Способ чистовой обработки и резец для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к машиностроению.

Известен один из распространенных методов получения деталей в машиностроении путем механической обработки различными режущими инструментами Процесс резания осуществляется режущим клином инструмента, который обеспечивает съем припуска путем образования стружки и придание деталям необходимой формы, точности и чистоты обработанной поверхности.

В зависимости от обрабатываемого материала, величины снимаемого припуска, требуемой точности обработки и чистоты обработанной поверхности все операции обработки условно разделяют на чернов-ые, получистовые и чистовые Такое деление связано с физическими явлениями, происходящими в процессе резания- пластическими, упругими деформациями обрабатываемого материала, усадкой образующейся стружки и разрушением структуры поверхностного слоя материала обработанной поверхности большими контактными давлениями на режущую кромку инструмента и износом его. Эти явления неизбежны. Уменьшить или изменить их влияние можно различными методами: повышением режущих свойств инструмента, уменьшением снимаемого за один проход припуска, изменением геометрии режущего инструмента, введением дополнительной обработки и др

Известен метод точения с опережающим пластическим деформированием, при которых поверхность резания пластически деформируют роликом с выступами, а поверхность, вышедшую из-под резца, допол- нительно пластически деформируют выглаживанием, наклепыванием или чеканкой.

Указанные методы связаны с повышением трудозатрат, которые резко возрастают при повышении точности изготовл ения и качества обработанной поверхности деталей, И там, где требуемую высокую точность и шероховатость невозможно получить методом лезвийной обработки, применяют

Х|

СЛ

шлифование, доводку, выглаживание и другие чистовые методы обработки.

Способ чистовой обработки материалов резанием со сжатием слоя снимаемого материала основан на прижатии образующейся стружки у ее основания и передней поверхности резца и обработанной поверхности путем введения прижима непосредственно в зону максимальных пластических деформаций и непосредственно перед нею, что обеспечивает уменьшение пластической деформации снимаемого резцом слоя материала. Этот метод резания в определенной мере аналогичен чистовой штампов- ке-вырезке, когда в зоне разделения металлов создается дополнительный подпор металла за счет имеющегося в штампе выступа (острого ребра), который пластически деформируют металл в зоне его разъединения (зоне максимальных пластических деформаций), что и обеспечивает высокую чистоту и качество вырубленных (вырезанных) деталей,

При использовании предлагаемого способа за счет введения прижима может возрасти расход мощности, увеличиться усилие резания, усложниться режущий инструмент и в отдельных случаях сократиться ресурс его работы. Но при этом уменьшится высота микронеровностей, отпадает надобность в отделочных операциях - шлифования, доводке, полировке. Улучшение качества обработанной поверхности выразится и в более плавной микрогеометрии, отсутствии шарнирования и прижогов отабразивных инструментов на отделочных операциях, наличии сжимающих поверхностных напряжений. Известны различные конструкции стружколомателей, закрепляемых на резце или резцедержателе как подвижно, так и неподвижно.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому является резец со стружко- ломателем экранного типа, выполненным в виде пластины, снабженной с опорной стороны выемкой и установленной на верхней плоскости державки с возможностью регулировки вдоль оси резца.

Недостатком известного резца является то, что стружколомающая пластина расположена не над главной или дополнительной режущими кромками, а находится позади их и функционально с ними не связана, не снабжена клиновидной частью со скосом и воздействует на образовавшуюся стружке вне зоны пластических деформаций.

Целью изобретения является повышение производительности обработки и улучшение качества обработанной поверхности.

Поставленная цель достигается путем пластического деформирования материала образующейся стружки у ее корня в зоне плоскости сдвига (зоне максимальных пластических деформаций) и перед нею путем введения прижима, закрепленного на резце.

Величина зазора между передней поверхностью резца и вершиной клиновидно0 го прижима и величина расстояния между вершиной резца и вершиной клиновидного прижима не произвольны и зависят от режимов резания, в частности от глубины резания, свойств обрабатываемого материала и

5 геометрии резца, влияющих на усадку стружки.

Поставленная цель достигается также тем, что к державке чистового резца, у которого дополнительная режущая кромка па0 раллельна направлению подачи и по длине больше величины подачи, в зоне его режущей части прикреплен прижим с клиновидной частью со скосом, при этом скос клиновидной части расположен над главной

5 режущей кромкой резца, а остальной участок клиновидной части прижима - над дополнительной режущей кромкой.

