Режущий инструмент, 4. Режущий инструмент и режимы обработки

Инструмент является наиболее слабым звеном технологической системы «станок - приспособление - инструмент - деталь». Поэтому производителъностъ, качество и себестоимость механической обработки при изготовлении и ремонте колесных пар в значительной мере зависят не только от технических характеристик станочного оборудования, но и от выбора режущего инструмента, а также режимов его эксплуатации.

- сформировать исходную информацию, которая включает в себя данные по детали (материал, конструкторский чертеж), технические характеристики станка, последовательность выполнения операций и перехода технологического процесса (маршрутная и операционные карты с эскизами), условия установки и эксплуатации инструмента;

В большинстве случаев обработка колесных пар производится сборным или составным инструментом с пластинами из твердых вольфрамотитанокобальтовых сплавов марок Т5К10, Т14К8 для черновой обработки и Т15КС, Т14К6 для чистовой.

Инструмент для обработки отверстий, резьб, пазов, канавок может быть изготовлен быстрорежущих сталей марок Р9 и Р6М5, обладающих более высокой механической прочностью и теплопроводностью. Для обтачивания колес с ползунами и наварами целесообразно использовать пластины из трехкарбитного твердого сплава ТТ10К8Б, обладающие большой прочностью и вязкостью. Введение в сплав этой марки карбида тантала, имеющего меньшую микротвердость и более высокую температуру плавления, существенно увеличивает его сопротивление к трещинообразованию при резких перепадах температуры и ударных нагрузках.

Одним из направлений повышения стойкости инструмента является нанесение на рабочие поверхности твердосплавных пластин износостойких покрытий толщиной 5-6 мкм из карбидов или нитридов титана, ниобия, молибдена и других элементов в специальных вакуумных камерах.

Геометрические параметры и форма пластин, оказывающие существенное влияние на стойкость инструмента, должны выбираться исходя из требований равномерного распределения тепловых и силовых нагрузок по длине режущей кромки и обеспечения хорошего теплоотвода от ревущей части. Главный задний угол a оказывает влияние на напряженное состояние и температурное поле режущей кромки, на силу резания и интенсивность изнашивания. Величина этого угла у резцов для обработки поверхности катания колес должна находиться в пределах 5 - 6°, в отдельных случаях 8 - 10°, но не должна превышать 12°.

С увеличением переднего угла g с одной стороны, уменьшаются работа пластической деформации и сила трения по передней поверхности, снижается тепловыделение, а с другой стороны уменьшается прочность режущего клина.

При обработке колесных пар твердосплавными пластинами резцы целесообразно изготовлять с двойной передней поверхностью и с фаской шириной 0,5 - 1,0 мм под углом

= (-5) - (-15°) и с передним углом g = 0 - (-6°). Такое выполнение передней поверхности повышает прочность пластин, заставляя их работать на сжатие, а не на изгиб. Предел прочности твердого сплава на сжатие значительно больше (4000 - 6000 МПа), чем на изгиб (950 - 1800 МПа). Выбор переднего и заднего углов резца должен учитывать его установку относительно оси центров станка. на копировальном суппорте колесотокарного станка для чистовой обработки установлены два чашечных резца режущей кромкой вниз.

Резец, обрабатывающий колесо по кругу катания, смещен на 48 мм выше центра, резец для обточки гребня - на 48 мм ниже центра. Это обстоятельство отразилось на геометрии данных резцов следующим образом; у первого резца б = 16°;

= -14°; g = 20°; у второго - б = 8°;

= -6°; g = 20°. При этом фактические геометрические параметры будут близки к оптимальным как для верхнего, так и для нижнего резцов [5].

При выборе формы и размеров режущих пластин следует руководствоваться условиями эксплуатации и выбранным способом крепления их на державке. Толщина пластины

ориентировочно определяется из соотношения:

На колесофрезерных станках КЖ20МХ и КЖ20Б используются сборные фасонные фрезы, оснащенные цилиндрическими пластинами, изготовленными из твердого сплава Т14К8. Фрезы имеют по 123 пластины, расположенные в шахматном порядке относительно контура колеса.

На колесотокарных станках моделей VВС150 и VВС125 для обработки профиля поверхности обода колес в основном применяют резцы с треугольными пластинами из твердого сплава Т5К10 и Т14К8. Эти пластины толщиной 10 мм и радиусом при вершинах 5 мм устанавливают в гнезде державок на опорные пластины такой же конфигурации и прижимают болтами через прижимы и стружколомы. Для обработки гребня применяют резец в двумя пластинами, а для обработки поверхности катания - с одной.

