Конструкция строгальных и долбежных резцов и углы их заточки

Резец является одним из самых распространенных металлорежущих инструментов. Он широко применяется для выполнения резьбы, обработки плоскостей, цилиндрических и фасонных поверхностей, а также при строгальных и долбежных работах.

Резец состоит из рабочей части, называемой головкой, и тела — державки. Основными элементами рабочей части являются главная режущая кромка, вспомогательная режущая кромка и вершина — точка пересечения двух кромок. Срезание слоя металла осуществляется главной кромкой, имеющей прямую или фасонную форму. Образующаяся в процессе работы стружка сходит по передней поверхности резца.

Державка служит для закрепления инструмента в держателе станка и обычно имеет квадратную или прямоугольную форму поперечного сечения.

В зависимости от того, как по отношению к обрабатываемой поверхности установлены резцы, эти инструменты подразделяются на радиальные и тангенциальные. Первые расположены перпендикулярно оси детали, вторые — касательно.

Если первый тип резца имеет широкое применение в промышленности за счет простоты своего крепления и более удобного выбора геометрических параметров режущей части, то второй используется главным образом на токарных автоматах и полуавтоматах, где особенно важна чистота обработки.

По направлению подачи резцы подразделяются на два типа: правые и левые. Если при наложении ладони правой руки сверху на инструмент главная режущая кромка находится под большим пальцем, то резец называется правым. Если режущая кромка располагается подобным образом при наложении левой руки, то и резец, соответственно, будет левым.

Форма головки и её положение относительно стержня также могут быть различными. По этим параметрам резцы делятся на прямые, отогнутые, изогнутые и с оттянутой головкой.

Прямые имеют прямую ось в плане и боковом виде. Ось отогнутых в плане изогнута. У изогнутых ось загнута в боковом виде. У резцов с оттянутой головкой ширина головки меньше ширины тела резца.

Резцы применяются для токарных, строгальных и долбежных работ и имеют соответствующие названия. Сейчас мы более подробно коснемся резцов, используемых на токарных станках, и расскажем об их разновидностях.

Токарные резцы

Токарные резцы подразделяются на проходные, подрезные, отрезные, расточные, фасочные и фасонные.

Подрезные токарные резцы служат для подрезания уступов под прямым или острым углом к основному направлению обтачивания. Обычно этот инструмент имеет поперечную подачу. Отрезные резцы предназначены для отрезания материала от прутков небольшого диаметра. Как правило, для этих целей применяются инструмент с оттянутой головкой. В связи с тем, что работа ведется с большим усилием, а отвод стружки из зоны резания затруднен, нередко происходят выкрашивание или сколы режущей части инструмента, а иногда и отрыв пластинки от державки.

Расточные резцы необходимы для обработки отверстий. Они имеют меньшие поперечные размеры, чем обрабатываемое отверстие, и довольно большую длину. В силу своей малой жесткости, расточные резцы не позволяют снимать стружку большого сечения.

Для обработки длинных отверстий или отверстий большого диаметра применяются вставные резцы круглого или квадратного сечения, используемые вместе с державками. Державки позволяют производить расточку с помощью как одностороннего, так и двустороннего резца.

Фасочные резцы предназначены для снятия наружных и внутренних фасок.

Фасонные резцы используются для получения детали сложной формы.

Геометрические параметры токарных резцов

При выборе токарного резца следует учитывать целый ряд требований, обеспечивающих высокую производительность и точность обработки. Это

материал режущей части резца;

геометрия режущей части;

прочность и виброустойчивость державки и режущих кромок;

форма и размеры пластинки инструментального материала;

способ и конструкция крепления пластинки инструментального материала (если используются пластины с механическим креплением);

способ стружколомания;

размеры, шероховатость, геометрия и конструкция гнезда для крепления пластины инструментального материала.

Все перечисленные факторы определяют выбор оптимальных режимов резания – глубины, подачи и скорости.

Главными критериями выбора геометрических параметров резца являются:

стойкость инструмента (время образования на его задней или передней поверхности допустимой величины площадки износа);

размерная стойкость инструмента (допустимое изменение его настроечного размера);

поддержание заданной шероховатости обработанной поверхности;

уменьшение амплитуды автоколебаний в ходе рабочего процесса.

При выборе резца следует учитывать такие параметры, как его углы. Они измеряются в секущих плоскостях и обозначаются греческими буквами.

К основным углам относятся главный задний угол, передний угол, угол заострения и угол резания. Все они находятся в главной секущей плоскости — перпендикулярной главной режущей кромке и основной плоскости.

