Режущие инструменты в металлургическом производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначение и классификация режущих инструментов

металлообработка сплав абразивный режущий

При обработке деталей машин и приборов применяются различные типы режущих инструментов. Одну и ту же поверхность детали можно получить инструментами различных подгрупп. Например, отверстия высокой точности (Н7--Н8) и шероховатостью с 1--0,5 мкм получают сверлением с последующим развертыванием, сверлением и растачиванием эльборовым или алмазным резцом, сверлением и протягиванием. Наружную резьбу можно нарезать плашкой, резьбонарезной и накатной головками и т. д.

Применяемые режущие инструменты подразделяются, как правило, по конструкции и по виду обрабатываемых поверхностей.

По конструкции инструменты классифицируются на следующие подгруппы:

1. Резцы общего назначения и фасонные. Они чаще всего имеют призматическую или дисковую форму и предназначаются для различных работ настанках токарной, строгальной и других групп.

2. Сверла -- одно- и двухлезвийные режущие инструменты, применяемые для получения отверстий в сплошном материале и для рассверливания отверстий 11-го, 12-го квалитетов с Ra = 20--5 мкм.

3. Зенкеры 2--8 лезвийные инструменты, используемые для увеличения отверстий и получения фасонных отверстий 9--11-го квалитетов с Ra = 10--2,5 мкм.

4. Развертки -- инструменты, применяемые для чистовой обработки отверстий до 7--8-го квалитетов при Rа = 1,0--0,32 мкм.

5. Напильники, рашпили и надфили -- инструменты разнообразной формы в виде стержней и дисков с множеством мелких режущих зубьев.

6. Протяжки и прошивки -- многолезвийные инструменты в виде стержня или плиты с поперечными зубьями, размеры которых увеличиваются по направлению к заднему хвостовику. Они используются для обработки внутренних и наружных поверхностей самой различной формы.

7. Фрезы общего назначения и специальные (борфрезы, гравировальные, червячные и др.) чаще всего представляют собой тела вращения с множеством зубьев на образующей, а также на торцевой поверхности.

8. Метчики в форме винта с продольными лысками и канавками, образующими режущие лезвия. Применяются для получения резьбы в отверстиях.

9. Плашки, резьбообразующие ролики и головки, предназначенные для нарезания и накатывания наружной резьбы.

10. Долбяки и обкаточные резцы -- инструменты для зубодолбления или зуботочения зубчатых колес, шлицев валов и т. д.

11. Шеверы -- режущие инструменты чаще всего в виде колеса, предназначающиеся для чистовой обработки колес малых модулей (3--4 мм) методом «скобления».

12. Комбинированные инструменты, представляющие сочетание нескольких одно- или разнотипных инструментов.

13. Инструменты для автоматизированного оборудования и для станков с ЧПУ, включающие режущие, бесподналадочные и быстросменные инструменты, а также приспособления для настройки и контроля работы режущих инструментов.

14. Абразивные, алмазные, эльборовые и другие инструменты из синтетических материалов, используемые в виде кругов, брусков, хонов, а также порошок и отдельные крупные зерна или кристаллы для чистовой обработки деталей.

По видам обрабатываемых поверхностей различают режущие инструменты:

1) для обработки плоскостей и наружных фасонных поверхностей и тел вращения. К ним относятся: резцы, фрезы, протяжки, напильники, шлифовальные круги и т. д. ;

2) для обработки отверстий -- сверла, расточные резцы, зенкеры, развертки, комбинированные осевые инструменты, протяжки и т. д. ;

3) для получения резьбы. К ним относятся резьбовые фрезы и резцы, метчики, резьбонарезные и резьбонакатные плашки и головки, накатные ролики и т. д. ;

4) для обработки поверхностей зубьев колес или шлицевых валов и звездочек. Для обработки цилиндрических колес методом копирования применяются дисковые и пальцевые фрезы, а методом обкатки -- червячные фрезы, долбяки, обкаточные резцы, шеверы и шлифовальные круги. Конические прямозубые колеса нарезаются зубострогальными резцами, сдвоенными головками-фрезами, протяжками, а конические колеса со спиральными круговыми зубьями -- червячными коническими фрезами, а также зубострогальными головками и протяжками.

