Элементы резца. Углы резца. Назначение углов заточки резца

Передний угол оказывает большое влияние на виброустойчивость резца , которая резко снижается с уменьшением его величины (от нуля и ниже). Поэтому во избежание появления вибраций необходимо принимать передний угол 15-25°, причем обычно он делается равным углу врезания пластинки. В целях обеспечения завивания стружки и благоприятного отвода ее, рекомендуется переднюю поверхность резца делать или криволинейной, или с лункой. Для упрочнения главной режущей кромки целесообразно предусмотреть ленточку шириной 0,2-0,3 мм с отрицательным передним углом -3 - 5°. Однако не следует забывать, что такая ленточка допустима только при наличии достаточно жестких условий работы резца. 15 случае, если условия жесткости не позволяют применять упрочняющую ленточку с отрицательным углом, рекомендуется делать ее с положительным углом 5° для твердых и 10° для мягких и вязких материалов. Упрочняющая ленточка при небольшой ее ширине не оказывает влияния на величину сопротивления резанию, так как центр давления стружки выходит за границу ленточки в зону криволинейной передней поверхности, снабженной большим передним углом.

Рисунок 66 - Углы отрезного резца

В практике встречаются отрезные резцы, у которых передняя поверхность оформляется в виде двухгранного угла (рис. 66, б). Плоскости его наклонены к опорной плоскости под углом μ = 10÷15°. Линия пересечения этих плоскостей расположена параллельно опорной плоскости. Такая конструкция способствует лучшему врезанию резца в заготовку.

Задний угол

Задний угол главной режущей кромки принимается равным 8º но пластинке и 12° по державке.

Режущая кромка

Главная режущая кромка резца может быть оформлена в нескольких вариантах. Для отрезки крупных заготовок можно рекомендовать резец с двумя режущими кромками (рис. 66, в)². Они обеспечивают разделение стружки на две части, что облегчает отвод ее из зоны резания. Такая конструкция более подходит к резцам из быстрорежущей стали, тогда как для твердосплавных резцов она менее пригодна из-за сложности заточки и малой прочности режущей кромки.

Заслуживает внимания оформление главной режущей кромки под двумя углами φ (рис. 66, г). Такая форма облегчает врезание резца в заготовку и удлиняет ее кромку. Углы в плане φ принимаются в пределах 60-80° (ς = 30 ÷10º).

В том случае, если главная режущая кромка выполнена под углом φ = 90°, рекомендуется на ней снимать фаски размером f = 1÷1,5 мм под углом 45° с обеих сторон или же делать небольшие закругления (рис. 66, д).

В практике встречаются случаи, когда при отрезке нежелательно оставлять несрезанным цилиндрический отросток у сердцевины заготовки (например, при обработке на автоматах). Для срезания такого стержня режущая кромка оформляется под углом φ = 75 ÷80°.

Повышение виброустойчивости

Иногда отрезку заготовок производят резцом, у которого главная режущая кромка имеет вогнутую форму, полученную в результате вышлифовки лунки на главной задней поверхности (рис. 66, ж). Назначение такой формы - повышение виброустойчивости резца и возможность повышения величины подачи.

Тяжелые условия работы отрезных резцов заставляют, как правило, применять их в виде монолитной конструкции, тогда как сборные конструкции редко встречаются на практике.

Углы рабочей части резца сильно влияют на протекание процесса резания.

Правильно выбрав углы резца, можно значительно увеличить продолжительность его непрерывной работы до затупления (стойкость) и обработать в единицу времени (в минуту или час) большее количество деталей.

От выбора углов резца зависит также сила резания, действующая на резец, потребная мощность, качество обработанной поверхности и др. Вот почему каждый токарь должен хорошо изучить назначение каждого из углов заточки резца и уметь правильно подбирать их наивыгоднейшую величину.

Углы резца (рис. 48) можно разделить на главные углы, углы резца в плане и угол наклона главной режущей кромки.

К главным углам относятся: задний угол, передний угол и угол заострения; углы резца в плане включают главный и вспомогательный.

