|
Углы резца выбирают в зависимости
от характера процесса резания. При изготовлении режущих инструментов
руководствуются определенными значениями углов резца. Точное определение
углов сопряжено с трудностями, так как величина углов не должна зависеть от
положения инструмента относительно обрабатываемой детали. В большинстве
промышленных стран на резцы существуют стандарты, определяющие посредством
измерительных плоскостей или системы координат положение главной режущей
кромки и передней поверхности. В немецких стандартах ДИН 768 и 6581 (1960 г.) углы режущей кромки определяются при помощи условных плоскостей, образующихся из направлений
движения при резании. Резец имеет главную режущую кромку (непосредственно
участвующую в процессе резания) и вспомогательную режущую кромку (примыкающую
к закруглению при вершине и способствующую отделению стружки от
обрабатываемой поверхности в зависимости от радиуса закругления и толщины
среза). Различают также переднюю поверхность резца, по которой сходит
стружка, и заднюю поверхность (главной и вспомогательной режущей кромки),
обращенную к поверхности резания или обработанной поверхности детали.На
инструменте различают следующие углы.
Задний угол а-—угол между поверхностью резания и задней
поверхностью резца. В случае твердосплавных инструментов этот угол должен
быть по возможности малым для обеспечения хорошей опоры. Однако слишком малый
угол (в зависимости от обрабатываемого материала) увеличивает трение. Как
правило, угол а равен 4—5° при обработке стали, 6—8° — мягких металлов и
10—15° — меди.
Передний угол 7 — угол между перпендикуляром на
поверхность резания и передней поверхностью резца. Чем больше передний угол,
тем легче отделяется стружка от обрабатываемой детали. Однако из-за опасности
выкрашивания (что зависит как от обрабатываемого, так и от режущего
материала) величина угла не должна превышать определенного значения. При
обработке меди и мягкой стали твердыми сплавами угол 7 составляет 20—18°; при
обработке легких металлов он может быть еще больше. С увеличением твердости
обрабатываемого материала угол 7 уменьшают. Для обработки особо твердой стали
и материалов очень высокой прочности с успехом применяют даже отрицательный
передний угол. Чем больше а и особенно у. тем меньше заключенный между ними
угол заострения |3 и тем больше опасность разрушения режущей кромки. Поэтому
для твердого сплава, который является относительно хрупким материалом, углы а
и 7 должны быть по возможности малыми, особенно при прерывистом резании
твердых материалов; необходимой предпосылкой для этого является, конечно,
достаточная мощность станка. При отрицательном переднем угле 7 угол
заострения превышает 90° и режущая кромка подвергается в основном сжимающей
нагрузке
Угол установки к—угол между первой главной плоскостью и
проекцией режущей кромки на третью главную плоскость. Он определяет толщину
среза h и активную часть режущей кромки и влияет на сопротивление резанию и
плавность процесса резания. Как правило, угол х равен 30—60°. Чем больше
склонность обрабатываемой детали к вибрации, тем большим должен быть угол
установки. У подрезного токарного резца он составляет 90, у широких чистовых
резцов 0°.
Угол наклона Я—угол наклона главной режущей кромки к
третьей главной плоскости. Если режущая кромка опускается к вершине, угол Я
положительный. Для твердосплавных инструментов угол наклона имеет большое
значение. У сравнительно хрупких твердых сплавов следует избегать нагрузки на
вершину режущей кромки, возникающей в начале резания, особенно при
прерывистом резании. Если вершина режущей кромки является самой низкой точкой
главной режущей кромки и угол X является положительным ( 70), опасность
выкрашивания уменьшается. Однако при больших углах наклона требуются большие
усилия резания. Наиболее надежный радиус закругления вершины резца г равен
коэффициенту 2,5, умноженному на величину подачи; он применяется в том
случае, если не требуется меньший радиус при обработке нежестких деталей или
больший радиус при чистовой обработке для достижения высокой чистоты
поверхности.
В книге не рассматриваются обозначения углов резания по
американским стандартам. Однако необходимо отметить, что в работе Крекелера имеются
формулы и графики для пересчета углов, принятых в американских стандартах в
соответствии с немецкими стандартами. При одинаковой подаче и одной и той же
глубине резания форма сечения среза различна и зависит от угла установки к
или от формы режущей кромки (прямая или изогнутая). От формы сечения среза
зависит не только удельное давление резания, но и стойкость инструмента.