Режущие инструменты можно подразделить по принципу взаимодействия инструмента с обрабатываемым материалом на обычные и ротационные с непрерывно обновляющимся круговым лезвием режущей чашки. Кроме того, инструменты подразделяются на цельные и составные (с неподвижным присоединением пластинок и с механическим креплением), а также (по виду соединения со станком) на хвостовые, насадные и призматические. Различают, кроме того, стандартные и специальные инструменты.



2. Требования к режущим инструментам

Режущий инструмент придает заготовке нужную форму и размеры. Его работоспособность и надежность оказывают существенное влияние на экономическую эффективность машиностроительного производства. Основные требования, предъявляемые к режущим инструментам, определяются их служебным назначением: способностью выполнять требуемые функциональные действия. Возможности процесса резания обрабатываемой заготовке обеспечиваются материалом режущей части инструмента, а также правильным выбором его геометрических параметров. Получение требуемой формы, размеров и качества обработанной поверхности детали обеспечивается конструкцией инструмента, а также особенностями крепления, базирования и регулирования инструмента на размер. Экономическая эффективность режущего инструмента определяется производительностью обработки и ее себестоимостью. Производительность определяется режимом обработки, т. е. уровнем скорости резания, подачи, глубины резания. Себестоимость обработки детали зависит как от конструктивных особенностей инструмента, так и от трудоемкости его изготовления и возможности восстановления режущих свойств в ходе эксплуатации.



3. Назначение, эксплуатационные и технологические свойства инструментальных материалов

Уровень производительности механической обработки в значительной степени зависит от качества применяемого режущего инструмента, и особенно его режущей части. Свойства материала, из которого выполнена режущая часть инструмента, определяют допустимый предел механической и тепловой нагрузок на режущую кромку, а следовательно, диапазон скоростей резания и сечений срезаемого слоя.

К важнейшим эксплуатационным свойствам инструментальных материалов относятся: твердость, прочность, износостойкость и теплопроводность. Твердость контактных поверхностей инструмента должна быть выше твердости обрабатываемого материалов. Однако с увеличением твердости ухудшается сопротивляемость инструментального материала хрупкому разрушению. Поэтому для каждой пары обрабатываемого и инструментального материалов существует оптимальное значение отношения твердости инструментального материала к твердости обрабатываемого материала, при котором интенсивность износа инструмента минимальная. Прочность инструментального материала представляет собой способность материала сопротивляться пластическому и хрупкому разрушению в условиях механических и тепловых, в том числе знакопеременных нагрузок. Прочность зависит от ударной вязкости, предела выносливости и предела текучести в условиях сжатия и изгиба, а также от законов изменения этих характеристик при увеличении температуры. Износостойкость измеряется отношением работы, затраченной на удаление определенной массы инструментального материала, к величине этой массы. При абразивном изнашивании износостойкость определяется твердостью контактных поверхностей; при адгезионном - микропрочностью поверхностных слоев и склонностью к адгезии; при диффузионном изнашивании - степенью инертности инструментального материала по отношению к обрабатываемым. Для характеристики режущих свойств инструментальных материалов при повышенных температурах пользуются понятиями красностойкости, теплостойкости, сопротивления тепловому удару и теплопроводности. Под красностойкостью понимается температура, вызывающая снижение твердости инструментального материала не ниже заданного значения. Красностойкость быстрорежущих сталей составляет 620-6400С. Контрольная норма твердости после нагрева до таких температур, выдержки в течение 4 часов и последующего охлаждения составляет HRC 58.

Под теплостойкостью инструментального материала понимают его способностью сохранять при нагреве твердость, достаточную для осуществления процесса резания. Теплостойкость характеризуется так называемой критической температурой. Критическая температура - это температура, устанавливающаяся в процессе резания, при которой инструментальный материал еще не теряет своих режущих свойств, и инструмент, из которого он изготовлен, способен резать. Сопротивление тепловому удару характеризует возможность разрушения инструмента в результате действия термических напряжений. Эта характеристика особенно важна в условиях использования относительно хрупких инструментальных материалов при прерывистом резании. Теплопроводность инструментального материала определяет интенсивность теплоотвода из зоны резания, а следовательно, влияет на температуру контактных поверхностей инструмента.

