HELITURN - ПРЕИМУЩЕСТВА БЕССПОРНЫ

Александр Алексеевич Сенченко, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Взяв в руки пятый номер журнала "Двигатель" за 2008 г. и прочитав его материалы, я заинтересовался небольшой, но довольно интересной статьей под названием "Не хватает скорости? Пора увеличить подачу!", в которой упоминается о новейших резцах компании ISCAR серии HELITURN и о внедрении спиралевидной режущей кромки в конструкцию твердосплавной сменной многогранной пластины (СМП).

Являясь участником научно-исследовательских работ, которые проводит МГТУ имени Н.Э. Баумана и, в частности, кафедра МТ-2, занимающаяся разработкой, проектированием и испытаниями режущего инструмента, я решил проверить, насколько эффективно данное технологическое решение и действительно ли указанные пластины обеспечивают более рациональное распределение нагрузок при резании.

Я связался с представительством компании ISCAR в Москве (ООО "ИСКАР СНГ") и попросил предоставить мне соответствующие резцы и пластины для проведения независимого эксперимента, результаты которого я привожу далее.

Постановка задачи

Тангенциальная пластина типа LNMX
Режущие пластины типа CNMX, WNMX, DNMX
Тангенциальная режущая пластина из силикононитридной керамики марки IS8

По конструкции резец является простым инструментом, обладающим одним или несколькими режущими кромками. Однако к нему предъявляется ряд серьезных требований, которые не всегда возможно удовлетворить полностью. Наиболее важным из них является эффективность резца, оказывающая влияние на производительность труда. Эффективность зависит от многих факторов, из которых заслуживают внимания следующие: материал режущей части; форма, размеры и положение пластинки на резце; геометрические параметры режущей части; стружколомание и стружкоотвод; прочность и виброустойчивость державки и режущих кромок.

Для оценки эффективности инструмента рассматривались такие факторы, как геометрические параметры режущей части, стружколомание и стружкоотвод. Проверялось нетривиальное решение, реализованное компанией ISCAR в конструкции резца, которое было связано с изменением геометрических параметров и созданием спиралевидной режущей кромки.
В настоящее время компанией ISCAR разработан и внедрен в производство ряд пластин, в которых реализовано указанное технологическое решение.

Немного теории

Чтобы изучить влияние изменения геометрии режущей кромки рассматривались две пластины: стандартная пластина ISO с прямолинейной режущей кромкой и CNMX 120712 серии HELITURN LD с теми же размерами, но измененной геометрической конфигурацией.

Указанные пластины различаются лишь формой режущей кромки. Для изучения влияния геометрических особенностей пластины HELITURN LD рассматривалось влияние угла наклона главной режущей кромки на процесс резания. К числу факторов, на которые оказывает влияние угол наклона главной режущей кромки, относят: величины составляющих силы резания; направление действия составляющих силы резания; скорость нарастания силы резания (удар); ширину среза; направление схода стружки; стойкость инструмента.

ISO	HELITURN LD

Сделав определенные допущения, сведем нагрузку при резании к двум точкам A и B. Можно сделать следующие выводы. Составляющая силы резания P_{y сум} складывается из двух составляющих. Одна составляющая (P_{y верш}) действует на вершину пластины в точке А, вторая составляющая (P_{y р.к.}) действует на режущую кромку в точке В, и ее характер зависит от формы режущей кромки. Во втором случае последняя составляющая действует против составляющей, приходящейся на вершину. Таким образом, суммарная составляющая силы резания P_{y сум} будет существенно меньше при точении пластиной системы HELITURN LD. Составляющая P_y также будет уменьшаться.

Рассмотрим другой силовой треугольник. Уменьшение составляющей P_{y сум} влечет за собой уменьшение составляющей осевой силы P_{x сум}, что в свою очередь уменьшает составляющую силы резания P_x.

При спиралевидной режущей кромке процесс врезания становится более плавным, чем при прямолинейной кромке. Скорость нарастания самой силы резания уменьшается. Это снижает главную составляющую силы резания P_z.
Конструкция пластины системы HELITURN LD обеспечивает большую ширину среза, чем конструкция пластины системы ISOTURN.

Пластина HELITURN LD, представленная компанией ISCAR обеспечивает качественный отвод стружки, которая не касается обработанной поверхности. В сочетании со стружколомом предложенная геометрия режущей кромки способствует завиванию стружки и качественному удалению ее из зоны резания.

Инструмент, изготовленный по технологии HELITURN, обладает повышенной стойкостью вследствие следующих причин: изогнутая режущая кромка обеспечивает массивную вершину пластины, что улучшает теплоотвод и повышает стойкость; благодаря плавности резания, мягкому врезанию лезвия в материал стойкость значительно повышается; снижение сил резания также повышает стойкость. Снижение радиальной составляющей силы резания способствует уменьшению вибрации.

Описание эксперимента

На кафедре МТ-2 МГТУ имени Н.Э. Баумана был проведен ряд экспериментов по изучению силовых факторов при точении указанными ранее твердосплавными пластинами заготовки диаметром 86 мм из стали 45, не прошедшей термообработку. Использовался токарный станок, оснащенный компьютеризированной системой измерения нагрузки в процессе резания. Твердость обрабатываемого материала составляла 220HB.

Динамометр считывал показания распределения сил при резании, преобразовывал их в электрические сигналы и передавал на усилитель, который подключался в ЭВМ. На экране ЭВМ в виде трех графиков отображалось распределение сил при резании.

Режим точения характеризовался следующими параметрами:

Результаты обработки позволили сделать следующие выводы:

1). Эксперимент подтвердил наличие несомненных преимуществ у пластин с новой геометрией режущей кромки.

2). Установлено, что составляющая силы резания P_x уменьшается на 30 % при точении пластинами системы HELITURN LD. Это дает возможность работать на более высоких подачах по сравнению с пластинами ISO.

3). Установлено, что составляющая силы резания P_y, отвечающая за точность и правильность формы детали, уменьшается на 60% при точении пластинами системы HELITURN LD. Это обеспечивает лучшее качество и правильность формы заготовки после обработки, что в некоторых случаях позволяет исключить финишные операции при сохранении факта высокой производительности; кроме того, возрастает стойкость пластины.

4). Составляющая силы резания P_z уменьшается на 10% при точении пластинами системы HELITURN LD.
Эксперимент показал преимущества новейших разработок компании ISCAR. Остается надеяться, что данные резцы заинтересовали не только меня, как научного работника, но и окажутся востребованными российскими предприятиями, позволят им сократить время, потребное для изготовления деталей, снизить себестоимость и, как следствие, выпускать более конкурентоспособную продукцию.