На колесотокарных станках модели 165 применяют специальные резцы шведской фирмы "Сандвик Коромант", приспособленные для условий тяжелого резания. Такие резцы состоят из державок с закрепленными на них с помощью винтов резцовыми блоками, снабженными режущими пластинами. В зависимости от принятой схемы обработки профиля поверхности катания обода колес и условий резания на державки можно устанавливать различные резцовые блоки, оснащенные различными пластинами.

В отечественной практике для обработки колесных пар преимущественное распространение получили резцовые блоки с тангенсальными удлиненными пластинами. Призматическое вертикальное исполнение тангенсальной пластины характеризуется устойчивой работой в условиях действия больших сил резания, высоких температур и ударных нагрузок.

Наибольшее применение для черновой и чистовой обработки колесных пар получили чашечные резцы с напаянными пластинами из твердого сплаве Т14К8 и Т5К10 или сборные с механическим их креплением.

Напайкой чашечный резец выполнен в виде оправки из стали 40Х, к которой припаяна пластина с монолитным стружколомом. Сборные чашечные резцы с механическим креплением выпускают с пластинами из стандартных (Форма 12 по ГОСТ 2209-82) и нормализованных (ТУ 48-19-11З-74) заготовок с укороченной и удлиненной оправкой. Опыт эксплуатации чашечных резцов при обработке колесных пар показал, что напаянные и сборные резцы, оснащенные пластинами с монолитным стружколомом обладают большей жесткостью и надежнее в работе, чем резцы со стандартными пластинами.

Рациональные режимы обработки колесных пар могут быть выбраны с использованием нормативных справочников или рассчитаны по эмпирическим формулам по известной общепринятой методике. При выборе рациональных параметров режиме резания необходимо учитывать не только качество режущего инструмента, но я состояние поверхности и поверхностного слоя колесных пар, поступивших в ремонт. В частности необходимо учитывать размер и характер износа поверхности ободьев колес, наличие не поверхности катания ползунов, наваров и других дефектов термомеханического происхождения (ТМП), затрудняющих обработку. Почти все колесные пары с дефектами ТМП имеют на поверхности катания колес участки с твердостью 600 - 1000 НV глубиной залегания до 1,5 - 2,0 мм. Обточка таких колесных пар сопровождается большими ударными нагрузками, что приводит к частому разрушению режущей части инструмента и снижению его производительности в три раза.

Накопленный опыт позволяет рекомендовать при обработке косных пар следующие рациональные параметры режимов резания. При однопроходном обтачивании колесных пар с нормальным износом без дефектов ТМП на поверхности катания колес резцами с механическим креплением тангенсальных пластин с глубиной резания 3 - 6 мм целесообразно использовать частоту вращения шпинделя n = 13 - 20 об/мин, подачу S = 1,8 - 2,2 мм/об, а при обтачивании колесных пар, имеющих повышенный износ или вертикальный подрез гребня, при глубине резания t = 10 - 13 мм необходимо применять частоту вращения шпинделя n = 11 - 20 об/мин, подачу S = 1,3 - 1,6 мм/об.

При использовании призматических пластин из твердого сплава группы ТТК параметры режимов приближаются к наибольшим значениям указанных пределов. Чистовая обработка колесных пар чашечные резцами, осуществляемая непосредственно после грубой с глубиной резания t = 1 - 2 мм, может выполняться при n = 17 - 25 об/мин и S = 2,0 - 2,2 мм/об [4].

Для повышения обрабатываемости колес с дефектами ТМП отраслевой лабораторией ЛИИЖТа в содружестве с ВНИИЖТом разработана технология индукционного нагрева поверхностей катания с целью снижения твердости дефектных участков до исходного состояния [9].

5. Машнев М.М. Единая система классификации и кодирования дефектов железнодорожных колес // Конструктивно-технологическое обеспечение надежности подвижного состава: Сб. науч. тр./ ЛИИЖТ. - Л., 1980. - с. 5 - 18.

6. Богданов А.Ф., Коровкевич В.Б. Математическая модель оптимизация технологической структуры колесных цехов // Совершенствование технологического процесса ремонта и формирования колесных пар подвижного состава: Сб. науч. тр. /ЛИИЖТ. -Л., 1979. - с. 20 - 32.

8. Новый метод периодического восстановления профиля, поверхностей катания колесных пар обточкой после отжиге их при нагреве токами высокой частоты /М.М.Машнев, А.С.Алехин, А.Ф.Богданов и др. // Совершенствование технологического процесса ремонта и формирования колесных пар подвижного состава: Сб. науч. тр./ ЛИИЖТ, - Л., 1979.- с. 6 - 20.