Инструкция по выбору токарных сменных пластин

Конструкция сборного токарного резца

Сборный токарный резец состоит из трёх элементов:

• Державка (корпус) — обеспечивает жёсткость и базирование в резцедержателе станка.
• Сменная многогранная пластина (СМП) — непосредственно режущий элемент, изготовленный из твёрдого сплава, керамики, CBN или PCD.
• Прижимной механизм — рычаг, винт, прихват или их комбинация, фиксирующие пластину в посадочном гнезде державки.

Пластины для токарного станка выпускаются в унифицированных формах и размерах по международным и национальным стандартам (ISO, ГОСТ), что облегчает подбор аналогов. Однако фактическая совместимость посадки и прижима зависит от державки и допусков конкретного производителя — перед серийной закупкой аналоги рекомендуется проверить на посадку.

Преимущества СМП перед напайным и цельным инструментом

Многогранность — ключевое экономическое преимущество. На одном сборном резце с 4-гранной пластиной — фактически 4 инструмента. С 6-гранной треугольной пластиной (двусторонней) — 6. В пересчёте на стоимость одной режущей кромки экономия кратная.

Когда напайной или цельный резец всё же уместнее

Полностью списывать напайной инструмент рано. Есть задачи, где он оправдан:

• Малые диаметры растачивания (менее 10–12 мм), где стандартная СМП физически не помещается.
• Специфические фасонные профили, под которые нет серийных пластин.
• Единичное производство с непредсказуемой номенклатурой, когда переточить быстрее, чем ждать поставку нужной СМП.
• Твёрдосплавные расточные резцы малых размеров для прецизионных работ.

Во многих случаях сменные пластины для токарных резцов экономически и технологически предпочтительнее напайного инструмента, но окончательный выбор зависит от размеров обработки, профиля детали и серийности.

Каждый шаг сужает множество вариантов. На входе — тысячи позиций в каталоге. На выходе — 2–3 конкретных пластины, одна из которых оптимальна для вашей задачи.

Зачем нужна классификация ISO

Международная классификация обрабатываемых материалов делит все металлы и сплавы на шесть групп, обозначаемых буквой и цветом (P, M, K, N, S, H). Это единый язык: любой производитель твердосплавных пластин для точения — от Sandvik до ZCC-CT — использует эту систему.

Группа определяет:

• характер стружкообразования;
• преобладающий тип износа инструмента;
• требования к твёрдости и вязкости инструментального материала;
• диапазон рабочих скоростей.

Подробный разбор каждой группы

Таблица: группы ISO обрабатываемых материалов

4.1. Наружное продольное и торцевое точение

Самая массовая токарная операция. Наибольший выбор форм пластин и марок сплавов. Используются стандартные ISO-пластины форм C, W, D, T, S, R и другие — в зависимости от контура детали и характера обработки. Именно здесь чаще всего применяются форма токарных пластин CNMG, WNMG, DNMG — наиболее распространённые типоразмеры.

Для наружного точения допустимы как положительная, так и отрицательная геометрия. Выбор определяется жёсткостью системы и характером обработки.

4.2. Растачивание (внутренняя обработка)

При растачивании действуют ограничения:

• Диаметр обрабатываемого отверстия определяет максимальный размер державки и пластины.
• Вылет расточной оправки (отношение L/D) сильно влияет на жёсткость: с ростом вылета повышается риск вибраций. Конкретный допустимый L/D зависит от конструкции оправки (в том числе демпфированной), материала и режимов.
• Стружкоотвод из замкнутого пространства критичен — стружка не должна пакетироваться.

Для растачивания, особенно при большом вылете и риске вибраций, положительная геометрия пластин обычно предпочтительна. Она обеспечивает меньшие усилия резания и снижает склонность к вибрациям. В условиях жёсткой системы (малый вылет, большой диаметр оправки) возможны и другие решения — по каталогу и пробам.

4.3. Отрезка и обработка канавок

Специфические пластины с узкой режущей частью. Ключевые параметры:

• Ширина реза — подбирается под задачу (от узких канавок до широкой отрезки).
• Максимальная глубина отрезки или канавки.
• Подвод СОЖ — у современных систем через корпус державки непосредственно к режущей кромке.

