Файл: Шорин А.И. Производство спирального металлорежущего инструмента методом скручивания двух металлов.pdf

Вкниге освещается опыт конструирования

ипроизводства спиральных металлорежу­

щих инструментов (торцовых фрез насад­ ных зенкеров и др.) методом свободного скручивания двух различных металлов в го­ рячем состоянии, разработанным и освоен­ ным на Коломенском тепловозостроитель­ ном заводе им. Куйбышева.

Новый технологический процесс сущест­ венно отличается от обычно применяемых процессов и может быть использован при массовом производстве металлорежущего спирального инструмента.

В книге излагаются методы и примеры расчетов заготовок и особенности техноло­ гического процесса механической и терми­ ческой обработки в сравнении с действую­ щими методами производства спирального инструмента, которые могут представлять интерес для конструкторов и технологов ин­ струментальной промышленности и маши­ ностроительных предприятий.

Рецензент Г. В. Подгурский

Редакция литературы по металлообработке и станкостроению

Зав. редакцией инж. В. В. РЖАВИНСКИИ

ПРЕДИСЛОВИЕ

На заводах машиностроительной и других отраслей промышленности СССР потребляется большое количе­ ство спирального режущего инструмента — фрез, зенке­ ров, сверл и разверток. Этот инструмент изготовляется,

как правило, из быстрорежущих сталей или их замени­ телей, которые являются дефицитными и дорогостоя­ щими материалами.

Поэтому изыскание конструкций и методов изготов­ ления спирального режущего инструмента, которые,

наряду с повышением его износоустойчивости и произ­ водительности, привели бы к минимальным затратам быстрорежущей стали, является делом первостепенной

важности.

Материалы, помещаемые в этой книге, представляют

собой результаты длительных исследований и обобще­ ния опыта изготовления биметаллического режущего ин­

струмента методом свободного скручивания двух метал­

лов в горячем состоянии.

Попытки изготовлять спиральные режущие инстру: менты из двух металлов другими способами до сих пор не привели к положительным результатам. Например, установка ножей из быстрорежущей стали в гнезда корпуса, выполненного из углеродистой стали, с после­ дующей заливкой их баббитом, при изготовлении круп­ ногабаритных концевых фрез приводила к быстрому выпаданию ножей или поломке их вследствие недоста­ точной устойчивости в гнездах. В дальнейшем этот спо­ соб крепления ножей был заменен заваркой ножей

3

в гнездах корпуса электродами различных марок. Фре­

зы получались более устойчивыми, однако вследствие большой разности коэффициентов линейного расшире­

основания ножей «разваривались», вследствие чего

прочность их резко снижалась.

Изготовление фрез методом зачеканки корпусов и фрез со вставными рифлеными зубьями также не приве­

ло к желаемым результатам, так как в процессе эксплуа­ тации под действием сил резания ножи быстро расшаты­ вались, начиналась их вибрация и затем выкрашивание.

В настоящее время очень широко распространен в на­ шей промышленности и за рубежом способ изготовления режущего концевого инструмента методом сварки бы­

строрежущей стали Р9 или Р18 (режущая часть) с ин­ струментальной конструкционной сталью 40Х или 45Х (хвостовая часть).

При этом методе в процессе сварки и последующего отжига часть легирующих компонентов из быстрорежу­

щей стали выгорает. Практикой установлено, что свароч­ ные швы являются непрочными, так как при малейшем

нарушении режима сварки появляются кольцевые тре­ щины.

Очень часто в сварочных швах обнаруживаются

зашлакованные места, ослабляющие инструмент. Это ограничивает применение инструмента при повышенных режимах резания.

Следовательно, все до сих пор известные методы из­

готовления биметаллического режущего спирального ин­

струмента ограничивают его применение при повышен­ ных режимах резания из-за низких прочностных свойств

иразнообразие конструкций этого инструмента.

Разработанный новый способ изготовления спираль­

ного режущего инструмента методом свободного скручи­ вания двух металлов в горячем состоянии принципиально

4 .

Глава I

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СПИРАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ,

ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ МЕТОДОМ СКРУЧИВАНИЯ

1. Типоразмеры инструментов

Методом свободного скручивания двух различных ме- •

таллов (конструкционной стали 55С2 или 60С2 и быстро­ режущей стали Р9 или Р18) в горячем состоянии можно производить значительное количество типоразмеров и наименований спирального режущего инструмента. Ве­ личины основных параметров, характеризующих спи­

ральный режущий инструмент, находятся в широких пре­ делах:

а — угол наклона спирали режущих кромок от 7

до 60°;

D — наружный диаметр инструмента от 40 до 160 мм; I — длина режущей части от 40 до 400 мм;

z — число режущих зубьев от двух и более, уста­ навливается в зависимости от диаметра инстру­ мента и конструктивных возможностей.

В числе спиральных режущих инструментов, изготов­ ляемых методом свободного скручивания двух металлов, находятся:

I) насадные фрезы диаметром 40—160 мм и длиной

режущей части до 250 мм;

2)концевые фрезы диаметром 40—100 мм с кониче­ ским хвостовиком и длиной режущей части 70—300 мм;

3)концевые фрезы диаметром 40—100 мм без торцо­ вого фрезерования и длиной режущей части 60—300 мм;

4)лобовые фрезы диаметром 40—120 мм без торцо­ вого фрезерования и длиной режущей части 100—300 мм;

7

5) спиральные сверла диаметром 40—85 мм и длиной режущей части 100—400 мм;

6) трехзубые и четырехзубые зенкеры (цельные) диаметром 40—100 мм и длиной режущей части

60—400 мм;

7)насадные четырехзубые зенкеры диаметром 35— 100 мм и длиной режущей части 40—80 мм;

8)развертки цилиндрические диаметром 40—80 мм и

длиной режущей части 60—300 мм;

9)конические развертки с неравномерным наклоном

спирали с наименьшим диаметром конуса 40 мм и дли­ ной режущей части 60—180 мм;

10) концевые фрезы с цилиндрическим хвостовиком

диаметром 40—80 мм и длиной режущей части 10— 80 мм.

