машпром, 1961.
Резание металлов и режущий инструмент. Сборник статей. Машгиз,
1956.
Розенберг Л. Д., Я х и м о в и ч Д. Ф. Ультразвуковая размер-
ная обработка хрупких материалов. Профиздат, 1961.
Романов В. И. Перспективная технология производства напиль-
ников. ВНИИ, 1958.
Рывкин Г. М. Инструментальная оснастка для механической обра-
ботки деталей в автоматическом производстве. Изд-во «Знание», 1962.
Семенченко И. И. и др. Проектирование металлорежущих инстру-
ментов. Машгиз, 1962.
Смольников Е. А. Термическая обработка инструментов. НТО
Машгиз, 1960.
Ставицкий Б. И. Электроискровое формообразование наружных
и внутренних поверхностей непрофилированным электродом. «Технология
машиностроения», № 3, 1960.
Ставицкий Б. И. и др. Электроискровая обработка токопрово-
дящих материалов. ЦИТЭИН, 1960.
«Станки и инструменты». Статьи за 1952—1964 гг.
Чернавский Г. Н. Современные методы конструирования, изго-
товления и эксплуатации твердосплавных резцов. НТО Машпром, 1961.
195 Четвериков С. С. Керамика в машиностроении, изд. «Знание»,
ЧетвериковС. С. Металлорежущие инструменты. Машгиз, 1953.
Четвериков С. С. Основные направления в области конструиро-
вания и производства металлорежущего инструмента. НТО Машпром, 1962.
Шевченко Н. А., Вишняков П. А. Динамические исследова-
ния конструкций винтовых сверл для обработки стали. «Научные доклады
Высшей школы», № 1, 1959.
Шевченко Н. А., Вишняков П. А. Исследование на стойкость
и производительность некоторых конструкций винтовых твердосплавных
сверл при обработке стали. «Вестник Высшей школы» № 9, изд-во «Высшая
школа», 1959.
ШепсенволА. И. Режущий инструмент в приборостроении. Оборон-
гиз, 1954.
Бу р м и с т р о в Е. В. «Исследование процесса нарезания резьбы мет-
чиками в жаропрочных и титановых сплавах». Диссертация, 1964.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..................................................... 3
Введение........................................................ 4
Часть первая
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Глава I. Общие определения конструктивных элементов режущего
инструмента.................................................. 13
Основные признаки отдельных типов режущих инструментов 13
Конструктивные элементы режущих инструментов............. 13
Взаимосвязь конструктивных и режущих элементов инструмен-
тов с основными закономерностями резания металлов ... 16
Классификация режущих инструментов....................... 17
Глава II. Материалы для инструментов......................... 18
Общие сведения........................................... 18
Углеродистые инструментальные стали...................... 20
Легированные инструментальные стали...................... 23
Быстрорежущие стали...................................... 24
Назначения марок инструментальной стали и контроль их
качества................................................. 29
Конструкционные стали.................................... 35
Металлокерамические твердые сплавы....................... 36
Керамические твердые материалы........................... 40
Пластические массы....................................... 44
Глава III. Резцы общего назначения........................... 46
Основные понятия ........................................ 46
Конструирование резцов................................... 48
Токарные резцы......................................... 49
Расчет стержневых резцов на прочность.................. 55
Строгальные и долбежные резцы.......................... 57
Конструктивные особенности составных резцов............ 57
Резцы, оснащенные твердыми сплавами.................... 59
Керамические резцы..................................... 69
Алмазные резцы......................................... 76
725
Стружкозавиватели, стружколоматели и стружкоотводчики . 78
Контроль геометрии резцов ................................ 84
Технические условия ...................................... 87
Глава IV. Фасонные резцы...................................... 89
Основные понятия.......................................... 89
Геометрия режущих лезвий.................................. 91
Корректирование профиля резцов.......................-. 96
Призматические фасонные резцы.............................. 98
Круглые фасонные резцы.................................. 100
Глава V. Напильники.........................................103
Основные понятия........................................ 103
Конструкция напильников ................................ 103
Геометрия режущих элементов............................. 106
Качество напильников....................................116
Глава VI. Инструменты для обработки отверстий.................. 118
Типы инструментов....................................... 118
Сверла.................................................. 118
Основные понятия.........................................118
Типы сверл............................................ 118
Конструктивные элементы спирального сверла ........... 129
Качество сверл........................................... 140
Зенкеры.................................................... 144
Основные понятия ........................................ 144
Типы зенкеров............................................ 144
