Авчитись вимірювати кути різця.

ивчити інструментальні матеріали.

знайомитись із основними елементами конструкції токарного різця.

авчитись вимірювати кути різця.

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ОБРОБКУ МЕТАЛІВ РІЗАННЯМ

В сучасній техніці обробки металів різанням на металорізальних верстатах має велике значення, тому що вона є єдиним технологічним процесом, за допомогою якого одержуємо необхідну форму, точність розмірів деталей машин і чистоту їх робочих поверхонь.

Методи обробки металів різанням дуже різноманітні. Широке росповсюдження мають точіння, розточування, свердління, стругання, фрезерування, протягування, шліфування і т.д. Кожен з цих методів здійснюється інструментами на металорізальних верстатах.

Надійсніть будь-якого з цих методів механічної обробки залежить від якості матеріалу, з якого виготовлений різальний інструмент, від його геометрії, а також від потужності і швидкохідності металорізальних верстатів.

За останні роки вчені, інженери провели велику роботу по винаходу нових високонадійних інструментальних матеріалів, зокрема таких як: металокерамічні тверді сплави і мінералокерамічні сплави. Велику роботу в розвитку і удосконаленні механічної обробки металів провели також новатори виробництва, які застосували в практиці високонадійні різці для швидкісного і силового різання металів.

Успішне виготовлення деталей на металорізальних верстатах неможливе без знання властивостей інструментальних матеріалів, геометрії різального інструмента і будови металорізальних верстатів.

2. ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ

Інстументальними називаються такі матеріали, з яких виготовляють різальні інструменти. При різанні металів виникає великий тиск стружки і оброблюваної заготовки на різальний інструмент. Виникаючі при цьому сили – тертя між стружкою і передньою поверхнею інструмента, між оброблюваною заготовкою і задньою поверхнею, а також внутрішні сили тертя частин деформованого металу є джерелами утворення тепла в процесі різання – все це приводить до притуплення інструменту.

Тoму матеріали, що ідуть на виготовлення різальних інструмеyтів, повинні мати високу твердість, міцність і теплостійкість.

Твердість інструментальних сталей після термічної обробки визначається по Роквеллу за шкалою С з навантаженням на алмазний конус 150 кгс, а твердих сплавів – за шкалою А з навантаженням 60 кгс.

Теплостійкість визначається температурою, при якій матеріал інструмента втрачає свою початкову твердість і швидко притупляється.

Працездатність будь – якого інструмента залежить від здатності його зберігати різальні властивості. Всі матеріали, що застосовуються для виготовлення різального інструмента, можна розділити на такі групи:

а) вуглецеві інструментальні сталі;

б) леговані інструментальні сталі;

в) швидкорізальні сталі;

г) металокерамічні тверді сплави;

д) мінералокерамічні сплави.

а) Вуглецеві інструментальні сталі містять від 0,6 до 1,4% вуглецю. Чим більше вуглецю, тим більшу твердість має сталь після загартування і відпуску. Вуглецеві інструментальні сталі поділяються на два класи:

клас І – якісні сталі;

клас ІІ – високоякісні сталі.

Класи вуглецевих інструментальних сталей поділяються на марки У7-У7А; У8А; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А. В позначенні марки сталі за ДЕСТом “У” показує, що сталь “вуглецева”, цифра показує середню кількість вуглецю в десятих долях відсотка, а буква “А” на те, що ця сталь високоякісна, яка має понижену кількість сірки і фосфору ( Sі P 0,03% кожного).

Недоліком вуглецевих і інструментальних сталей є низька теплостійкість, яка дорівнює 200 – 250⁰ С. Тому їх застосовують для виготовлення інструмента, що працює при низьких швидкостях різання, наприклад, напилків, ручних розверток і інших інструментів. Вони працюють з швидкістю різання від 5 до 10 м/хв.

