Токарный резец

Токарный резец — это режущий инструмент, предназначенный для обработки вращающихся заготовок из различных материалов (металлов, древесины, пластмасс) на токарных станках. Является основным рабочим органом токарной обработки, обеспечивающим снятие слоя материала (припуска) для придания детали заданной формы, размеров и качества поверхности. Токарные резцы классифицируются по множеству признаков: конструкции, направлению подачи, типу обработки, материалу режущей части и способу крепления.

История

Принцип точения известен с древних времён. Первые токарные станки, приводимые в движение мускульной силой человека или животного, использовали простейшие резцы из твёрдых пород камня, а затем из бронзы и железа. Резец того времени представлял собой заострённый стержень, который прижимался к вращающейся заготовке вручную.

Значительный прогресс произошёл в XVIII веке с развитием металлообработки. В 1718 году русский механик Андрей Нартов создал первый в мире токарно-копировальный станок с механическим суппортом, который автоматизировал перемещение резца и заменил ручную силу. Однако широкое распространение суппорт получил благодаря Генри Модсли в начале XIX века, что стало ключевым этапом промышленной революции. Резцы того времени изготавливались из инструментальной углеродистой стали.

В 1868 году Роберт Мушет изобрёл быстрорежущую сталь (HSS), которая позволяла работать на значительно более высоких скоростях резания без потери твёрдости. Это стало революцией в металлообработке. В начале XX века, с развитием химии, появились твёрдые сплавы (на основе карбида вольфрама и кобальта), а затем и сверхтвёрдые материалы (кубический нитрид бора, поликристаллический алмаз). Современные токарные резцы, как правило, оснащаются сменными многогранными пластинами (СМП) из твёрдых сплавов с износостойкими покрытиями (TiN, TiCN, Al₂O₃).

Классификация

Токарные резцы классифицируются по нескольким основным признакам. Единой мировой системы нет, но в России и странах СНГ распространена классификация, установленная ГОСТами.

По направлению подачи

• Правые резцы — главная режущая кромка расположена со стороны большого пальца правой руки, если положить резец на заготовку. При работе они движутся от задней бабки к передней (к патрону).
• Левые резцы — главная режущая кромка расположена со стороны большого пальца левой руки. При работе движутся от передней бабки к задней.

По конструкции

• Цельные резцы — режущая часть и державка выполнены из одного материала (обычно быстрорежущей стали). Применяются для чистовой обработки, в единичном и мелкосерийном производстве.
• Составные резцы — режущая часть (пластина) из твёрдого сплава, минералокерамики или сверхтвёрдого материала припаяна или приварена к державке из конструкционной стали. Устаревшая, но всё ещё встречающаяся конструкция.
• Сборные резцы — державка имеет механический узел для крепления сменной многогранной пластины (СМП). Наиболее распространённый тип в современном машиностроении. Пластина фиксируется винтом, клином, рычагом или прихватом. Преимущество — быстрая замена затупленной пластины без переточки всего инструмента.

По характеру обработки

• Черновые (обдирочные) резцы — предназначены для снятия больших припусков (до 5–10 мм за проход). Имеют усиленную конструкцию, часто с радиусной или прямой режущей кромкой.
• Чистовые резцы — для окончательной обработки с малыми глубинами резания (0,1–1 мм) и высокими подачами. Обеспечивают высокий класс шероховатости поверхности (Ra 1,25–0,32 мкм).
• Получистовые резцы — занимают промежуточное положение.

По типу выполняемой операции

• Проходные резцы — самый распространённый тип. Предназначены для обтачивания цилиндрических и конических поверхностей. Бывают прямые, отогнутые и упорные.
• Расточные резцы — для обработки внутренних отверстий (цилиндрических, конических, ступенчатых). Делятся на проходные и упорные.
• Подрезные резцы — для подрезания торцов заготовок и обработки уступов. Работают с поперечной подачей.
• Отрезные резцы — для отрезания части заготовки или прорезания канавок. Имеют узкую режущую кромку и длинную державку.
• Фасонные резцы — для обработки фасонных поверхностей (галтелей, радиусов, сложных профилей). Могут быть стержневыми, круглыми или призматическими.
• Резьбовые резцы — для нарезания наружной и внутренней резьбы (метрической, дюймовой, трапецеидальной). Профиль режущей кромки точно соответствует профилю резьбы.
• Канавочные резцы — для прорезания кольцевых канавок (под стопорные кольца, для выхода шлифовального круга).

