Какая конструкция вращающегося режущего инструмента (РИ) лучше: сборный со сменными пластинами или монолит? Как и многие предметы обсуждения в технике, этот вопрос не имеет однозначного решения. Но конкретный ответ всё же существует, если рассматривать преимущества и недостатки каждого конструктивного принципа в соответствии с конкретными условиями.
Концепция сборного инструмента со сменными пластинами (СМП) прочно закрепилась в промышленности, начиная с 60-х годов. Она требует режущих способностей только от одного из элементов – собственно пластины, а корпус инструмента становится только держателем последней. В результате появляется возможность закрепления в корпусе СМП, изготовленных из специфических инструментальных материалов: разных марок твёрдого сплава, кубического нитрида бора (CBN), кермета и т.д., в то время как сам корпус производится из стали.
Пластины выполняются с различной стружкоформирующей поверхностью, определяющей геометрию резания. Установка в корпусе такой СМП, которая характеризуется режущей геометрией и инструментальным материалом, наиболее подходящими для обработки конкретной заготовки, позволяет оптимизировать конфигурацию РИ. Пластина располагает несколькими режущими кромками, предназначенными для замены. Если какая-либо кромка изношена, она заменяется на другую путём вращения или переворота пластины. Данное свойство даёт пользователю очевидное экономическое преимущество и позволяет рационально использовать инструментальный материал.
Производство пластин способом порошковой металлургии обеспечивает специфичный профиль стружкоформирующей поверхности, получить который иными технологическими методами крайне сложно или даже невозможно, а также исключительно прочную режущую кромку, способную выдерживать тяжёлые механические нагрузки.
В то же время конструкции сборного инструмента со сменными пластинами свойственны определённые ограничения. В первую очередь они относятся к точности – её показатели, несомненно, ниже по сравнению с монолитным РИ. Ещё один барьер связан с номинальным диаметром – его нижняя граница сегодня составляет 8-10 мм. Попытки дальнейшего сокращения диаметра требуют такого уменьшения компонентов сборной конструкции, включая пластину и элементы её закрепления (обычно винта), которое становится просто неприемлемым. Наконец, получаемая спеканием режущая кромка СМП прочная, но недостаточно острая для обработки таких материалов как медь, технический титан или алюминий. Для успеха в подобных случаях потребуется дополнительная операция шлифования кромки пластины.
Главное очевидное достоинство монолитного РИ, изготавливаемого из твёрдого сплава или керамики, связано с его точностью – в среднем, она на один класс выше, чем у сборной конструкции с пластинами. Монолитный инструмент не располагает функцией замены кромки, но зато его можно переточить.
Как и РИ с пластинами, монолитное исполнение тоже имеет размерные ограничения, связанные со стоимостью инструмента. В отличие от инструмента с СМП, диаметр монолитного инструмента имеет узкие пределы и, как правило, не превышает 25 мм по всей длине. Ведь при увеличении диаметра и длины потребуется больше инструментального материала, а время на изготовление, определяемое абразивной обработкой, возрастает. В результате цена такого инструмента может быстро достичь критического уровня. Преимуществом монолитной конструкции является хоть и менее прочная по сравнению с СМП, но при этом более острая режущая кромка.
Размеры обрабатываемых поверхностей могут непосредственно диктовать вариант конфигурации. Например, необходимость сверления отверстия диаметром 3 мм укажет на монолитное сверло. Но, кроме размерного аспекта, есть и другие принципы, определяющие правильный выбор инструмента.
Для операций с тяжёлой нагрузкой (получерновых или черновых), которые отличаются высокими параметрами силы резания и потребляемой мощности, выбор сборного инструмента с СМП – закономерное решение. В свою очередь, работа с малыми припусками и высокими требованиями к точности и шероховатости получаемой поверхности выводит на первый план монолитную конструкцию.
В последнее время этот логичный устоявшийся подход претерпел существенные изменения. Поиск новых источников повышения производительности и прогресс в металлообрабатывающем оборудовании принесли в промышленность новые станки с совершенно иными возможностями и эффективные стратегии резания. Значительная часть современных станков характеризуется менее мощными, но гораздо более скоростными приводами и усовершенствованными блоками ЧПУ для высокоскоростной обработки (ВСО), выполняемой малогабаритным инструментом, который движется по оптимальной траектории с постоянной нагрузкой. Данная особенность в сочетании с прогрессом в технологии переточки и последующего вторичного покрытия РИ словно дала "второе дыхание" монолитному инструменту, открыв его результативность в черновой обработке. Развитие инструментальных материалов сдвинуло порог твёрдости заготовки. В настоящий момент монолитные твердосплавные фрезы успешно применяются для высокоскоростного резания закалённой стали твёрдостью до HRC 65.
Отвечая новым тенденциям металлообработки, инструментальная промышленность освоила режущий инструмент, сочетающий в себе оба принципа конструкции: сборка и монолит. Линии MULTI-MASTER и CHAMDRILL компании ISCAR, типичные представители такого выигрышного сочетания, состоят из РИ со сменными твердосплавными головками. Для инструмента MULTI-MASTER, представленного ещё в 2001 году, характерна пригодность головки для установки в корпусах различного вида и одновременно способность корпуса к закреплению в нём разных головок. Такой подход обеспечивает впечатляющее многообразие, позволяя получить более 40 000 компоновок режущего инструмента.
Так какая же концепция всё-таки лучше? В зависимости от используемого процесса обработки на предприятии требуются оба типа. На сегодняшнем рынке РИ представленные количества сборных и монолитных (включая системы со сменными твердосплавными головками) конструкций примерно равны. Поэтому дальнейшее развитие режущего инструмента будет продолжаться в обоих направлениях. При этом, дальнейшее улучшение технологии и совершенствование производства приведёт к ужесточению требований к РИ, будь он монолитным или сборным.
