Резание металлов и режущий инструмент

 

Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на обрабатываемую заготовку с целью придать ей заданную форму и размеры указанной точности. Одним из таких способов является механическая обработка заготовок резанием. Она осуществляется металлорежущими инструментами и ведется на металлорежущих станках. Обработка резанием заключается в срезании с обрабатываемой заготовки некоторой массы металла, называемой припуском. После срезания с заготовки всего припуска она превращается в готовую деталь.

Удаляемый при обработке резанием слой материала заготовки превращается в стружку. Все способы и виды обработки металлов, основанные на срезании припуска и превращении его в стружку, составляют разновидности, определенные термином "резание металлов". В настоящем цикле лабораторных работ рассмотрено резание металлов только лезвийным инструментом, имеющим определенную форму, размеры и геометрию заточки. Чтобы режущий инструмент выполнял свое предназначение, материал его рабочей части должен быть значительно тверже обрабатываемого материала. Термообработанные инструментальные стали имеют твердость в пределах НRС 63...64, твердые сплавы и синтетические инструментальные материалы имеют твердость, измеряемую по шкале А. Роквелла НRА 87…93.

При резании металлов в зоне резания развиваются высокие температуры, а инструментальные материалы должны сохранять свои механические свойства при этих температурах. Различные инструментальные материалы имеют температуростойкость в широких пределах от 220 до 1800 °С.

При выполнении цикла лабораторных работ используются инструменты, изготовленные из быстрорежущей вольфрамомолибденовой стали Р6М5 и оснащенные твердым сплавом марок ВК6, ВК8, Т5К10, Т15К6 и других.

При обработке заготовок лезвийным инструментом различают поверхности показанные на рис. 1.1.

 

 

 

Рис. 3.1.

При обработке внутренних поверхностей на токарных станках лезвийным инструментом различают поверхности показанные на рис. 3.2.

Рис. 3.2 - Растачивание отверстий

Для осуществления обработки заготовки резанием назначаются и анализируются режимы резания, под которыми подразумеваются:

Глубина резания t — величина проникновения лезвия инструмента в материал заготовки при выполнении каждого рабочего хода, мм.

Скорость резания V — скорость главного движения резания (т.е. движения, осуществляемого с наибольшей скоростью), м/мин.

Вспомогательное перемещение инструмента относительно заготовки носит название подачи S, мм/об.

 

3.3 Формообразование поверхностей на токарном станке и геометрия режущего инструмента

 

Обработка поверхностей заготовки на токарном станке может производиться различными режущими инструментами; резцами всех типов, стержневыми и фасонными инструментами (сверлами, зенкерами, развертками, метчиками, плашками и т.д.). Чаще всего обработка ведется резцами.

В этом случае вращается заготовка со скоростью резания V м/мин
определяемой зависимостью:

V=pdn/1000 (3.1)

где d — диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n — частота вращения заготовки (шпинделя станка), об/мин.

Подача задается в миллиметрах на оборот заготовки (s, мм/об) и осуществляется параллельно образующей обработанной поверхности при обточке и расточке или в направлении, перпендикулярном к оси вращения шпинделя при подрезке торцов.

Геометрические параметры режущего инструмента для обработки наружных поверхностей показаны на рис. 3.3.

 

 

Рис. 3.3 – Геометрические параметры режущего инструмента

Принята система координат: геометрическая ось резца параллельна оси У (по нормали к обработанной поверхности). Нижняя опорная плоскость резца совмещена с плоскостью ХОУ. Ось вращения заготовки параллельна оси ОХ.

j — главный угол в плане — угол в основной плоскости между проекцией на нее вектора скорости подачи Vs и проекцией главной режущей кромки.

j₁ — вспомогательный угол в плане — угол в основной плоскости между проекциями на нее вспомогательной режущей кромки и направлением проекции вектора подачи.

Чем меньше угол j, тем меньше толщина среза, а, следовательно, тепловая и силовая нагрузка на единицу длины режущей кромки, тем лучше условия работы инструмента. Однако очень малый угол j ведет к увеличению радиальной составляющей силы резания и возможности появления автоколебаний. Величины углов j и j₁ определяют шероховатость обработанной поверхности.

l — угол наклона главной режущей кромки — угол между главной режущей кромкой и плоскостью проходящей через вершину резца параллельно основной плоскости.

Угол l характеризуется знаком (+, 0, -). Знак положительный, если вершина резца — самая низшая точка главной режущей кромки над основной плоскостью. Знак отрицательный, если вершина резца – высшая точка главной режущей кромки. Значение угла l определяет сход стружки с передней поверхности. При l положительном уменьшается нагрузка на режущую кромку.

γ — главный передний угол — угол в главной секущей плоскости между линиями пересечения ее с передней поверхностью и горизонтальной плоскостью, параллельной основной плоскости. Данный угол характеризуется знаком (+, 0, -). С увеличением угла снижается работа по пластическому деформированию и температура резания. Значительное увеличение угла ослабляет режущую кромку. С увеличением прочностных свойств обрабатываемого материала угол уменьшают.

a — главный задний угол — угол в главной секущей плоскости между
линиями пересечения ее с главной задней поверхностью и плоскостью резания;

r — радиус закругления вершины резца, образованной пересечением главной (1-2) и вспомогательной (1-3) режущих кромок. Радиус закругления вершины резца уменьшает шероховатость обработанной поверхности и увеличивает прочность вершины. При резании с большим припуском радиус должен быть 2,4 мм, при этом допускается большая скорость подачи S инструмента.

Геометрические параметры режущего инструмента показаны на рис. 3.4.

 

а б

 

Рис. 3.4 Токарные расточные резцы: а – для обработки сквозных отверстий, б – для глухих и ступенчатых отверстий