Переход от исходной инструментальной поверхности к режущему клину

 

Если проектируемый инструмент является абразивным, то расчет исходной инструментальной поверхности является завершающей стадией проектирования режущего инструмента.

При проектировании лезвийного инструмента необходимо формировать стружечные канавки и зубья инструмента.

Для получения положительных задних углов у многих режущих инструментов необходимо особым образом выполнить обработку задней поверхности – затылование, которая обеспечивает при переточках по передней поверхности постоянство профиля зуба и величины заднего угла в радиальном сечении.

Более подробно геометрические параметры режущей части инструмента были рассмотрены в первых главах данного учебника.

Выбор геометрических параметров должен отвечать некоторым критериям, главными из которых являются:

· стойкость инструмента, или время образования на его задней или передней поверхности допустимой величины площадки износа;

· размерная стойкость инструмента, или допустимое изменение его настроечного размера, что особенно важно в условиях работы автоматизированного оборудования;

· поддержание заданной шероховатости обработанной поверхности;

· уменьшение амплитуды автоколебаний, порождаемых процессом резания.

Эти критерии во многих случаях противоречивы. Поэтому задача выбора оптимальных геометрических параметров есть многокритериальная задача оптимизации, решением которой всегда является определенный компромисс, достигаемый с учетом весомости каждого отдельного критерия для конкретных случаев обработки. Например, при свободном точении стали 30ХГСА резцами с пластинами Т15К6 увеличение угла от до приводит к изменению оптимального значения переднего угла с до , а оптимального значения заднего угла от до .

Назначение заднего угла - уменьшить трение задней поверхности о заготовку и обеспечить беспрепятственное перемещение резца по обрабатываемой поверхности.

Влияние величины заднего угла на условия резания обусловлено тем, что на режущую кромку со стороны заготовки действует нормальная сила упругого восстановления поверхности резания и сила трения.

При увеличении заднего угла уменьшается угол заострения и тем самым снижается прочность лезвия, возрастает шероховатость обработанной поверхности, ухудшается теплоотвод в тело резца.

При уменьшении заднего угла увеличивается трение об обрабатываемую поверхность, что приводит к увеличению сил резания, увеличивается износ резца, возрастает тепловыделение на контакте, хотя и улучшаются условия теплоотдачи, возрастает толщина пластически деформируемого слоя на обработанной поверхности. При столь противоречивых условиях должен существовать оптимум для величины заднего угла в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, материала режущего лезвия и параметров срезаемого слоя. Опыты показывают, что оптимальное значение заднего угла определяются главным образом, толщиной среза, которая, как известно, связана с подачей соотношением

,

где - главный угол в плане.

Оптимальный по стойкости задний угол возрастает с уменьшением толщины среза. Для пластичных материалов значение угла можно определить по формуле, предложенной проф. М.Н.Лариным:

,

где - выражается в градусах, толщина срезаемого слоя - в миллиметрах.

Влияние свойств обрабатываемого материала на задний угол, в общем таково, что при обработке твердых материалов высокой прочности величины задних углов снижаются, а при обработке легких сплавов – увеличиваются.

Назначение переднего угла - уменьшить деформацию срезаемого слоя и облегчить сход стружки.

Влияние величины переднего угла на условия резания: увеличение угла облегчает процесс резания, снижая силы резания. Однако в этом случае снижается прочность режущего клина и ухудшается теплоотвод в тело резца. Уменьшение угла повышает стойкость резцов, в том числе размерную.

На величину переднего угла и форму передней поверхности большое влияние оказывают не только физико-механические свойства обрабатываемого материала, но и свойства инструментального материала. Применяются плоская и криволинейная (с фасками или без них) формы передней поверхности.

Плоская передняя поверхность применяется для режущих инструментов, типа резцов всех типов инструментальных материалов, при этом у лезвия затачивается упрочняющая фаска под углом - для резцов из быстрорежущей стали и - для резцов из твердых сплавов, всех видов керамики и синтетических сверхтвердых материалов.

Ширина фаски обычно берется равной , где – подача на оборот, но не более мм. Фаска применяется при толщинах среза мм. При вместо фаски выполняется притупление кромки радиусом мм.

В целом с увеличением прочности и твердости обрабатываемого материала передний угол необходимо уменьшать, а с повышением прочности инструментального материала – увеличивать.