Двусторонние отрезные пластины — экономичнее (больше кромок), но конструктивно могут быть менее жёсткими в зависимости от системы. Односторонние — как правило жёстче, надёжнее для глубокой отрезки и тяжёлых условий.

4.4. Нарезание резьбы

• Полнопрофильные пластины — формируют полный профиль резьбы за несколько проходов. Привязаны к конкретному шагу.
• Частичнопрофильные (V-профильные) — перекрывают диапазон шагов одной пластиной, но не формируют впадину по стандарту.
• Многозубые пластины — 2–3 зуба, ускоряют цикл на серийных деталях.

Выбор по типу резьбы: метрическая (ISO), Whitworth (BSW/BSP), NPT, трапецеидальная, упорная и т. д. — каждому профилю соответствует своя номенклатура пластин.

4.5. Профильное (контурное) точение и копирование

Для сложных контуров, галтелей, фасок и подрезок используются пластины с малым углом при вершине — ромбические 55° (D) и 35° (V). Они обеспечивают доступ в острые углы и позволяют вести обработку по сложной траектории. Компромисс — меньшая прочность вершины.

Черновая обработка

Цель — максимальный съём материала. Большие глубины резания, высокие подачи. Требования к шероховатости минимальны.

Пластина: прочная, толстая, с отрицательной геометрией, крупным стружколомом (R / тяжёлый), максимально допустимым радиусом вершины. Типичные формы: CNMG, SNMG, RNMG.

Получистовая обработка

Баланс между производительностью и качеством поверхности. Средние глубины и подачи. Универсальные стружколомы (M / средние), средний радиус вершины.

Чистовая обработка

Цель — достижение заданной шероховатости и точности размера. Малые подачи, малые глубины.

Пластина: острая кромка, положительная геометрия, мелкий стружколом (F / чистовой), малый или средний радиус вершины. Пластины для чистового точения — как правило, с PVD-покрытием, сохраняющим остроту кромки. Для улучшения шероховатости при повышенной подаче — wiper-пластины с выглаживающей фаской.

Таблица: ориентировочные параметры по характеру обработки

Конкретные численные диапазоны ap и f зависят от материала, пластины и станка — см. каталог производителя.

6.1. Система обозначения по ISO

Маркировка токарных пластин ISO — это буквенно-цифровой код, в котором каждая позиция кодирует конкретный конструктивный параметр. Понимание этого кода — обязательный навык для грамотного подбора.

Разберём на примере CNMG 120408 — одной из самых распространённых пластин для наружного точения стали.

Таким образом, расшифровка CNMG 120408: ромбическая пластина 80°, отрицательная (двусторонняя), средней точности, с отверстием и стружколомом, радиус вершины 0,8 мм.

Расшифровка 1-й позиции — форма пластины

Расшифровка 2-й позиции — задний угол

6.2. Как форма пластины влияет на работу

Здесь действует фундаментальное правило: чем больше угол при вершине, тем прочнее вершина пластины, но тем хуже доступ к сложным контурам.

• Круглая (R) — максимальная прочность, подходит для тяжёлого чернового точения и копирования с плавными переходами. Не работает в углах.
• Квадрат (S, 90°) — прочная вершина, 8 кромок (двусторонняя), но угол входа ограничивает доступность.
• Ромб 80° (C) — «золотой стандарт» наружного точения, баланс прочности и доступности. 4 кромки (двусторонняя).
• Треугольник 60° (T) — хороший доступ, 6 кромок (двусторонняя), но менее прочная вершина.
• Ромб 55° (D) — для контурного точения, хороший подход к углам. Менее прочная вершина.
• Ромб 35° (V) — минимальная прочность, но максимальная доступность. Для профильного точения и копирования.

Таблица: сравнение форм токарных пластин

6.3. Положительная и отрицательная геометрия пластин

Это один из ключевых вопросов при выборе: положительная или отрицательная геометрия пластин?

6.4. Радиус вершины (rε) — влияние на шероховатость и прочность

Какой радиус вершины пластины выбрать — вопрос, напрямую определяющий качество поверхности.

Приближённая оценка геометрической составляющей шероховатости при точении (для стандартной вершины и устойчивого резания):

Из формулы следует:

• Увеличение радиуса → лучше шероховатость при той же подаче.
• Увеличение подачи → шероховатость ухудшается квадратично.

