РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА

Полезная модель относится к механической обработке материалов, в частности к механической обработке взрывчатых веществ (ВВ) при утилизации боеприпасов.
В настоящее время механическая обработка зарядов ВВ широко применяется как при изготовлении новых изделий военного и гражданского назначения, так и при извлечении ВВ из корпусов утилизируемых боеприпасов. При проведении механической обработки ВВ необходимо учитывать возможность воспламенения и детонации обрабатываемого материала при воздействии на него режущим инструментом. В связи с этим актуальной является задача разработки безопасной конструкции режущего инструмента, обеспечивающего гарантированное отсутствии возникновения не только детонации, но и заметного разложения ВВ.
При механической обработке ВВ необходимо учитывать наличие процессов, которые отсутствуют при проведении механической обработки инертных материалов. В первую очередь это относится к учету экзотермических реакций, которые могут возникнуть в наиболее прогретых слоях стружки и заготовки из ВВ и привести к их воспламенению или даже детонации. Эти обстоятельства являются решающими при выборе материала и геометрии инструмента, при назначении режимов резания.
6
Известна режущая пластина, используемая в токарных резцах для механической обработки материалов, являющаяся аналогом данной полезной модели [АС №1798045, МПК В23В 27/16, 27/00 от 28.02.93 бюл. №8], которая представляет собой многогранник, содержащий переднюю и расположенную к ней под углом заднюю поверхность, режущие кромки, упрочняющую фаску, наклонную к плоскости расположения режущих кромок, и стружколомающую канавку.
Упрочняющая фаска выполнена в виде трех участков, угол наклона которых к плоскости расположения режущих кромок, определяется соответствующими соотношениями. Повышение стойкости режущей пластины обеспечивается путем выполнения передней поверхности пластины, обеспечивающей необходимую прочность режущего клина инструмента в зависимости от величины действующей нагрузки.
Недостатком аналога является нестабильность стружкодробления и невозможность его использования для механической обработки ВВ, т.к., исходя из геометрии пластины, не обеспечивается минимальная длина площадки контакта режущего инструмента и сходящей стружки, через которую происходит основной нагрев, который может привести к воспламенению или детонации ВВ.
6
Эти недостатки в значительной степени устранены в режущей пластине [Патент РФ №2136448, МПК В23В 27/16 от 10.09.99], являющейся наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели. Режущая пластина, представляющая собой многогранник, содержит переднюю и расположенную к ней под углом заднюю поверхность, которые образуют между собой режущие кромки, имеет первичную фаску вдоль режущих кромок. Эта фаска имеет ширину 0,1-0,8 мм. На ней имеется микростружколом, который образован микровыступом, простирающимся вдоль смежной режущей кромки, и участком первичной фаски, расположенным сзади режущей кромки. Технический результат данного аналога - чистовое точение с приемлемым дроблением стружки.
Недостатком данной пластины является сложность получения геометрии ее передней поверхности, а также невозможность ее использования для механической обработки ВВ, поскольку геометрия не обеспечивает минимальной длины площадки контакта режущего инструмента и сходящей стружки. Кроме этого, геометрия данной пластины не гарантирует стабильного стружкодробления, поскольку расстояние от режущей кромки, на котором должен находиться микростружколом, а также его геометрия, должны определяться исходя из прочностных характеристик обрабатываемого материала и геометрии среза. Материал ВВ отличается по своим механическим характеристикам от металла. Исходя из предела прочности на сжатие и толщины срезаемого слоя данного материала, следует, что конструкция микростружколома не обеспечивает слом стружки при малых толщинах среза. В результате этих недостатков наиболее нагретой оказывается поверхность стружки, непосредственно прилегающая к передней поверхности режущего инструмента, и с точки зрения обеспечения безопасности процесса резания, необходимо, чтобы температура на ней не превышала температуру воспламенения обрабатываемого материала. Кроме того, наличие экзотермических реакций, протекающих в наиболее прогретых слоях стружки из ВВ, также может привести к ее воспламенению или даже детонации.
Технической задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение безопасности работ при механической обработке ВВ резанием путем снижения температуры стружки.
Поставленная техническая задача в полезной модели решается следующим образом. Режущая пластина, выполненная в форме многогранника, содержит переднюю и расположенную к ней под углом заднюю поверхность, образующие между собой режущие кромки, вдоль которых по периметру на передней поверхности имеется фаска, расположенная под углом к плоскости передней поверхности. На передней поверхности у вершин пластины выполнены полусферические углубления радиусом R, определяемым по зависимости:
,
где h - ширина фаски, γ - угол ее наклона к плоскости передней поверхности режущей пластины, L - линейный размер, определяемый следующим соотношением, в зависимости от свойств обрабатываемого материала:
,
Z
где [σ] - предел прочности обрабатываемого материала на сжатие, a - толщина срезаемого слоя, b - ширина среза, P - составляющая силы резания.
