MACHINE-TOOLS

В предыдущем параграфе были рассмотрены нормализованные конструкции строгальных резцов. Строгальщики - новаторы производства в своей практике используют резцы не только этих, но и многих других конструкций, пока еще не нормализованных. Рассмотрим наиболее прогрессивные конструкции строгальных резцов, используемых в разных отраслях машиностроительной промышленности.

Проходные резцы. Конструкции и геометрия этих резцов в значительной мере зависят от характера строгания. Резцы для чернового строгания оснащают пластинками как из быстрорежущей стали, так и из твердых сплавов.

При сложных условиях работы со снятием очень крупных стружек применение высоких скоростей резания часто оказывается невозможным из-за недостаточной быстроходности тяжелых строгальных станков, а на станках менее крупных такие режимы резания часто нельзя осуществить из-за небольшой мощности электродвигателя. В связи с этим тяжелое строгание во многих случаях производят резцами из быстрорежущей стали.

Строгальщик новатор Д. Н. Преснов осуществляет строгание на продольно-строгальных станках при глубине резания t= 35 - 45 мм резцом со сравнительно сложной для заточки криволинейной формой передней поверхности и криволинейными режущими ну кромками (рис. 45,а). Особенности геометрии этого резца обеспечивают уменьшение деформации снимаемой стружки и количества выделяемой теплоты, а так-же повышение стойкости инструмента. Этот резец Рис. 45. Резец имеет положительный угол наклона главной режущей кромки, что дает возможность в значительной мере устранить вредное влияние удара при врезании.

На рис. 45, б слева изображена схема врезания обычного резца, а справа - резца Д. H. Преснова. Если при работе обычным проходным резцом удар приходится на его вершину, т. е. на наиболее слабое место режущей кромки, то при строгании резцом новатора - в точку режущей кромки, удаленную от вершины на некоторое расстояние h.

На использовании этого же эффекта построили свою работу строгальщики A. A. Сидоренко и Н. Н. Никифоров, применяющие для чернового строгания резцы с положительным углом наклона главной режущей кромки.

При переходе к работе резцом с λ =15° Л. Л. Сидоренко увеличил глубину резания с 6 до 15 мм, а подачу - с 1 до 2 мм/дв. ход. Н. Н. Никифоров при черновом проходе резцом с λ=20° снимает стружку шириной 45 мм, а при обработке чугуна - 60 мм.

Следует, однако, отметить, что строгание резцами с большим углом наклона главной режущей кромки λ (до 20°) связано с возникновением значительных по величине вертикальных сил резания, что часа приводит к появлению вибраций.

В целях уменьшения сил и мощности, расходуемых на резание, а также для смягчения ударов, которые испытывает технологическая система при тяжелом обдирочном строгании, канд. техн. наук М. Я Ламм предложил оригинальную конструкции резца для черновой обработки. Этот резец (рис. 46, я) отличается криволинейной формой передней поверхности, затачиваемой профильным шлифовальным кругом по специальному шаблону (рис. 46, б). Передний угол у резца составляет 15 - 20°, а задний имеет меньшее значение (α= 3 - 5°), чем это рекомендуется по нормативам. Применение малого заднего угла вызвано стремлением повысить прочность режущего клина резца для чернового строгания. Уменьшения его стойкости при этом не наблюдается. Углы в плане резца Ламма составляют φ = 45° и φ₁ = 15°, а угол наклона λ = 0 - 10°. Криволинейная форма передней поверхности инструмента содействует уменьшению усилий резания и трения стружки о переднюю поверхность и, следовательно, уменьшению его износа.

Как показала практика, черновое строгание такими резцами осуществляется с высокой производительностью главным образом за счет увеличения сечения стружки: глубины резания - до 15 - 20 мм и подачи - до 3 - 4 мм на двойной ход. Стойкость их при этом оказывается выше стойкости обычных строгальных резцов с плоской передней поверхностью.

Повышения скоростей резания при черновом строгании можно добиться и при использовании резцов, оснащенных сверхбыстрорежущими сталями, преимущественно при обработке очень вязких и трудно- обрабатываемых сталей и сплавов.

В условиях тяжелого обдирочного строгания находят применение и твердосплавные резцы. Так, например, на Уральском заводе тяжелого машиностроения для строгания стальных поковок и отливок, а также сварных конструкций при глубине резания t=10 - 25 мм, подачах s=1,5 - 2 мм/дв. ход и скоростях υ=25 - 30 м/мин. успешно используются резцы, оснащенные пластинками из твердого сплава Т5К12В и трехкарбидного сплава ТТ7К12. Это - сборные резцы конструкции УЗТМ с прямым стержнем (рис. 47, а) . На рис. 47, б показаны конструкция и геометрические параметры твердосплавной вставки; здесь главный угол в плане φ=60°, вспомогательный φ₁ = 10°, передний γ = 10°, угол наклона главной режущей кромки λ=0° и задний угол а = 6°. Помимо главной режущей кромки на резце выполнена переходная кромка а, радиус закругления которой равен 2 - 4 мм.

