Характерным признаком хвостовой группы инструментов (сверла, зенкеры, развертки, фрезы, хвостовые долбяки и т. д.) является цилиндрический или конический хвостовик. Последний служит основной базовой поверхностью, предназначенной для крепления его в цанговом патроне или в коническом гнезде шпинделя станка. В качестве технологической базы при механической обработке резанием этих инструментов служат обычно центровые отверстия или наружные центры.
К насадной группе инструментов относятся инструменты с цилиндрическим или коническим и резьбовым отверстиями: насадные зенкеры, развертки, фрезы, круглые резьбонарезные плашки, круглые резцы, долбяки и т. д. Отверстия в этих инструментах чаще всего являются основными и технологическими базами, ориентирующими соответственно инструмент в процессе работы па станке и при его изготовлении.
Плоская группа включает следующие инструменты: стержневые и призматические резцы, ножи для сборных инструментов, зуборезные гребенки, плоские протяжки и т. д. Характерным признаком этой группы инструмента является наличие широких или узких плоскостей, при помощи которых инструмент устанавливается как при обработке его, так и при его работе на станке.
Указанная классификация инструментов по технологическим группам способствует логической последовательности при разработке технологического процесса изготовления инструментов. В связи с тем, что инструменты, относящиеся к хвостовой и насадной технологическим группам, имеют до некоторой степени одинаковую последовательность операций, ниже приводится последовательность технологических процессов (с включением операций для хвостовых и насадных инструментов):
1) этап заготовительных операций, включающий отрезку заготовок, ковку для создания необходимой структуры металла и формы заготовок, сварку, отжиг, при необходимости прокатку фасонного профиля и завивку сверл и т. д.;
2) этап образования формы, состоящий в основном из операций токарной обработки, с помощью которых получаются техно логические базовые поверхности и обеспечивается необходимая форма инструмента по внешнему виду;
3) этап обработки протягиванием и долблением отверстий, шпоночных и других канавок у насадных инструментов;
4) этап клеймения инструмента механическим путем;
5) этап образования межзубых стружечных канавок на наружных поверхностях инструмента. К этому этапу относятся также операции: затылование зубьев режущим инструментом, фрезерование пазов и протягивание рифлении в пазах, фрезерование квадратов и лапок хвостовиков, фрезерование гнезд под пластинки твердого сплава и т. д.;
6) этап слесарной обработки для снятия заусенцев и зачистки поверхностей;
7) этап образования дополнительных поверхностен (операции сверления и нарезания резьбы в отверстиях для крепежных винтов, боковых гнезд лерок и т. д.);
8) этап термической обработки (операции калки и отпуска, а также напайки твердосплавных или назарки быстрорежущих пластинок);
9) этап удаления припоя и шлифовки, или зачистки, базовых поверхностей (центровых отверстий или базовых отверстий и торцов);
10) этап сборки составного инструмента;
11) этап доводки отверстий и других поверхностей особо точных инструментов;
12) этап шлифования, заточки и доводки;
13) этап облагораживания рабочих поверхностей зубьев инструмента.
Плоскую группу режущего инструмента, исходя из конструктивных и технологических особенностей, можно подразделить па две подгруппы:
1) подгруппа цельного и сборного инструмента с ножами из быстрорежущей стали и твердого сплава;
2) подгруппа напайного твердосплавного инструмента.
Для первой группы плоских инструментов последовательность технологической обработки следующая:
1) заготовительный этап, включающий операции отрезки заготовки, сварки, ковки, штамповки, отжига и т. д.;
2) этап образования основных и технологических базовых поверхностей, формы путем строгания, фрезерования или шлифования всех поверхностей заготовки для нескольких инструментов и разрезки ее на отдельные заготовки;
3) этап создания межзубых стружечных и профильных канавок;
4) этап образования дополнительных поверхностен включает также сверление крепежных отверстий и нарезание резьбы в этих отверстиях;
5) этап калки и отпуска;
6) этап шлифования основных и технологических базовых поверхностей;
7) этап сборки для сборных инструментов;
8) этап заточки и доводки режущих лезвий зубьев.
При обработке твердосплавного напайиого инструмента вместо термической обработки производится напайка пластинок, после чего операции повторяются почти в той же последовательности.