Но больший радиус — это и бо́льшая длина контакта с деталью, а значит — бо́льшие радиальные усилия. На нежёстких системах это приводит к вибрациям, которые ухудшают шероховатость сильнее, чем радиус её теоретически улучшает.

Таблица: радиус вершины → подача → расчётная шероховатость Ra (для стандартной вершины)

Значения расчётные (геометрическая составляющая). Фактическая Ra зависит от жёсткости, биения, износа и других факторов.

Wiper-пластины (с выглаживающей фаской вблизи вершины) часто позволяют существенно повысить подачу при сохранении заданной шероховатости. Величина эффекта зависит от конкретной wiper-геометрии, материала и условий — уточняйте по каталогу производителя. Это прямой способ повысить производительность чистовых операций без потери качества.

7.1. Инструментальные материалы для СМП

Материал токарных пластин определяет их твёрдость, вязкость (трещиностойкость), теплостойкость и, как следствие, область применения.

Твёрдые сплавы без покрытия. Применяются ограниченно: обработка алюминия и медных сплавов (где покрытие не нужно или мешает — налипает), а также в специфических задачах. Субстрат может быть мелкозернистым (вязкий, для прерывистого резания) или крупнозернистым (износостойкий, для непрерывного).

Твёрдые сплавы с покрытием — основная рабочая категория, покрывающая большинство токарных операций. Субстрат (WC-Co) + одно- или многослойное покрытие:

• Мелкозернистый субстрат — повышенная вязкость, сопротивление сколам.
• Крупнозернистый субстрат — повышенная износостойкость, теплостойкость.
• Градиентный субстрат — зона, обогащённая кобальтом у режущей кромки — сочетает прочность кромки и износостойкость тела пластины. Технология, применяемая в премиальных марках.

Керметы (TiCN-основа). Промежуточный материал между твёрдым сплавом и керамикой. Твёрже и более износостоек, чем ТС, но менее вязок. Область: пластины для чистового точения стали на высоких скоростях, где критична шероховатость и размерная стабильность.

Керамика:

• Оксидная (Al₂O₃) — чугун на высоких скоростях.
• Смешанная (Al₂O₃ + TiC) — закалённая сталь, чугун.
• Нитридная (Si₃N₄, SiAlON) — жаропрочные сплавы (Inconel), чугун на высоких скоростях.
• Вискеризованная (Al₂O₃ + SiCw) — никелевые сплавы, тяжёлые условия.

CBN (кубический нитрид бора). Второй по твёрдости материал после алмаза. Область: закалённая сталь HRC 45–68, hard turning (замена шлифования). Стоимость высока, но одна CBN-кромка может заменить целую шлифовальную операцию.

PCD (поликристаллический алмаз). Максимальная износостойкость в алюминии, цветных металлах и композитах (CFRP). Не применяется для стали и чугуна (углерод диффундирует в железо при высоких температурах).

Таблица: сравнение инструментальных материалов (ориентировочно)

Скорости резания зависят от конкретного материала, пластины и условий — см. каталог производителя.

7.2. Покрытия токарных пластин

Покрытие токарных пластин — это тонкоплёночный барьер между субстратом и обрабатываемым материалом. Основные функции:

• Термобарьер — снижение температуры на субстрате.
• Снижение коэффициента трения — уменьшение усилий, улучшение схода стружки.
• Снижение диффузионного и адгезионного износа.
• Повышение стойкости по сравнению с непокрытым сплавом (эффект зависит от материала детали, режима и типа покрытия).

CVD vs PVD — ключевое различие

Вопрос «чем отличается CVD от PVD покрытия пластин» — один из самых частых.

Практический вывод: Для пластин для чернового точения стали и чугуна чаще применяют CVD. Для чистовой обработки, нержавейки, малых подач — PVD. Одна из распространённых причин, почему скалывается токарная пластина на чистовых режимах: толстое покрытие, не предназначенное для малых подач, может отслаиваться и повреждать кромку. Для чистовых операций PVD-покрытие, сохраняющее остроту, обычно предпочтительнее.

Основные типы покрытий (ориентировочно)

7.3. Марки (grades) пластин: как разобраться

Каждый производитель использует собственную систему обозначения марок сплавов. Например:

• Sandvik Coromant: GC4325, GC4315, GC2015 и т. д.
• Iscar: IC8250, IC806, IC9250.
• Kennametal: KC5010, KCP25.