Конструктивные элементы зенкеров......................... 151
Качество зенкеров........................................ 154
Развертки.................................................. 155
Основные понятия......................................... 155
Типы разверток.......................................... 156
Конструктивные элементы разверток............ . . . . 166
Качество разверток....................................... 171
Глава VII. Протяжки и прошивки................................. 174
Основные понятия ........................................ 174
Припуски на протягивание ................................ 178
Стружкоделительные устройства............................ 179
Схемы резания при протягивании........................... 182
Силы резания при протягивании............................ 188
Конструирование протяжек для внутреннего протягивания . 190
Обыкновенные режущие протяжки.......................... 190
Протяжки с регулируемой по диаметру калибрующей частью
и съемным уплотняющим кольцом...........................201
Уплотняющие и шабрящие протяжки.........................203
Конструирование протяжек для наружного протягивания . 204
Конструкция прошивок.....................................209
Качество протяжек........................................210
Глава VIII. Пилы .............................................212
Основные понятия....................................... . 212
Круглые пилы............................................212
Продольные пилы.........................................215
Конструктивные элементы пил..............................216
Качество пил.............................................224
726
Глава IX. Фрезы................................................225
Основные понятия............................................225
Фрезы для обработки плоскостей............................. 225
Фрезы для обработки фасонных поверхностей.................. 245
Конструктивные элементы и расчет фрез с остроконечными
зубьями...................................................248
Геометрические параметры режущих элементов фрез .... 254
Конструктивные элементы и расчет фрез с затылованными
зубьями...................................................261
Качество фрез...............................................275
Глава X. Инструмент для образования резьбы................. . 284
Инструмент для нарезания резьбы........................... 284
Метчики...................................................284
Основные понятия........................................284
Конструктивные элементы метчиков........................291
Качество метчиков...................................... 304
Плашки................................................... 306
Основные понятия........................................306
Конструктивные элементы плашек......................... 310
Качество плашек . . . ..................................317
Резьбонарезные головки для наружной резьбы............... 319
Основные понятия........................................319
Конструкция резьбонарезных головок с радиальными круг-
лыми плашками...........................................321
Резьбовые резцы...........................................325
Резьбовые фрезы.......................................... 336
Инструмент для накатывания резьбы.............. 339
Плоские накатные плашки.................................. 341
Накатные ролики........................................343
Накатные ролики, дуговые и кольцевые плашки.............345
Накатные головки и круглые накатные плашки.............345
Глава XI. Зуборезный инструмент..............................351
Основные понятия..........................................351
Эвольвентное зацепление ................................. 351
Конструкция зуборезных инструментов для нарезания зубча-
тых колес................................................359
Дисковые модульные фрезы.................................360
Основные понятия........................................365
Расчет и профилирование дисковых модульных фрез ... 361
Пальцевые модульные фрезы.................................367
Фасонные зуборезные головки............................. 369’
Червячные фрезы...........................................370
Основные понятия....................................... 370
Расчет и профилирование червячных фрез для нарезания
цилиндрических колес .............................. 374
Расчет и профилирование червячных фрез для нарезания
червячных колес........................................376
Конструкция червячных фрез для нарезания конических
колес с криволинейным зубом............................380
Зуборезные долбяки........................................381
Основные понятия........................................381
Конструирование долбяков для нарезания цилиндрических ’
колес с прямыми зубьями...................................383
Конструирование долбяков для нарезания цилиндрических
колес с косыми зубьями................................... 389
727
Комбинированные долбяки ....................................... 391
Зуборезные гребенки...............................................392
Основные понятия .............................................. 392
Конструкция гребенок........................................... 393
