Оптимальные величины геометрических параметров и их выбор

Под оптимальными величинами геометрических параметров обычно понимают такие, которые обеспечивают наибольшую стойкость инструмента при определенных режимах обработки. Однако при некоторых конкретных условиях эксплуатации инструмента целесообразно отходить от подобного выбора геометрических параметров и определять их в зависимости от других факторов. К таким факторам относятся высокая размерная стойкость инструмента, что особенно важно для работы автоматизированного оборудования, необходимость обеспечения требуемой точности обработки и заданной шероховатости обработанной поверхности и т. п.

Передние углы, как показывают многочисленные исследования, зависят в основном от свойств обрабатываемого материала и материала инструмента. С увеличением прочности и твердости обрабатываемого материала оптимальный передний угол уменьшается, а с увеличением прочности инструментального материала ‑ возрастает.

При режимах резания с толщиной среза более 0,2 мм целесообразно переднюю поверхность на инструменте создавать с резким перегибом в зоне стружкообразования в форме небольшой по ширине фаски, примыкающей к режущей кромке, и большим передним углом за фаской. Ширина фаски должна примерно равняться толщине срезаемого слоя для быстрорежущих инструментов и в 1,5...2 раза превышать ее для инструментов, оснащенных твердым сплавом. Передний угол за фаской для инструментов из быстрорежущей стали берется равным 25...30°, для твердосплавных инструментов ‑ 10...25°. Передний угол на фаске для инструментов из быстрорежущей стали берется равным 0...5°, а для твердосплавных инструментов ‑ 5...-10°. Находит применение криволинейная форма передней поверхности с фаской. Ее профиль в сечении, перпендикулярном к режущей кромке, очерчивается по дуге окружности. Такая форма передней поверхности способствует завиванию стружки. Размеры криволинейной выточки зависят в основном от толщины срезаемого слоя. Чем больше толщина среза, тем больше радиус выемки и ее ширина.

При малой толщине среза, соизмеримой с радиусом округления режущей кромки, величина переднего угла существенно не влияет на процесс резания, так как соприкосновение с материалом заготовки наблюдается в основном на округленном участке кромки. В этом случае передние углы, даже у быстрорежущего инструмента, рекомендуется принимать равными 0...5°. Так, передний угол у чистовых разверток колеблется от 0 до 5°, что способствует получению гладкой поверхности с малой шероховатостью. Передние углы

зачастую выбираются при проектировании фасонного, инструмента. В этом случае упрощаются расчеты, связанные с профилированием инструмента. Кроме того, у ряда фасонных инструментов величина переднего угла влияет на точность обработки. Так, возрастание передних и задних углов зуборезных долбяков при их стандартной конструкции приводит к увеличению погрешностей обработки зубчатых колес. Поэтому приходится выбирать небольшие величины передних и задних углов, не превышающих 5°. Передние углы заметно влияют на интенсивность вибраций. С их уменьшением вибрации усиливаются. Поэтому при появлении вибраций приходится увеличивать передние углы или устранять вибрации иными средствами.

В ряде случаев конструктивные особенности инструмента или технологические требования приводят к тому, что принимаемые значения передних углов отличаются от рекомендуемых. Так, выбор больших передних углов на круглых протяжках малого диаметра ограничивается затруднениями в их заточке.

Задний угол является важным элементом конструкции инструмента. Он служит для уменьшения трения между задней поверхностью инструмента и поверхностью резания. Чрезмерное увеличение заднего угла приводит к ухудшению теплоотвода и снижению прочности режущей части. Опыты показывают, что оптимальные значения задних углов, обеспечивающих наивысшую стойкость инструмента, определяются главным образом толщиной среза. Оптимальный задний угол увеличивается с уменьшением толщины среза. При обработке особо твердых материалов высокой прочности величины задних углов снижаются, а при обработке легких сплавов ‑ увеличиваются. В случае появления вибрации при обработке приходится уменьшать задние углы. У резцов для гашения низкочастотных колебаний применяют виброгасящую фаску на задней поверхности шириной 0,1...0,3 мм с отрицательным задним углом от 0 до -10°. У большинства инструментов задние углы 5...15°. Меньшие величины выбираются для черновых, а большие ‑ для чистовых инструментов. У инструментов, работающих с малыми толщинами среза, величины задних углов увеличиваются до 30°. К таким инструментам относятся фрезы с мелким зубом и др.