Для работы в тяжелых условиях (резание с ударами, с неравномерным припуском, при обработке твердых и закаленных сталей), при использовании твердых и хрупких режущих материалов (минералокерамика, сверхтвердые синтетические материалы, твердые сплавы с малым содержанием кобальта) резцы могут выполняться с плоской передней поверхностью, без фаски с отрицательным передним углом .

Резцы из быстрорежущей стали и твердых сплавов с плоской передней поверхностью без фаски с применяются для обработки хрупких материалов, дающих стружку надлома (чугун, бронза).

Следует учитывать, что при резании с отрицательным передним углом силы резания возрастают, и создаются более благоприятные условия для возникновения вибраций.

Криволинейная передняя поверхность с фаской (или без нее) применяется на инструментах, обрабатывающих вязкие материалы, дающие сливную стружку. Выкружка радиуса способствует завиванию и дроблению стружки, ее удалению из зоны резания.

Размеры выкружки зависят от толщины срезаемого слоя: чем больше толщина среза, тем больше радиус и ширина выкружки. Для данной формы передней поверхности необходимо принять такую геометрию: для быстрорежущих резцов и - для твердосплавных резцов.

При малой толщине среза , сравнимой с радиусом округления режущей кромки , величина переднего угла практически не влияет на процесс резания, так как деформирование срезаемого слоя и превращение его в стружку производится закругленной кромкой радиуса . В этом случае передние углы для всех типов инструментальных материалов принимаются в пределах .

Величина переднего угла существенно влияет на стойкость резцов. Так, отклонение величины переднего угла на от рекомендуемых оптимальных значений может вызвать снижение стойкости резцов почти в три раза.

Назначение главного угла в плане – изменять соотношение между шириной и толщиной среза при постоянных значениях глубины резания и подачи .

Уменьшение угла повышает прочность вершины резца, улучшает теплоотвод, повышает стойкость, но увеличивает силы резания и , увеличивает отжим и трение об обрабатываемую поверхность, создает условия для возникновения вибраций. При увеличении стружка становится толще и лучше ломается.

Эти данные свидетельствуют о том, что выбор величины угла диктуется условиями обработки: точение напроход, подрезка торца и т.д. Конструкции резцов, в особенности с механическим креплением твердосплавных пластин, предусматривают ряд значений угла : 90, 75, 63, 60, 50, 45, 35, 30, 20, 10°, что позволяет подобрать угол , наиболее соответствующий конкретным условиям.

Резцы с углами можно применять при обработке массивных деталей на тяжелых жестких станках, что выгодно с точки зрения получения наибольшей стойкости. При обработке нежестких деталей следует работать с углами ; при наличии на деталях ступеней с торцами, перпендикулярными оси, используют резцы с .

При уменьшении угла шероховатость обработанной поверхности снижается. К еще большему снижению шероховатости приводит округление вершины резца радиусом мм. Уменьшение так же, как увеличение , улучшает теплоотвод, благодаря чему возрастает стойкость резца, хотя при этом и повышается сила . Наибольшее снижение шероховатости обработки дает введение при вершине резца лезвия с и длиной не менее .

Меняя величину и знак угла наклона режущей кромки , можно управлять направлением схода стружки с передней поверхности резца и условиями контакта резца и заготовки. Угол оказывает большое влияние на процесс стружкообразования и соотношение составляющих , , за счет появления сил, действующих вдоль режущей кромки, на равномерность процесса резания и направление схода стружки.

При место контакта смещено от вершины резца, что способствует упрочнению кромки и улучшению условий теплоотвода. Поэтому рекомендуется применять при черновой обработке и при прерывистом резании с ударами. При точении закаленной стали, угол повышается до ; для строгальных резцов .

Однако при угле увеличивается шероховатость обработанной поверхности, и ухудшаются условия резания на вершине и вспомогательной кромке, так как в этих местах уменьшаются значения передних углов. Кроме того, при стружка сходит на обработанную поверхность, что может вызывать ее повреждение. Поэтому при чистовом точении резцы с положительными углами не применяются. Для этих условий принимают обычно резцы с . Токарные резцы универсального назначения обычно имеют ; исключение составляют проходные и подрезные резцы, оснащенные пластинками из минералокерамики, у которых в связи с повышенной хрупкостью этого материала.