Технологию изготовления любого режущего инструмента можно отнести к одной из вышеуказанных групп. Однако строгая последовательность операций внутри каждого этапа устанавливается в каждом отдельном случае в зависимости от конструкции инструмента. Кроме того, для некоторых инструментов отдельные этапы могут отсутствовать вообще. Рассматривая этапы обработки любой группы режущих инструментов, видим, что технология производства их имеет некоторые отличительные особенности по сравнению с технологией изготовления деталей из конструкционных сталей. Это связано как со специфической формой инструментов, так и с особенностью свойств инструментальных материалов.
Для снижения стоимости инструмент, как правило, делается составным. Рабочая или режущая части изготовляются из инструментального материала, а корпус, или соединительная часть,— из конструкционных сталей марок 45 и 40Х, а в отдельных случаях из инструментальных сталей У8А, У10А, 9ХС и т. д. В качестве инструментальных материалов для изготовления рабочей части в основном используются быстрорежущие стали и твердые сплавы, имеющие в составе такие дефицитные элементы, как хром, ванадий, вольфрам и другие, которые сообщают инструменту требуемую прочность и износостойкость при сравнительно высоких скоростях резания. Кроме того, эти элементы в составе инструментальных сталей резко снижают их обрабатываемость режущим инструментом до калки. Для снижения твердости и создания структуры с удовлетворительной обрабатываемостью быстрорежущую сталь, поставляемую в виде кованых, горячекатаных, холоднотянутых обычных прутков и листов, необходимо подвергать ковке, а затем изотермическому отжигу.
Существуют самые различные методы присоединения рабочей части, изготовленной из быстрорежущей стали или твердого сплава, к корпусу инструмента. Наряду с механическим креплением широко применяется стыковая сварка, приварка, припайка и другие методы.
Следует отметить, что в связи с расширением области применения новых инструментальных и конструкционных труднообрабатываемых металлов и сплавов, а также неметаллических материалов все более широкое применение в металлообрабатывающей промышленности и в инструментальном производстве получают новые методы обработки, при которых разрушение удаляемого поверхностного слоя происходит не за счет его больших деформаций, как это имеет место при резании, а путем электрической или химической эрозии, электроннолучевым и другими методами обработки.
При электроэрозионном методе разрушение удаляемого слоя токопроводящего материала происходит за счет теплового воздействия импульсных электрических разрядов между инструментом и заготовкой. В зависимости от вида и величины разряда известны четыре разновидности, пли способа, электроэрозионного метода размерной обработки металлов.
Электроконтактная обработка может успешно применяться для резки заготовок, обдирки слитков и поковок из специальных труднообрабатываемых сплавов. Она внешне напоминает анодномеханическую обработку и отличается тем, что не применяется электролит и процесс осуществляется на воздухе. Таким образом, исключается электрохимическое растворение обрабатываемого материала. Обрабатываемая деталь и инструмент в виде диска подключаются к источнику переменного тока. Скорость перемещения инструмента по отношению к детали составляет 30—80 м/с. Для повышения производительности процесса зона обработки охлаждается сжатым воздухом, маслом или эмульсией.
Электрохимические методы основаны на явлении анодного растворения за счет прохождения электрического тока через электролит от катода к аноду. Последним является обрабатываемая заготовка-инструмент. Наряду с электрополированием в инструментальной промышленности применяется электроалмазное шлифование твердых сплавов и химическое травление инструментов из быстрорежущих сталей. Интенсивность этого процесса значительно повышается за счет увеличения плотности тока (до 100—300 А/см2), проходящего через электролит, а также за счет прокачки электролита возле обрабатываемых поверхностей. В последнем случае более интенсивно удаляется окисная пленка и повышается до 3—4 раз производительность обработки поверхностей пазов сложного профиля и отверстий в изделиях из труднообрабатываемых материалов.
Энергия ультразвуковых колебаний все шире используется при механической размерной обработке твердых сплавов и неметаллических материалов, обработке мелких деталей свободным абразивом, для облегчения процессов резания вязких материалов, очистки кругов в процессе шлифования и т. д. Особенно перспективным является применение ультразвуковых колебаний при обработке твердых сплавов, полупроводниковых материалов, деталей из стекла, алмазов, кремния, фтора и других материалов, так как многие из них не электропроводны и очень трудно обрабатываются даже абразивным инструментом.