Логика единая: каждая марка занимает определённую позицию на оси «износостойкость ↔ вязкость (прочность)». Чем ближе к полюсу износостойкости — тем выше допустимые скорости, но хуже сопротивление сколам. И наоборот.

В каталогах это отображается через область применения по ISO: P10, P20, P30 и т. д. Меньшее число условно соответствует большей износостойкости и скорости; большее — большей прочности и вязкости. Детализация и рекомендации по подгруппам у каждого производителя свои.

Аналоги пластин Sandvik, Iscar и других производителей можно подобрать, сопоставляя область ISO-применения (P10–P30, M15–M25 и т. д.) и тип покрытия (CVD/PVD). Абсолютного совпадения нет — у каждого вендора свои нюансы субстрата и покрытия — но функциональные аналоги находятся.

8.1. Зачем нужен стружколом

Стружколом токарной пластины (chipbreaker) — это специальная геометрия передней поверхности, формирующая, направляющая и дробящая стружку. Задачи:

• Дробление стружки на управляемые фрагменты (дуга, «девятка», короткая спираль).
• Снижение усилий резания за счёт положительного переднего угла на передней поверхности.
• Отвод стружки из зоны обработки — критично при растачивании и автоматической работе.
• Защита поверхности детали от царапин и задиров летящей стружкой.
• Безопасность оператора — длинная раскалённая лента стружки травмоопасна.

Неконтролируемая стружка — одна из главных причин простоев на станках с ЧПУ: наматывание на деталь, забивание транспортёра, поломка инструмента.

8.2. Типы стружколомов

Производители обозначают стружколомы буквенными кодами. Обобщённо они делятся на три категории:

8.3. Как подобрать стружколом для токарной пластины

Каждый стружколом имеет рабочую область — диапазон подач и глубин, в котором он эффективно дробит стружку. Эта область изображается в каталоге производителя в виде диаграммы (ось X — подача f, ось Y — глубина ap).

Правило: выбранный режим (f × ap) должен попадать в рабочую зону стружколома. Если режим выходит за границы — стружка будет неуправляемой.

Типичные проблемы и их решение:

Идеальная стружка — короткая и управляемая: она не наматывается на деталь, не царапает обработанную поверхность и свободно удаляется транспортёром. Конкретная форма и размер оптимальной стружки зависят от материала и режима.

8.4. Обозначение стружколома в маркировке

Стружколом не входит в стандартный ISO-код пластины. Он указывается производителем как суффикс после цифрового обозначения. Например:

• Sandvik: CNMG 120408-PM (PM — получистовой/средний для стали).
• Iscar: CNMG 120408-M3M (M3M — средний).

Одна и та же пластина CNMG 120408 может выпускаться с 5–8 различными стружколомами. Выбор стружколома — не менее важен, чем выбор марки сплава.

Основные типы крепления

Обозначения типов крепления в маркировке державки зависят от системы и производителя — уточняйте по каталогу.

Совместимость — обязательное условие. Посадочное гнездо державки рассчитано на конкретную форму, размер и тип крепления пластины. При несовпадении — нестабильная фиксация, биение, поломка.

Пример 1. Черновое наружное точение вала из стали 45

Ход рассуждений:

1. Материал: сталь 45 → группа P → нужен сплав P-области (P25–P35 для чернового) с CVD-покрытием.
2. Операция: наружное точение → полный выбор форм.
3. Характер: черновая → отрицательная геометрия, крупный стружколом (R), большой радиус вершины.
4. Форма: контур простой (цилиндр) → можно CNMG (ромб 80°, 4 кромки) или SNMG (квадрат, 8 кромок). Выбираем CNMG — более универсальна, допускает подход к торцу.
5. Размер: припуск 5 мм → глубина ap = 5 мм → нужна пластина достаточного размера. Радиус вершины: для чернового — 1,2 мм.
6. Итоговая пластина:CNMG 120412-PR (или аналог), марка сплава — P25–P30 (CVD).
7. Державка: рычажное крепление, главный угол в плане 95°.
8. Режимы: по каталогу производителя для выбранной марки сплава и обрабатываемого материала. Ориентир для стали 45 черновой: Vc — средний–высокий диапазон для данной группы, подача и глубина — по рекомендациям.