Главные углы резца следует измерять в главной секущей плоскости, которая перпендикулярна к плоскости резания и основной плоскости.

Рабочая часть резца представляет клин (на рис. 48 заштрихован), форма которого характеризуется углом между передней и главной задней поверхностями резца. Этот угол называется углом заострения и обозначается греческой буквой в (бета).

Задним углом б (альфа ) называется угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания.

Задний угол б служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и обрабатываемой деталью. Уменьшая трение, тем самым уменьшаем нагрев резца, который благодаря этому меньше изнашивается. Однако, если задний угол сильно увеличен, резец получается ослабленным и быстро разрушается.

Передним углом г (гамма ) называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведенной через главную режущую кромку.

Передний угол г играет важную роль в процессе образования стружки. С увеличением переднего угла облегчается врезание резца в металл, уменьшается деформация срезаемого слоя, улучшается сход стружки, уменьшается сила резания и расход мощности, улучшается качество обработанной поверхности. С другой стороны, чрезмерное увеличение переднего угла приводит к ослаблению режущей кромки и понижению ее прочности, к увеличению износа резца вследствие выкрашивания режущей кромки, к ухудшению отвода тепла. Поэтому при обработке твердых и хрупких металлов для повышения прочности инструмента, а также его стойкости следует применять резцы с меньшим передним углом; при обработке мягких и вязких металлов для облегчения отвода стружки следует применять резцы с большим передним углом. Практически выбор переднего угла зависит, помимо механических свойств обрабатываемого материала, от материала резца и формы передней поверхности.

Углы в плане. Главным углом в плане ц (фи ) называется угол между главной режущей кромкой и направлением подачи.

Угол ц обычно выбирают в пределах 30--90° в зависимости от вида обработки, типа резца, жесткости обрабатываемой детали и резца и способа их крепления. При обработке большинства металлов проходными обдирочными резцами можно брать угол ф = 45°; при обработке тонких длинных деталей в центрах необходимо применять резцы с углом в плане 60, 75 или даже 90°, чтобы детали не прогибались и не дрожали.

Вспомогательным углом в плане ц 1 называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи.

Углом л (ламбда ) наклона главной режущей кромки (рис. 49) называется угол между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости.

На обрабатываемой заготовке можно выделить три поверхности: обработанную , обрабатываемую и поверхность резания (см. рис.4.3). Знание этих поверхностей необходимо для того, чтобы дать определение основным элементам рабочей части инструмента.

Токарный прямой проходной резец состоит из рабочей части и стержня. Стержень имеет прямоугольную (квадратную) форму поперечного сечения и служит для крепления резца в резцедержателе. Рабочая часть служит для срезания стружки, на ней заточкой образуют поверхности и лезвия, показанные на рис.4.5.

По передней поверхности режущего инструмента 1 сходит стружка в процессе резания. Главная задняя поверхность 2 – поверхность, которая обращена к поверхности резания. Вспомогательная задняя поверхность 3 обращена к обработанной поверхности заготовки.

Главное режущее лезвие инструмента 4 получается пересечением передней и главной задней поверхностей, а вспомогательное режущее лезвие 5 – пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей.

Вершина резца 6 – точка пересечения главного и вспомогательного режущих лезвий. Вершина может быть острой или закругленной.

Углы токарного резца в статик е

При рассмотрении углов рабочей части (головки) резца различают следующие координатные плоскости (рис.4.6): основную плоскость, плоскость резания и главную секущую плоскость.

Основная плоскость 1 – плоскость, проходящая через рассматриваемую точку режущего лезвия, параллельно направлению воображаемой продольной и поперечной подач, т.е. при V = 0 и S = 0. В общем же случае, когда V ≠ 0 и S ≠ 0, основной плоскости дают следующее определение: основная плоскость – плоскость проходящая через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно вектору скорости главного или результирующего движения в этой точке.

Рис.4.6. Координатные плоскости при определении углов резания.