При строгании сталей твердосплавными резцами обычно возникает ряд трудностей. Первая из них - появление вибраций. Для борьбы с этим недостатком необходимо принимать все возможные меры повышения жесткости технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь. Строгальный станок должен находиться в хорошем техническом состоянии, все неподвижные соединения должны быть туго затянуты, а подвижные - отрегулированы на минимальные зазоры. Резец должен быть установлен с минимальным вылетом, а деталь надежно закреплена либо непосредственно на столе станка, либо же в жестком приспособлении.

Другой трудностью является появление сетки мелких трещин на твердосплавной пластинке, вызывающих быстрый износ (выкрашивание) резца. Для устранения этого недостатка необходимо избежать трения задней поверхности резца о заготовку при холостом ходе.

Для отбрасывания стружки от инструмента применяют стальные щетки, устанавливаемые в резцедержателе.

Для предупреждения появления мелких трещин на твердосплавных пластинках прибегают к установке на опорнои поверхности державки тонкой прокладки из никеля или мягкого железа. Такая прокладка способствует уменьшению напряжений в режущей пластинке при 
ее припаивании к державке и появлению на ней термотрещин.

При умеренных режимах чернового строгании, успешно применяют резцы, оснащенные пластинками из сплава Т5К10. На рис. 48 показан проходной резец строгальщика Ю. H. Мотакова. Для упрочнения режущих кромок этого резца на его передней поверхности предусмотрена фаска шириной 1 мм, расположенная под отрицательным передним углом γ_ф = -3°. Главная и вспомогательная режущие кромки сопрягаются по радиусу r=30 мм. Образованная на передней поверхности резца радиусная канавка R=8 мм обеспечивает завивание стружки в виде коротких спиралей.

При работе этим резцом Ю. Н. Мотаков достиг скорости резания υ=75 м/мин. при подаче s=0,66 мм/дв. ход и глубине резания при черновом проходе t=4 мм и чистовом t = 0,5 мм. 

Успешно работает твердосплавным резцом и строгальщик Ф. Ы. Якубов. Передняя поверхность его проходного резца (рис. 49) - плоская; при строгании мягких сталей γ=6 - 8°. При обработке твердых металлов на передней поверхности затачивается фаска f = 2 - 3 мм, расположенная под углом γ_ф = 0 ÷ -3°.

Строгальщик применяет малые значения задних углов а=3 - 4°. Так же как и в резце, показанном на рис. 48, режущие кромки его инструмента сопрягаются по радиусу 3 - 5 мм. Это повышает прочность твердосплавной пластинки и уменьшает возможность выкрашивания режущих кромок.

При необходимости строгания с большим вылетом резца используют инструмент не с прямым, а с изогнутым стержнем. На рис. 50 приведена конструкция такого резца с механическим креплением вставки (ножа) с твердосплавной режущей пластинкой. Резец состоит из державки 1 с отогнутой головкой, ножа 2 с припаянной к нему твердосплавной пластинкой и болта 8, которым крепится нож к корпусу. Для предотвращения смешения нона вдоль по уступу в корпусе державки предусмотрена шпилька 4, запрессованная в отверстие. Резцы с таким креплением ножа успешно применяются при строгании на заводах тяжелого машиностроения.

Проходные резцы для получистового строгания отличаются наличием малых углов в плане, что дает возможность вести обработку с большими значениями подач и получать поверхности шероховатостью в пределах Δ 5-го класса. Так осуществляют получистовую обработку резцом с φ=20° при t = 4 - 5 мм на Краматорском заводе тяжелого станкостроения, на Московском станкостроительном заводе им. С. Орджоникидзе и других предприятиях.

На рис. 51, а изображен резец для получистового строгания чугуна с большими подачами. Особенностью этой конструкции является наличие двух главных режущих кромок, расположенных под углами φ=45° и φ_о = 20°. Такая форма главной режущей кромки резца делает его вершину более прочной, так как толщина стружки и, следовательно, удельное давление на участке с углом φ_о = 20°  меньше (a>a₁ на рис. 51, б), чем на участке с главным углом в плане  φ=45°. Тепловая напряженность лезвия, расположенного под малым углом в плане, также будет меньше, чем у резцов с большими углами в плане. Это дает возможность увеличивать подачу, не снижая стойкости резца.