При черновой обработке, когда износ происходит в основном по передней поверхности, задние углы выбираются в пределах 6...8°. При выборе задних углов необходимо учитывать, что с их увеличением шероховатость обработанной поверхности возрастает, а при уменьшении задних углов до 1...3° происходит ослабление вибраций. Поэтому, если к шероховатости обработанной поверхности и точности предъявляются повышенные требования, рекомендуется снижать величины задних углов до 3...10°. Так, у чистовых разверток задние углы принимаются малыми от 5 до 8°, что снижает вибрации и шероховатость обработанной поверхности.

В некоторых случаях при выборе величин задних углов приходится учитывать специфические особенности конструкции проектируемого инструмента. У круглых протяжек после каждой переточки по передней поверхности уменьшаются диаметры зубьев. Это уменьшение происходит тем интенсивнее, чем больше задний угол. Поэтому, чтобы увеличить количество переточек и срок службы внутренних протяжек, задний угол выбирается равным 2...4°. При проектировании затылованных фрез задние углы на вершине зуба принимаются равными 10...12°, допускается увеличивать их до 16...18°. Это объясняется тем, что с увеличением заднего угла возрастает высота зуба, что снижает его прочность и число возможных переточек.

При проектировании инструментов необходимо на их режущей части во всех точках режущих кромок создавать положительные задние углы

минимальная величина которых 3...4°. В некоторых случаях допускается величину задних углов в отдельных точках режущих кромок снижать до 1°, а иногда и до нуля. При нулевом заднем угле возможно взаимное расположение поверхности резания и задней поверхности трех характерных типов.

Задняя поверхность может совпадать с поверхностью резания на всем ее протяжении. В этом случае для уменьшения зоны соприкосновения задней поверхности с материалом заготовки необходимо оставлять на задней поверхности фаску, а остальную ее часть удалять, чтобы при работе обеспечить зазор между задней поверхностью и материалом заготовки. Такие фаски создаются на калибрующей части развертки, на кромках ленточек сверла. Если задняя поверхность внедряется в материал заготовки, то такое оформление задней поверхности является недопустимым. Задняя поверхность, касаясь поверхности резания у режущей кромки, в последующем может отходить от нее. Работа подобного инструмента оказывается возможной. Рассматриваемый случай имеет место на режущих кромках зуба шевера в момент формирования ими обработанной поверхности зубчатого колеса.

Угол наклона режущей кромки

сильно влияет на процесс стружкообразования, на соотношение проекций силы резания, на равномерность процесса резания и на направление схода стружки. Рекомендуемая величина угла наклона режущей кромки для различных инструментов колеблется от 0 до 45...60°. Обработка с большими углами наклона режущей кромки особенно эффективна при срезании тонких стружек. В этом случае значение угла достигает 60...80°. Чтобы обеспечить отвод стружки в требуемом направлении, этот угол выбирают в пределах от 5 до 15°. Так, при нарезании резьбы метчиками, когда

можно заставить стружку идти в предварительно обработанное отверстие, т. е. спроектировать так называемый бесканавочный метчик. У таких инструментов, как твердосплавные проходные резцы, торцевые фрезы, указанный угол находится в пределах 10...16°, благодаря чему удаляется от вершины зуба место соприкосновения в начале резания материала заготовки и инструмента. Это предохраняет пластину твердого сплава от скалывания. Наличие углов

на проходных резцах и торцевых фрезах вместе с тем приводит к ухудшению условий резания на вершине и вспомогательной кромке, т. к. снижаются величины передних углов на этих кромках. Увеличение угла

до 30...45° в этом случае приводит к резкому снижению стойкости и интенсивному износу вспомогательной режущей кромки.