Зуборезные резцы и резцовые головки.............................. 397
Основные понятия .............................................. 397
Конструкция резцов и резцовых головок.......................... 399
Инструмент для шевингования зубьев зубчатых колес .... 401
Качество зуборезных инструментов................................. 405
Глава XII. Инструмент для неэвольвентных профилей.................... 410
Основные понятия..................................................410
Конструирование шлицевых фрез.................................... 415
Глава XIII. Комбинированные инструменты...............................426
Основные понятия ................................................ 426
Комбинированные резцы.............................................427
Комбинированные инструменты для обработки фасонных и
ступенчатых отверстий ...................................428
Комбинированные инструменты для обработки профильных по-
верхностей ..............................................432
Конструирование комбинированного инструмента .................... 433
Глава XIV. Абразивные материалы и инструменты........................ 436
Абразивные материалы................................................436
Основные понятия ................................................ 436
Зернистость абразивных материалов................................ 439
Абразивные инструменты............................................. 441
Основные понятия ................................................ 441
Связка......................'.....................................448
Структура абразивного инструмента................................449
Твердость абразивного инструмента ............................... 450
Методы изготовления абразивных инструментов...................... 451
Алмазные круги....................................................452
Правка шлифовальных кругов........................453
Глава XV. Инструмент для автоматического производства .... 455
Общие сведения....................................................455
Обновление и замещение изношенных режущих кромок ин-
струмента ...............................................455
Сокращение времени на замену режущего инструмента . . . 457
Автоматическая замена инструмента ............................... 460
Сигнализация об износе и поломке инструмента................ 462
Формирование стружки..............................................463
Часть вторая
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Глава XVI. Общие сведения по технологии производства режущих
инструментов .................................................. 465
Общие сведения............................................. 465
Сортамент инструментальных материалов ..................... 468
Глава XVII. Отливка инструмента.............................471
Общие сведения............ .................................471
728
Отливка в сырые земляные формы и в формы, собранные из
стержней...................................................472
Отливка по выплавляемым моделям..........................475
Кокильная отливка под давлением и центробежно-кокильная
отливка....................................................476
Отливка в оболочковые формы.............................. 478
Глава XVIII. Сварка, напайка и наплавка инструмента .... 482
Общие сведения.............................................482
Сварка инструмента....................................... 482
Напайка инструмента........................................496
Наплавка инструмента.....................................503
Глава XIX. Заготовительные операции.......................... 511
Общие сведения...........................................511
Правка прутков и проволоки .............................. 511
Отрезка заготовок ....................................... 512
Ковка, штамповка и редуцирование заготовок........521
Отжиг заготовок..........................................524
Центрование заготовок .................................... 525
Глава XX. Оборудование для термической обработки инструмента 528
Общие сведения.............................................528
Нефтяные и газовые печи..................................529
Электрические печи.........................................536
Установки ТВЧ............................................540
Машинные и ламповые генераторы............................ 541
Методы поверхностного нагрева под закалку токами высокой
частоты....................................................543
Глава XXI. Особенности термической обработки режущего инстру-
мента .........................................................549
Общие сведения.............................................549
Закалка инструмента ...................................... 549
Отпуск инструмента ....................................... 556
Обработка инструмента при температурах ниже нуля . . . 558
Обработка инструмента в атмосфере пара.............562
Термомеханическая обработка инструментов...................564
Антикоррозионная обработка инструмента ................... 565
Контроль качества термической обработки инструментов. . . 566
Глава XXII. Методы улучшения рабочих частей инструмента . . 569
Общие сведения.............................................569