Плоскость резания 2 – проходит через главное режущее лезвие резца, касательно к поверхности резания заготовки;

Главная секущая плоскость 3 – плоскость перпендикулярная проекции главного режущего лезвия на основную плоскость.

Различают также вспомогательную секущую плоскость – плоскость перпендикулярную проекции вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость.

Углы резца, измеренные в главной секущей плоскости, называются главными:

Главный передний угол γ – угол, измеренный в главной секущей плоскости, между передней поверхностью и основной плоскостью; угол γ может быть как отрицательным, так и положительным.

Главный задний угол α – угол, измеренный в главной секущей плоскости, между плоскостью резания и главной задней поверхностью;

Угол заострения β – угол, измеренный в главной секущей плоскости, между передней и главной задней поверхностями.

Угол резания δ – угол, измеренный в главной секущей плоскости, между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

В основной плоскости измеряют углы в плане:

Главный угол в плане φ – угол между проекцией главной режущей кромки на ОП и направлением подачи (для проходного – подача продольная, для отрезного и подрезного – поперечная).

ε- угол при вершине в плане.

Вспомогательный угол в плане φ 1 – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным направлению подачи.

Угол наклона главного режущего лезвия λ – угол между главным режущим лезвием и основной плоскостью.

Угол λ может быть положительным, равным 0 и отрицательным, от этого зависит направление схода стружки. Если λ < 0 – стружка сходит в направлении подачи (продольной). Если λ = 0, то стружка сходит по оси резца. Если λ > 0, то стружка сходит в направлении, обратном направлению подачи. Это особенно при обработке на токарных автоматах: стружку необходимо отводить так, чтобы она не мешала работе инструментов в соседних позициях автомата.

Головка резца имеет следующие элементы: переднюю поверхность, задние поверхности, режущие кромки и вершину.

Передней поверхностью называется поверхность резца, по которой сходит стружка.

Задними поверхностями называются поверхности резца, обращенные к обрабатываемой заготовке (главная и вспомогательная).

Режущие кромки образуются пересечением передней и задних поверхностей; их две — главная режущая кромка и вспомогательная.

Главная режущая кромка выполняет основную работу резания. Она образуется от пересечения передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромка образуется от (пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей.

Вершина резца это место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок.

Измерение углов осуществляется по отношению к основной плоскости и плоскости резания.

Основной плоскостью называется плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач. У токарных резцов с призматическим телом за эту плоскость может быть принята нижняя опорная поверхность резца.

Плоскостью резания называется плоскость, перпендикулярная к основной и проходящая через режущую кромку резца, по касательной к поверхности резания.

Рис. 15. Схема процесса резания :

а — начало резания, б—-начало образования стружки, в — процесс резания, t — глубина резания

На рис. 15, б приведены обозначения углов и некоторых поверхностей. Заостренная форма инструмента образуется передней поверхностью 1, по которой скользит стружка, и задней поверхностью 2. Угол между ними называется углом заострения β. Для уменьшения трения между задней поверхностью 2инструмента и поверхностью резания 3, эти поверхности обычно располагаются относительно друг друга под некоторым углам α, называемым задним. Этот угол принимается обычно в пределах от 0 до 16°, но в некоторых инструментах (в дисковых и прорезных фрезах) его делают до 30°.

Угол, составляемый передней поверхностью резца и плоскостью резания, в нашем случае совпадающий с поверхностью резания, называется углом резания δ (см. рис. 15). Угол, образуемый передней поверхностью инструмента и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания и проходящей через главную режущую кромку, называется передним углом γ. При обработке мягких материалов этот угол может быть более 20°, при обработке твердых сталей 10—15°, при обработке твердого чугуна 5°. Его делают равным нулю или даже отрицательным (при обработке прочных твердых металлов), что увеличивает угол резания δ. Увеличение угла резания повышает прочность инструмента и применяется при обработке сталей твердосплавным инструментом, когда режимы резания оказываются особенно напряженными.