Пример 2. Чистовое растачивание отверстия Ø60H7 в нержавейке 12Х18Н10Т

Ход рассуждений:

1. Материал: нержавейка → группа M → покрытие, устойчивое к адгезии (часто PVD), острая геометрия.
2. Операция: растачивание → положительная геометрия предпочтительна.
3. Характер: чистовая → малая подача, чистовой стружколом (F).
4. Форма: для растачивания Ø60 — оправка допускает пластину D или C. Для хорошего доступа — DCMT (ромб 55°, положительная, односторонняя). Или CCMT (ромб 80°, положительная).
5. Размер: DCMT 070204 (радиус 0,4 мм).
6. Радиус 0,4 мм: при f = 0,10 мм/об → расчётная Ra ≈ 0,10² / (32 × 0,4) ≈ 0,78 мкм — расчётная геометрическая составляющая достаточна для Ra 1,6 с запасом (при устойчивом резании).
7. Стружколом: F (чистовой) — обеспечит ломку тонкой стружки нержавейки.
8. Марка: M15–M20, PVD.
9. Режимы: по каталогу производителя для группы M, чистовой.

Пример 3. Отрезка прутка Ø50 из стали 40Х

Ход рассуждений:

1. Ширина реза: для Ø50 — оптимально узкий рез при достаточной жёсткости пластины.
2. Система: самозажимная или рычажная. Для серийной работы — самозажимная (быстрая замена).
3. Пластина: двусторонняя (больше кромок) — экономично. Длина реза — не менее половины диаметра + запас.
4. Марка: P20–P30, PVD-покрытие (для отрезки PVD предпочтительнее из-за остроты кромки).
5. Стружколом: специализированный отрезной — для формирования узкой стружки, отводимой из узкого паза.
6. Режимы: по каталогу производителя. СОЖ — обязательно, подвод к режущей кромке.

Стойкость

Стойкость измеряется в минутах фактического резания (не календарного времени). Целевая стойкость зависит от обрабатываемого материала, режимов, критерия износа и требований техпроцесса.

Стойкость и критерий замены задаются технологом для конкретного материала, пластины и режима. Распространённый (но не единственный) критерий — ширина площадки фланкового износа VB; пороговое значение определяется требованиями точности и качества поверхности. Если стойкость систематически ниже ожидаемой — это повод пересмотреть выбор сплава, покрытия или режимов.

Себестоимость обработки одной детали

Главный экономический показатель — не цена пластины, а себестоимость обработки одной детали. Формула:

Дорогая пластина с высокой стойкостью и возможностью работы на повышенных подачах может дать меньшую себестоимость детали, чем дешёвая, быстро изнашивающаяся.

Характер износа — диагностика

Наблюдение за характером износа — лучший источник информации для корректировки выбора.

Когда бюджетный сегмент оправдан: мелкосерийное производство с непредсказуемой номенклатурой, ремонтные мастерские, обучение, задачи где стойкость не является критичным фактором. Для серийного производства экономия на пластинах, как правило, оборачивается ростом себестоимости детали.

Подбор токарных сменных пластин — это не одноразовое действие, а итеративный процесс: подобрали → попробовали → оценили износ и стружку → скорректировали.

Шесть шагов в концентрированном виде:

1. Материал заготовки → определите группу ISO (P/M/K/N/S/H). Это сузит выбор сплава и покрытия.
2. Тип операции → наружное точение, растачивание, отрезка, резьба, контурная обработка. Это определит допустимые формы пластин.
3. Характер обработки → черновая, получистовая, чистовая. Это задаст геометрию (положительная/отрицательная), стружколом и радиус вершины.
4. Форма и размер пластины → по ISO-коду. Максимальный угол при вершине, допустимый геометрией детали. Размер — под глубину резания.
5. Сплав и покрытие → CVD чаще для чернового/получистового по стали и чугуну. PVD — для чистового, нержавейки, жаропрочных. CBN — закалённая сталь. PCD — алюминий.
6. Стружколом → под конкретные подачу и глубину. Режим должен попадать в рабочую область стружколома.

Для формирования заказа на пластины, подбора аналогов из наличия или комплектации участка «под ключ» — обращайтесь. Работаем с поставкой по всей России, предлагаем лизинг, кредит и отсрочку платежа.