По материалу режущей части

• Из быстрорежущей стали (Р6М5, Р18) — для обработки конструкционных сталей на умеренных скоростях, в условиях нежёстких станков или при обработке сложных профилей.
• Из твёрдых сплавов (ВК8, Т15К6, ТТ20К9) — для высокопроизводительной обработки сталей, чугунов, цветных металлов. ВК (вольфрамокобальтовые) — для чугуна и цветных металлов; ТК (титановольфрамокобальтовые) — для сталей.
• Из минералокерамики (Al₂O₃, Si₃N₄) — для высокоскоростной чистовой обработки закалённых сталей (HRC 45–65) и чугунов. Обладают высокой твёрдостью, но хрупки.
• Из кубического нитрида бора (CBN, эльбор) — для обработки закалённых сталей и чугунов на высоких скоростях. По твёрдости уступают только алмазу.
• Из поликристаллического алмаза (PCD) — для обработки алюминиевых сплавов, цветных металлов, пластмасс, композитов. Обеспечивают высокое качество поверхности, но не применяются для чёрных металлов из-за химической активности углерода.

Устройство и геометрия

Токарный резец состоит из двух основных частей: державки (корпуса) и режущей части (головки). Державка служит для закрепления резца в резцедержателе станка. Режущая часть содержит лезвие, образованное пересечением передней и задних поверхностей.

Геометрия резца описывается углами в плане и в секущих плоскостях. Ключевые параметры:

• Передний угол (γ) — угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания. Влияет на деформацию стружки, силы резания и износ. Для твёрдых материалов γ мал (0–10°), для мягких — велик (15–30°).
• Задний угол (α) — угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания. Предотвращает трение задней поверхности о заготовку. Обычно составляет 6–12°.
• Угол заострения (β) — угол между передней и главной задней поверхностями. β = 90° — (γ + α). Определяет прочность режущей кромки.
• Главный угол в плане (φ) — угол между главной режущей кромкой и направлением подачи. Влияет на толщину срезаемого слоя и стойкость резца. Для проходных резцов обычно 45°, 60°, 75°, 90°.
• Вспомогательный угол в плане (φ₁) — угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи. Влияет на шероховатость обработанной поверхности.
• Радиус при вершине (r) — скругление вершины резца. Увеличивает прочность вершины и улучшает качество поверхности. Для черновых резцов r = 0,5–1 мм, для чистовых — до 2–3 мм.

Применение

Токарные резцы используются во всех отраслях машиностроения, приборостроения, ремонтного производства. Конкретный тип резца выбирается исходя из:

• Материала заготовки (сталь, чугун, алюминий, титан, пластмасса, дерево).
• Типа операции (обточка, расточка, подрезка, нарезание резьбы, отрезание).
• Требуемой точности и шероховатости (черновая, получистовая, чистовая обработка).
• Жёсткости системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД).
• Режимов резания (скорость, подача, глубина резания).

В современном производстве, особенно на станках с ЧПУ, доминируют сборные резцы со сменными многогранными пластинами. Это позволяет быстро переналаживать инструмент под разные операции, снижает затраты на переточку и обеспечивает стабильное качество обработки. Для высокопроизводительной обработки применяются резцы с внутренним подводом СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) через державку, что улучшает отвод тепла и стружкоотвод.

Интересные факты

• Первый в мире токарно-винторезный станок с механическим суппортом, который автоматизировал перемещение резца, был создан Андреем Нартовым в 1718–1729 годах. Этот станок хранится в Государственном Эрмитаже в Санкт-Петербурге.
• Современные сменные многогранные пластины могут иметь до 8–12 режущих кромок (в зависимости от формы). После затупления одной кромки пластина поворачивается, и в работу вступает следующая.
• Твёрдосплавные пластины часто покрывают многослойными износостойкими покрытиями методом CVD (химическое осаждение из газовой фазы) или PVD (физическое осаждение из газовой фазы). Толщина покрытия составляет единицы микрометров, но оно многократно увеличивает стойкость инструмента.
• Для обработки труднообрабатываемых материалов (титановые сплавы, жаропрочные стали) разработаны специальные геометрии резцов с положительным передним углом и острыми режущими кромками, что снижает силы резания и нагрев.

Источники

• ГОСТ 18877-73 «Резцы токарные проходные отогнутые с пластинами из быстрорежущей стали. Конструкция и размеры».
• ГОСТ 19042-80 «Пластины режущие сменные многогранные. Технические условия».
• Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.
• Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов. — М.: Высшая школа, 1985.
• История развития токарного станка. — М.: Машгиз, 1953.