Рис. 17. :

1 — обрабатываемая поверхность, 2 — поверхность резания, 3— обработанная поверхность; v— направление движения обрабатываемой детали (направление скорости резания), s 1 — поперечная подача, s — продольная подача

На рис. 17 изображен строгальный резец в работе. Стрелкой vпоказано направление движения обрабатываемой заготовки относительно резца. Это направление совпадает с направлением скорости резания. Само движение называется главным. Стрелкой s указано направление подачи. Направление подачи параллельно поверхности, которая образуется на обрабатываемой заготовке.

Условно назовем эту подачу продольной, а перемещение резца в перпендикулярном направлении по стрелке s 1 назовем подачей поперечной.

Перемещением в направлении s 1 достигается установка резца на определенную глубину резания t, а перемещением в направлении s необходимая толщина снимаемого слоя металла S.

Обрабатываемая поверхность 1 — поверхность, подлежащая обработке; поверхность резания 2 — поверхность, которая образуется непосредственно режущей кромкой резца (в данном случае она совпадает с плоскостью резания); обработанная поверхность 3 —поверхность, образованная на заготовке после снятия стружки. Рассмотрим резец, изображенный на рис. 18. Стрелкой s обозначено направление продольной (осевой) подачи резца. Угол между проекцией главной режущей кромки 4 на основную плоскость и направлением подачи, называется главным углом в плане φ. Этот угол выбирается обычно от 45 до 90°.

Рис. 18. :

1 — обработанная поверхность, 2 — вспомогательная режущая кромка, 3 — вершина резца, 4 -главная режущая кромка; φ — главный угол в плане, φ 1 — вспомогательный угол в плане, ε— угол при вершине в плане, γ — передний угол главный, γ 1 —передний угол вспомогательный, β— угол заострения главный, β 1 —угол заострения вспомогательный, α — задний угол главный, α 1 — задний угол вспомогательный, s—направление продольной подачи

Угол между проекцией вспомогательной режущей кромки 2 на основную плоскость и направлением подачи, называется вспомогательным углом в плане φ 1 Этот угол может быть по величине равным главному углу в плане, а у фрез не более 2—3°.

Угол между проекциями главной и вспомогательной кромок на основную плоскость называется углом при вершине в плане ε.

В секущей плоскости А—А, называемой также главной секущей плоскостью, по отношению к главной режущей кромке измеряются главные углы: передний γ, заострения β и задний α. В секущей плоскости Б—Б, называемой также вспомогательной секущей плоскостью, по отношению к вспомогательной режущей кромке измеряются вспомогательные углы: передний γ 1 ,заострения β 1 и задний α 1 .

Обработанная поверхность 1 имеет вид гребешков. Такая поверхность получается в результате того, что перед очередным рабочим ходом резец перемещается на величину подачи (при строгании). Одна сторона гребешка образуется главной режущей кромкой, а вторая — вспомогательной.

Чем больше гребешки, тем больше шероховатость обработанной поверхности. Шероховатость может быть уменьшена вследствие уменьшения величины подачи, а также уменьшением вспомогательного угла в плане φ 1 . В резцах, предназначенных для чистовых работ, угол φ 1 иногда делается равным нулю. Такие резцы должны точно устанавливаться относительно обрабатываемой заготовки.

В зависимости от назначения инструмента и его формы режущие кромки на нем могут занимать различное положение, но название основных элементов и их определение будут одинаковы.

Какой бы вид ни имела стружка, образование ее связано с деформацией и разрушением материала в зоне резания. Энергия, затрачиваемая на образование стружки, превращается в тепло. Наибольшую часть тепла уносит с собой стружка, так как она претерпевает значительную деформацию. При интенсивном резании металлов стружка иногда раскаляется докрасна. Стружка некоторых материалов, например магниевых сплавов, способна в процессе резания загораться.

Режущая кромка и передняя поверхность инструмента, по которой скользит стружка, также нагреваются в процессе резания.