б) Леговані інструментальні сталі мають, крім вуглецю, легуючі елементи: хром, кремній, вольфрам, ванадій, марганець, які надають сталі стійкість проти спрацьовування, збільшують прогартованність і зменшують деформацію. Завдяки зменшеної деформації при загартуванні вони використовуються для виготовлення складних і точних інструментів, таких як: мітчики, плашки, розвертки, протяжки і т.д. Найбільш поширені марки легованої сталі це:

9ХС – хромиста сталь,

ХВГ – хромовольфрамомарганцева сталь,

ХВ5 – хромовольфрамова сталь

і інш.

В марці легованої сталі цифра зліва показує середню кількість вуглецю в десятих долях відсотку; букви справа від цифри показують легуючі елементи:

	Г – марганець	С – кремній	Х – хром
	В – вольфрам	Ф – ванадій

цифри після букв показують вміст даного елемента в цілих числах.

Наприклад: сталь марки 7Х3 має 0,7% вуглецю і 3% хрому.

Теплостійкість цих сталей – 350-400⁰ С, що дає можливість інструменту, виготовленому з них працювати на більш високих швидкостях різання.

в) Швидкорізальна сталь застосовується лише для виготовлення верстатного різального інструмента (різців, свердл, фрез і т.д.).

Найпоширенішими є дві марки швидкорізальної сталі – Р18 і Р9, хімічний склад яких приведений в таблиці 1.

аблиця 1

Хімічний склад, %

C	Si	Mn	Cr	W	V	Mo	Ni	S	P	Co
не більше	не більше
0,73-0,83	0,50	0,50	3,80-4,40	17,0-18,5	1,00-1,40	1,00	0,40	0,03	0,03	0,50
Сталь марки Р9
0,89-0,95	0,4	0,4	3,80-4,40	8,50-10,0	2,0-2,6	1,00	0,40	0,03	0,03	0,50

Швидкорізальна сталь має теплостійкість 570-600⁰С і твердість 65 – 67 R_c. Високої твердості й теплостійкості вона набуває внаслідок термічної обробки і вмісту в ній понад 8% вольфраму і 3,8 – 4.4% хрому. Термічну обробку цієї сталі проводять так: спочатку її повільно нагрівають до температури 840-870⁰С, потім швидко підігрівають до температури 1260-1280⁰С (для марки Р18), охолоджують в маслі і відпускають при повторному нагріванні 2-3 рази при температурі 550-560⁰С.

г) Металокерамічні тверді сплави мають високу твердість (HRA=88-94), яка близька до твердості алмазу, і високу теплостйкість 800-1100⁰С. Вони термічно не обробляються, а їх властивості (твердість і висока теплостійкість) забезпечуються в процесі виготовлення. Тверді сплави виготовляються пресуванням і наступним спіканням (при темпертурі 1500⁰С) порошку кобальту і карбіду вольфраму WC або порошку кобальту з WC і карбідом титану ТіС.

В нашій державі виготовляють дві основні групи твердих сплавів: вольфрамокобальтова (ВК) і вольфрамотитанокобальтова (ТК).

У першу групу входять такі марки сплавів: ВК2, ВК6, ВК8; в другу групу – Т15К10, Т15К6, Т30К4 та інші.

В позначенні марки твердого сплаву букви показують:

В – карбід вольфраму,

Т – карбід титану,

К – кобальт.

Цифри після букв показують процентний вміст даного елемента в цілих числах.

Наприклад: сплав марки ВК2 має: 2%Со і 98%WC,

Сплав марки Т15К10 має: 10%Со, 5%ТіС, 85%WC.

Висока твердість і червоностійкість зумовлені наявністю у складі твердих сплавів карбідів вольфраму, титану; і кобальт є цементуючою речовиною сплаву, із збільшенням його вмісту сплав стає більш вязким.

Тверді сплави групи ВК застосовують для обробки чавунів і інших крихких матеріалів, а сплави групи ТК – для обробки сталей.

З металокерамічних сплавів виготовляють різні за формою пластинки, які кріплять механічно, або припаюють до сталевого стержня різця.

