1.3.1.Связь между углами режущей части инструмента в произвольных сечениях
Геометрические параметры режущей части инструментов измеряются в различных сечениях и привязаны к условиям резания. При этом технологические базы обработки, заточки и контроля резцов не совпадают с базами, от которых задается большинство геометрических параметров.
Для удобства
изготовления, заточки и контроля передний
и задний углы задают в продольном сечении
или
в поперечном
:
,
и
,
(рис. 1.5).
Зависимости для
расчета продольных и поперечных передних
и задних углов резца получаются при
условии, что известны углы в главной
секущей плоскости
и
,
и угол наклона главной режущей кромки
не равен нулю. В передней поверхности
расположены векторы
,
,
,
и
,
исходящие из точки
на режущей кромке, и их величины можно
выразить через проекции на координатные
оси согласно зависимости
,
(1.4)
где
- единичные векторы;
-
координаты вектора
.
Если принять модули
всех векторов, лежащих в основной
плоскости
,
равным единице, т.е.
;
;
;
,
то можно получить:
(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)
Так как векторы
коллинеарны, то их смешанные произведения
равны нулю, т.е.
(1.9)
Рис. 1.5. Схема к расчету углов режущей части инструмента в произвольных сечениях
С учетом зависимостей (1.5 – 1.8) правые части выражений (1.9) могут быть представлены определителями третьего порядка, строки которого составлены из координат векторов:
(1.10)
(1.11)
Раскрывая определители в (1.10 – 1.11), после преобразований можно получить:
(1.12)
(1.13)
Располагая аналогичным образом, векторы по задней поверхности и полагая, что их проекции в плоскости резания по модулю равны единице, после соответствующих математических преобразований получается:
(1.14)
1.3.2.Влияние геометрии режущей части инструмента на процесс резания
Передний
угол
имеет большое значение для процесса
резания. С увеличением переднего угла
облегчается врезание режущего клина в
материал, уменьшается деформация
срезаемого слоя, облегчается сход
стружки, уменьшается сила резания. Это
следует из формулы Зворыкина для угла
скалывания
:
,
где
и
- углы внешнего и внутреннего трения,
–
коэффициент трения.
С увеличением переднего угла - увеличивается угол скалывания, а это приводит к уменьшению сопротивления процессу резания. Но увеличивать передний угол без ограничений нельзя, так как увеличение его приводит к уменьшению угла заострения, а он влияет на прочность резца, снижает его стойкость за счет выкрашивания режущей кромки и менее интенсивного отвода тепла из зоны резания.
Передний угол считается положительным, если след передней поверхности расположен под следом основной плоскости, проведенной через главную режущую кромку.
Передний угол равен нулю, если следы основной плоскости и передней поверхности совпадают.
Оптимальное
значение переднего угла определяется
опытным путем в зависимости от
физико-механических свойств обрабатываемого
и инструментального материалов,
количественных значений параметров
режима резания
и других условий обработки. Возможные
значения переднего угла находятся в
пределах
.
Для упрочнения режущего клина, особенно
изготовленного из хрупких режущих
материалов, на передней поверхности
затачивают фаску с нулевым или
отрицательным передним углом
,
шириной
,
зависящей от подачи.
Для обработки
твердых материалов применяют малые
передние углы и даже отрицательные
.
Так, например, для обработки закаленной
стали 30ХГСНА, передний угол принимают
равным
При обработке
вязких металлов, которые при небольших
пределах прочности
дают большое удлинение
,
применяются большие значения передних
углов
.
При обработке
жаропрочных никелевых сплавов ЭИ437Б,
ЭИ766 значение переднего угла -
.
Такие же передние
углы применяются при обработке титановых
сплавов ВТ3-1, ВТ6
.
Для обработки чугуна
.
Малые значения передних углов в этом
случае связано с характером
стружкообразования. Для обработки
алюминия и его сплавов и сплавов магния
.
Главный задний угол необходим для образования углового зазора между поверхностью резания и задней поверхностью инструмента. Угол уменьшает трение между задней поверхностью резца и поверхностью резания, уменьшает износ резца и нагревание. Угол не может быть равен или меньше нуля.
В
сложных
режущих инструментах
.
Для резцов
.
Увеличивать задний угол без ограничений нельзя, так как резец получается ослабленным и быстро разрушается.
