Токарная пластина

Токарная пластина — это сменный режущий элемент, предназначенный для механической обработки металлов и других материалов на токарных станках. Представляет собой многогранную пластину из твёрдого сплава, керамики, поликристаллического алмаза (PCD) или кубического нитрида бора (CBN), которая крепится на державке (резце). Токарные пластины являются основным рабочим органом токарных резцов, обеспечивая высокую производительность и точность обработки за счёт возможности быстрой замены затупившегося элемента без переточки всего инструмента.

История

История токарных пластин неразрывно связана с развитием металлорежущего инструмента. До середины XX века токарные резцы изготавливались цельными — из быстрорежущей стали (Р6М5, Р18) или с напайными твёрдосплавными пластинами. Такие инструменты требовали переточки по мере износа, что снижало производительность и увеличивало время на переналадку станка.

В 1950-х годах шведская компания Sandvik Coromant (входит в группу Sandvik AB) начала разработку сменных многогранных пластин. В 1970-х годах были внедрены первые системы механического крепления пластин на державках, что позволило отказаться от пайки и переточки. В 1980-х годах появились пластины с износостойкими покрытиями (TiN, TiCN, Al₂O₃), наносимыми методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) или физического осаждения (PVD). Это значительно повысило стойкость инструмента и скорость резания.

В СССР и России производство твёрдосплавных пластин было налажено на предприятиях, таких как Московский комбинат твёрдых сплавов (МКТС), Кировградский завод твёрдых сплавов (КЗТС) и других. В постсоветский период российский рынок токарных пластин в значительной степени занят импортной продукцией (Sandvik, Iscar, Kennametal, Mitsubishi), хотя сохраняется и отечественное производство (например, ООО «Вириал», Санкт-Петербург).

Классификация

Токарные пластины классифицируются по нескольким признакам: форме, способу крепления, материалу, типу покрытия и области применения.

По форме

Форма пластины определяет количество режущих кромок и углы в плане. Основные формы:

• Ромбические (обозначение C, D, V, W) — наиболее распространены для чистовой и получистовой обработки. Имеют 4, 6 или 8 режущих кромок.
• Квадратные (S) — 4 кромки, используются для обработки уступов и торцов.
• Треугольные (T) — 3 кромки, применяются для черновой обработки и при больших глубинах резания.
• Круглые (R) — не имеют углов, подходят для профилирования и обработки сложных контуров.
• Прямоугольные (L) — для специальных операций, например, отрезки.
• Шестигранные (H) — 6 кромок, реже встречаются.

По способу крепления

• С отверстием — крепятся винтом или клином через центральное отверстие (наиболее распространённый тип).
• Без отверстия — фиксируются прихватами или пружинными зажимами.
• С пазом — для крепления в специальных державках.

По материалу

• Твёрдые сплавы (WC-Co) — основаны на карбиде вольфрама с кобальтовой связкой. Маркируются по ISO (P, M, K, N, S, H) в зависимости от обрабатываемого материала:
• P — для стали (P10, P20, P30).
• M — для нержавеющей стали (M10, M20).
• K — для чугуна (K10, K20).
• N — для цветных металлов.
• S — для жаропрочных сплавов.
• H — для закалённых сталей.
• Керамика (Al₂O₃, Si₃N₄) — для высокоскоростной обработки чугуна и закалённых сталей, но хрупка.
• CBN (кубический нитрид бора) — для обработки закалённых сталей (HRC > 45) и чугуна.
• PCD (поликристаллический алмаз) — для обработки алюминия, композитов и неметаллических материалов.

По типу покрытия

• CVD (химическое осаждение) — многослойные покрытия (TiN, TiCN, Al₂O₃), обеспечивают высокую износостойкость при высоких температурах.
• PVD (физическое осаждение) — тонкие покрытия (TiAlN, AlCrN), применяются для прерывистого резания и обработки нержавеющих сталей.
• Без покрытия — для низкоскоростной обработки и специальных условий.

