Разработка технологического процесса изготовления изделия Резец токарный с механическим креплением пластины

Введение
Технический прогресс, высокая эффективность и качество изготавливаемых изделий в металлообрабатывающем производстве, прежде всего, зависят от уровня развития производства используемого механического оборудования, станков и машин. Металлообработка в частности и отрасли машиностроения в целом занимают лидирующие места в экономической жизни страны, обеспечивая тем самым, не только рост экономических показателей страны, но технический прогресс.
Постоянное развитие электроники позволяет создавать автоматизированное оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ), применение которого позволяет повысить не только режимы резания, и как следствие, производительность обработки (достигается благодаря повышению жесткости системы СПИД – станок-приспособление-инструмент-деталь), но и одновременно повысить точность обработки. Применение станков с ЧПУ с одновременным внедрением новых синтетических сверхтвердых инструментальных материалов, позволяет повысить режимы резания твердых и закаленных материалов, лезвийная обработка которых ранее была невозможна.
В машиностроении на ведущие места вышли такие понятия, как высокая производительность и низкая себестоимость, что обеспечивает конкурентоспособность выпускаемой продукции, как на внутреннем рынке, так и при ее экспорте.
При этом, технология машиностроения решает дальнейшие задачи повышения качества продукции, снижение себестоимости, трудоемкости, материалоемкости, а также повышения автоматизации и механизации производства. Принятая технология обработки деталей должна обеспечивать надежность работы готового изделия, наряду с экономической эффективностью при эксплуатации. Совершенствование технологии машиностроения определяется потребностями производства необходимых обществу машин и изделий.
Машиностроение играет важнейшую роль в экономике страны. Невозможно себе представить механизм, изделие или машину, которые не подвергались бы механической обработке (либо отдельных деталей, либо в сборке). Поэтому, точный, надежный и износостойкий режущий инструмент, наряду со станками, и обеспечивает качественную обработку, с повышенными режимами резания и увеличенными интервалами между заменой режущих пластин. Все это позволяет повысить конкурентоспособность изделий машиностроения как на внутреннем рынке, так и при экспорте продукции.
Изделие «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины» предназначен для токарной обработки, в том числе, подрезание торцов, контурного точения, продольного точения деталей, изготовленных из разнообразных материалов – сталей, цветных сплавов, алюминиевых и магниевых сплавов, а также чугуна.
Исходными данными является чертеж изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины», а также материл изготовления державки, материал (марка твердого сплава) изготовления режущей пластины, годовая программа изготовления изделий «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины».
В ходе выполнения дипломной работы будут изучены требования к изделию «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины», принцип работы изделия, порядок расчетов режимов резания и себестоимости изделия.
В дипломной работе будут предоставлена следующая информация:
– анализ исходных данных;
– общая информация об изделии «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»;
– назначение и принципы работы изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»;
– характеристика и назначение основных элементов изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»;
– выбор типа производства;
– разработка технологического процесса;
– выбор и характеристика оборудования;
– выбор и характеристика оснастки;
– выбор и характеристика режущего инструмента;
– выбор и характеристика контрольного и мерительного инструмента;
– расчет режимов резания;
– схема цеха, маршрутная карта;
– контроль качества деталей;
– сборка изделия изделий «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»;
– испытания изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»;
– расчет предварительной себестоимости изделия изделий «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»;
– расчет стоимости стандартных изделий;
– расчет стоимости необходимого инструмента;
– расчет стоимости материалов;
– расчет накладных расходов;
– предварительный расчет стоимости работ;
– калькуляция себестоимости готового изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»;
– выводы о возможности применения результатов работы.
В графической части работы будут представлены следующие чертежи:
– сборочный чертеж резца;
– спецификация к сборочному чертежу;
– чертеж державки резца.
Целью и результатом выполнения дипломной работы является разработка технологического процесса изготовления изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины».
Раздел 1 - Вводная часть
1.1 Анализ исходных данных
К взятым за основу исходным данным для выполнения работы относятся:
- сборочный чертеж и спецификация изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины» (представлен в графической части работы);
- чертеж державки, входящей в сборочную «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины» (представлен в графической части работы);
- назначение вида обработки – черновое/получистовое точение;
- годовая программа выпуска изделий «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины» - 10 000 шт.
Отметим, что в последнее время наблюдается тенденция повсеместной замены резцов из быстрорежущих сталей на резцы, оснащенные пластинами, изготовленными из различных марок твердого сплава. Это обуславливается тем, что заменить пластину дешевле, удобнее и проще, чем целый резец.
Конструкция токарного резца является простой и состоит из нескольких деталей (рисунок 1, рисунок 2):
- державки (поз. 5, рисунок 2);
- режущей пластины из твердого сплава (поз. 2, рисунок 2);
- прижима (поз. 6, рисунок 2);
- проставки под режущую пластину (поз. 1, рисунок 2);
- винта крепления прижима (поз. 4, рисунок 2);
- центрирующего штифта для режущей пластины (поз. 3, рисунок 2).