Уменьшение главного и вспомогательного углов в плане приводит и к повышению чистоты поверхности. В целях улучшения чистоты обработанной поверхности иногда одну из режущих кромок затачивают под углом φ₁ = 0°. На рис. 52 приведен проходной резец, которым работает строгальщик H. Н. Плотников. Между главной и вспомогательной режущими кромками этого резца заточена переходная кромка под углом φ₀ = 0° шириной 1,5 - 2 мм. Обработка осуществляется так, что в одну сторону резец работает как правый проходной, а в другую - как левый чистовой.

Хороших результатов при получистовом и чистовом строгании добился новатор Ленинградского объединения «Электросила» им. С. И. 
Кирова H. Ф. Филиппов, применивший резец с дополнительной (зачистной) кромкой под углом φ₁ = 0°. Это дало ему возможность увеличить подачу до 4 мм на двойной ход. На передней поверхности этого резца заточена выкружка R=20 мм, которая обеспечивает более легкий сход стружки, снижает величину вертикальной составляющей силы резания и повышает виброустойчивость процесса. После усовершенствования конструкции резца вместо двух плит H. Ф. Филиппов стал обрабатывать четыре, а иногда и пять за смену.

К заточке выкружки на передней поверхности резца прибегают и многие другие строгальщики, в частности новатор С. Х. Латрьнин, добившийся высоких производственных показателей.

Получистовое строгание весьма успешно осуществляют круглым чашечным, а также круглыми вращающимися ротационными резцами.

На рис. 53, а показан общий вид сборного круглого чашечного резца. Он состоит из стержня-державки 1, на которой с помощью болта 8 и гайки 4 закреплена режущая часть в виде чашки 2. Она может быть изготовлена из быстрорежущей стали Р18 или путем прессования в специальной форме из твердого сплава. На рис. 53, б приведены размеры и геометрические параметры режущей части.

Круглый чашечный резец позволяет в течение длительного времени использовать режущую часть без переточки. По мере затупления чашку поворачивают на некоторый угол. Эта дает возможность заметно сократить затраты времени на перестановку и заточку инструмента. Чашечный резец достаточно экономичен и универсален. Им можно осуществлять подрезание, обработку пазов, а также фасонное строгание.

Круглый вращающийся (ротационный) строгальный резец (рис. 54) также имеет режущую часть в виде чашки 7, расположенной по скользящей посадке в бронзовой втулке 6. Последняя смонтирована (запрессована) в державке 1. Между шайбой 5 и гайкой 2, застопоренной шплинтом 8, установлена пружина 4, натяжение которой отрегулировано так, что резец 7 вращается свободно и без осевого люфта.

Этот инструмент работает по принципу перемещающейся режущей кромки. Резец 7 вращается под действием касательной составляющей силы резания. В результате перемещения режущей кромки ее активная часть непрерывно перемешается, что снижает тепловую напряженность лезвия.

При прохождении по воздуху (вне зоны резания) режущая кромка- дополнительно охлаждается, что также значительно повышает фактическую стойкость инструмента. Примерно на два класса повышается и чистота обработанной поверхности. Резец успешно применяется для получистового строгания плит больших размеров на заводах тяжелого машиностроения.

К проходным строгальным резцам для чистового строганая предъявляется требование обеспечить не только высокую производительность, но и высокую частоту поверхности (Δ6 и даже Δ7). Наилучшим образом этим требованиям удовлетворяют широкие строгальные резцы, при использовании которых удается избежать необходимости многократных чистовых проходов.

Особенностью конструкции таких резцов является наличие прямолинейной, хорошо доведенной режущей кромки. Прямолинейность режущей кромки проверяется по лекальной линейке. Однако при строгании больших поверхностей стойкость таких резцов оказывается недостаточной, особенно при обработке литых деталей, в которых встречаются посторонние примеси и неметаллические включения.

На Минском заводе автоматических линий (ОЗАЛ) в целях повышения стойкости широких резцов их затачивают с углом наклона главной режущей кромки λ=8°. Такой резец (рис. 55) оснащен пластинкой из твердого сплава или из быстрорежущей стали повышенной теплостойкости марки Р18К5Ф2. Его режущие поверхности тщательно заточены и доведены на алмазном круге. На задней поверхности заточена фаска шириной 0,5 - 1,0 мм, передний и задний углы составляют 6 - 8.

