РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ КОЛЕСОТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Заявляемый объект относится к полезной модели, которая применима при обработке материалов резанием лезвийным инструментом с механических креплением сменных двухсторонних неперетачиваемых режущих пластин, выполненных из любых инструментальных материалов.
Выделяющаяся в процессе резания материалов теплота является одним из основных показателей интенсивности процесса резания, так она определят стойкость режущего инструмента и производительность обработки (Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М. Высшая школа., 1975).
Одним из способов снижения теплонапряженности контактных слоев режущего инструмента и обрабатываемой детали является интенсификация теплоотвода из зоны резания. Это позволяет уменьшит теплонапряженность режущего клина инструмента и тем самым увеличить его стойкость (Резников А.Н. Теплофизика резания. М. Машиносторение, 1969).
2
Для улучшения теплоотвода применяются различные способы. Наиболее эффективным является использование при резании смазочно-охлаждающих жидкостей (Резников А.Н. Теплофизика резания. М. Машиносторение, 1969; Корсаков В.С. Точность механической обработки. М. Маш-гиз. 1961). При восстановительной механической обработке профиля поверхности катания колесных пар рельсового подвижного состава (колесотокарной обработке) нет возможности использования СОЖ, так как в применяемом специализированном станочном оборудовании конструктивно отсутствует возможность ее подачи, сбора, очистки и повторного использования. При колесотокарной обработке из-за больших площадей срезаемого материала (15-22 мм) возникает высокая теплонапряженность процесса обработки, это вызывает значительный нагрев зоны резания (800-10001°C), что приводит к высокой интенсивности изнашивания режущего инструмента (Ремонт и ремонтопригодность колесных пар подвижного состава железных дорог. Под ред. Иванова И.А., М.: ИНФРА-М, 2011).
При колесотокарной обработке наиболее широкое распространение получило использование сборных токарных резцов, состоящих из державки, режущей пластины и прижима (механизма крепления) (рис. 1). При этом используются двухсторонние режущие пластины с большими передними углами (γ=12-15°) и широкими стружколомающими канавками по контуру передней поверхности (шириной 2,5-3,5 мм.) (рис. 2). При двухсторонней конструкции передняя поверхность режущей пластины используется так же в качестве опорной, соприкасающееся с опорной поверхностью державки. Из-за больших передних углов и широких стружколомающих канавок в зоне контакта опорных поверхностей пластины и державки образуются большие воздушные карманы (площадь фактического контакта опорных поверхностей составляет 50-65% от общей площади опоры), которые значительно ухудшают теплоотвод от режущей пластины в корпус державки являющимся массивным теплопоглотилелем (т.к. теплопроводность воздуха в 1000 раз ниже теплопроводности металлов) (рис. 3а).
Наиболее близким по технологической сущность к заявляемой модели является режущий инструмент, описанный в (Патент на полезную модель №111787 Режущий инструмент. Авторы: Галанов В.Л., Гаршина В.И., Дубров Д.Ю. и др.) и содержащий корпус, режущую и опорную пластины, державку, прижим и теплоотвод, выполненный в виде тепловой трубы, радиатор которой расположен снаружи. Теплоотвод при этом заполняется легкоплавким сплавов или низкокипящим теплоносителем. Оно и взято за прототип.
Однако данная конструкция прототипа очень сложна, трудоемка в изготовлении, а так же из-за ограниченности размеров рабочей зоны и сложного профиля детали не может применятся при колесотокарной обработке.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение износостойкости режущего инструмента при колесотокарной обработке за счет интенсификации теплоотвода от режущей пластины. Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где показан сборный токарный резец для колесотокарной обработки, где: 1 - пластина LNMX-301940; 2 - эксцентрик; 3 - кассета гребневая; 4 - корпус державки; 5 - винт ГОСТ 1476-84; 6 - кассета проходная; формы двухсторонних режущих пластин для колесотокарной обработки (а - типа LNUX 301940 и б - типа BNUX 201540); контакт основания резцовой державки и режущей пластины, где: 1 - державка; 2 - пластина; 3 - термопрокладка.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что на переднюю поверхность режущей пластины наклеиваются теплопроводящие эластичные прокладки из листового армированного материала (например из материала НОМАКОН КПТД-2) по форме и толщине соответствующие размерам стружколомающих канавок. Данные прокладки из керамико-полимерного теплопроводящего материала обладают большой эластичностью (не менее 50%) и теплопроводностью (0,8-1,4 Вт/(м*K)) обеспечивают эффективную теплопередачу по всей опорной поверхности, ликвидируя при этом воздушные зазоры (рис. 3б). За счет армирования стекловолокном материал выдерживает сжатие до 40 МПа, что гарантирует надежное закрепление режущей пластины. При индексации режущей пластины, когда опорная поверхность пластины превращается в переднюю поверхность, части прокладки, находящиеся в контактной зоне, легко удаляются сходящей стружкой.
Принцип работы полезной модели заключается в повышении интенсивности теплоотвода из зоны резания в процессе работы режущего инструмента за счет увеличения фактической площади взаимодействия опорной поверхности режущей пластины и державки с помощью установки теплопроводящих эластичных прокладки из листового армированного керамико-полимерного теплопроводящего материала, обладающего большой эластичностью и теплопроводностью, обеспечивая эффективную теплопередачу по всей опорной поверхности.
Так как при колесотокарной обработке возникают большие усилия резания, то для обеспечения надежности закрепления режущей пластины в державке необходимо прикладывать большое усилие зажима. Поэтому использование вязких теплопроводных интерфейсов (термопаст) в данном случае неэффективно, так как толщина слоя наносимой термопасты не должна превышать 100 мкм., что не позволяет заполнить стружколомающие канавки на передней поверхности пластины, кроме того, при большом усилии зажима паста выдавливается из контакта и снижает надежность закрепления. Использование теплопроводящих заливочных компаундов (термоклеи) также не возможно, из-за необходимости индексации изношенных режущих пластин.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения:
1. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М. Высшая школа., 1975.
2. Резников А.Н. Теплофизика резания. М. Машиносторение, 1969.
3. Корсаков В.С. Точность механической обработки. М. Маш-гиз. 1961.
4. Ремонт и ремонтопригодность колесных пар подвижного состава железных дорог. Под ред. Иванова И.А., М.: ИНФРА-М, 2011.
5. Патент на полезную модель №111787 Режущий инструмент. Авторы: Гапанов В.Л., Гаршина В.И., Дубров Д.Ю. и др.