В большинстве случаев радиус округления, обеспечивающий наименьшее число поломок, соответствует и меньшему коэффициенту вариации стойкости, что свидетельствует о большей стабильности режущих свойств резцов с округленными кромками. Стойкость с вероятностью 0,9 увеличивается до 3 раз.
Округление режущих кромок значительно уменьшает число поломок и выкрашиваний торцовых фрез и повышает их износостойкость. Так, при обработке инструментальных сталей Т увеличивалось с 73 до 140 мин (на 92%), К с 2,5 до 3,84 (53%)
Инструментальный и обрабатываемый материалы, жесткость системы СПИД и другие факторы, кроме толщины среза, незначительно влияют на радиус округления. Это связано с тем, что при условиях, менее благоприятных с точки зрения вероятности разрушения, следует повышать р, но в этих же случаях обычно применяются меньшие подачи, для чего требуется снижать р.
В условиях единичного и мелкосерийного производств применяют резцы, изготовляемые инструментальными заводами. Режущие кромки инструмента при фрезеровании деталей из жаропрочных сталей и других высокопластичных труднообрабатываемых материалов округлять не следует.
Размеры и расположение пластинки
Увеличение размеров твердосплавной пластинки повышает прочность инструмента, причем в большей степени влияет толщина пластинки и в меньшей — ширина и длина.
С увеличением h растягивающие напряжения во всех сечениях пластинки резко уменьшаются.
Толщина пластинки оказывает наибольшее влияние на температуру опорной зоны. С ростом h опора отодвигается от наиболее нагретого места инструмента. В связи со значительным уменьшением температуры опоры ее сопротивление сжатию растет.
Увеличение толщины пластинки меньше влияет на сопротивление рабочей части сжатию от силы Р, а также на сопротивление касательным напряжениям, чем нормальным растягивающим напряжениям при изгибе. Поэтому при некоторой толщине пластинки прочность инструмента не повышается, а при торцовом фрезеровании даже понижается что может быть связано с большей вероятностью появления дефекта в толстой пластинке.
При увеличении ширины пластинки площадь ее опорной поверхности возрастает, что повышает жесткость опорной зоны и прочность паяного соединения. Для отрезных, а также проходных резцов, когда ширина пластинки относительно мала и пластинка разрушается по всей ширине, рост b увеличивает момент инерции пластинки. При увеличении длины пластинки площадь ее опорной поверхности также возрастает. Однако увеличение / и Ь повышает остаточные напряжения растяжения, возникающие при остывании инструмента с температуры пайки. Пластинками с размерами, рекомендованными нормалями машиностроения, оснащают инструмент общего назначения, выпускаемый инструментальными заводами
При напайке пластинки со стороны задней поверхности инструмента толщина пластинки увеличивается примерно в 1,8 раза, а ширина уменьшается во столько же раз. Наиболее эффективно располагать пластинки вдоль задней поверхности инструмента при точении деталей на тяжелых станках. Разрушающая подача при этом увеличивается примерно в 1,5 раза. Вероятность разрушения крупных резцов с пластинками, напаянными вдоль задней поверхности, при тех же режимах резания, в среднем в 2 раза меньше, а число периодов стойкости в 1,9 раза больше, чем у обычных резцов. Стоимость заточки и переточек такого резца возрастает только на 6 к., прочие затраты на инструмент не изменяются.
Для пластинки, напаянной со стороны задней поверхности, при появлении выкрашиваний и большого износа на задней поверхности, возможен преимущественный изгиб пластинки в направлении действия горизонтальных составляющих сил резания.
Для облегчения алмазной заточки резцов иногда твердосплавную пластинку напаивают так, что она выступает над державкой на величину А/. Такое свисание вызывает дополнительный момент и увеличивает нагрузку на опору в опасном для нее месте. При этом растягивающие напряжения в пластинке резко возрастают (например, у отрезных резцов, по данным поляризационно-оптических исследований, — в 2 раза).
При выступании пластинки 1,4 мм резцы имели стойкость в среднем в 2 раза ниже по сравнению с выступанием 0,15 мм. Такая разница вызвана увеличением числа поломок резцов с большим выступанием пластинки и снижением стойкости до разрушения этих резцов. Таким образом, свисание пластинок не может быть рекомендовано, тем более, что алмазными кругами можно одновременно обрабатывать твердый сплав и сталь.
Качество опорной поверхности пластинки
Опорная поверхность пластинки твердого сплава после спекания покрыта пленкой оксидов, имеющих низкую теплопроводность, например, если коэффициент теплопроводности твердого сплава Т5К10 равен 33 ккал/(м-ч-°С), то коэффициент теплопроводности двуокиси титана составляет 5,4 ккал/(м-ч-°С), а при 600° С он снижается до 3,0 ккал/(м-ч-°С).
