Влияние на стойкость переднего угла

Любой вновь созданный инструмент для достижения наи­большей стойкости, производительности или других технологиче­ских характеристик должен иметь оптимальные значения геомет­рических параметров. Поэтому далее рассмотрим пути достижения наивысшей стойкости инструментов при определенных режимах резания, видах обработки, свойствах режущих и обрабатываемых материалов.

Передний угол γ является одним из важнейших геометриче­ских параметров инструмента. От его величины зависят степень деформации срезаемого слоя, сила и температура резания, проч­ность режущего лезвия и стойкость инструмента.

С увеличением угла γ снижаются степень деформации, силы резания и трения, уменьшается тепловыделение, что способствует повышению стойкости инструмента. Однако, с другой стороны, увеличение угла γ приводит к уменьшению угла заострения β и поэтому ухудшает отвод теплоты в инструмент и снижает проч­ность режущего клина. Из-за такого двойственного характера влияния переднего угла γ на процесс резания зависимость Т-γ представляет собой горбообразную кривую, максимуму которой соответствует оптимальное значение переднего угла γ_опт (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Схема определения оптимального значения передне­го угла γ при точении материа­лов различной твердости:

1 - твердый материал; 2 - мягкий материал

Для различных инструментальных и обрабатываемых мате­риалов оптимальные значения углов γ будут разными. При этом чем пластичнее обрабатываемый материал, тем больше угол γ. Для хрупких инструментальных и обрабатываемых материалов угол γ с целью повышения прочности режущего клина должен быть мини­мальным. В частности, у быстрорежущих резцов при точении ста­ли 45 γ_опт = 18°, а чугуна γ_опт = 0...5°. Для менее прочных инстру­ментальных материалов, таких как твердые сплавы, минералокерамика, эльбор и алмазы оптимальный передний угол находится в пределах γ_опт = 0...-15°. При этом следует иметь в виду, что когда используют отрицательные значения углов γ, то резко возрастают силы резания, температура и, как следствие, количество выделяе­мой теплоты. В результате стойкость инструмента падает, увели­чивается вероятность возникновения вибраций и даже разрушения режущих пластин. В полной мере эта проблема проявилась при внедрении твердых сплавов, как в виде напайных пластин, так и в виде СМП. В результате была предложена форма пластины с упрочняющей фаской на передней поверхности под углом γ_ф = 0...-5° и положительным передним углом γ за этой фаской. Ширина фаски зависит от толщины срезаемого слоя а ив среднем f = (1...2) а, т.е. ширина фаски не должна превышать длину контакта стружки с инструментом. В противном случае деформации и силы резания будут определяться величиной переднего угла на фаске γ_ф.

58) Влияние на стойкость заднего угла.

Задний угол α обеспечивает зазор между заготовкой и задней поверхностью режущего клина, способствуя, тем самым, сниже­нию интенсивности износа инструмента и повышению его стойко­сти. Угол α так же, как и угол γ, влияет на прочность режущего клина через изменение угла заострения β, а также на условия отво­да теплоты от вершины инструмента, и поэтому зависимость Т-α также принимает экстремальный характер (рис. 6.4). На оптималь­ное значение угла α оказывают влияние толщина среза а, а следо­вательно, и подача s и свойства обрабатываемого и инструмен­тального материалов. При этом, чем меньше подача s, тем больше оптимальный угол аопт- При снижении прочности обрабатываемо­го материала и повышении прочности и износостойкости инстру­ментального материала угол а увеличивают.

С увеличением угла α связана еще одна особенность. При одинаковом размере фаски износа по задней поверхности с ростом угла α увеличивается объем инструментального материала, под­лежащего износу, что способствует повышению стойкости инст­румента. Из рис.6.5 видно, что при увеличении угла α масса изно­шенного материала также увеличивается, т.е. М_II > M_I. Ограниче­нием для увеличения угла α служит снижение прочности режуще­го клина и ухудшение отвода теплоты от режущей кромки.

Рис. 6.4. Схема определения оптимального заднего угла режущего инструмента (s₂ > s₁)

Рис. 6.5. Влияние заднего угла α на массу изношенного инстру­ментального материала

На величину оптимального угла α_опт влияет также конструк­ция инструмента. Например, у проходных резцов α_опт = 6...8°, у отрезных и фасонных резцов, работающих с меньшей подачей, α_опт = 10... 12°, а у дисковых фрез, работающих с подачей s ≤ 0,01 мм/зуб, α_опт = 30°.

59) Влияние на стойкость главного угла в плане.

Главный угол в плане φ определяет отношение b/а ширины срезаемого слоя к его толщине, которое с увеличением угла φ не­прерывно уменьшается, достигая минимума при φ = 90°.

Выше было показано, что уменьшение угла φ способствует улучшению отвода теплоты от режущей кромки, а следовательно, и снижению температуры резания, и поэтому стойкость инстру­мента монотонно увеличивается. Однако при этом меняется соот­ношение осевой и радиальной составляющих силы резания P_x/P_y,. Причем увеличение радиальной составляющей Р_y, при малых зна­чениях угла φ сопровождается увеличением вибраций. Поэтому оптимальное значение угла φ в основном зависит от жесткости технологической системы, а именно: чем выше жесткость систе­мы, тем меньше угол φ. На практике чаще всего угол φ = 45...60°, а на операциях, связанных с подрезкой торцов ступенчатых дета­лей, угол φ = 90°.

60) Влияние на стойкость угла наклона главной режущей кромки.

Угол наклона главной режущей кромки λ, как и передний угол, оказывает влияние на стойкость инструментов через измене­ние условий стружкообразования и направления схода стружки.

При несвободном резании с ударными нагрузками угол λ способ­ствует повышению прочности вершины резца.

Известно, что при изменении угла λ температура и главная составляющая силы резания Р_z остаются неизменными из-за увеличения ширины срезаемого слоя. В то же время существенное влияние на износ оказывает возрастающая сила трения вдоль режущей кромки. При несвободном косоугольном резании и по­ложительном угле λ процесс износа усугубляют затрудненные ус­ловия схода стружки в направлении к оси заготовки. В основном же положительное значение угла λ используют для повышения прочности резца при действии ударных нагрузок, при низкой прочности инструментальных материалов и повышенной твердо­сти обрабатываемых материалов. Например, рекомендуется:

· при работе твердосплавными резцами λ = 0...5°;

· при точении и строгании с ударами λ = 10... 15°;

· при точении с ударами закаленных сталей λ = 30...45° [34].

Другая закономерность изменения стойкости инструментов наблюдается при кинематическом косоугольном резании круглы­ми самовращающимися резцами. В этом случае благодаря значи­тельному снижению сил трения и постоянному обновлению ре­жущей кромки температура резания и интенсивность износа с рос­том кинематического угла Х,^ снижаются до такого уровня, что по­зволяет вести обработку быстрорежущими резцами на скоростях, достигаемых при работе проходными твердосплавными резцами. В настоящее время этот способ обработки по ряду причин пока не получил широкого практического применения. Однако он весьма перспективен, особенно для резания труднообрабатываемых мате­риалов.