Металорежещи инструменти

В съвременното машиностроене се използват голям брой разнообразни по конструкция и предназначение металорежещи инструменти, с които се предават необходимата форма и размери на обработваните детайли. От режещия инструмент пряко зависи качеството на обработката и производителността на труда. Работоспособността на режещия инструмент също така оказва съществено влияние на икономическата ефективност на производствения процес. От друга страна, технологичните, конструктивните и експлоатационни особености се определят от конструкцията на режещия инструмент, дали те са монолитни (цели), съставни или сглобяеми. Независимо от вида на конструкцията на инструмента тя трябва да отговаря на редица изисквания, сред които надеждност при експлоатация, якост и безотказност; универсалност по отношение на машини и операции; възможност за максимално използване на машината по мощност и сила; многократно използване на режещата част, тялото и други елементи на конструкцията; възможност за гарантиране на стружкочупенето и стружкоформирането; възможност за осигуряване на оптимални геометрични параметри на режещата част; възможност за регулиране размерите на работната част и др.

Материали и конструкции
Режещите инструменти обикновено работят при много по-тежки условия, в сравнение с условията на работа на останалите конструктивни елементи. По техните контактни повърхнини се реализират сериозни нормални и тангенциални напрежения, както и сравнително високи температури, които могат да достигнат до около 1000 оС. При подобни условия протича интензивно триене, адхезионни и дифузионни процеси. Подобни тежки условия на работа на инструментите налагат редица изисквания към използваните за изработването им материали, свързани както с експлоатационни и технологични, така и с икономически фактори. Икономическите изисквания към използвания материал са свързани преди всичко с минимализиране на разходите за инструмента за изработване на единица продукция. Експлоатационните са насочени към свойствата на материала, необходими за правилното функциониране на инструментите по време на тяхната експлоатация. Тук се включват изисквания като висока твърдост на режещата част, което да обуславя обработка на детайла без значимо износване на инструмента; износоустойчивост на инструментите; жилавост и якост на материала; добри топлинни характеристики - топлоустойчивост, топлопроводност, коефициент на топлинно разширение; химическа инертност. Сред широко използваните материали за изработката на металорежещи инструменти се явяват различните видове инструментални стомани - въглеродни, легирани, бързорежещи. Въглеродните и легираните стомани сe използват предимно за слабоотговорни инструменти. От своя страна, бързорежещите стомани намират приложение при всички видове режещи инструменти. За изработката на металорежещи инструменти се използва още металокерамични твърди сплави, режеща минералокерамика, свръхтвърди материали - диамант и кубичен борен нитрид.
Видът на използвания материал до голяма степен зависи от конструкцията на режещия инструмент. Например, монолитните режещи инструменти често се изработват изцяло от инструментална стомана или металокерамика. Тенденцията е тези инструменти, изработени изцяло от скъпи и труднообработваеми инструментални материали, да се срещат все по-рядко. При съставните инструменти телата, закрепващите и допълнителните елементи обикновено се конструират с оглед на достатъчна якост, стабилност и виброустойчивост, а тези, които се въртят с големи честоти и с минимална маса - за минимизиране на центробежните сили.

Принципно, монолитните режещи инструменти в сравнение с останалите видове се характеризират с най-голяма стабилност, отсъствие на вътрешни напрежения и най-голям разход на инструментален материал, отпаднал при обработване на отвори, зъби и др. или бракуван след презаточване на режещата част.

Съставните инструменти, от своя страна, се характеризират с много по-рационално използване на режещия материал от монолитните и с по-голяма стабилност от сглобяемите. Техни недостатъци се явяват вътрешните напрежения, получени при съединяване на материалите, чиито стойности са свързани с технологията на съединяване. Също така, в сравнение с монолитните, те са с по-малка якост и надеждност.