Расположение клиновидной части прижима над режущими кромками резца и раз0 меры ее не произвольны, а зависят от свойства обрабатываемых материалов и связаны определенными соотношениями с глубиной резания t и подачей S, По высоте h над дополнительной режущей кромкой

5 клиновидная часть со скоком расположена так, что образовавшаяся стружка имеет возможность проходить под него. Поскольку характер процесса усадки стружки изменится из-за введения клиновидной части со ско0 сом в зону максимальных пластических деформаций, то толщина стружки будет зависеть от глубины резания и свойств обрабатываемого материала не как при обычном резании, а будет подчиняться соотношению

5 h(0,,0)t. Это связано с перераспределением напряжений в зоне максимальных пла- стических деформаций, изменением характера усадки стружки, что способствует повышению чистоты и качества обработан50 ной поверхности, лучшему отделению стружки от обрабатываемой заготовки и сходу ее по передней поверхности резца, Из аналогичных расчетов принята и ве55 личина I смещения клиновидной части прижима со скосом в сторону державки резца от его вершины, которая равна l(1,0-4,0)t. Размеры I и h для предлагаемого резца назначаются в зависимости от величины усадки стружки. Продольная усадка стружки есть отношение длины срезанной стружки к

длине участка, с которого она срезана. Усадка стружки колеблется в широких пределах, например от 0,154 для меди до 0,527 для стали ЗОХГСА. В соответствие с этими рекомендациями, а также из условия неизменяемости объема срезаемого слоя металла и проведенных экспериментов размер I изменяется в пределах 1(1,0-4,0):, а размер h в пределах h(0,8-3.0)t.

На фиг,1 представлена схема резания по предлагаемому способу чистовой обработки; на фиг.2 - резец для чистовой обработки по предлагаемому способу; на фиг.З - разрез А-А на фиг,2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - резец, вид сверху; на фиг.6 - узел I на фиг.5; на фиг.7 - вид В на фиг.5.

Резец 1, внедряясь в обрабатываемый материал 2, образует стружку 3 Клиновидная часть прижима 4 расположена в зоне максимальных пластических деформаций и непосредственно перед нею

Введение прижима позволит уменьшить длину зоны заторможенного материала OK (Ci) и длину зоны внешнего трения ОМ(С), что позволит изменить положение плоскости максимальных сдвиговых напряжений g путем уменьшения угла скалывания 9. Все это создает опрокидывающий момент стружки относительно вершины резца, оказывает разрушающее действие силы нормального давления N и способствует отделению стружки С другой стороны, введение прижима способствует уменьшению опережающей трещины, что приводит к уменьшению микронеровностей и микротрещин на обработанной поверхности.

Конкретное применение предлагаемый метод резания найдет при чистовой обработке различных материалов. При этом обработка производится на общепринятом оборудовании с применением обычных сма- зывающе-охлаждающих жидкостей, приемов работы и инструментов (резцов) с закрепленными на них прижимами.

Возможность более интенсивного воздействия режущих инструментов на обрабатываемый материал появилась в связи с созданием высокоэффективных инструментальных материалов (твердый сплав, сверхтвердые, синтетические материалы, износостойкие покрытия и др.), обладающих повышенным ресурсом стойкости.

Повышение производительности достигается путем значительного повышения продольных подач, а именно в пять-шесть раз в сравнении с подачами на чистовых операциях. Например, при чистовых операциях точения подачи назначаются равными

0,05 - 0,2 мм/об, тогда как в предлагаемом способе они будут 0,5 - 2,0 мм/об.

Поскольку применение прижима может увеличить суммарные (резец + прижим) уси- 5 лия резания, то способ целесообразно применять для обработки деталей при их жестком закреплении. При этом получистовые операции могут стать чистовыми с одно- временным повышением точности 10 обработки и улучшением шероховатости поверхности.

К державке резца 1 (фиг.2) винтами прикреплен прижим. Прижим полностью изготавливается из инструментального 15 материала, например из быстрорежущей стали, или только окончание клиновидной части со скосом. Геометрия резца зависит от обрабатываемого материала, но в целом принята обычной для чистовых резцов с до- 0 полнительной режущей кромкой 5 (фиг.б), параллельной направлению подачи резца S и равной L (1,2-1,6)5. Клиновидная часть со скосом расположена над дополнительной и главной режущими кромками следую- 5 щим образом. Клиновидная часть 6 (фиг.З) прижима расположена над дополнительной кромкой 5 на расстоянии h (0,8-3,0)t, а скос 7 клиновидной части прижима - над главной режущей кромкой 8 (фиг.б). 0 В предлагаемом резце может быть защитная фаска 0,2 мм с отрицательным углом -5° и дополнительный угол в плане 20°, ширина дополнительной кромки увеличена с 1,1S до (1,2-1,6)5 с учетом поперечной усэд- 5 ки стружки и пластической деформации, вызываемой прижимом резца.