Цианирование инструмента...................................569
Электролитическое покрытие хромом..........................579
Глава XXIII. Электрофизические и электрохимические методы об-
работки заготовок инструментов ............................ 583
Общие сведения.............................................583
Электроискровая обработка ................................ 583
Анодно-механическая обработка ............................ 599
Электронно-лучевая обработка ............................. 600
Ультразвуковая обработка...................................601
Комбинированная обработка ультразвуковым и электричес-
ким способами..............................................606
729
Обработка световым лучом..................................607
Электрохимическая обработка...............................607
Глава XXIV. Методы механической обработки заготовок инструментов 609
Обработка цилиндрических и конических наружных поверхнос-
тей инструментов........................................ 609
Обработка отверстий в инструментах........................611
Изготовление хвостовиков, лапок и квадратов................612
Обработка плоскостей ..................................... 613
Изготовление канавок..................................... 614
Образование канавок фрез, разверток и зенкеров .... 614
Установка фрез для фрезерования прямых канавок .... 615
Установка фрез для фрезерования винтовых канавок . . . 617
Установка фрез для фрезерования торцовых зубьев инстру-
ментов ..................................................61$
Установка фрез для фрезерования зубьев, расположенных
на конической поверхности.............................. 620*
Вышлифовывание канавок у мелких разверток .... 622
Образование винтовых канавок сверл..................... 623-
Образование канавок у метчиков...........................62$
Фрезерование пазов, стружечных канавок и образование
рифлений.......................................... .... 631
Затылование инструментов.................................. 633
Изготовление резьбы........................................640
Изготовление фасонных поверхностей инструмента .... 647
Клеймение................................................ 650’
Основные понятия.........................................650
Ручное клеймение ....................................... 651
Механическое клеймение...................................651
Химико-механическое клеймение........................... 653
Химическое клеймение.....................................654
Электроискровое клеймение .............................. 654
Глава XXV. Отделка режущих лезвий инструментов................ 655
Общие сведения.............................................655
Абразивная заточка ....................................... 655
Абразивная доводка ....................................... 663
Электро-химико-механичес^ая заточка........................673
Электрохимическая доводка (электрополирование) .......... 676
Электроискровая заточка и доводка ....................... 677
Анодно-механическая заточка и доводка .................... 67$
Электроконтактная заточка ............................... 681
Электроабразивная заточка и доводка ..................... 682
Виброабразивная заточка и доводка ........................ 682
Алмазная заточка и доводка ............................... 683
Глава XXVI. Типовая технология основных видов режущих инстру-
ментов ....................................................687
Резцы....................................................687
Спиральные сверла........................................691
Развертки................................................694
Протяжки.................................................695
Фрезы....................................................698
Метчики..................................................700
Плашки...................................................703
730
Зуборезный инструмент................................ 704
Пилы................................................. 706
Напильники............................................709
Глава XXVII. Элементы комплексной автоматизации и механиза-
ции в инструментальном производстве............................714
Общие сведения.............................................714
Автоматизация процессов обработки..........................716
Автоматические линии и участки............................ 719
Литература.................................................. 723
СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ ЧЕТВЕРИКОВ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
Редактор Н. Н. Ещенко
Техн, редакторы Л. А. Гарнухина
и Н, И. Коробкова
Корректор Г. И. Кострикова
Т-06050. Сдано в набор 13/Х-64 г. Подп.
к печати 15/V-65 г. Формат 60X90vie. Объем
45.75 п. л. Уч.-изд. л. 42.96 Изд. № ОТ-87.
Тираж в пер. № 5—20 000 экз., в пер. №7—
5000 экз. Цена в пер. № 5 — 1 р. 39 к., в
пер. № 7—1 р. 44 к. Зак. 737.
Сводный тематический план 1965 г. учебни-
ков для вузов и техникумов. Позиция №501.
Москва, И-51, Неглинная ул., д. 29/14.
Издательство «Высшая школа»
Ярославский полиграфкомбинат «Главполи-
графпрома» Государственного комитета Со-
вета Министров СССР по печати, г. Ярос-
лавль, ул. Свободы, 97.
ВЫСШАЯ ШКОЛА-1965