Сглобяемите инструменти се състоят от отделни механично закрепени елементи и подлежат на многократно разглобяване и сглобяване. Биват с презаточващи се и с непрезаточващи се части. Макар появили се най-късно, те в най-висока степен разширяват дела си в общото количество произвеждани режещи инструменти от всякакъв вид. Сред основните им предимства са възможността за единична смяна на счупени зъби, възможност за регулиране на размерите, многократно използване на тялото и др. части, облекчена термообработка, максимални производителност и надеждност поради липса на вътрешни напрежения и осигуряване на еднаквост във всички геометрични параметри на режещата част. Като техни недостатъци обикновено се посочват сложната конструкция, високата себестойност, по-малката стабилност.

Инструменти с въртяща се режеща част
Към групата на сглобяемите инструменти се причисляват и инструментите с въртяща се режеща част. Често обаче те се обособяват в отделна група поради редица техни особености в принципа на работа, конструкцията и геометричните параметри. Тези инструменти са с кръгъл режещ ръб, установен на вретено в общо положение относно оста на заготовката. При формообразуващото движение режещият ръб непрекъснато се върти около оста на вретеното на инструмента, като в контакт със заготовката влизат последователно всички негови точки. Липсата на остър връх - концентратор на механично и топлинно натоварване, обуславя по-голяма якост и възможности за топлоотвеждане. С тези инструменти температурите на рязане са значително по-ниски, което обуславя по-голяма трайност и скорости на рязане. Също така, кръглият режещ ръб с голям радиус дава възможност да се работи с по-големи подавания при груби обработки поради по-голямата здравина и при чисти обработки поради по-високата гладкост. Обикновено инструментите с въртяща се режеща част работят със скорости на рязане от порядъка на 100 - 150 m/min при режеща част от бързорежеща стомана и 300 - 800 m/min, при металокерамични режещи материали. Подаванията обикновено са до 1 mm/оборот при чисти и до 5 mm/оборот при груби обработки. Технологичните възможности на тези инструменти включват точност до 8 степен и грапавост Ra = 0,5 mm.

Като недостатъци на инструментите с въртяща се режеща част обикновено се посочват: сложната и скъпа конструкция, по-големите сили и мощности на рязане, невъзможност за обработване на повърхнини с остри преходи, голямата склонност към автотрептения. Също така, в повечето случаи тези инструменти се конструират за строго определени експлоатационни условия.

Особености на инструментите за тежкото машиностроене
Обикновено детайлите и инструментите при тежкото машиностроене се произвеждат в единични бройки. Детайлите често са уникални, с големи размери и висока цена, поради което е нежелателно наличието на брак. Инструментите са с по-универсално предназначение, като са със сравнително по-големи размери от инструментите, използвани в общото машиностроене. Добре е да се има предвид, че при обработване на голямогабаритни заготовки силите на рязане са много големи. Също така се предявяват много високи изисквания за якост и износоустойчивост на инструментите. Режимите се характеризират с големи дълбочини на рязане и подавания и не толкова големи скорости. За изработване на инструментите за тежкото машиностроене качеството на режещ материал се прилага предимно металокерамика със или без покритие, минералокерамика, а за случаите, изискващи изключително висока размерна трайност, основната част от прибавката се снема от такива пластини, а режещият ръб, формиращ непосредствено обработваната повърхнина, е от свръхтвърд материал, като за него остава малка и равномерна прибавка.

Сред често използваните инструменти в тежкото машиностроене са ножовете, свредлата и фрезите. Ножовете обикновено са със закалени стоманени държачи с напречно сечение до около 60х100 mm. Под режещите пластини, които са с голяма дебелина, се поставят твърди и гладки сменяеми подложни пластини, защитаващи тялото от повреда при счупване на пластината. Често се използват конструкции на държачи със сменяеми касети, в които могат да се вграждат пластини с различна форма и размери и с възможности за регулиране на размерите в едно или в две направления. Инструментите са предимно сглобяеми с регулируеми размери.

Свредлата обикновено се използват за разпробиване на отвори, получени чрез леене или пластична деформация.

Фрезите, които намират приложение в тежкото машиностроене са предимно челни, дискови, ъглови фрези и набор от тях, като диаметрите им достигат до 5 m. Обикновено конструкциите предвиждат регулируемо разположени в касети пластини от металокерамика или режеща керамика.

В статията са използвани материали на доц. д-р инж. Кирил Петров Киров