Размер высоты начала скоса Н выбран из тех же условий, которые действуют при выборе I и h. Скос клиновидной части при- 0 жима находится над главной режущей кромкой и воздействует на формирующуюся стружку, уже частично имеющую усадку. В ы- сота начала скоса Н должна находиться выше срезаемого реформированного 5 металла. Назначение скоса состоит в том, чтобы подминать, создавать подпор металла в зону максимальных пластических деформаций и непосредственно перед нею. Исходя из этих условий размер высоты на- 0 чала скоса принят равным Н (1,5-6,0)t.

Для обеспечения схода стружки, а частично и ломания ее со стороны опорной поверхности прижима предусмотрена выемка со скосом 9 (фиг.4). Скос клиновидного 5 выступа имеет заостренную кромку 10 (фиг.7).

Предлагаемый резец может быть как на- пайным, так и сборным с закреплением неперетачиваемых пластин в соответствии с

существующими конструкциями Прижим может устанавливаться как на резец, так и на резцедержатель, может быть конструктивно выполнен в сочетании с виброгасителем, может быть самонастраивающимся, регулируемым, подпружиненным и др. Настройка величин Н1,0-4,0)х и h(0,8-3,0)t может осуществляться по шаблону, например, за счет имеющегося зазора Б между прижимом 4 и винтами, и прокладками 11 (фиг.2). Резец предлагаемой конструкции не будет универсальным и, как правило, будет настроен на конкретные условия обработки, на конкретную операцию. Обработка производится, как правило, при малых глубинах резания. В любом случае резец должен быть жестким, прочным, виброустойчивым, так как введение прижима (по существу еще одного резца) увеличивает суммарные усилия. Им можно обрабатывать короткие, но жесткие детали, требующие высокого качества обработанной поверхности.

Использование предлагаемого резца в отличие от известного позволит повысить качество обработанной поверхности, а именно уменьшить высоту микронеровностей, увеличить степень наклепа и соответственно, увеличить уровень остаточных сжимающих напряжений, исключить при- жоги и шаркирование, присущие абразивнымоперациям.Повышение производительности труда обеспечивается резким увеличением подачи. Если для чистовых операций величины подачи обычно принимаются равными 0,05-0,2 мм/об,, то при использовании резца предлагаемой конструкции она может быть повышена в 5-6 раз и достигать величин 0,5-2,0 мм/об Использование этого резца позволит исключить отделочные операции шлифования, доводки, обработку поверхностным пластическим деформированием и др

Формула изобретения

1.Способ чистовой обработки, по которому осуществляют предварительное деформирование сжатием обрабатываемой поверхности, при этом детали и инструменту сообщают относительное движение резания и подачи, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и

качества обрабатываемой поверхности детали за счет совмещения зон пластической деформации, образованных клиновидным прижимом и инструментом, деформацию сжатием осуществляют в зоне максимальных пластических деформаций резания путем прижатия обрабатываемого материала клиновидным прижимом в направлении к передней поверхности инструмента, при этом расстояние от передней поверхности

инструмента до вершины клиновидного прижима выбирают из соотношения (0,8.. 3,0)t, а расстояние от вершины инструмента до вершины клиновидного прижима выбирают из соотношения (1,0...4,0)t, где t глубина резания.

2,Резец для чистовой обработки резанием, содержащий корпус и режущую часть с главной и дополнительной режущими кромками, отличающийся тем, что, с

целью повышения производительности обработки и качества обработанной поверхности, инструмент снабжен установленным на корпусе с возможностью продольного и поперечного перемещения клиновидным прижимом со скосами, расположенными соответственно над дополнительной и главной режущими кромками инструмента и с зазором между вершиной клиновидного прижима и передней поверхностью инструмента и со смещением вершины клиновидного прижима от дополнительной кромки инструмента.

/X 9

WwЈ / глсЬ

8Ю99Л

t/Ј& t/Ґg#ff

&L/#fta Ј&ЈЈ

3r