д) Мінералокерамічні матеріали є дуже дешеві і одночасно високопродуктивні при обробці деталей на верстатах. Вони не містять будь-яких дорогих елементів, їх виготовляють із спеченого оксиду алюмінію (Al₂O₃) пресуваням і наступним спіканням (при температурі 1700⁰С) у вигляді пластинок, які прикріпляють до сталевого стержня різця. Мінералокераміка иає високу твердість (HR_A=91-93) і високу червоностійкість (до 1200⁰С).

Найбілш поширеними сортами мінералокераміки є марки ЦМ332 і ТС48.

Недоліком цих матеріалів є висока крихкість і чутливість при різких змінах температури.

3. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ

ПРИ ОБРОБЦІ МЕТАЛІВ РІЗЦЯМИ

1. Геометрична форма різця. Одним з найбільш поширених способів обробки металів різанням на металорізальних верстатах є точіння. Цим способом обробляють деталі, які мають форму тіл обертання на токарних верстатах, токарними різцями різними за конструкцією.

Різець (рис.1) є найпростішим металорізальним інструментом. Він складається з двох частин: головки – робочої частини і стержня, необхідного для закріплення різця у різтримачі верстата. Головка різця має форму клина, вона утворена взаємним розміщенням граней і різальних кромок.

Рис.1. Будова різця

За ОСТ 6897 і 6898 головка різця має такі елементи: передню грань, головну задню грань, допоміжну задню грань, головну різальну кромку, допоміжну різальну кромку і вершину різця.

Передньою гранню називається поверхня різця, по якій сходить стружка.

Задніми гранями називаються поверхні різця, які в процесі різання звернені до оброблюваної деталі.Їх дві – головна і допоміжна. При перетині передньої грані з задньою головною гранню утворюється головна різальна кромка. При перетині передньої грані з задньою допоміжною гранню утворюється допоміжна різальна кромка. Місце спряження головної і допоміжної різальних кромок називається вершиною різця. Вершина різця закругляється радіусом від 0,1 до 5 мм. В конструкції головки різця найбільш цікавим є взаємне розміщення передньої і задньої граней, яке визначається геометричними кутами. Від величини цих кутів залежить у великій мірі працездатність різця. Кути різця розглядаються відносно встановлених ОСТом поверхонь оброблюваної деталі і координатних площин.

2. Поверхні і координати площин для визначення кутів різця. На оброблюваній деталі (рис.2) при обробці металів різанням на металорізальних верстатах розрізняють такі поверхні:

Рис.2. Поверхні і координати площин для визначення кутів різця

Оброблювана поверхня – поверхня, яка підлягає обробці.

1. Оброблена поверхня – поверхня, яку дістають після зрізання стружки.

2. Поверхня різання – поверхня, яка утворюється на оброблюваній деталі різальною кромкою різця. Це поверхня, по якій відділяється стружка від оброблюваної деталі.

Для визначення кутів різця установлені такі координатні площини:

1) площина різання,

2) основна площина,

3) головна січна площина,

4) допоміжна січна площина.

Площина різання – площина,яка дотична до поверхні різання і проходить через головну різальну кромку різця.

Основна площина – площина паралельна напрямам поздовжньої і поперечної подач. У токарних різців призматичної форми вона збігається з опорною поверхнею різця.

Головна січна площина – площина перпендикулярна до проекції різальної кромки на основну площину.

Допоміжна січна площина – площина перпендикулярна до проекції допоміжної різальної кромки на основну площину.

3.Кути різця. Геометричні кути різця необхідно знати при конструюванні і виготовленні різця. Геометричні кути розглядають при таких умовах:

1. Вісь прямого різця повинна бути перпендикулярною до подачі або паралельною їй;

2. Різальна кромка різця повинна лежати на лінії центрів верстата, заготовка має обертовий рух, а рух подачі зустрічний.

У всякого різця розрізняють головні кути, допоміжні і кути у плані.

Головними кутами є: задній кут a, кут загострення b, передній кут g і кут різання d. Вони вимірюються у головній січній площині.