Главным задним углом (его принято обозначать буквой «альфа») называется угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Его назначение — уменьшение трения задней поверхности резца о заготовку. Увеличение заднего угла вызывает уменьшение угла заострения, что влечет за собой снижение прочности лезвия и увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности. Уменьшение заднего угла, в свою очередь, повышает трение, что ускоряет износ резца и снижает качество обработки.

При обработке твёрдых материалов величины задних углов снижаются, а при работе с более мягкими — увеличиваются. Рекомендуемые значения главного заднего угла зависят от типа резца и указываются в таблицах.

Угол между передней и главной задней поверхностями резца (обозначается буквой «бетта») называется углом заострения.

Передний угол («гамма») - это угол между передней поверхностью резца и плоскостью, проведенной через главную режущую кромку перпендикулярно к плоскости резания.

Назначение переднего угла - уменьшить деформацию срезаемого слоя и облегчить сход стружки. Увеличение угла облегчает процесс резания и позволяет снизить усилие подачи резца, но прочность режущего клина снижается. Отклонение величины переднего угла всего на 5 градусов от рекомендуемых оптимальных значений может вызвать снижение стойкости резцов почти в три раза. Уменьшение переднего угла повышает стойкость резцов.

И наконец, угол резания («дельта») - угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

Кроме того, существуют вспомогательный задний угол, главный угол в плане, вспомогательный угол в плане, угол при вершине резца и угол наклона главной режущей кромки.

Вспомогательным задним углом называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Этот угол измеряется на вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной к вспомогательной режущей кромке и основной плоскости. Аналогично главному заднему углу он обозначается как «альфа1».

Угол между главной режущей кромкой и направлением подачи называется главным углом в плане и обозначается буквой «фи». Его назначение – изменять соотношение между шириной и толщиной среза при постоянных глубине резания и подаче. При уменьшении угла повышается прочность вершины резца, но силу приложения приходится увеличивать. При этом повышается трение об обрабатываемую поверхность и возникают вибрации.

Выбор величины главного угла в плане зависит от условий обработки,, конструкции резцов и особенностей крепления пластин. Значение угла «фи» может быть 90, 75, 63, 60, 50, 45, 35, 30, 20, 10 градусов, что позволяет подобрать угол , наиболее соответствующий конкретным условиям.

Резцы с малыми углами от 10 до 20 градусов применяются при обработке массивных деталей на тяжелых станках. Нежесткие изделия обрабатывают под углами 60-75 градусов, а угол 90 градусов применяется при наличии на заготовке ступеней с торцами.

Вспомогательным углом в плане называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи (по аналогии обозначается «фи1»). Уменьшение угла снижает шероховатость обработанной поверхности.

Угол, образованный пересечением главной и вспомогательной режущих кромок, называется углом при вершине. Его значение обозначается буквой «эпсилон».

Главная режущая кромка резца может иметь различные углы наклона с линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости.

Угол наклона режущей кромки обозначается буквой «ламбда». Изменение этого угла позволяет управлять направлением схода стружки и условиями контакта резца с заготовкой. Значения 12-15 градусов следует применять при черновой обработке и прерывистом резании с ударами. При точении закаленной стали значение «ламбды» следует принять от 25 до 35 градусов. При чистовой обработке детали используются резцы, угол наклона режущей кромки которых меньше или равен нулю.

Заточка резцов

Заточка токарных резцов производится как при их изготовлении, так и при износе. Процесс заточки проходит на точильно-шлифовальных станках с непрерывным охлаждением. Сначала затачивается главная поверхность, затем задняя и вспомогательная. После этого обрабатывают переднюю поверхность резца до получения ровной режущей кромки.

На каждом станке для заточки резцов имеется два шлифовальных круга: из электрокорунда и из зеленого карбида кремния. Первый применяется для обработки резцов из быстрорежущей стали, второй используется для заточки твердосплавных резцов. Для проверки правильности заточки резца существуют специальные шаблоны.

Строгальные и долбежные резцы (рис. 2.3, е, ж) – это инструменты, работающие с ударной нагрузкой в момент периодически повторяющегося врезания. Из-за консольного крепления таких резцов со сравнительно большим вылетом их державки подвергаются упругим деформациям и вибрациям. Эти резцы работают со сниженными скоростями резания из-за больших инерционных масс и сечениями среза, в 1,5-2 раза большими, чем при токарной обработке. По этим причинам условия резания неблагоприятны для использования твердосплавных пластин, поэтому чаще всего эти резцы изготавливают из быстрорежущих сталей.