Постоянное трение стружки о переднюю поверхность (инструмента нагревает инструмент и способствует его затуплению. При затуплении резца заготовка и резец нагреваются в большей степени. Стружка, сходя по передней поверхности резца, успевает передать ему бо`льшую часть своего тепла, поэтому инструмент, нагреваясь от трения и получая дополнительный нагрев от стружки, может перегреться и потерять свои режущие свойства.

Чтобы уменьшить нагрев и износ инструмента, применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). В зависимости от обрабатываемого материала они могут отличаться друг от друга своими смазывающими и теплоотводящими свойствами.

Чтобы процесс резания был эффективным, нужно, чтобы рабочая часть инструмента была всегда острой, его режущая кромка не была повреждена, поверхности, образующие режущую кромку инструмента, были обработаны чисто и не затрудняли отвод стружки.

На хорошо изготовленном инструменте эти поверхности должны быть доведены до зеркального блеска.

Основные части и элементы резца.

Геометрия срезаемого слоя.

Элементы резания.

Основные особенности резания при обтачивании.

Тема 26. Резание металлов, элементы и геометрия резца

Вопросы:

1. Рассмотрим основные особенности резания при обтачивании. На рис. 37 приведена схема обтачивания вала резцом. Заготовке от шпинделя станка передается главное вра­щательное движение, резцу суппортом станка сообщается дви­жение подачи; оба движения осуществляются непрерывно. По­верхность заготовки, с которой снимается стружка, называется обрабатываемой ; поверхность, образующаяся после снятия стружки, – обработанной ; поверхность, образу­емая режущей кромкой инструмента в процессе резания – по­верхностью резания .

Рис.37

2. К элементам резания при точении относят скорость резания, подачу и глубину резания (рис. 37). Совокупность этих величин называют режимом резания.

Скоростью резания υ (м/мин) называется путь пере­мещения режущего лезвия инструмента относительно заготовки в на­правлении главного дви­жения в единицу време­ни. Если главное движе­ние вращательное (точе­ние), то скорость резания определяют по формуле:

где D заг – наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм;

п – частота вращения заготовки, об/мин.

Подачей S (мм/об) называется путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направле­нии движения подачи за один оборот.

Глубиной резания t (мм) называется расстояние ме­жду обрабатываемой и обработанной поверхностями за­готовки, измеренное перпендикулярно к последней, за один проход инструмента относительно обрабатываемой поверхности. При наружном точении глубина резания определяется как полуразность диаметров до и после обработки:

Объем металла, срезаемого за одну минуту, опреде­ляется по формуле:

G = υSt , см 3 /мин.

3. Геометрия срезаемого слоя характеризуется толщи­ной, шириной и площадью поперечного сечения.

Толщина срезаемого слоя а (мм) – длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматривае­мую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя.

Ширина срезаемого слоя (ширина среза , мм) – длина стороны сечения срезаемого слоя, образованного поверх­ностью резания.

Номинальная площадь срезаемого слоя f АВСД (мм 2) (см. рис.37) определяется по формуле: f АВС D =aв = tS.

Действительная площадь срезаемого слоя f БСДЕ вследствие того, что участвуют два движения (υ и S ), будет меньше номинальной f АВСД на значение площади осевого сечения гребешка f АВЕ, остающегося на обрабо­танной поверхности. Эти гребешки обусловливают шеро­ховатость поверхности, которая повышается с возраста­нием t , S и углов φ, φ 1 .

4. Резец – наиболее распространен­ный инструмент, применяемый при обработке материалов со сня­тием стружки на станках.

Токарный прямой проходной резец (рис. 38) состоит из двух частей – рабочей части , имеющей режущие кромки, срезающие слой металла с заготовки, и крепеж­ной части (стержня), предназначенной для установки и крепления его в резцедержателе станка.