Для цилиндрических и концевых фрез рекомендуемые величины угла наклона режущей кромки 30...45°, что обеспечивает более равномерное фрезерование, так как каждый зуб постепенно входит и постепенно выходит из соприкосновения с заготовкой. Для нежестких инструментов и при обработке нежестких деталей рекомендуется величины углов наклона режущей кромки снижать. Угол

влияет на увеличение номинальной контактной площадки на передней поверхности, что вызывает изменение силовой и тепловой напряженности режущей части инструмента. Это используется для создания инструментов с углом наклона режущей кромки 20...24°, предназначенных для обработки закаленных сталей. Наличие нулевых углов

приводит к появлению при резании усилий, действующих вдоль режущей кромки, что в некоторых условиях работы инструмента оказывается полезным. Так, развертки, предназначенные для обработки отверстий в листовом материале, имеют винтовые режущие кромки с углом

Винтовые кромки, имеющие направление, обратное направлению вращения развертки, устраняют возможность заедания ее в отверстии и обеспечивают получение малой шероховатости обработанной поверхности, но при этом требуются значительные усилия подачи.

Сложность выбора величин угла наклона режущей кромки объясняется тем, что зачастую изменение на режущей части величин этих углов приводит к соответствующему изменению величин передних и задних углов, а также толщины среза на протяжении режущей кромки.

Для определенных условий существуют оптимальные геометрические параметры режущей части, обеспечивающие его наивысшую стойкость. Поэтому отклонение любого из параметров от его оптимального значения приводит к необходимости изменять величины других параметров. Так, увеличение переднего угла приводит к необходимости уменьшать задний угол и наоборот. Увеличение угла наклона режущей кромки вызывает уменьшение целесообразной величины переднего угла. Например, при обработке стали средней твердости быстрорежущим инструментом с передним углом 30...35° задний угол должен быть уменьшен до 4...6°. Отклонения геометрических параметров от оптимальных значений приводят к значительному снижению стойкости инструмента. Например, отклонение величины переднего угла на 5° от его оптимального значения может привести к снижению стойкости резцов до 3 раз, фрез ‑ до 2 раз; отклонения величины заднего угла на 5° вызывают уменьшение стойкости резцов в 2 раза, фрез ‑ до 5 раз и приводят в случае увеличения задних углов к выкрашиванию режущих кромок. Геометрические параметры инструментов в различных точках режущей кромки нельзя выбирать произвольно. Величины геометрических параметров в одной или нескольких точках режущей кромки определяют геометрические параметры в других точках и характер их изменения вдоль режущей кромки.

В первом приближении в наиболее загруженных точках режущей кромки либо в точках, расположенных на наиболее ответственных ее участках, можно принимать оптимальные величины геометрических параметров. Если же наблюдается резкое изменение геометрических параметров, то целесообразно в базовых точках создавать такие геометрические параметры, чтобы их средние величины были близки к оптимальным.

Абсолютно точно ни определить, ни воспроизвести на инструменте оптимальные геометрические параметры невозможно. Поэтому если точность изготовления геометрических параметров существенно не влияет на точность обработки, то допуски на углы режущей части инструмента принимаются обычно равными ±1...2°. Для малых величин углов (до 3°) допуск берется ±30'. В остальных случаях допуск выбирается более узким. Например, для зуборезных гребенок, предназначенных для обработки зубчатых колес, допуск на передний и задний углы принимается ±10'.

При выборе геометрических параметров режущей части инструмента необходимо иметь в виду, что излишняя их дифференциация в соответствии с конкретными условиями работы инструмента усложняет инструментальное хозяйство. Поэтому целесообразно устанавливать определенные группы геометрических параметров применительно к наиболее распространенным условиям работы.

Дата добавления: 2014-01-06