Требования к качеству режущиx инструментов
Качество инструмента, поставляемого заводами инструментальной промышленности и инструментальными цехами машиностроительных заводов, регламентируется государственными общесоюзными стандартами в виде технических условий на приемку инструмента. В технических условиях рассматриваются требования к инструменту в отношении внешнего вида, размеров и допусков, материала и твердости, испытания в работе, клеймения и упаковки.
Низкое качество инструмента часто бывает из-за неправильного выбора материала или наличия в нем дефектов: трещин, раковин, плен, волосовин и т. п. Для сварного инструмента в месте сварки не должно быть раковин или непровара.
Качество термообработки
Качество термической обработки контролируется по твердости, которая определяется прибором Роквелла (по шкале, С) или эталонным напильником. Проверка по Роквеллу неудобна в том отношении, что производится каждый раз только в одной точке, а также представляет большие затруднения для осуществления в малодоступных местах. Напильник, используемый при помощи метода сравнения с эталоном твердости, обеспечивает проверку в любом месте независимо от конфигурации инструмента. При помощи напильника можно проверить твердость не в одной точке, а на большом или малом участке длины лезвия. Преимуществом напильника является также и быстрота проверки. Однако применение его требует определенного навыка со стороны контролера.
Твердость инструмента
Твердость инструмента зависит от рода режущего материала и состояния термической обработки. Инструменты из быстрорежущей стали имеют твердость НRС 62 – 65 независимо от типа инструмента. Для мелких инструментов она может быть понижена на одну – две единицы. Для инструментов из углеродистой и легированной стали твердость HRС 59 – 62. Хвостовики концевых инструментов, корпуса сборных инструментов изготовляются твердостью НRС 30 – 40.
Инструмент должен быть подвергнут всестороннему внешнему осмотру. Он не должен иметь заусенцев, забоин, зазубрин, дробления, выкрошенных мест, следов коррозии.
Нешлифованные части должны быть чисто обработаны и предохранены от коррозии.
Для облегчения удаления стружки канавки должны быть чистые и гладкие, а для некоторых инструментов и полированные (например, у сверл из быстрорежущей стали и др.).
Центровые отверстия должны быть тщательно обработаны и зачищены, без забоин и разработанных мест. Для ответственных инструментов, например метчиков со шлифованной резьбой, чистовых разверток и других, центровые отверстия подвергаются зачистке после термической обработки.
Непосадочные торцы, например концевого инструмента, должны быть чисто обработаны резцом или зачищены шлифовальным кругом.
Нешлифованная резьба резьбонарезного инструмента должна быть чистой, гладкой, без завалов, выкрошенных мест, вмятин, зазубрин и рисок.
Во избежание налипания стружки и загрязнения инструмент должен быть размагничен после шлифования на магнитном столе или в магнитном патроне (например, круглые плашки, резцы, зубья сборных инструментов, зуборезные резцы и гребенки и т. д.).
Шпоночные канавки должны быть тщательно обработаны и иметь закругления в уголках. Отсутствие закруглений вызывает трещины при термической обработке.
Зубья затылованных нешлифованных фрез должны быть чисто и гладко обработаны, без рисок, следов дробления, неровностей, следов несвоевременного входа или выхода резца при затыловании.
Острые кромки на нережущих поверхностях должны быть закруглены или снабжены фасками, например по наружной окружности и у отверстий насадного инструмента, на шпоночных канавках, торцах концевого инструмента и т. п.
Все шлифованные и заточенные поверхности не должны иметь черновин, поджогов или цветов побежалости.
Режущие кромки должны быть острыми, без завалов, зазубрин и забоин.
Передние и задние поверхности должны быть чисто и гладко отшлифованы, а для некоторых инструментов и доведены.
Посадочные отверстия насадных инструментов, посадочные поверхности, например, торцы насадного инструмента, конические и цилиндрические хвостовики концевого инструмента и т. п., должны быть тщательно отшлифованы. Для червячных фрез повышенной точности, зуборезных долбяков и шеверов отверстия должны быть подвергнуты доводке.
Чистота рабочих поверхностей
Чистота поверхностей обрабатываемых заготовок в значительной степени зависит от чистоты рабочих поверхностей режущего инструмента. К чистоте поверхностей заготовок предъявляются повышенные требования, так как качество их оказывает влияние на правильность сопряжения деталей, их работоспособность и усталостную прочность. Чистота рабочих поверхностей инструмента имеет особенное значение при чистовых отделочных операциях, например для топкого точении, развертывания, протягивания и т. п. Для них, как правило, максимальная величина неровностей па детали мало отличается от максимальной величины неровностей режущих элементов инструментов.
