Физические основы процесса резания. Типы стружек.

Основоположником теории резания является русский ученый проф. И. А. Тиме, который экспериментально исследовал и определил силы, возникающие в процессе резания, и сущность образования стружки.

Процесс резания (стружкообразования) является сложным физическим процессом, сопровождающимся большим тепловыделением, деформацией металла при образовании стружки, износом режущего инструмента и наростообразованием на резце. Знание закономерностей процесса резания и сопровождающих его явлений позволяет рационально управлять этим процессом и обрабатывать детали более качественно, производительно и экономично.

Резец под действием силы Р при перемещении врезается в обрабатываемый металл и часть его сжимает. Это сжатие металла возникает между границей видимой деформации — плоскостью скалывания А-А и передней гранью резца Б. Плоскость скалывания непрерывно переносится параллельно самой себе находясь всегда впереди вершины движущегося резца. Сжатие металла нарастает, и когда наступает предел его пластической деформации, то по одной из мгновенных плоскостей скалывания происходит разрушение и смещение (скалывание) первого элемента и образование нового видимого элемента стружки. При дальнейшем перемещении резца происходит скалывание элемента 2, затем 3, 4, 5, 6, 7

 

Схема образования стружки

В процессе резания различных материалов могут образовываться следующие основные виды стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома (рис. 82).

Рис. 82. Типы стружек: а —сливная, б — скалывания, в — надлома

Сливная стружка (рис. 82, а) образуется при уменьшении толщины среза, повышении скорости резания и увеличении переднего угла отдельные элементы стружки становятся менее отчетливыми и сходят без зазубрин на ее внешней стороне.

Стружка надлома (рис. 82, в) образуется при резании хрупких металлов, например серых чугунов. Такая стружка состоит из отдельных, почти не связанных между собой элементов. Обработанная поверхность при образовании такой стружки получается шероховатой, с большими впадинами и выступами.

Стружка скалывания (рис. 82, б) состоит из отдельных элементов. Образуется в результате обработки сталей и других пластичных материалов при большой толщине срезаемого слоя, относительно низкой скорости резания и небольшом переднем угле лезвия.

 

Фрезы фасонные. Затылование фрез. Фасонные фрезы
Фасонные фрезы имеют сложную форму режущих кромок, которая зависит от формы и размеров обрабатываемой поверхности, кинематики резания и расположения фрезы относительно детали. Фасонными фрезами обрабатываются поверхности с прямолинейной направляющей, винтовые поверхности, тела вращения. Фасонные фрезы обеспечивают высокую производительность.

Незатылованные фрезы
Имеют более рациональную геометрию, вследствие чего стойкость их выше, чем у затылованных фрез. Перетачивают по задней поверхности на специальных приспособлениях по копиру.

На копировально-фрезерных станках применяют конические концевые фрезы с закругленной вершиной. При их изготовлении необходимо обеспечить наличие режущих кромок на оси фрезы, поэтому концевую часть копирных фрез конструируют так, чтобы свести к центру два, в крайнем случае, четыре зуба, остальные зубья до центра не доходят.

Затылованные фрезы
Затылованные фрезы применяются для обработки деталей фасонного профиля и имеют форму задней поверхности, обеспечивающие постоянство профиля режущей кромки при переточках. Переточка – простая операция, так как производится по передней поверхности. Однако при переточке с передней поверхности удаляется слой металла в 4…5 раз больший, чем при переточке незатылованных фрез по задней поверхности. Затылованные фрезы имеют меньшее число зубьев, что снижает их производительность и качество обработки.

Кривые затылования должны обеспечить получение положительных задних углов в любой точке режущего лезвия и неизменность профиля после переточки. Для сохранения размеров профиля режущей кромки при переточках необходимо постоянство передних и задних углов. Если постоянство переднего угла обеспечивается самой заточкой, то сохранение заднего угла обеспечивает форма задней поверхности.

Кривой с постоянным углом давления (угол давления кривой β – это угол между касательной к кривой и радиусом-вектором, проведенным в точку касания, β = 90⁰ - α) является логарифмическая спираль, однако она не технологична.

В качестве кривых для затылования, как правило, используют архимедову спираль, у которой приращение радиуса-вектора прямо пропорционально приращению полярного угла
Изменение угла давления, а следовательно и заднего угла фрезы с задней поверхностью, выполненной по архимедовой спирали, при переточках невелико. Что обеспечивает фактическое сохранение размеров профиля.

Виды затылования

Применяют три способа затылования: Радиальное - затыловочному резцу сообщается равномерное поступательное перемещение в радиальном направлении при одновременном равномерном вращении затылуемой фрезы; Угловое - суппорт затыловочного станка перемещается вдоль оси станка по копиру, а резец совершает возвратно-поступательное движение под углом τ к оси фрезы; Осевое – затыловочный резец перемещается параллельно оси фрезы.

Геометрия

Передний угол принимают равным нулю, чтобы профиль фрезы соответствовал профиля обрабатываемой детали.

Задний угол на вершине получают путем затылования.

Величина затылования К – падение архимедовой спирали в пределах углового шага, измеренное в радиальном направлении.

Задний угол на вершине α принимают равным 10…12⁰. Значение К округляют до значения стандартного ряда.

 

Угловое затылование фрез

В тех случаях, когда затылованные фрезы имеют участки режущей кромки с углами профиля φ_x менее 5⁰ и значительную разность максимального и минимального диаметров для повышения стойкости фрезы рекомендуется не радиальное, а угловое затылование.

Затыловочный резец перемещается под углом τ к оси фрезы на величину затылования К, при этом осевая составляющая затылования К_о, а радиальная - К_р

Фактическая величина радиального затылования К_рф равна сумме радиальных составляющих К_р и К_ор, где К_ор – радиальная составляющая осевого затылования.

Зная величину углового затылования К, можно определить задний угол в нормальном сечении в любой точке режущей кромки по формуле:

где φ_x – угол профиля, а D_x - диаметр фрезы в рассматриваемой точке