Во избежание внедрения задней поверхности строгального резца в обработанную поверхность заготовки из-за упругих деформаций державки его вершина должна быть расположена на одном уровне с опорной поверхностью, и поэтому державка имеет изогнутую форму.

На рис. 2.3, е показаны геометрические параметры строгальных резцов при несвободном и свободном резании (без вспомогательных кромок), а на рис. 2.3, ж показаны углы ? и ? долбежных резцов. На примере свободного строгания можно дать другое определение угла наклона главной режущей кромки ? – это угол между вектором скорости резания и нормалью к проекции главной режущей кромки на плоскость резания, которая в данном примере совпадает с обработанной поверхностью. Такое определение ? применимо также к другим видам инструментов, например к сверлам и фрезам.

Величины геометрических параметров строгальных и долбежных резцов обычно принимают близкими к принятым для токарных резцов, за некоторыми исключениями. Так, для предохранения выкрашивания вершины резцов при работе с ударами угол ? увеличивают до 10… 12°. При несвободном строгании рекомендуется главный угол в плане ? = 20…45°. Для чистовых операций (под шабрение) желательно снижать угол ?1 до 0.

Твердосплавные резцы – это резцы, оснащенные пластинами твердого сплава, обеспечивающие высокую производительность и получившие наибольшее распространение на практике.

Пластины крепятся к державке пайкой или механическим путем. Цельные твердосплавные резцы изготавливают только малых размеров (они применяются в приборостроении и часовой промышленности).

Использование пайки стандартных пластин из твердого сплава, имеющих разнообразную форму, позволяет получать компактные конструкции резцов. Последние после заточки имеют оптимальные значения геометрических параметров и характеризуются эффективным использованием твердого сплава благодаря многократной переточке. Однако пайке присущ такой существенный недостаток, как появление внутренних термических напряжений в спае и в самих пластинах из-за большой разницы (примерно в 2 раза) коэффициентов линейного расширения твердого сплава и стальной державки. При охлаждении после пайки возникающие напряжения приводят к образованию микротрещин в пластинах, которые вскрываются при заточке или в процессе резания. Микротрещины приводят к выкрашиванию и даже к поломкам пластин. Обычно применяемые технологические приемы по снятию напряжений: релаксация путем замедления скорости охлаждения, использование компенсационных прокладок и другие – не решают полностью этой проблемы. Избавиться от напряжений можно только путем применения сменных многогранных пластин (СМП), которые механически крепятся к корпусу инструмента. По мере затупления пластин путем их поворота производится обновление режущих кромок, что обеспечивает их быстросменность и не требует переточек.

Инструменты, оснащенные СМП, по сравнению с напайными, имеют следующие преимущества:

1) более высокие прочность, надежность и стойкость;

2) меньшие расходы на смену и утилизацию пластин;

3) меньшие простои оборудования при замене и наладке инструмента, что особенно важно при эксплуатации современных дорогостоящих станков с ЧПУ и автоматических линий;

4) более благоприятные условия для нанесения на пластины износостойких покрытий, что позволяет значительно (до 4-5 раз) повысить их стойкость, а следовательно, и производительность процесса резания;

5) меньшие потери остродефицитных материалов (вольфрама, кобальта, тантала и др.) за счет увеличения возврата пластин на переработку.

Недостатки инструментов, оснащенных СМП:

1) высокая стоимость из-за их высокой точности, а следовательно, высокой трудоемкости изготовления пластин и инструмента в целом;

2) повышенные габариты корпусов инструментов из-за необходимости размещения в них элементов крепления пластин;

3) невозможность полного обеспечения оптимальной геометрии режущей части инструмента из-за заданной формы пластин и условий их крепления.

По числу режущих кромок и форм пластины имеют различные исполнения, закрепленные в международных и национальных стандартах. 11екоторые из них приведены на рис. 2.4, а.

Геометрические параметры инструментов, оснащенных СМП, определяют в статике при изготовлении пластин и корректируют при их закреплении в корпусе (державке) инструмента с учетом кинематики станка и условий резания.

По геометрическим параметрам СМП делятся на:

а) негативные (?=0°, ? = 0°);

б) позитивные (?= 0°,? > 0°);

в) негативно-позитивные (?> 0°, ? = 0°)

Задний угол при установке негативных и негативно-позитивных пластин создается за счет их поворота при креплении в державке резца. При этом у негативных пластин передние углы становятся отрицательными, то есть (-?) = ?, у негативно-позитивных пластин угол ? уменьшается на величину угла ?. У позитивных пластин угол ? равен углу поворота пластины по часовой стрелке, а угол ? уменьшается на эту же величину.

