CC BY
42
УДК 621.914.2
В.Б. Протасьев, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Л.А Омельченко, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-25-38, [email protected] (Украина, Мариуполь, МНГУ), И.Э.Аверьянова, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
СТОЙКОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОРЕШКОВ БУМАЖНЫХ БЛОКОВ
Рассматриваются экспериментальные испытания фрез с целью определения
рациональной геометрии режущего клина и марки твердого сплава, при которых обеспечивается приемлемая стойкость и шероховатость обработанной поверхности.
Ключевые слова: фрезерование, режущий инструмент.
Стойкость твердосплавных ножей торцовых фрез, используемых для обработки корешков бумажных блоков в типографиях, является важным показателем, влияющим на стабильность операции и ее экономическую эффективность. При шероховатости Rz (200...600) мкм листы блоков хорошо отклеиваются [1] и обеспечивают прочность бесшовных переплетов, достаточную для продукции т.н. «легкого чтения».
Для проведения стойкостных экспериментов использовалась установка (рис. 1), смонтированная на токарном станке.
Сменный нож устанавливался на планшайбе этой установки. Вращение инструмента обеспечивалось коробкой скоростей станка, а подача устройством поперечной подачи суппорта. Однозубая фреза подвергалась балансировке.
£?'
Рис. 1. Установка для стойкостных испытаний
Блок бумаги (рис. 1, сечение В-В) зажимается в резцедержателе. Величина сжатия блока контролировалась размером Нсж. На стадии предварительных экспериментов было установлено, что при сжатии блока толщиной Н=20 мм до Нсж=18 мм обеспечивается резание практически сразу, что свидетельствует о правильно подобранной величине сжатия. Величина Нсж контролировалась обычным штангенциркулем по внешней стороне пластин
Нсж = Н - 2Ь, (1)
где Н - размер по внешней стороне пластин; Ь - толщина пластин.
Положительным моментом однозубой фрезы является отсутствие торцового биения, отрицательным то, что в системе терялся натяг, чего в реальных условиях резания многозубой фрезой не наблюдается.
Исследованию подверглись 30 выборок из бумаги типографской № 2. На первой стадии экспериментов использовался твердый сплав марки МС 32.
Резцовые элементы изнашивались до критического состояния (когда резание прекатилось из-за отрывов припуска) или до поломки вершины лезвия.
Частота вращения шпинделя составляла «=1500 мин-1, а подача на зуб фрезы летучки 5г=0,5 мм. Эти данные соответствуют условиям производственной эксплуатации торцовых фрез.
Результаты износа контролировались с помощью лупы Бринелля, обеспечивающей увеличение в 10 раз и позволяющей выполнять измерения линейных величин с точностью до 0,01 мм.
При исследовании изношенных ножей установлен типичный вид износа, показанный на рис. 2.
Анализ показал, что в основном изнашивается вспомогательная кромка, смещающаяся относительно номинального положения АВ на расстояние А1. Величина Л1 вдоль изношенного участка остается постоянной по длине ¡1 (0,5.. .3,0 мм) и уменьшается на длине I (1.5 мм).
Как главная, так и вспомогательная режущие кромки при затуплении переходят в поверхность, приблизительно округленную радиусом р (0,02.0,08 мм). Вершина ножа смещается от номинального положения в
точке А на расстояние ^2 и также округляется примерно радиусом р. На многих ножах имелись явные сколы вершины со следами дальнейшего износа при работе. Учитывая, что явно выраженного износа по одной передней или по одной задней поверхности нет, радиус округления р режущей кромки может быть принят в качестве наиболее надежной и объективной характеристики износа.
Для изменения радиуса округления использовались различные методы: снятие оттисков лезвия, оптического изменения ширины кромки, оценки относительной остроты лезвия. В лабораторных условиях наиболее подходящим оказался метод снятия оттисков.
I,
Рис. 2. Особенности износа ножей
Принцип метода заключается в том, что полированная алюминиевая (или медная) пластина толщиной 0,25 мм с легким усилием торцем вдавливается в лезвие. Полученный оттиск просматривается на просвет в любом микроскопе, позволяющем получить увеличение в 300.500 раз. Величина радиуса может быть изменена также с помощью объект-микрометра МОВ-1, у которого цена деления при таком увеличении достигает 0,3...0,4 мкм. Это позволяет измерять округление с радиусом от
0,002.0,003 мм и выше.
Визуальное исследование изношенных поверхностей с различным увеличением указывает на абразивно-окислительную природу изнашивания. Изношенные поверхности имеют заглаженную форму, следы рисок и царапин отсутствуют. Не обнаружено местных вырывов инструментального материала, характерных для адгезионного износа. Поверхности достаточно шероховатые, матового цвета, что говорит о незначительных диффузионных процессах. Характер изнашивания указывает на сравнительно низкие температуры на контактных площадках, и, следовательно, применение более теплостойких инструментальных материалов не перспективно.