Ультразвуковая обработка имеет две разновидности: свободно направленным и ориентированным абразивами. В первом случае обрабатываемые изделия помещают в суспензию, состоящую из зерен абразива, взвешенного в жидкости. В суспензии возбуждаются колебания и происходит декоративное шлифование и снятие заусенцев. Наоборот, во втором случае зерна получают энергию от специального инструмента, который совершает продольные колебания с ультразвуковой частотой (16—20 кГц) и небольшой амплитудой (А =0,02—0,06 мм). При этом в рабочую зону между колеблющимися инструментом и заготовкой подается взвешенный в воде абразив из зерен карбида бора, от ударного внедрения которых происходит выкалывание частиц материала заготовки. Применяемый ультразвуковой станок 4772А состоит из двух основных узлов: лампового генератора и механической части станка. К тому же в акустических головках электрические колебания генератора преобразуются в механические. Главным движением при ультразвуковой обработке являются продольные колебания инструмента с ультразвуковой частотой, а вспомогательное движение, или подача, может быть раз личной по направлению. В зависимости от ее вида и комбинации, а также формы инструмента можно ультразвуковой обработкой выполнить различные операции. При этом производительность может быть повышена за счет интенсивной подачи абразива под давлением в зону обработки. Преимуществом ультразвукового метода перед электроэрозионным является возможность обработки диэлектриков, а также получение при обработке различных материалов поверхностей более высоких классов чистоты.
Метод электроннолучевой обработки наиболее перспективен при обработке малых отверстий (диаметром 1 мм>D>10 мкм), прорезке пазов и разрезке изделий из рубина, тантала, молибдена, урана и других элементов, например, отверстия в рубиновых камнях для подшипников диаметром от 0,02 до 0,5 мм с допуском ±0,01 обрабатываются за 3 с.
В основе электроннолучевого метода обработки лежит способность электронного пучка с большим к. п. д. превращать кинетическую энергию в тепловую. Из курса физики известно, что при нагревании металла электроны могут получить скорости, достаточные для преодоления потенциального барьера. Необходимая плотность энергии зависит от свойств обрабатываемых материалов и требуемой площади обработки. Она может достигать высоких значений, поэтому материал под действием электронного пучка плавится и испаряется. Установлено, что электронный луч может воздействовать на поверхностный слой металла и поэтому может использоваться для оплавления поверхностного слоя и залечивания трещин, образовавшихся при закалке, для восстановления дефектной закаленной поверхности после заточки и шлифования, а также для внедрения в поверхностный слой более прочного и износоустойчивого материала. Установка для электроннолучевой обработки состоит из следующих основных элементов: электронной пушки, в которой формируется мощный электронный луч; вакуумной, или рабочей, камеры, в которой производится обработка детали; вакуумной насосной системы, создающей вакуум до 10~5 см рт. ст.; контрольной системы, управляющей размером электронного луча и его траекторией; высоковольтного источника энергии; приборов для контроля и наблюдения за ходом процесса.
Сверление, разрезка, сварка и другие микроработы успешно могут производиться световым лучом квантовых генераторов, иногда называемых лазером. В основу такой обработки (сфокусированным световым лучом) положено использование внутренней энергии атомов и молекул некоторых веществ. Хотя энергия их светового импульса невелика, однако при сосредоточении ее в луче диаметром около 0,01 мм в течение миллионной доли секунды обеспечивает нагрев обрабатываемого материала до многих тысяч градусов и испарение его. Оптический квантовый генератор, или лазер, работает следующим образом. При разряде конденсатора происходит возбуждение световых колебаний и появляется вспышка света длительностью около 0,001 с. Свет с помощью отражателя фокусируется на стержень из синтетического рубина, в результате чего атомы хрома приходят в возбужденное состояние, равновесие нарушается и запасенная в кристалле энергия одновременно освобождается и кристалл испускает яркий красный свет. К преимуществам обработки световым лучом перед электроннолучевой обработкой следует отнести то, что обработка производится непосредственно на воздухе и не нужна защита обслуживающего персонала от рентгеновского облучения. Однако квантовые генераторы имеют низкий к. п. д. и обеспечивают недостаточную точность обработки.
В целом для инструментального производства характерным является применение инструментальных материалов, обладающих особыми свойствами, а также наличие дополнительных своеобразных операций.
По материалам: Жигалка Н. И., Киселев В. В. проектирование и производство режущих инструментов.