Придание режущей кромке положительного угла наклона (λ=8°) облегчает работу резца, так как кромка вступает в работу не сразу, а постепенно, что исключает возможность резких нагрузок на резец, а также снижает отрицательный эффект ударного воздействия на него при врезании в заготовку.

Рассмотренный резец применяется для чистового (финишного) строгания плоскостей чугунных деталей. Принципиально такие же резцы используются и для строгания призматических направляющих на станинах, для обработки вертикальных и других плоскостей на чугунных деталях, при этом достигаются чистота обработанных поверхностей Δ6 - Δ7-го классов, параллельность и плоскостность на длине 1 м 0,02 - 0,03 мм. Глубина резания при финишном строгании равна 0,02 - 0,05 мм, а подача на двойной ход стола колеблется в пределах от 10 до 120 мм.

Предварительные проходы осуществляют с глубиной резания 0,1 - 0,2 мм, подачей на двойной ход стола 20 мм и скоростью резания 15 - 20 м/мин.

На траверсе станка устанавливают бачок для охлаждающей жидкости, из которого по шлангу поступает керосин на режущие поверхности резца и деталь. Керосин охлаждает резец и придает детали гладкую зеркальную поверхность.

Еще лучших результатов удается добиться при применении усовершенствованной конструкции широкого резца, главная режущая кромка которого повернута по отношению к направлению главного рабочего движения на угол 60° (рис. 56). В этом случае вредное воздействие удара на режущую кромку при врезании инструмента в заготовку сказывается в еще меньшей степени. Процесс резания отличается значительно большей равномерностью, а его режим примерно такой же, как и при работе резцом, показанным на рис. 55.

На рис, 56 изображен резец с прямым стержнем. Между тем замечено, что изогнутые широкие резцы работают более устойчиво, чем прямые. Пластинки твердого сплава также желательно не припаивать, а крепить к стержням резцов механическим способом. 
Применение чистового (финишного) строгания на ряде предприятий (Ленинградском станкостроительном объединении им. Свердлова, УЗТМ и др) позволило заменить им процессы шлифования и. что особенно важно, трудоемкое шабрение. Если на шабрение станины крупного расточного станка после строгания затрачивалось около 200 час. труда квалифицированного слесаря, то на процессы финишного строгания и последующее «наведение мороза» всего лишь 52 часа. В табл. 9 приведены сравнительные данные трудоемкости шабрения и 
тонкого строгания.

Подрезные, прорезные и отрезные резцы. Подрезные строгальные резцы, так же как и получистовые проходные, выполняют с переходными режущими кромками, что позволяет вести обработку с относительно большими подачами и получать при этом поверхность шероховатостью Δ4 - Δ5-го классов.

На рис. 57 показан такой резец, используемый строгальщиком Московского завода шлифовальных станков Ф. М. Якубовым. На главной режущей кромке здесь образовано переходное лезвие шириной 6 - 7 мм. Благодаря наличию площадки оказывается возможным вести обработку вертикальных поверхностей (подрезание) с большими подачами (s=4 - 6 мм/дв. ход).

Для чистовой обработки вертикальных поверхностей применяют и широкие резцы. Так, на Минском заводе автоматических линий для подрезания поверхностей на чугунных деталях служат чистовые подрезные резцы (рис. 58) с шириной режущего лезвия 40 мм. Подачи в этом случае, так же как и при работе проходными широкими резцами, могут достигать 20 мм/дв. ход.

К подрезным могут быть отнесены и резцы для окончательной (размерной) обработки пазов. Такие резцы иногда называют калибровочными, потому что они, обрабатывая сразу обе стороны паза, придают ему окончательные размеры.

На рис. 59 показано несколько вариантов головок таких резцов. Простейший из них (рис. 59, а) - с напаянными твердосплавными пластинками для точной обработки паза размером 50А. Однако резец этой конструкции имеет существенный недостаток. Допуск на обработку паза шириной 50А мм составляет 27 мкм, а на изготовление самого резца - 10 мкм. В результате после обработки сравнительно небольшой партии у резца на переточку остается не больше 15 - 20 мкм, т. е. практически инструмент можно затачивать лишь один раз. Отсюда понятно стремление новаторов создать регулируемую конструкцию резца, позволяющую более полно использовать твердый сплав.

Новаторы МЗЛЛ внедрили регулируемый резец с пластинкой из сплава ВК8 для калибрования Т-образных пазов. Этот изогнутый резец изготовляется с двумя напаянными пластинками. Тело его разрезается в продольном направлении (длина разреза зависит от сечения стержня резца), и в нем сверлится коническое отверстые, которое затем переходит в резьбовое. В это отверстие ввертывается потайной конический винт, разжимающии режущие поверхности резца до нужного размера (рис. 59, 6).