Качество отделки
С улучшением качества отделки рабочих поверхностей инструмент повышается его стойкость. Инструмент с доведенными рабочими поверхностями обладает большими преимуществами по сравнению с недоведенными. Недоведенный инструмент имеет всегда поверхностные дефекты (мелкие зазубрины, выкрашивания, риски и т. п.), трудно выводимые при заточке. Они являются первоначальными очагами разрушения режущих кромок, вызывающими ускоренный и повышенный износ инструмента. У доведенного инструмента эти дефекты в большей части устранены. Доводка инструмента способствует получению правильной геометрической формы рабочей части инструмента, что повышает производительность и стойкость инструмента, а также качество обрабатываемой поверхности. Необходимо отметить, что режущие кромки получаются в результате сопряжения передней и задней поверхностей, поэтому чем чище выполнены эти поверхности, тем лучше лезвие инструмента. Более чистая и гладкая поверхность инструмента способствует снижению сил трения в процессе резания и уменьшению окисления металла, что особенно важно при высоких температурах, например при скоростном резании. Доведенный инструмент дает более равномерный и устойчивый износ рабочих поверхностей по сравнению с заточенным инструментом.
Качество отделки рабочих и нерабочих поверхностей режущих инструментов может быть оценено в лабораторных условиях при помощи специальных приборов. В заводских условиях оно определяется методом сравнения с эталонами чистоты поверхности. Оценка качества поверхности определяется посредством измерения микронеровностей перпендикулярно направлению штрихов обработки. В стандартах на технические условия приведены данные по качеству поверхностей инструментов, которые должны быть соблюдены при приемке.
Требования к качеству обрабатываемой поверхности
К проблеме повышения качества обрабатываемой поверхности предъявляются особые требования. Это относится главным образом к инструментам, предназначенным для окончательных операций. В качестве примера можно привести червячные фрезы для обработки цилиндрических зубчатых колес под шевингование. С увеличением подачи при зубофрезеровании высота гребешков на обрабатываемой поверхности повышается, что препятствует обработке с большими подачами. Из формулы, определяющей высоту гребешков, следует, что с уменьшением угла профиля фрезы чистота обрабатываемой поверхности улучшается. Поэтому, применяя червячные фрезы с уменьшенным углом профиля (например вместо 20° принять 8-10°), можем достигнуть вполне удовлетворительной для шевингования чистоты поверхности нарезанных колес.
Повышение требований к чистоте обрабатываемых деталей влечет за собой необходимость улучшения качества поверхностей режущих инструментов. Вместе с этим чистота рабочих поверхностей и режущи кромок важна для инструментов также и с точки зрения повышения их эффективности. Например, путем дополнительного полирования стружечных канавок сверл, концевых цилиндрических фрез, метчиков и т. п. можно обеспечить более производительную работу этих инструментов, благодаря лучшему удалению стружки и канавок.
Основным разделом технических условий является «Размеры и допуски». Размеры поставляемого инструмента должны соответствовать габаритным размерам согласно государственным общесоюзным стандартам и рабочим чертежам завода-изготовителя или заказчика.
Технические условия
Технические условия устанавливают отклонения на следующие элементы: 1) габаритные размеры; 2) основные размеры; 3) посадочные, опорные и установительные поверхности; 4) режущие элементы.
Отклонения габаритных размеров
Отклонения по габаритным размерам, как правило, соответствуют отклонениям на свободные размеры. Необходимо отметить, что габаритные размеры не оказывают влияния ни па сопряжение режущего инструмента с крепежным устройством для него па станке, ни на его режущие свойства. С этой точки зрения они как будто являются и лишними в технических условиях. Однако значение их заключается в том, чтобы заставить заводы-изготовители выпускать инструмент в определенных пределах и тем самым поддерживать производственную дисциплину на предприятиях. Соблюдение их также обеспечивает экономию материалов.
Отклонения основных размеров
Основные размеры инструмента находятся в прямой зависимости от размеров обрабатываемой детали и требований, предъявляемых к ней в отношении точности изготовления. С этой точки зрения некоторые инструменты в основном специального назначения, например зуборезные, резьбонарезные) изготовляются нескольких классов пли степеней точности. К основным размерам относятся:
- диаметр инструментов для обработки отверстий (сверл, зенкеров, разверток, метчиков);
- угол профиля фасонного инструмента (резьбонарезного, зуборезного);
- шаг между витками или зубьями инструмента (резьбонарезного, зуборезного);
- модуль;
- конусность по длине инструмента (резьбонарезной фрезы, червячной фрезы);
- форма профиля (дисковая зуборезная фреза);
- утонение или обратная конусность (инструментов для обработки отверстий и резьбонарезных).
Отклонения посадочных размеров
Другими не менее важными являются посадочные, опорные и установительные размеры, как сопряженные с закрепительным устройством па станке и влияющие па точность установки инструмента по отношению к заготовке. К таким размерам относятся:
- диаметр отверстия насадного инструмента;
- правильная форма его (отсутствие конусности и овальности);
- перпендикулярность оси отверстия по отношению к торцам;
- правильное расположение профилирующих режущих кромок по отношению к геометрической оси инструмента (отсутствие торцового и радиального биения, биение основной и наружной окружности зубьев относительно оси, отсутствие несовпадения осей рабочей части и хвостовика концевого инструмента).