Устройство и характеристики

Токарная пластина имеет несколько геометрических параметров, которые определяют её режущие свойства:

• Передний угол (γ) — угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к обрабатываемой поверхности. Влияет на силу резания и стружкообразование.
• Задний угол (α) — угол между задней поверхностью и обрабатываемой поверхностью. Предотвращает трение пластины о заготовку.
• Угол в плане (φ) — угол между главной режущей кромкой и направлением подачи. Определяет форму стружки и нагрузку на кромку.
• Радиус при вершине (r) — скругление вершины пластины. Влияет на шероховатость поверхности и прочность кромки.
• Толщина (s) — варьируется от 2 до 10 мм в зависимости от размера пластины.
• Размер (IC) — диаметр вписанной окружности (для круглых пластин) или длина стороны (для многогранных). Стандартные размеры: 06, 08, 10, 12, 16, 20 мм.

Пластины маркируются по международному стандарту ISO 1832, который включает буквенно-цифровой код, например: CNMG 120408 — ромбическая пластина (C) с задним углом 0° (N), класс допуска M, с отверстием (G), размер 12 мм, толщина 4 мм, радиус при вершине 0,8 мм.

Применение

Токарные пластины используются в различных операциях токарной обработки:

• Черновое точение — снятие больших припусков (глубина резания до 10 мм) с использованием пластин с высокой прочностью (например, R- или S-формы).
• Чистовое точение — получение точных размеров и низкой шероховатости (Ra 0,4–1,6 мкм) с помощью пластин с малым радиусом при вершине (0,2–0,4 мм).
• Растачивание — обработка внутренних отверстий с использованием пластин малого размера (IC 06–10 мм).
• Отрезка и канавки — специальные пластины для отрезных резцов (например, формы L или G).
• Резьбонарезание — пластины с профилем резьбы (метрической, дюймовой, трапецеидальной).
• Копировальное точение — обработка сложных контуров с помощью круглых пластин.

Области применения охватывают машиностроение, авиастроение, автомобилестроение, судостроение, производство нефтегазового оборудования и другие отрасли, где требуется высокая точность и производительность.

Критерии выбора

При выборе токарной пластины учитываются:

• Обрабатываемый материал — сталь, нержавейка, чугун, алюминий, титан, жаропрочные сплавы.
• Тип операции — черновая, получистовая, чистовая.
• Условия резания — скорость резания (м/мин), подача (мм/об), глубина резания (мм).
• Требования к качеству поверхности — шероховатость, допуски.
• Тип станка — универсальный, с ЧПУ, обрабатывающий центр.
• Стойкость инструмента — экономическая эффективность (стоимость пластины на одну деталь).

Производители

На мировом рынке токарных пластин доминируют несколько компаний:

• Sandvik Coromant (Швеция) — лидер в области инноваций, выпускает пластины серий GC, CoroCut, PrimeTurning.
• Iscar (Израиль) — известен пластинами с уникальной геометрией (HELIDO, DO-GRIP).
• Kennametal (США) — предлагает пластины для тяжёлой обработки (серии K, KC).
• Mitsubishi Materials (Япония) — пластины для высокоскоростной обработки (серии VP, MP).
• Walter (Германия) — пластины с покрытиями Tiger·tec.
• TaeguTec (Южная Корея) — бюджетный сегмент.
• Отечественные производители: ООО «Вириал» (Санкт-Петербург), АО «КЗТС» (Кировград), ООО «Инструментальный завод» (Томск) — выпускают пластины из твёрдых сплавов марок ВК, ТК, ТТК.

Интересные факты

• Первые сменные пластины были разработаны в 1940-х годах в США, но массовое внедрение началось только в 1970-х.
• Пластины с покрытием TiAlN (титан-алюминий-нитрид) могут работать при температурах до 900 °C.
• В России стандартизация токарных пластин осуществляется по ГОСТ 19042-80 (для твёрдосплавных пластин) и ГОСТ 25003-81 (для керамических).
• Современные пластины могут иметь до 12 режущих кромок (например, шестигранные с двусторонним использованием).

Источники

• ГОСТ 19042-80 «Пластины твёрдосплавные напаиваемые. Технические условия».
• ГОСТ 25003-81 «Пластины керамические режущие. Технические условия».
• ISO 1832:2017 «Indexable inserts for cutting tools — Designation».
• Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.
• Sandvik Coromant. «Metal Cutting Technical Guide» (2020).
• Iscar. «Catalogue of Turning Tools» (2021).
• Материалы сайта ООО «Вириал» (virial.ru).