Шлифование или доводка опорной поверхности пластинки резко активизирует теплоотвод от режущих поверхностей через резец. Температура как в зоне резания, так и в опорной зоне уменьшается. Влияние обработки пластинки на температуру опоры увеличивается при использовании твердых сплавов с большей теплопроводностью. Например, при шлифовании пластинки из сплава Т15К6 температура опоры снижается на 15—18%, а из сплава ВК8 — на 25—35%.
Обработка опорной поверхности благодаря активизации теплоотвода повышает также износостойкость инструмент. Для обеспечения высокого качества пайки требуется лишь определенная растекаемость припоя. Кроме того, по мере снижения шероховатости поверхности уменьшается площадь контакта поверхности твердого сплава с припоем, что снижает прочность соединения. Перед пайкой опорную поверхность необходимо обрабатывать с обеспечением шероховатости 8-го класса.
При механическом закреплении пластинки впадины заполнены воздухом, теплопроводность которого на четыре порядка меньше теплопроводности меди. Поэтому для повышения термической проводимости контакта шероховатость поверхности пластинок, закрепляемых механически, должна быть значительно более низкой по сравнению с шероховатостью напаиваемых пластинок. Рекомендуется доводка опоры с обеспечением шероховатости 11—12-го класса.
Кривизна контактирующих поверхностей влияет на жесткость опорной зоны. Значительное влияние обработки больших пластинок, имеющих значительную неплоскостность, на прочность инструмента может быть объяснено не только худшими условиями контакта.
При выпуклой пластине силы реакции опоры перераспределяются так, что- их равнодействующая удаляется от задней поверхности.
Неплоскостность пластинки влияет на прочность инструмента в большей степени, чем шероховатостьи удаление оксидных лленок.
Эксплуатационные испытания подтвердили целесообразность обработки опорной поверхности пластинки для повышения прочност: и стойкости инструмента. Уменьшение неплоскостности с 0,15 м до 0,03 мм может увеличить суммарную стойкость инструмента в 2 раза.
Жесткость державки
Размеры державки, в отличие от размеров пластинки, значительно влияют на надежность инструмента не только через прочность и свойства материалов рабочей части, но и через изменение цикла нагружения, связанного с виброустойчивостью инструмента. Влияние державки на конструктивную прочность является преобладающим при малом вылете резца из резцедержателя или ножа из корпуса фрезы, а также при различной высоте кд державки под пластинкой, но постоянной общей высоте державки.
Применение усиленной державки позволяет расположить пластинку вдоль задней поверхности не только крупных, но и мелких резцов.
Высота державки под пластинкой у отрезных резцов может быть также увеличена, если рабочую часть инструмента сделать независимой от гнезда резцедержателя. Ширина державки значительно меньше, чем высота, влияет на момент инерции, но от нее зависит площадь опоры и площадь паяного соединения. С ростом В разрушающая подача также увеличивается, хотя и в меньшей степени, чем с ростом Я. Поэтому для черновых операций целесообразно изготовлять резцы с квадратным сечением державок. В процессе резания инструментом с закаленной державкой на напряженных режимах наблюдаются явления ползучести. Но пластическая деформация в этом случае является менее интенсивной и охватывает меньшую зону под пластинкой. Закалка державки кроме повышения жесткости опоры уменьшает также остаточные напряжения, возникающие при пайке. Так как затраты на закалку державок при достаточно большом количестве изготовляемых инструментов обычно ниже затрат на дополнительную опору и, кроме того, не требуются дефицитные материалы, то закалку можно рекомендовать для всех черновых инструментов широкого назначения. Закалку целесообразно выполнять с использованием теплоты нагрева под пайку, подстуживая державку до температуры начала закалки (800—850° С для стали 45). Для повышения жесткости опорной зоны необходимо одновременно увеличивать ее упруго-пластические свойства и радиус кривизны опорной поверхности пластинки. При этом обеспечивается особенно интенсивный рост прочности инструмента.
Для обеспечения высокой стабильности технологических процессов инструменты должны иметь повышенную прочность. Такие инструменты допускают большое число переточек. Поэтому пластинка у них должна быть расположена вдоль передней поверхности.
Параметры зоны соединения пластинки с державкой
Припой как часть опорной зоны сопротивляется сжатию. Он удерживает пластинки от поворота, сопротивляясь растяжению, сдвигу. От свойств припоя зависят также остаточные напряжения в твердосплавной пластинке, возникающие при охлаждении с температуры пайки. Материал припоя значительно влияет на усредненную деформацию державки, припоя и твердого сплава на задней поверхности. Таким образом, припой влияет на прочность рабочей части инструмента в большей степени вследствие изменения жесткости и прочности паяного соединения, чем изменения остаточных напряжений. Припой является частью опорной зоны, обладающей меньшим модулем упругости и пределом текучести, чем стальная державка. Поэтому с уменьшением толщины припоя hn жесткость опорной зоны повышается. Кроме того, при тонких слоях припоя жесткие стенки, которые образуют твердый сплав и сталь, блокируют и упрочняют припой. Усредненная деформация зоны соединения на задней поверхности ориентировочно прямо пропорциональна толщине припоя.