Быстрорежущая сталь обладает прекрасной прочностью и вязкостью, но, по сравнению с твердым сплавом, более низкой твердостью. Более того, твердость быстрорежущей стали снижается с увеличением температуры. Применительно к процессу резания это означает, что с увеличением скорости резания и соответствующим повышением температуры в зоне контакта инструментального и обрабатываемого материала, режущие свойства быстрорежущей стали снижаются из-за снижения её твердости.
На практике инструменты из твердого сплава могут работать на скоростях резания, в разы превышающих граничные скорости резания для быстрорежущих сталей и при этом обладают более высокой стойкостью. В то же время более низкая вязкость разрушения (т.е. способность противостоять возникновению трещин) твердого сплава, по сравнению с быстрорежущей сталью, ограничивает его применение к нарезанию резьбы метчиком.
Особенно это относится к обработке заготовок из стали, так как в этом случае ситуация ухудшается тем, что длинная стружка остается в стружечных канавках и увеличивает тем самым нагрузку на режущие кромки, что впоследствии ведет к их выкрашиванию (Рис.1.). Во многом из-за этого на сегодняшний день твердосплавные метчики применяются в основном только для обработки более легких, с точки зрения резания, материалов – чугуна и алюминиевых сплавов.
Рис.1. Стружка в зоне резания при нарезании резьбы в отверстии.
Однако существует еще одна технологическая проблема применения твердосплавных метчиков. Дело в том, что любой твердосплавный инструмент успешно работает только в условиях жесткости всей технологической наладки.
Также при нарезании резьбы метчиком на станке необходимо обеспечивать соответствие скорости подачи и шага метчика при обработке. Кроме того, если на станке нет функции «жесткого» резьбонарезания (или по другой терминологии «синхронного»), отсутствие согласования вращения шпинделя и осевого перемещения приводит к тому, что подача прекращается быстрее, чем останавливается шпиндель. В результате метчик продолжает вращаться, что приводит к поломке.
А малейшее рассогласование двух движений приводит к неравномерному ускоренному износу инструмента за счет того, что одна из поверхностей инструмента более нагружена, или браку детали по качеству резьбы либо по поломке инструмента, часть которого остается в детали, с последующими комплексными затратами (время простоя оборудования, отбраковка детали, повышение бюджета на инструмент и т.п.). При применении быстрорежущих метчиков для большого количества оборудования и задач проблема чаще всего решается применением специализированной оснастки - при помощи патронов для резьбонарезания с осевой и радиальной компенсацией (Рис.2.), но их применение не решает проблему производительности операции.
Метчики из быстрорежущей стали в таких условиях работают относительно хорошо, а вот применение твердосплавных метчиков практически исключается.
В настоящее время существует специализированная резьбонарезная оснастка для работы в режиме «жесткого» резьбонарезания, позволяющая работать метчику при постоянной скорости резания. Система исключает периоды плавного разгона и торможения вращения шпинделя станка. Так же снабжена зубчатой передачей, посредством которой производится реверс инструмента и изменение направления вращения шпинделя станка не требуется. Данная оснастка частично решает вопрос производительности обработки при помощи метчиков. Происходит это, естественно, не за счет повышения режимов резания.
Рис.2. Резьбонарезные патроны с компенсацией.
К сожалению, оборудование с функцией «жесткого» резьбонарезания для метчиков или резьбовых фрез имеют в своем станочном парке не все предприятия, поэтому повышение производительности обработки внутренних резьб твердосплавными метчиками и резьбовыми фрезами будет носить исключительно частный ограниченный характер и не будет гарантировать стабильного результата. Следовательно, повышение производительности и снижение затрат на обработку резьбовых отверстий путем внедрения твердосплавных метчиков и резьбовых фрез частично исключается.
Задача по снижению себестоимости обработки деталей при снятии операции со станков с ЧПУ, с высокой стоимостью станко-часа, решается путем внедрения в производство резьбонарезных манипуляторов.
Автоматизация ручного труда обработки резьб, на участках слесарной обработки, при серийном, мелкосерийном и единичном производстве решается применением резьбонарезных манипуляторов BLUETECH TEKNOMASYON, эксклюзивным поставщиком в России которых является компания АО «Росмарк-Сталь».
