Классификация по технологическому назначению
Токарный и расточной инструмент
Токарные резцы применяются для срезания припуска с вращающейся заготовки. Основные группы включают проходные, подрезные, отрезные и расточные резцы. Ключевыми характеристиками являются передний угол, задний угол и радиус при вершине. Передний угол влияет на силу резания и стружкообразование: его увеличение снижает усилие, но ослабляет режущую кромку. Задний угол уменьшает трение задней поверхности о заготовку. Расточной инструмент предназначен для обработки внутренних цилиндрических поверхностей и отверстий.
Фрезерный, сверлильный и резьбообрабатывающий инструмент
Фрезы представляют собой многолезвийный инструмент для обработки плоскостей, пазов и фасонных поверхностей. Число зубьев, направление винтовых канавок, диаметр и тип хвостовика определяют условия резания и отвода стружки. Сверла имеют осевую конструкцию и служат для получения отверстий; важны угол при вершине, длина рабочей части и форма стружечной канавки. Резьбонарезной инструмент включает метчики для внутренней резьбы и плашки для наружной. Параметры: шаг резьбы, число перьев, заборный конус и допуск. Подобрать такие инструменты по этим параметрам можно на сайте https://tdtmt.ru/.
Геометрия и конструктивные параметры
Углы режущего клина и их влияние на процесс
Режущий клин образован передней и задней поверхностями. Передний угол определяет легкость схода стружки и величину силы резания. Отрицательные значения повышают прочность кромки, но увеличивают нагрузку. Задний угол исключает трение задней поверхности о обработанную поверхность заготовки. Угол заострения и угол резания связаны между собой и влияют на теплоотвод. Оптимальные значения зависят от обрабатываемого материала и режимов.
Формы и размеры режущей кромки
Режущая кромка может быть острой, скругленной или иметь фаску. Радиус скругления микрогеометрии варьируется от нескольких микрометров до десятков микрометров. Увеличенный радиус повышает стабильность при прерывистом резании, но увеличивает силы. Шероховатость передней поверхности влияет на трение стружки; полированные поверхности уменьшают адгезию и наростообразование. Стружколом на передней поверхности разделяет сливную стружку на короткие элементы.
Инструментальные материалы и покрытия
Быстрорежущая сталь, твердые сплавы и керамика
Быстрорежущая сталь сохраняет твердость 62–64 HRC до температуры около 600–650 °C и имеет высокую прочность на изгиб. Твердые сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой выдерживают температуры до 800–1000 °C и имеют твердость HRA 86–92. Теплостойкость твердого сплава позволяет применять скорость резания в 2–4 раза выше, чем для быстрорежущей стали. Керамика на основе оксида алюминия или нитрида кремния сохраняет твердость до 1200 °C, но обладает пониженной ударной вязкостью и прочностью на изгиб.
Износостойкие покрытия и их назначение
На режущую кромку наносят покрытия толщиной 2–5 мкм на основе нитридов, карбидов или оксидов металлов. Покрытие снижает коэффициент трения и адгезию обрабатываемого материала к инструменту. Твердость покрытия обычно выше твердости основы (TiN около 2300 HV, Al₂O₃ около 2000 HV). Адгезия покрытия к основе должна быть достаточной, чтобы исключить отслаивание при высоких нагрузках. Температура нанесения не должна превышать температуру отпуска инструментальной основы.
Режимы резания и стойкость
Скорость, подача и глубина резания
Скорость резания задается в метрах в минуту и определяется окружной скоростью заготовки или инструмента. Подача измеряется в миллиметрах на оборот или в миллиметрах на зуб. Глубина резания определяет сечение срезаемого слоя и прямо пропорциональна силе резания. Повышение скорости сильнее увеличивает температуру, повышение подачи и глубины влияет на силы и механическую нагрузку.
Износ, критерии затупления и период стойкости
Износ по задней поверхности проявляется в виде фаски, которая увеличивает силы трения и шероховатость обработанной поверхности. Для черновой обработки допустимая ширина фаски износа обычно составляет 0,3–0,6 мм, для чистовой — 0,1–0,2 мм. Лунка на передней поверхности изменяет передний угол и ослабляет кромку. Сколы и термотрещины возникают при резких изменениях температуры или прерывистом резании. Период стойкости выбирается в пределах 15–60 минут в зависимости от типа инструмента и условий.
Смазочно-охлаждающие жидкости и отвод стружки
Влияние СОЖ на температуру и трение
Смазочно-охлаждающая жидкость отводит тепло из зоны резания и уменьшает трение на контактных поверхностях. Теплоемкость и вязкость СОЖ определяют эффективность охлаждения и проникающую способность. Подача под высоким давлением через каналы в инструменте обеспечивает доступ жидкости непосредственно к режущей кромке. Коррозионная активность должна быть минимальной. Водные эмульсии обладают высокой теплоемкостью, масляные — лучшими смазывающими свойствами.
Стружкодробление и безопасность
При обработке пластичных материалов образуется сливная стружка, которая может наматываться на заготовку или инструмент и создавать опасность для оператора. Стружколом на передней поверхности разделяет стружку на короткие элементы путем ее изгиба и ломки. Форма стружколома подбирается по глубине резания и подаче. Короткая стружка легче удаляется из рабочей зоны и не повреждает обработанную поверхность.
Контроль состояния и эксплуатация
Диагностика износа и восстановление режущих кромок
Контроль состояния режущей кромки выполняется визуально или с помощью лупы и микроскопа. Измеряется ширина фаски износа, наличие сколов, выкрашиваний и трещин. Для сменных пластин выбраковка происходит при достижении предельного износа. Переточка используется для цельных инструментов из быстрорежущей стали. Твердосплавные пластины после износа заменяются. После переточки восстанавливаются задние и передние углы.
Хранение, балансировка и вибрации
Хранение инструмента осуществляется в ложементах, пластиковых кейсах или на специальных стеллажах. Режущие кромки защищаются от контакта с другими инструментами и от коррозии. Дисбаланс фрез и оправок вызывает вибрации, которые ухудшают точность обработки и снижают стойкость инструмента. Балансировка выполняется на специальных стендах. Причинами вибраций также являются недостаточная жесткость станка или закрепления, большой вылет инструмента, неправильные режимы резания.