На передней поверхности режущей пластины дополнительно выполнена вспомогательная канавка с радиусом скругления r=(0,6…0,7)R. Там же закреплен, преимущественно пайкой, микростружколом, при этом его боковые поверхности выполнены под углом ε к вертикали, а величина угла ε лежит в пределах: 20°≤ε≤45°, при толщине микростружколома .
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где, на фигуре 1 представлена режущая пластина, на фигуре 2 - сечение А-А на фигуре 1, на фигуре 3 - сечение Б-Б на фигуре 1, на фигуре 4 - схема работы конструкции.
Режущая пластина, выполненная в форме многогранника, содержит переднюю 1 и расположенную к ней под углом заднюю 2 поверхность, которые образуют между собой режущие кромки 3. Вдоль режущих кромок по периметру на передней поверхности имеется фаска 4 шириной h=0,3 мм, расположенная под углом γ к плоскости передней поверхности, величина которого находится в следующих пределах: 30°≤γ≤40° и обеспечивает минимальные значения сил резания, от которых напрямую зависит температура в зоне резания. На передней поверхности у вершин пластины выполнены полусферические углубления 6 радиусом R, определяемым по зависимости:
,
где h - ширина фаски, γ - угол ее наклона к плоскости передней поверхности режущей пластины, L - линейный размер, определяемый следующим соотношением, в зависимости от свойств обрабатываемого материала:
,
Z
где [σ] - предел прочности обрабатываемого материала на сжатие, a - толщина срезаемого слоя, b - ширина среза, P - составляющая силы резания.
На передней поверхности режущей пластины дополнительно выполнена вспомогательная канавка 5 с радиусом скругления r=(0,6…0,7)R. Там же закреплен, преимущественно пайкой, микростружколом 7, боковые поверхности которого выполнены под углом ε к вертикали, лежащим в пределах: 20°≤ε≤45°. Как показывают экспериментальные исследования [Баранчиков В.И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Обработка специальных материалов в машиностроении: Справочник. Библиотека технолога. - М.: Машиностроение, 2002, 264 с], при угле ε<20° не обеспечивается свободный, без торможения сход стружки, а при угле ε>45° не обеспечивается ее стабильный слом, что в обоих случаях приводит к повышению температуры стружки.
Для обеспечения наименьшей длины стружки большим толщинам срезаемого слоя должен соответствовать меньший угол ε и наоборот: например, толщина срезаемого слоя 1 мм - угол ε=45°, толщина срезаемого слоя 6 мм - угол ε=20°. При этом угол ε определяется по зависимости:
,
где х=0,3 мм (см. фиг.2).
Расстояние L от режущей кромки, на котором находиться микростружколом, а также его толщина , определяемые, исходя из прочностных характеристик обрабатываемого материала ВВ, гарантируют стабильное стружкодробление во всем диапазоне толщин срезаемых слоев при механической обработке данных материалов, что приводит к уменьшению температуры нагрева стружки.
Линейный размер L - определяющий геометрию пластины, является также длиной стружки. Чем меньше длина стружки, тем меньше температура, до которой она может нагреться, в результате трения о переднюю поверхность режущего инструмента, об этом свидетельствуют результаты эксперимента: например, длина стружки 1 мм - температура ее нагрева - 321 К, длина стружки 2,7 мм - температура ее нагрева - 460 К и т.д.
Таким образом, все геометрические размеры пластины, определяемые на основе линейного размера L, снижают температуру стружки при уменьшении данного размера.
Принцип работы режущей пластины, с учетом выше приведенного описания, заключается в следующем. При механической обработке ВВ, с помощью режущей кромки 3 происходит срезание слоя обрабатываемого материала. Образующаяся таким образом стружка, проходя по поверхности фаски 4, которая находится под углом к передней поверхности 1 пластины, попадает в полусферические углубления 6, которые уменьшают площадку контакта ее с передней поверхностью режущего инструмента, и упирается в боковую поверхность микростружколома 7, при этом стружка испытывает повышенную деформацию, что приводит к ее разрушению и дроблению (см. фиг.4). В том случае, если механическая обработка ведется боковой поверхностью пластины, слой, срезаемый режущей кромкой 3, проходя по поверхности фаски 4, попадает во вспомогательную канавку 5, которая также уменьшает площадку контакта срезаемого слоя с передней поверхностью режущего инструмента, и упирается в боковую поверхность микростружколома 7, что приводит к его разрушению и дроблению.
Преимущество предложенной конструкции режущей пластины заключается в возможности проведения механической обработки ВВ при различных параметрах режимов резания с гарантированным стружколоманием. При этом снижение температуры стружки осуществляется как за счет ее дробления, так и за счет уменьшения площадки контакта с передней поверхностью режущего инструмента, через которую происходит основной нагрев. Снижение температуры стружки уменьшает вероятность возникновения экзотермических реакций, которые протекают в наиболее прогретых слоях стружки и могут привести к ее воспламенению или даже детонации.
Данная конструкция режущей пластины была изготовлена и прошла испытания на базе заявителя с положительными результатами при утилизации боеприпасов.