Рабочая (режущая) часть образуется рядом поверх­ностей, которые, пересекаясь, образуют (режущие кромки и вершину резца. Передняя поверхность – это поверх­ность, контактирующая в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой. Задние поверхности резца контакти­руют в процессе резания с поверхностями заготовки. Главная задняя поверхность – поверхность, обращенная к поверхности резания заготовки. Вспомогательная зад­няя поверхность – поверхность, обращенная к обрабо­танной поверхности заготовки. Передняя и главная зад­няя поверхности в пересечении образуют главную режу­щую кромку , формирующую большую сторону сечения срезаемого слоя. Передняя и вспомогательная задняя поверхности, пересекаясь, образуют вспомогательную режущую кромку , формирующую меньшую сторону се­чения срезаемого слоя. Вершина резца – точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок.

Рис. 38. Части и поверхности проходного токарного резца:

1 – крепежная часть (стержень) резца; 2 – рабочая часть; 3 – пе­редняя поверхность; 4 – вспомога­тельное режущее лезвие (кромка); 5 – вершина; 6 – вспомогательная задняя поверхность; 7 – главная задняя поверхность; 8 – главное режущее лезвие (кромка)

5. Углы резца рассматривают при неподвижном (ста­тическом) состоянии резца и заготовки – это необходи­мо для того, чтобы можно было изготовить его в ме­талле и сделать заточку рабочей части.

Главный передний угол γ – угол между передней по­верхностью резца и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проходящей через главное режущее лезвие (точка М ).

Главный задний угол α образуется главной задней поверхностью и плоскостью резания, его принимают рав­ным 6...12°. Он служит для уменьшения трения между главной задней поверхностью резца и поверхностью ре­зания.

Рис. 39. Углы заточки режущей части резца

Главный угол заострения β – угол между передней и главной задней поверхностями.

Угол резания δ образуют передняя поверхность и плоскость резания.

Из рисунка 41 видно, что углы β и δ зависят от уг­лов α и γ и связаны с ними следующими зависимостями:

β = 90° – (α + γ) и δ = 90°– γ.

Вспомогательные углы α 1 и γ 1 измеряются во вспо­могательной секущей плоскости Б – Б , перпендикулярной к проекции вспомогательного режущего лезвия на ос­новную плоскость. Основное назначение угла γ 1 – умень­шение трения между вспомогательной задней поверх­ностью резца и обработанной поверхностью заготовки.

Рис. 40

Углы в плане φ, φ 1 , ε определяются в основной плос­кости. Главный угол в плане φ – угол между проекцией главного режущего лезвия на основную плоскость и на­правлением подачи, он изменяется в пределах 30...90°. Уменьшение угла φ повышает чистоту обработанной по­верхности и снижает износ резца, но приводит к уве­личению радиальной, составляющей силы резания, по­этому чаще всего угол φ берется равным 45°. Вспомо­гательным углом в плане φ 1 называется угол между проекцией вспомогательного режущего лезвия на основ­ную плоскость и направлением, обратным подаче. Обыч­но его значения выбирают в пределах 5...10°. С умень­шением φ 1 повышается чистота обработанной поверхно­сти, увеличивается прочность вершины резца и снижа­ется его износ. Угол при вершине в плане ε образуется проекциями режущих лезвий на основную плоскость, и его определяют из соотношения ε = 180°– (φ + φ 1).

Угол между главным режущим лезвием и плоскостью, проведенной параллельно основной плоскости через вершину резца, называется углом наклона главного ре­жущего лезвия λ .

На рис. 42 показано влияние угла λ на направление схода струж­ки.

При λ = 0 главная режущая кромка расположена параллельно основной плоскости и при резании стружка завивается в спираль (рис. 40, а). Если угол λ отрицательный (рис. 40, б), то вершина резца находится выше других точек главной ре­жущей кромки, поэтому стружка будет отходить в сторону обрабатывае­мой поверхности. При положительном угле λ (рис.40, в) вершина рез­ца лежит ниже главной режущей кромки, в ре­зультате припуск снима­ется вначале отдаленны­ми от вершины частями режущей кромки и в последнюю очередь вершиной резца, поэтому стружка сходит в сторону обработанной поверхности. При поло­жительных углах резец является более стойким, однако обработан­ная поверхность может быть повреждена сходящей стружкой, по­этому такие резцы применяют для предварительной (черновой) об­работки.