Рисунок 1 – Общий вид изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»


Рисунок 2 – Крепление твердосплавной пластины изделия «Резец токарный с механическим креплением режущей пластины»

Режущая пластина изготавливается из различных марок твердых сплавов, таких как [1]:
- Т5К10 – двухкарбидный титановольфрамокобалтовый твердый сплав, состоящий из карбида титана (5%), карбида кобальта (10%), остальное - карбид вольфрама. Применяется для изготовления резцов для обработки сталей и других материалов. Основные виды обработки – черновое точение (в том числе, с ударами), фасонное точение, чистовое строгание, черновое фрезерование легированных сталей;
- ВК6 – твердых спеченный сплав, вольфрамовая группа. Состоит из кобальта (6%), остальное – карбид вольфрама (94%). Применяется для обработки материалов резанием, в том числе, чернового (в том числе, с ударом) и получистового точения, получистового фрезерования, рассверливания и растачивания отверстий, зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов;
- эльбор (сверхтвердый материал). Применяется для изготовления режущих пластин и резцов, предназначенных для непрерывной обработки различных марок закаленных сталей, имеющих твердость 40 –70 HRC, чугунов с параметром твердости 160-600 НВ, твердых сплавов марок ВК15, ВК20, ВК25. Резцы позволяют вести тонкую и чистовую обработку с глубиной резания 0,1 - 0,7 мм;
- и большое количество других режущих материалов.
Необходимо отметить, что форма режущей пластины может быть разной. Наиболее распространенными видами пластин являются следующие геометрические типы пластин:
- призматические (рисунок 3, а);
- многогранные (рисунок 3, б);
- круглые (рисунок 3, в).
Маркировка твердосплавных пластин выполняется по единой системе ISO 1832.

Рисунок 3 – Форма твердосплавных пластин

Державка (корпус) резца, как правило, изготавливается из сталей марок 45 или 40Х. Для закрепления режущей пластины на державке применяется один из двух способов: 
- пайка;
- механическое крепление.
Резцы с напаянными пластинами изготавливаются при помощи припоев из красной меди или латуни, поскольку стали, из которой сделана державка (корпус) и твердый сплав, из которого сделана режущая пластина имеют различные коэффициенты температурного расширения [2]. Охлаждение поверхностных слоев после пайки характеризуется тем, что слои металла державки (корпуса) резца по скорости сжимаются быстрее, чем слои твердого сплава режущей пластины, поскольку твердых сплав обладает меньшим коэффициентом температурного расширения чем сталь. Из-за этого, возникают касательные напряжения в паяном слое. Изнашивание режущей пластины резца характеризуется том, что пластину необходимо перетачивать, тем самым, после переточки размеры режущей пластины уменьшаются. В связи с этом, прочность режущей пластины падает после каждой переточки, вследствие этого, возникающие при обработке касательные напряжения могут вызывать растрескивание, либо в некоторых случаях, разрушение режущей пластины. Нагрев державки и пластины в процессе резания характеризуется тем, что напряжения уменьшаются, но после завершения процесса резания и охлаждения резца напряжения восстанавливают свое значение. Резцы с напаянными режущими пластинами из твердого сплава, как правило, применяются при обработке заготовок на больших подачах, т.е. в случаях, когда большие силы резания действуют на лезвия резца. В связи с вышеуказанными недостатками напайных резцов, все более распространенным становится применение резцов с механическим креплением режущих пластин.
Широкое применение при токарных работах на различных режимах резания нашли токарные резцы с механическим креплением режущих пластин к державке. Механическое крепление надежно удерживает режущую пластину в гнезде державки, тем самым, не вызывает опасных внутренних напряжений для хрупкого твердого сплава, из которого изготовлена режущая пластина. Необходимо отметить, что разработано множество вариантов крепления режущий пластины в державке для различных условий обработки. Основные варианты крепления режущей пластины к державке представлены на рисунках 4-8.
Представленный на рисунке 4 прижим сверху и поджим за отверстие, как правило, применяется при закреплении односторонних пластин без задних углов. К основным преимуществам данного способа закрепления можно отнести надежность крепления и жесткость конструкции в целом. Данная схема крепления позволяет обеспечить одновременное приложение сил, которые направлены внутрь гнезда и сил, которые прижимают режущую пластину. Одновременно, при данном типе закрепления гарантируется надежность крепежных элементов и, повторяемость размеров при замене режущей пластины и жесткость [2].