16. Оптимальная геометрия режущих инструментов.

Понятие об оптимальной геометрии инструментов. На интенсивность изнашивания контактных площадок инструмента большое влияние оказывает форма его режущей части и размеры углов заточки, т.е. его геометрические параметры. Изменение их влечет за собой изменение периода стойкости инструмента, сил резания, шероховатости обработанной поверхности и т.д. Геометрические параметры, при которых достигаются наибольший период стойкости и допустимая скорость резания v_T при условии обеспечения наименьшей стоимости обработки и при возможно большей производительности и высоком качестве обрабатываемой поверхности называются оптимальными или наивыгоднейшими. При назначении оптимальных геометрических параметров инструментов следует помнить, что иногда целесообразно допускать отклонения от оптимальных значений углов на 2...3°, что позволяет уменьшать номенклатуру применяемых инструментов.

Выбор заднего угла . Задний угол обеспечивает уменьшение трения задней поверхности режущего инструмента об обработанную поверхность. Поэтому с увеличением угла  до каких-то определенных пределов условия резания улучшаются. Однако увеличение  приводит к уменьшению угла заострения , в результате чего ухудшаются условия теплоотвода и интенсифицируется изнашивание. Таким образом, с увеличением  стойкость вначале растет, а потом падает (рис. 13.1). Чтобы полнее выяснить характер изменения стойкости режущего инструмента с изменением заднего угла, необходимо учитывать толщину срезаемого слоя. Известно [1], что при обработке сталей больший оптимальный угол  соответствует меньшей толщине срезаемого слоя: sin_опт = 0,13/a^0,3. Для практических целей при обработке сталей рекомендуются следующие значения задних углов: для черновых резцов при S > 0.3 мм/об –  = 8°; для чистовых резцов при S < 0,3 мм/об –  = 12°; для торцовых и цилиндрических фрез –  = 12...15°. Значения задних углов при обработке чугунов несколько меньше, чем для обработки сталей.

Выбор переднего угла . Как известно, чем больше передний угол , тем легче протекает процесс резания, т.е. тем меньше силы и температура резания, деформаций срезаемого слоя, а, следовательно, выше период стойкости режущего инструмента. Однако следует учитывать, что с увеличением угла  уменьшается угол заострения  и тем самым ухудшается отвод теплоты. Поэтому кривые T = f() имеют характер, аналогичный графику T = f() (рис. 13.2).

Передний угол должен быть тем больше, чем меньше твердость и прочность обрабатываемого материала и чем больше его пластичность. Для инструментов из быстрорежущей стали при обработке мягких сталей угол  = 20...30°, сталей средней твердости –  = 12...15°, чугуна –  = 5...15° и алюминия –  =30...40°. У твердосплавного инструмента передний угол делается меньшим, а иногда даже отрицательным в силу того, что этот инструментальный материал менее прочный, чем быстрорежущая сталь. Однако уменьшение  приводит к росту сил резания. Для снижения сил резания в таком случае на передней поверхности как твердосплавного, так и быстрорежущего инструмента затачивают отрицательную фаску (рис. 13.3).

Выбор главного угла в плане . При постоянных значениях S и t изменение угла  приводит к изменению ширины и толщины срезаемого слоя. Чем меньше угол , тем больше ширина среза b и угол  и тем лучше отвод теплоты. Иными словами: малые углы  способствуют увеличению периода стойкости инструмента (рис. 13.4). Отсюда следует, что для увеличения периода стойкости инструмента надо стремиться к уменьшению угла . Однако чрезмерное его уменьшение оказывается вредным, так как при этом наблюдается резкое возрастание радиальной силы резания Р_у и увеличение вибраций.

Выбор вспомогательного угла в плане ₁. Выбор ₁ преследует цель уменьшения трения вспомогательной задней поверхности инструмента об обработанную поверхность. Однако чем больше угол ₁, тем выше остаточные гребешки на обработанной поверхности. Кроме того, уменьшается угол при вершине , а, следовательно, хуже отводится теплота. График зависимости стойкости резца от вспомогательного угла в плане Т = f(₁) представлен на рис. 13.4,б. Для отдельных видов инструментов ₁ колеблется в пределах от 0° до 2...3. Например, у сверл и метчиков ₁ = 2...3', а у отрезного резца ₁ == 1...3.

33