Существует множество конструкций резцов, различающихся по способу крепления СМП, часть которых с целью удобства крепления изготавливают с отверстиями. Анализ многочисленных конструктивных решений крепления пластин позволил свести их к следующим схемам крепления (по ИСО):

а) прихватом сверху;

б) рычагом через отверстие с прижатием к боковым стенкам гнезда;

в) винтом с конической головкой;

г) штифтом через отверстие и прихватом сверху.

Некоторые примеры конструктивного исполнения этих схем на резцах приведены на рис. 2.5.

Пластины негативные и негативно-позитивные крепятся чаще всего прихватом сверху (схема а) или по схеме г. Последняя обеспечивает более надежное крепление. Крепление винтом (схема в) используется для малонагруженных пластин и является простым и компактным.

У резцов наибольшее распространение получили пластины с отверстием. Благодаря этому обеспечиваются свободный сход стружки по передней поверхности и значительно меньшие габариты элементов крепления, размещаемых в корпусе державки.

Возможны нестандартные схемы крепления твердосплавных пластин нестандартной формы. Примером этому являются отрезные резцы (рис. 2.5, д), разработанные фирмой «Sandvik Coromant» (Швеция). Здесь крепление пластины осуществляется силами упругой деформации стенки паза державки.

Резцы, оснащенные керамикой и синтетическими сверхтвердыми материалами. Указанные материалы обладают высокими твердостью, износо- и теплостойкостью, благодаря чему обеспечивают значительное повышение производительности и стойкости, высокие точность и качество обработанной поверхности. Их недостатком является низкая прочность режущего клина, которая ограничивает область их применения. Наибольшую эффективность они показали при чистовом точении сталей, особенно закаленных, чугунов различной твердости и даже твердых сплавов с содержанием кобальта выше 25 %. При этом обработка должна проводиться на высокоточных, жестких, скоростных и мощных станках с ЧПУ последнего поколения.

Поставляется режущая керамика в виде неперетачиваемых многогранных пластин (ГОСТ 25003-81) круглой, квадратной, треугольной и ромбической форм различных размеров. Негативные керамические пластины крепятся в основном в тех же державках, что и твердосплавные, -прихватом сверху (рис. 2.6, а).

К группе сверхтвердых материалов, как уже отмечалось, относят алмазы (природные и синтетические) и композиты на основе поликристаллов кубического нитрида бора (эльбора).

Так как алмазы имеют очень малые размеры, то их крепление осуществляется пайкой, зачеканкой или механическим путем. Крепление алмаза пайкой осуществляется либо непосредственно в державку (рис. 2.6, б), либо с применением промежуточных вставок (рис. 2.6, в). На последнем варианте вставка прессуется и спекается вместе с алмазом методом порошковой металлургии. Механическое крепление алмаза показано на рис. 2.6, г.

Геометрические параметры заточки алмазных резцов: ? = 0…-50, ? – 8… 12°, ? = 15…45°.

Вершина резца в плане выполняется со скругленном г = 0,2.. .0,8 мм или с несколькими фасками (фасетками) (рис. 2.6, д). В сечении, нормальном к режущей кромке, радиус скругления режущего клина достигает величины ? < 1 мкм. Благодаря этому алмазное точение позволяет снизить шероховатость обработанной поверхности до Ка = 0,08… 0,32 мкм и повысить точность обработки до JT 5…7.

При точении и растачивании цветных металлов, пластмасс и композиционных материалов стойкость алмазных резцов во много раз выше стойкости твердосплавных резцов. Алмазные резцы могут работать более 200…300 часов без подналадок и смены инструмента, что особенно важно для автоматизированного производства, при этом алмазы массой 0,5…0,6 карата допускают 6… 10 переточек.

При точении деталей из закаленных углеродистых сталей, легиророванных коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, а также высокопрочных чугунов применяются резцы, оснащенные поликристаллическими сверхтвердыми материалами (ПСТМ) из кубического нитридa бора. В настоящее время промышленностью освоен выпуск таких пластин трехгранной, круглой, квадратной и ромбической форм небольших размеров с диаметром вписанной окружности d = 4… 12,7мм, толщиной 3…5 мм (? = 0, ? = 0…110). Крепление таких пластин осуществляется прихватом сверху.

В последние годы стали применяться двухслойные пластины, которые представляют собой твердосплавную пластину с нанесенным слоем поликристаллов кубического нитрида бора на ее наружной поверхности мин с напайками по ее уголкам (рис. 2.6, е). Такие пластины имеют более крупные размеры и их можно крепить механическим путем в державках, применяемых для крепления твердосплавных пластин.

Лекция 12