Лайензеттер предлагает рассматривать форму сечения среза,
площадь которого выражена теоретическим сечением среза as, по отношению к
длине захвата I. Для этой цели он вводит коэффициент резания, равный — , и
рассматривает величину, обратную этому коэффициенту, как толщину среза ш:
Таким образом, m является принятой толщиной среза площадью
as по длине захвата I. Величина m всегда малых скоростях резания и
непосредственное наблюдение за процессом резания с помощью скоростной
киносъемки позволяют объяснить процесс стружкообразование следующим образом.
Вначале режущая кромка инструмента во все возрастающей
мере деформирует поверхность обрабатываемой детали. При дальнейшем повышении
давления возникают нагрузки, при которых разрушается структура. Отделенные
частицы материалов в виде стружки начинают перемещаться вдоль передней
поверхности резца, при этом они подвергаются срезающим напряжениям, в
результате чего в определенных плоскостях скольжения полностью или частично
разрушается связность стружки. Отдельные фазы этого периодически повторяющегося
процесса сопровождаются изменениями давления резания, за которыми можно
проследить при резании с очень низкими скоростями. При очень высоких
скоростях резания изменения сопротивления следуют одно за другим так быстро,
что измерению они уже не поддаются. Однако это выражается в виде более или
менее сильной вибрации в процессе резания.
Срезание отдельных частиц стружки происходит у различных
материалов по-разному в зависимости от предела прочности при растяжении,
относительного удлинения и твердости материала. У хрупких материалов (чугун)
стружка полностью отламывается; образуется короткая стружка надлома. У вязких
материалов
(сталь) образуется длинная сливная стружка, но и в этом
случае заметна деформация, которую можно наблюдать по изменению сечения
среза. При обработке мягких и вязких материалов резцом с отрицательным
передним углом образуется стружка надлома. Короткую стружку получают и при
обработке вязких материалов режущей кромкой специального выполнения (со струж-
коломающим уступом)
Форма стружки зависит не только от материала, но и от
других факторов, в частности от углов режущей кромки, глубины резания,
подачи, скорости резания и т. д. Многочисленным исследованиям взаимосвязи
этих факторов посвящена специальная литература
Для деформации стружки необходима затрата определенной
работы, которая тем больше, чем сильнее деформация . Образование стружки
надлома у вязких материалов обусловливает поэтому большую нагрузку на
инструмент; требуются большие усилия резания и затрата энергии. Между деформацией
стружки и качеством поверхности обрабатываемой детали существует зависимость.
Значительно сильнее стружка деформируется при низких скоростях резания, так
как деформируются отдельные кристаллиты, вырываемые из материала, и
поверхность детали становится шероховатой и чешуйчатой. При высоких скоростях
резания, применяемых для твердых сплавов, кристаллиты отделяются режущей
кромкой без существенной деформации. Поверхность резания и обрабатываемая
поверхность детали при этом очень гладкие, что свидетельствует о
целесообразности применения твердого сплава
Характерным явлением при резании металлов, в частности
стали, является упрочнение обрабатываемой детали, а также и стружки
вследствие срезающих напряжений. По данным Мерчанта твердость поверхности
обрабатываемой детали (в зависимости от вида материала) в 1,5—2,5 раза, а
твердость стружки в три раза выше первоначальной твердости. У хрупких
материалов (чугун) твердость почти не повышается. Трение стружки и
обрабатываемой детали об инструмент также влияет на усилие резания.
Таким образом, при резании необходимо преодолеть следующие
усилия: сопротивление резанию, т. е. сопротивление материала отделению от
него частиц; сопротивление деформации, т. е. сопротивление снятого и
обрабатываемого материала изменению формы (упругая и пластическая деформация
обрабатываемой детали и стружки); сопротивление трению, обусловленное трением
стружки и обрабатываемой детали об инструмент. Большая часть работы резания
уходит на преодоление сопротивления деформации; так, при резании чугуна на
это затрачивается 50%, а при резании стали 75% общей работы. На сопротивление
резанию расходуется 35% общей работы при обработке чугуна и 15% при обработке
стали. Остающаяся часть общей работы тратится на преодоление сопротивления
трению.
|