Допоміжними кутами є: задній допоміжний кут a₁, і передній допоміжний кут g₁. Вони вимірюються в допоміжній січний площині.

Кутами в плані є: головний кут у плані j, допоміжний кут у плані j₁ і кут при вершині різця e. Вони вимірюються в основній площині (рис.3).

З рис.3 видно, що між кутами існує певна математична залежність

a+b+g = 90⁰;

a+b = d;

d = 90⁰ - g;

d + g = 90⁰.

Очевидно також, що сума кутів у плані дорівнює 180⁰, це значить:

j + j_{1 +} e = 180⁰;

e = 180⁰ – (j + j₁).

Головним заднім кутом a називається кут між головною задньою гранью і площиною різання. Кут a зменшує тертя між оброблюваною поверхнею деталі і задньою гранью різця, і тим охороняє від несвоєчасного притуплення. Задній кут a рекомендується вибирати в межах від 3⁰ до 12⁰.

Кутом загострення b називається кут між передньою і головною задньою гранями різця. Він характеризує міцність різальної кромки. Із збільшенням кута a зменшується кут загострення b і тим самим зменшується міцність різальної частини різця.

Рис.3. Кути різця

Кутом різання d називається кут між передньою гранню різця і площиною різання. Кут d у великій мірі впливає на деформацію стружки, опір металу різанню і на стійкість інструмента.

Переднім кутом g називається кут між передньою гранню і площиною перпендикулярною до площини різання, проведеною через головну різальну кромку.

Кут g характеризує нахил передньої грані, полегшує збіг стружки при різанні металів різцем, зменшує тертя і спрацьовуваність передньої грані різця. Однак із збільшенням кута g різець стає недостатньо міцним, тому що зменшується кут b. Виходячи з цього, при обробці твердих металів, коли в процесі різання діють великі сили на передню грань різця, кут g вибирають меншим, а при обробці м’яких металів, коли на різець діють менші сили, кут g вибирають більшим, тоді полегшується збігання стружки по передній грані різця і зменшується спрацьовуваність різця.

Передній кут g може бути додатним, від’ємним і може дорівнювати 0.

Якщо кут різання d < 90⁰, то передній кут g називається додатним (+g, рис. 4а).

Якщо кут різання d > 90⁰, то передній кут g називається відємним (-g, рис. 4а).

Якщо кут різання d = 90⁰, то передній кут g=0.

Кут g вибирається також в залежності від матеріалу самого різця. Найбільш поширеними матеріалами для виготовлення різців є:

1) швидкорізальні сталі марок Р9; Р18;

2) тверді сплави типу ВК і ТК.

Ці матеріали мають різні механічні властивості. Відомо, що швидкорізальна сталь має високу границю міцності при згині (370 КГс/мм²). Тому різці із швидкорізальних сталей виконують з додатним переднім кутом (+g) і тоді різальна кромка різця буде працювати на згин (рис.4а).

Рис.4. Передній кут

Різці з напаянними пластинками твердих сплавів мають дуже високу твердість і одночасно низьку границю міцності при згинанні (90 - 130 КГс/мм²), тому погано працюють на згин. Якщо при заточці твердосплавним різцям задати відємний передній кут (-g), то різальна кромка буде працювати на стиснення, а не на згин (див.рис.4б). Ці матеріали мають високу границю міцності при стисненні (400 КГс/мм²), тому задовільно працюють при таких деформаціях.

Допоміжним заднім кутом різця a₁ називається кут між допоміжною задньою гранню і площиною, що проходить через допоміжну різальну кромку перпендикулярно до основної площини. Кут a₁ беруть рівним задньому куту a у всіх різців, крім відрізних. У відрізних різців a = 1-2⁰. Він зменшує тертя допоміжної задньої грані об оброблену поверхню деталі.

Головним кутом у плані j називається кут між проекцією головної різальної кромки на основну площину і напрямом подачі.