2. Общие технические требования при конструировании инструментов

При конструировании инструментов следует учиты­ вать, что в процессе скручивания заготовок, нагретых до высокой температуры (1240—1280°), линейные размеры их резко изменяются. Длина заготовок за счет скручива­ ния на спираль сокращается, особенно при большом угле наклона спирали будущего режущего инструмента.

Пазы в корпусах при нагреве значительно расши­ ряются, в результате чего ножи могут выпасть, если не предусмотреть соответствующего натяга в холодном со­ стоянии при запрессовке.

Следует особенно подчеркнуть сложность процесса изменения объемных величин самой заготовки при скру­

чивании в горячем состоянии, в результате чего проис­ ходит надежное крепление ножей в корпусах.

В целях предупреждения поперечного смещения в ножах (заготовках режущей части инструмента) пре­ дусматривается уклон величиной 1—1,5°, который запол­ няется металлом корпуса в процессе скручивания. Кроме

того, предусматриваются выемки, которые также запол­ няются металлом корпуса в процессе скручивания, что гарантирует надежность крепления ножей относительно осевого направления. Заполнение в процессе горячего скручивания выемок ножа металлом корпуса достигает­ ся в результате того, что нагретая сталь 55С2 или 60С2,

8

из которой изготовляют корпусы фрез, обладает мень­ шими прочностными свойствами по сравнению с нагре­ той до такой же температуры сталью Р9 или Р18. При

скручивании металл корпуса врезается (вдавливается)

в пазы ножей.

При расчетах диаметральных размеров заготовок следует учитывать размеры зажимных технологических колец. Оснастка, применяемая при скручивании, по раз­

мерам должна соответствовать размерам заготовки. Ма­ лейшее несовпадение диаметральных размеров приводит к нерациональным затратам времени и может повлечь за собой брак.

Расчет угла наклона спирали, образующегося после скручивания инструмента, производится с учетом техно­ логических особенностей процесса скручивания.

Теоретически при однородности металла, равномер­ ном сечении заготовки и равномерном нагреве после скручивания должна получаться равномерно наклонен­

ная спираль. Но практически этого не достигают, так как в поперечных сечениях заготовок наблюдаются незначи­ тельные различия. Кроме того, часто нарушается равно­

мерность нагрева заготовок и неоднородности металла.

Поэтому в конечном счете угол наклона спирали и шаг получаются с отклонением на 3—5° на 100 мм длины ре­ жущей части инструмента.

Неравномерность угла наклона спирали и шага отри­ цательно на процессе резания металлов не отражается. В процессе фрезерования фрезами, изготовленными ме­ тодом свободного скручивания, установлено, что образо­

вание стружки и отделение ее от основного металла про­ текает с меньшими усилиями резания.

Установлено также, что прерывность линии резания

обеспечивается без стружколомов. Следовательно, нерав­ номерность наклона спирали является положительным фактором.

В инструментальной практике имеется много случаев,

когда для получения высококачественного отверстия

рекомендуют изготовлять развертки с неравномер­ ным шагом зубьев (с различными углами наклона спи­ рали) .

Опыт работы Московского автомобильного завода им. Лихачева также подтверждает, что угловые зенковки

9

с неравномерным шагом обеспечивают более чистую об­ работку поверхности.

Ленинградский новатор производства т. Карасев до­

ленными методом скручивания, достигается высокая чистота отверстий, превосходящая чистоту, полученную при развертывании отверстий развертками, изготовлен­

ными методом фрезерования.

Твердость режущей части спирального инструмента после термообработки (закалки и отпуска), измеренная по фаскам или по задней поверхности зубьев, должна быть в пределах Rc — 62 -^-65.

Твердость корпуса и хвостовой части инструмента дол­ жна лежать в пределах Rc = 25 -s- 35.

Режущий инструмент, изготовляемый методом скру­

чивания, должен быть выполнен по размерам и допускам согласно действующим нормалям и соответствующим чертежам завода на витой инструмент. Угол наклона спи­ рали должен быть выполнен у четырехзубых зенкеров всех размеров с допуском +2°, а у инструмента, который изготовляется с предварительным фрезерованием про­ филя зуба, с допуском в пределах +3-:-10° по длине

100 мм.

Для всего насадного режущего инструмента (зенке­

ров, фрез, разверток) после фрезерования по передней грани допускается уменьшение толщины ножа по всей

длине на 0,5—2 мм. В случае необходимости допускается заварка зазоров между корпусом и ножом в нижней ча­ сти торца качественным электродом, с последующей за­ чисткой.

Для всего хвостового инструмента (фрез, разверток,

зенкеров и сверл) после скручивания и заточки допу­ скается уменьшение толщин ножа по всей длине на 0,5— 2 мм. В случае необходимости допускается заварка зазо­ ров между корпусом и ножом торцовой и хвостовой части фрез (без торцового резания) качественным электродом,

с последующей зачисткой.

Форма задней грани зуба может иметь откло­ нение от чертежа при сохранении объема стружечной канавки.

10