Отклонения режущих элементов
Отклонения на режущие элементы касаются в основном значений углов: переднего, заднего, главного и вспомогательного в плане, а также угла наклона режущей кромки.
Завод-изготовитель несет ответственность за качество и режущую способность поставляемого инструмента и в случае рекламации обязан взять его обратно от потребителя. Для проверки режущих свойств инструмент подвергается испытанию в работе. В качестве обрабатываемого материала принимается сталь марки 40 или сталь Ст. 6 твердостью НВ 160-190. Испытание инструмента производится на соответствующих станках, удовлетворяющих требованиям их точности. В качестве охлаждающе-смазывающей жидкости применяют 5%-ный по весу раствор эмульсии в воде с расходом не менее 5 л/мин. Проверяемый инструмент в зависимости от его вида должен обработать или определенное количество отверстий (например, инструмент для обработки отверстий), или пройти установленную общую длину прохода (например, фрезы и др.). Условия испытаний и режимы обработки указаны в соответствующих стандартах.
После испытания на режущих кромках не должны быть заметны следы притупления, выкрошенные места, вмятины, и инструмент должен оставаться вполне пригодным для дальнейшей работы. Хвостовик, шейка и квадрат концевого инструмента не должны деформироваться при испытании.
Обработанная поверхность заготовок или образцов после испытания должна удовлетворять всем требованиям, предъявляемым при производственной работе к данному виду инструмента в зависимости от его размера и точности изготовления.
Каждый поставляемый инструмент должен быть снабжен хорошо видимыми знаками клеймения, состоящего из марки завода-изготовителя, марки режущего материала, характеристики инструмента. Для некоторых инструментов, предназначенных для окончательной обработки (долбяков, шеверов, резцовых головок, протяжек и др.) указывается класс или степень точности, год выпуска, индивидуальный номер инструмента.
Перед упаковкой каждый инструмент должен быть тщательно очищен и смазан составом, предохраняющим от коррозии.
После смазывания инструмент завертывается в бумагу, предохраняющую от сырости, и складывается в пачки, которые затем упаковываются в деревянные ящики.
Инструменты повышенной точности (долбяки, шеверы и т. п.) упаковываются каждый в отдельную прочную коробку (из дерева, пластмассы, картона и т. п.), на которую наклеивается этикетка или ставится штамп с данными, характеризующими инструмент. В коробку вкладывается паспорте указанием результатов измерения элементов инструмента.
Инструмент высокого класса точности
Инструмент, выпускаемый инструментальными заводами, рассчитан для использования на заводах общего машиностроения, для сельского хозяйства, для ремонтных цехов машиностроительных заводов.
Для заводов, выпускающих продукцию более высокого уровня, этот инструмент не удовлетворяет требованиям не только по своему качеству, но также и по конструкции и размерным допускам, хотя они и установлены стандартами (например, резьбонарезные инструменты со шлифованным профилем, зуборезные инструменты повышенной точности и т. п.). Заводы вынуждены изготовлять такой инструмент в своих инструментальных цехах. Эти инструменты более совершенны по конструкции, более точны по размерам и более качественны по другим параметрам. Стоимость такого инструмента, конечно, намного выше нормализованного, но зато, ни исполняет свои функции, тогда как нормализованный инструмент или совсем не может быть применен, или требует серьезной доделки, что иногда и выполняется заводами-потребителями.
Таким образом, если для одних заводов вполне удовлетворяют допуски на инструмент, установленные государственными стандартами, другие требуют их ужесточить, то целесообразно поставить вопрос о введении классности для инструментов. В настоящее время установлены классы точности по незначительной номенклатуре инструментов, а именно по метчикам, долбякам, червячным фрезам для зубчатых колес и шлицевых валов. Эта номенклатура нуждается и значительном расширении.
Проблема повышения точности формы и размеров обрабатываемых деталей стоит особенно остро при изготовлении особо точных инструментов. Технические условия на инструмент, регламентированные в общесоюзных стандартах, установлены на основании технологических возможностей специализированных инструментальных заводов. Однако они должны быть установлены в первую очередь с учетом требований, предъявляемых к обрабатываемым заготовкам исходя из их служебного назначения, и во вторую очередь – с учетом технологии изготовления инструментов. Такой принцип позволяет правильно установить размерные допуски без значительных отклонений в большую или меньшую сторону. С этой точки зрения необходимо подвергнуть серьезной переработке размерные допуски на весь нормализованный инструмент, включая зуборезный, резьбонарезной и для обработки отверстий.