Рис.3. Резьбонарезной манипулятор BLUETECH
Основой конструкции резьбонарезных манипуляторов является пантограф. Привод инструмента крепится к руке манипулятора, состоящей из двух или трех рычагов, в случаях же изготовления данного оборудования под задачи заказчика может иметь иную нестандартную конструкцию. Данная конструкция обеспечивает движение без перекосов оси патрона во всей рабочей зоне. В результате гарантируется взаимная параллельность резьбовых отверстий в каждой обрабатываемой плоскости.
Смена режущего и вспомогательного инструмента (быстросменных вставок, метчиков (Рис.4.)) происходит быстро и легко благодаря принципу быстросменных соединений. Общий вес исполнительного органа, закрепленного на конце руки манипулятора, уравновешивается за счет регулирования усилия демпфера. Таким образом, даже при весьма тяжелом инструменте (например, метчики М36) вес в руке рабочего весьма незначителен.
Рис.4. Быстросменные вставки и метчик.
Существует несколько исполнений привода вращения инструмента: пневматический, гидравлический и электрический.
Принцип действия резьбонарезных манипуляторов весьма прост. Режущий инструмент крепится в патрон при помощи системы быстросменных вставок. Рабочий направляет руку манипулятора к уже заранее подготовленному отверстию, устанавливает инструмент в начальное положение. При нажатии и удержании ручки-рычага на корпусе привода инструмент начинает вращаться. Для нарезания первого витка резьбы необходимо небольшое усилие руки. Далее инструмент самозатягивается по резьбе, что, соответственно, уже не требует усилий от рабочего. После нарезания необходимой длины резьбы оператор включает реверс нажатием кнопки во второе положение (в некоторых моделях включается автоматически), включается реверс и инструмент выкручивается на тех же режимах, а если конфигурация позволяет, то, на усмотрение оператора, в более высоких или низких режимах.
Гидравлические и электрические резьбонарезные манипуляторы BLUETECH компании «Росмарк-Сталь» перекрывают достаточный большой диапазон резьб от М2 до М36 в отверстиях заготовок из стали и других конструкционных материалов. Обработка ведется современными метчиками. Обработку можно вести не только в вертикальном положении, но и под любым углом (Рис.5.).
Рис.5. Схема поворота головы
Резьбонарезные манипуляторы BLUETECH являются мобильными и не требуют обязательного крепления к верстаку. Применение манипуляторов с передвижным столом позволяет не перебазировать крупногабаритную заготовку, а перемещать манипулятор вокруг нее. Как пример можно привести обработку крупногабаритных корпусов или рам подвижного состава. Так же его мобильность позволяет перемещать манипулятор в любую точку участка или цеха (Рис.6.).
Рис.6. Положение заготовки при нарезании резьбы.
Наиболее универсальными и мобильными в применении являются резьбонарезные манипуляторы с электрическими и гидравлическими приводами. Необходимо только подключение к электросети.
Манипуляторы же с пневматическим приводом применимы в основном для решения несложных задач по нарезанию резьбы в отверстии небольшого диаметра и менее мобильны, что обусловлено необходимостью иметь точку подключения к воздушной магистрали с достаточно высокими требования по стабильности значений давления в системе и чистоты воздуха (конденсат, инородные тела).
С точки зрения выдаваемых технических показателей резьбонарезные манипуляторы с электро- и гидроприводами наиболее стабильны. Но все же наиболее долговечными следует признать гидравлические манипуляторы. Так же они обладают высоким крутящим моментом и превосходят не только пневматические, но и электрические манипуляторы.
Данная особенность манипуляторов с гидравлическими приводами остро необходима при таких условиях нарезки резьбы, как нарезание резьбы в отверстиях среднего и большого диаметра, а также нарезания отверстий в заготовках из сложнообрабатываемых материалов, склонных к наклепу или термическому упрочнению.
Потенциал применения резьбонарезных манипуляторов BLUETECH компании АО «Росмарк-Сталь» в рамках производственных процессов машиностроительных предприятий России высок. Но, как и при внедрении любого нового оборудования и изменения технологического процесса производства, требуется глубокий анализ прямых и косвенных производственный затрат для технико-экономического обоснования подобных решений. Специалисты компании АО «Росмарк-Сталь» имеют большой опыт внедрения передовых и эффективных производственных решений и всегда готовы оказать вам профессиональную поддержку вопросах оценки, расчета, обоснования и применения.
Обращайтесь к профессионалам и уже завтра вы оцените положительный эффект предлагаемых нами решений по оборудованию и инструменту.
Кирилл Сидоров
Специалист службы тех. поддержки АО «Росмарк-Сталь»