При обработке мягких и вязких материалов, а также чистовой обработке значение главного заднего угла резца берут больше, при обработке твердых и хрупких материалов – меньшее значение.
Главный угол в плане оказывает существенное влияние на прочность, стойкость резца, силу резания и чистоту обработанной поверхности. С уменьшением угла увеличивается длина активной части режущей кромки (ширина срезаемого слоя “b”) и уменьшается толщина срезаемого слоя “a”, что уменьшает термодинамическую нагрузку резца (рис. 1.6, а).
а) б)
Рис. 1.6. Влияние угла в плане
Уменьшение
угла положительно с точки зрения
стойкости резца, его прочности, лучшего
отвода тепла от вершины, так как
увеличивается угол
.
,
(рис.1.6, б)
Вспомогательный угол в плане , служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности инструмента об обработанную поверхность детали.
С уменьшением угла
увеличивается прочность и стойкость
режущего инструмента, т.к.
.
С уменьшением угла увеличивается угол и улучшается условия работы вспомогательной режущей кромки.
С уменьшением угла уменьшается высота неровностей, остающихся после обработки (рис. 1.7)
Рис. 1.7. Остаточные гребешки при точении
Высота
неровностей
с уменьшением
и
уменьшается. Значение вспомогательного
угла в плане от
до
,
его нельзя назначать меньше
,
т.к. мельчайшие частицы стружки не смогут
проваливаться в зазор и могут испортить
обработанную поверхность.
У отогнутого резца
значения углов в плане
и
его можно заточить до величины
(рис.
1.8).
Рис. 1.8. Углы в плане у отогнутого резца
Геометрию проходного резца для работы с большими подачами предложил в 1953-55 гг. токарь Куйбышевского станкозавода Колёсов (рис. 1.9).
Особенностью этого
резца являются три режущие кромки:
первая режущая кромка под углом
- главная режущая кромка; переходная
режущая кромка
(благодаря ней уменьшается толщина
среза “a”);
поперечная режущая кромка (зачищающая)
– в процессе резания не имеет остаточных
гребешков.
Углы резца:
.
Основную работу
по снятию стружки выполняют главная и
переходная кромки. Защищающая кромка
снимает оставшиеся гребешки
.
Введение поперечной режущей кромки
приводит к тому, что неровности
теоретически равны нулю, независимо от
подачи. Этим резцом можно работать с
большими подачами,
,
при дальнейшем увеличении подачи
возникают вибрации.
У этого резца угол
наклона главной режущей кромки
отрицательный
,
потому что он определяет направление
схода стружки. При отрицательном переднем
угле стружка идёт в сторону передней
бабки, т.е необработанной поверхности.
Рис. 1.9.Геометрия токарного резца для работы с большими подачами
Сходу
стружки к передней бабке содействует
и угол
.
Этот резец имеет угол при вершине
,
больше чем у обычных резцов
.
Большой угол при вершине благоприятно
действует на прочность инструмента и
его стойкость. Наибольший эффект
применения этих резцов получается при
получистовой обработке
.
Недостатки:
обрабатываемая поверхность должна быть цилиндрической, не имеющей перекоса;
повышенные силы резания. Очень большие радиальные силы
,
которые изгибают изделие и оно теряет
форму.
Поэтому резцами Колёсова можно обрабатывать только жёсткие изделия больших размеров.
Угол
наклона главной режущей кромки
-
влияет на направление схода стружки.
Его назначение – отвести стружку в
удобном направлении. При отрицательном
угле
стружка идет в сторону передней бабки,
т.е. к необработанной поверхности детали.
При положительном угле
стружка стремится в сторону задней
бабки, т.е. к обработанной поверхности.
Резание облегчается, т.к. стружка уходит
из зоны резания. Для обычных резцов
.
Применение положительного угла наклона
особенно целесообразно при работе с
ударами, например, при обработке шлицевых
поверхностей, когда припуск на обработку
неравномерный, а также при строгании.
При положительном значении угла
ударная сила в момент врезания
приходится не на вершину резца, а на
более прочное место режущей кромки,
удаленное от вершины.
При строгании,
особенно для работы твердым сплавом,
угол наклона главной режущей кромки
.
При точении жаропрочных сплавов
твердосплавными резцами ВК8, Т15К6
угол наклона главной режущей кромки
имеет значение:
.