На второй стадии для определения рациональной марки твердого сплава испытывались твердые сплавы стандартных марок ВК6, ВК8, Т15К6, Р20, ВК10Х0М, МС32, ножи затачивались в соответствии с требованиями рис. 1.
Установлено, что вершина резцов, заточенных доостра, подвергается сколу, площадка которого на передней поверхности может характеризоваться параметрами у и р (рис. 3).
Резцы различных марок твердых сплавов подвергались испытаниям по следующей схеме. Каждый из сплавов испытывался на десяти блоках. В таблицу заносились средние значения у и р. Пустые клетки свидетельствуют о том, что на данном проходе измерения не выполнялись.
Рис.3. Параметры сколов вершины ножа:
У - угол наклона фаски естественного скола вершины; р - ширина фаски естественного скола вершины
В таблице представлены величины параметров У и р для различных марок твердого сплава и в зависимости от числа проходов при обработке.
Влияние марки инструмента на характер износа режущей кромки ______ в виде дроби (числитель - угол / знаменатель - р)__
Марка твердого сплава Номер прохода
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Т15К6 40 0,07 42 0,25 42 0,3 42 0,33 42 0,33 Мелкие сколы на рабочем участке
Р20 36 0,24 40 0,37 Сколы на К1 отсутствуют, интенсивное изнашивание
Эталон МС32 45 0,08 45 0,08 45 0,12 45 0,12 45 0,12
МС321 30 0,06 30 0,08 32 0,1 32 0,1 32 0,1 35 0,1
ВК6 32 0,1 30 0,5 Выкрашивание вспомогательной режущей кромки
кромки 31 0,27 27 0,72 Выкрашивание вспомогательной режущей кромки
ВК10- ХОМ 36 0,24 34 0,08 36 0,08 36 0,1 42 0,1
Из таблицы следует, что скол вершины органически присущ любому твердому сплаву.
Наименьшие сколы наблюдаются на твердых сплавах МС321 и ВК, 10ХОМ.
Последний сплав имеет добавки хрома в связке и мелкозернистую структуру, повышающую, как правило, износостойкость. Из промышленно выпускаемых сплавов можно также рекомендовать сплав МС321, предназначенный для обработки пластмасс, резины, дерева и позволяющей получить острую режущую кромку.
Избежать скола вершины можно и за счет ее упрочнения путем уменьшения заднего угла или за счет введения дополнительной переходной режущей кромки.
Эта возможность использована нами при модернизации конструкции режущих элементов. Предложено два варианта упрочнения вершины режущих элементов.
По первому варианту (рис. 4) заточка режущих элементов повторяет геометрию, образующуюся при скалывании вершин, с тем отличием,
что на вспомогательной кромке образован задний угол а1 = 15°.
Рис. 4. Изменение геометрии режущих элементов (вариант № 1)
Во втором варианте (рис. 5) геометрия режущих элементов была сохранена, но задний угол на вспомогательной кромке был принят равным нулю, а на вершине было изготовлено специальное утолщение _/=2...3 мм.
Рис. 5. Режущие элементы с нулевыми вспомогательными задними углами и утолщенной вершиной (вариант №2)
А
А
Оба варианта были при прежних условиях испытаны. В обоих вариантах сколы вершины отсутствовали и наблюдался равномерный износ режущих элементов.
Предпочтение было отдано второму варианту, как более технологичному.
Применение второго варианта обеспечивает очень важное для производства снижение трудоемкости при эксплуатации фрез.
Эти фрезы можно перетачивать, не снимая их с рабочего шпинделя станка. При этом используется специальное устройство, отводимое от рабочей зоны после окончания переточки.
Отсутствие заднего угла на вспомогательной режущей кромке объясняется тем, что обрабатываемое ленты в процессе резания деформируются и под кромкой возникает зазор. Бытовым аналогом такого решения является обыкновенная коса, у которой тоже отсутствует задний угол и также наблюдается наклон скашиваемых стеблей травы.
Стойкость ножей до первой переточки обеспечивает полусменную работу в условиях реального производства при минутной подаче £м=15000мм/мин при использовании торцовой фрезы имеющей 24 зуба.
Список литературы
1. Омельченко Л. А., Протасьев В.Б. Сравнение различных способов упрочнения инструментов для разрезания и фрезерования бумажных блоков / Известия ТулГУ. Сер. Технологическая системотехника. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2006. С.53-58.
2. Омельченко Л. А., Протасьев В.Б. Конструкция торцевых фрез для обработки корешков бумажных блоков / Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С.89-92.
3. Омельченко Л. А. Обработка корешков бумажных блоков торцовыми фрезами: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Тула: ТулГУ, 2008. 19 с.
V. Protasyev, L. Omelchenko, I. Averyanova
The resistance tests of the hard-faced instruments for the treatment of the rootlet paper-blocks
The experimental cutter tests are examining to find out the rationality of the cutting-wedge geometry and hard faced mark, which are providing the acceptable resistance and roughness of the process surface.
Получено 07.04.09