На рис. 59, в показан резец для калибрования Т-образных пазов. Он состоит из корпуса 1 с коническим отверстием и режущей части - чашки 2 с коническим хвостовиком (конус Морзе М 2), изготовленной из стали Р18. Закрепляется эта чашка с помощью болта 8. Такая форма режущей части позволяет поворачивать головку после ее затупления так же, как у резцов, приведенных на рис. 5З. Диаметр режущей чашки соответствует ширине калибруемого паза.

Взамен быстрорежущих можно применять твердосплавные чаинки, а также многогранные пластинки различных форм. На рис. 60 изображен используемый на МЗЛЛ калибровочный резец с четырехгранными твердосплавными пластинками. Корпус 6 этого резца разрезан вдоль оси. Разжим на нужный размер производится винтом 8 с коническим хвостовиком путем завинчивания гайки 7.

Пластинка 2 надевается на штифт 8 и сверху поджимается винтом 4 через клин 5. Для предотвращения износа корпуса на задней поверхности его ставится твердосплавная пластинка 1. Режущая пластинка должна быть установлена так, чтобы не было зазора между ее опорными плоскостями и корпусом резца (особенно у вершины). Вылет режущей пластинки из корпуса резца должен быть в пределах 0,5 - 1,5 мм. После установки пластинок производится заточка резца в размер. 

Такая конструкция инструмента дает возможность многократно использовать режущую пластинку (для этого необходимо повернуть ее относительно державки так, чтобы изношенная поверхность вышла из рабочего положения, уступив место следующей) и обеспечить высокую производительность, которая достигается быстрой заменой изношенных режущих частей, и стабильное Формирование стружки благодаря наличии стружкозавивающей канавки на получистовых и чистовых операциях.

Строгальные прорезные резцы служат для обработки пазов и канавок. В этих случаях используются резцы как оттянутые быстрорежущие, так и с напаянной пластинкой твердого сплава. Однако вследствие малой опорной поверхности пластинки и наличия боковых сил резания такие пластинки часто отскакивают от державки. Более устойчивое закрепление достигается в том случае, когда пластинка располагается в пазу державки.

Строгание паза в стальной планке длиной около 2 м (рис. 61, а) новатор ВЗ. И. Мотаков производит прорезным резцом, в котором твердосплавная пластинка марки Т5К10 плотно посажена в паз державки и припаяна к его опорной поверхности (рис. 61, б). В целях упрочнения режущей кромки на передней поверхности резца заточена фаска шириной 1 мм под отрицательным передним углом γ_ф = -3°.

Обработку паза шириной 8 мм и глубиной 15 мм в детали из стали 35 Ю. Н. Мотаков осуществляет за два прохода: черновой производит резцом шириной 7 мм на всю глубину со скоростью резания υ=65м/мин. и подачей s=0,1 мм/дв. ход, а при чистовом зачищает стенки паза с той же скоростью резания и подачей s=0,25 мм/дв. ход.

Производительность труда при таком методе обработки почти вдвое выше, чем при фрезеровании дисковыми фрезами.

Применение прорезных и отрезных резцов с механическим креплением твердосплавных пластинок к державке затруднено. Однако в ряде случаев успешно используются сборные резцы со специальными вставками.

На рис. 62, а показан сборный строгальный отрезной резец. Он состоит из сменной головки 1, на которой напаяна режущая пластинка, болта 2, державки 8, гайки 4 и медной прокладки 5. Державка здесь постоянная, а сменные головки 1 могут иметь различные размеры в зависимости от конструкции обрабатываемой детали. Резцом осуществляют не только отрезание, но и обработку нешироких пазов и канавок.

На МЗЛЛ создано несколько отрезных резцов для разрезки деталей большого сечения, а также для строгания глубоких и узких пазов. Если раньше при разрезании деталей большой глубины приходилось делать несколько переходов, на что уходило много машинного и вспомогательного времени, то сейчас детали толщиной 150 - 160 мм разрезаются за несколько проходов.

Отрезной резец, приведенный на рис. 62, б, отличается от обычного тем, что имеет удлиненную шейку, а для увеличения жесткости и прочности к ней приварен угольник 1. При работе резец упирается угольником в откидную колодку резцедержателя, что устраняет изгиб шейки.

Сконструирован и другой сборный отрезной резец (рис. 62, в), который состоит из режущего ножа 1, державки 2, накладки 8, болтов 4 и гаек 5. Жесткость соединения режущего ножа и державки, исключающая взаимный их поворот, обеспечивается рифлениями.