Рис.5. Головний кут в плані j

Кут j впливає на стійкість різального інструмента, на чистоту обробленої поверхні, а також на величину зусиль і вібрацій, що виникають при обробці деталі. Кут j вибирають головним чином в залежності від міцності матеріалу деталі.

При обробці тонких і довгих деталей застосовують різці з кутом j = 60 – 90⁰. При обробці деталей великих діаметрів кут j = 20 – 45⁰. Кут j також впливає на зміну форми стружки (рис.5).

Допоміжним кутом у плані j₁ називається кут між проекцією допоміжної різальної кромки на основну площину і напрямом подачі. Кут j₁ зменшує тертя допоміжної кромки об оброблену поверхню деталі і вибирається з таких же міркувань, як і кут j. У прохідних різцях кут j вибирається в межах від 5⁰ до 45⁰.

Кутом при вершині e називається кут між проекціями головної і допоміжної різальних кромок на основну площину. Величина кута визначає міцність і стійкість різця. Різці для трикутної різі мають кут e = 55⁰, 60⁰. У всіх інших різцях кут e > 60⁰.

Кутом нахилу різальної кромки l називається кут між головною різальною кромкою і лінією, проведеною через вершину різця паралельно основній площині. Кут l вимірюється в площині, яка проходить через головну різальну кромку перпендикулярно до основної площини (рис.6).

Рис.6. Кут нахилу різальної кромки l

Кут l може бути додатним, відємним і може дорівнювати нулю. Він вважається додатним, якщо вершина різця є найнижча точка головної різальної кромки.

Кут l вважається від’ємним, якщо вершина різця є найвища точка різальної кромки. Коли головна різальна кромка паралельна до основної площини, то кут l = 0 (рис.6).

Кут l впливає на напрям збігання стружки при точінні. Коли різець має додатний кут l, стружка сходить по передній грані у напрямі обробленої поверхні деталі, і вершина різця є більш міцна, ніж у різця з від’ємним кутом l. Коли різець має відємний кут l, стружка сходить у напрямі оброблюваної поверхні деталі. Якщо кут l = 0, тоді стружка сходить перпендикулярно від різальної кромки і закручується у архімедову спіраль. У прохідних різцях кут l вибирають ±4⁰, лише у різцях для обробки деталей з переривними поверхнями кут l вибирають від +10 до 30⁰.

4. Зміна кутів a і g при установленні різця вище або нижче осі заготовки. Кути заточки різця у процесі його роботи не завжди залишаються постійними по величині. Зміна кутів залежить від встановлення різця на верстаті відносно осі оброблюваної деталі. При звичайному установленні різця, коли його вершина є на лінії центрів верстата, а основа різця розміщена горизонтально, зміни кутів різця немає (рис.7а). Однак при установленні різця вище осі обертання оброблюваної деталі кут a зменшується, а кут g збільшується (див. рис.7в).

Рис.7. Зміна кутів a і g при установленні різця вище або нижче осі заготовки

Якщо різець установити нижче лінії центрів верстата, то маємо зворотнє явище (див. рис.7с). При розточуванні, навпаки, кути a і g залежно від установлення різця відносно лінії центрів верстата змінюються в зворотньому напрямі в порівнянні з зовнішнім обточуванням.

На величину кутів a і g різця впливає ще рух подачі. Внаслідок обертання деталі і поступального руху різця при обробці круглих деталей напрям площини різання співпадає з дотичною до спіралі (рис. 8). Значить, площина різання відхиляється від вертикального напряму тим більше, чим більше рух подачі різця. При звичайних токарних роботах рух подачі буває невеликим, внаслідок цього і зміна кутів a і g буде невелика, що можна практично не брати до уваги.

Рис.8. Напрям площини різання при обробці круглих деталей

4. ЗАТОЧКА РІЗЦІВ

Щоб надати різцям необхідну форму і необхідні кути, їх заточують. Від якості заточки в великій мірі залежить стійкість різця. Якість заточки визначається величиною кутів заточки, чистотою поверхонь заточки і станом різальної кромки.

Якісну і економічну заточку твердосплавних різців досягають тоді, коли правильно вибирають заточні круги, а також застосовують принципи подвійних кутів різця (рис.9).

Рис.9. Подвійні кути різця

Тоді технологічний процес заточки складатиметься з таких операцій:

1) заточка задніх поверхонь стержня різця заточувальним кругом 346 – 60; СМ-СМІ;

2) чорнової заточки по пластинці – кругом К346-60; М3-СМ2;

3) чистової заточки по пластинці – кругом К360-80; М3-М3;

4) доводки по пластинці пастою М20-М28.

У цьому випадку скорочується час на заточку, витрати твердого сплаву, заточувальних кругів і пасти.

З практики відомо, що застосування доводки різців при заточці підвищує їх стійкість в роботі в два рази.

Швидкорізальні різці заточують електрокорундом марки Е 60-80; СМІ; СМ2.

3. ВИМІРЮВАННЯ КУТІВ РІЗЦЯ

Перевірку кутів різця після заточування можна виконати кутоміром інженера Сімона і універсальним кутоміром. Кутоміром інж. Сімона вимірюють головні кути a і g, допоміжні кути a₁ і g₁, а також кут l нахилу головної різальної кромки.

На рис.10 зображено кутомір інж. Сімона.

Рис.10. Кутомір інж. Сімона

На вертикальній стійці 1, яка закріплена на плиті, пересувається повзун 2, що затискається гвинтом 3. В повзуні 2 закріплена шкала 4, з поділками в градусах, на якій може рухатися плече А важіля.

На плечі А є риска, яка співпадає з нулем шкали 4, коли плече В важіля горизонтально, між плечами В і С важіля є кут 90⁰, так що при горизонтальному положенні плеча В плече С буде розміщено вертикально.

Для виміру заднього кута a плече С повертається до зіткнення з задньою гранню різця, установленого на плиту кутоміра (рис.10а).

Для виміру переднього кута g плече В важіля повертається до зіткнення з передньою гранню різця (рис.10в). При тих вимірах плечі важіля встановлюють в напрямі перпендикулярнім до проекції головної різальної кромки на основну площину, і величини кутів фіксують коли співпадає риска плеча А важіля з цією чи іншою поділкою шкали.

Після виміру кутів a і g величини кутів d і b визначають за формулами:

d = 90⁰ - g;

b = 90⁰ – (a + g).

Для виміру кута нахилу головної різальної кромки l плече В важіля встановлюють по різальній кромці.

Головний кут у плані j, допоміжний кут у плані j₁ можуть бути виміряні універсальним кутоміром (рис.11).

Рис.10. Універсальний кутомір

Кут при вершині в плані e визначається за формулою e = 180⁰ – (j + j₁).

Тема роботи: Вимірювання заточки токарного різця.

Завдання роботи: Вивчити конструкцію токарних різців, навчитись вимірювати кути різця.

Зміст роботи:

1. Виміряти кутоміром головні кути a і g, допоміжні кути a₁ і g₁ і визначити кут загострення b і кут різання d за формулами:

b = 90⁰ – (a + g);

d = a + b.

2. Виміряти універсальним кутоміром головний кут в плані j, допоміжний кут в плані j₁, кут при вершині e і перевірити величину кутів за формулою:

j + j₁ + e = 180⁰.

3. Виміряти кут нахилу головної різальної кромки l.

4. Виміряти штангенциркулем загальну довжину, висоту головки і розміри державки різця.

5. За даними вимірами накреслити різець, записати марку матеріалу різця, вказати границю теплостійкості і швидкості різання.

6. За даними вимірами накреслити таблицю і привести в ній усі значення кутів різця.

Таблиця 2

Кути що вимірюються
№	Кути	Значення кутів
	a
	a1
	g
	g1
	j
	j1
	l
Кути що обчислюються
	b
	d
	e

Звіт по роботі.

У звіті по роботі вказати: 1. Завдання. 2. Мету роботи. 3. Накреслити таблицю і привести в ній значення кутів. 4. Креслення різця.