Наиболее важным из технологических свойств инструментальных материалов является их обрабатываемость в горячем (ковка, штамповка, литье, сварка и др.) и холодном (резание) состояниях. Для закаливаемых материалов не меньшую значимость имеют условия их термической обработки: интервал закалочных температур, деформации при термообработке, склонность к перегреву и др.

Стоимость инструментального материала относится к экономическим факторам. Инструментальный материал должен быть по возможности дешевым. Однако, это требование условно, поскольку в ряде случаев более дорогой, но более качественный материал может обеспечить более экономичную обработку.

Невозможно создать такой универсальный инструментальный материал, который был бы одинаково пригоден для всего многообразия условий механической обработки. Поэтому в промышленности используется широкая номенклатура инструментальных материалов, объединенных в следующие основные группы: углеродистые и легированные инструментальные стали, быстрорежущие стали, твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые инструментальные материалы.



4. Основные части режущего инструмента, их геометрические и конструктивные элементы

Конструкция режущего инструмента

Основные части режущего инструмента

Любой из режущих инструментов включает рабочую часть и зажимную, или соединительную часть. Рабочая часть является основной частью инструмента. Ее можно рассматривать как заготовку, ограниченную исходной поверхностью, в которой образованы режущие зубья. Например, фреза представляет собой заготовку в форме тела вращения, на наружной исходной поверхности которого созданы режущие зубья. Из тела, ограниченного исходной поверхностью, может быть вырезан однозубый или многозубый инструмент. Зубья инструмента из исходного тела следует вырезать таким образом, чтобы их режущие кромки включали соответствующие профилирующие точки исходной поверхности, необходимые для формирования заданной поверхности детали. Зуб инструмента -- это клинообразное тело, ограниченное передней и задней поверхностями. Поверхность режущего клина, по которой при резании сходит стружка, называется передней поверхностью, а поверхность, обращенная к обработанной части заготовки,-- задней поверхностью. Линия пересечения передней и задней поверхностей является режущей кромкой инструмента. Уточняя форму и размеры зубьев, требуется обеспечить не только изготовление заданной поверхности детали, но и создание работоспособного, высокопроизводительного инструмента. Для этого необходимо, чтобы инструмент имел целесообразные геометрические параметры, углы резания, благоприятные условия размещения и отвода стружки, высокую прочность и жесткость, рациональное распределение работы резания между отдельными режущими зубьями и т. п. В процессе эксплуатации инструмент перетачивается. Поэтому при проектировании рабочей части форму передней и задней поверхностей и способ переточек необходимо выбрать такими, чтобы обеспечить обработку как новым, так и переточенным инструментом одних и тех же деталей и возможность проведения операции заточки с высокой производительностью на сравнительно простом оборудовании.

Решение рассматриваемых вопросов приводит к такой конструкции инструмента, при которой рабочая часть его будет состоять из режущей и калибрующей частей. Режущая часть является основной частью любого металлорежущего инструмента. Она предназначена для срезания материала заготовки и формирования таким путем заданной поверхности детали. Калибрующая часть инструментов служит для окончательного оформления обработанной поверхности, восполнения режущей части при переточках, а в некоторых случаях -- для направления инструмента при его работе. Калибрующая часть не является необходимой частью всех инструментов. У таких инструментов, как цилиндрические фрезы, фасонные резцы, напильники, режущая и калибрующая части представляют одно целое. У таких инструментов, как сверла, зенкеры, метчики и плашки, калибрующая часть ярко выражена. У сверла она имеет винтовые канавки для вывода стружки и направляющие ленточки, служащие для направления инструмента при работе. На небольшом участке, непосредственно примыкающем к режущей части, кромки ленточек являются вспомогательными режущими кромками и формируют поверхность отверстия. При переточках длина калибрующей части уменьшается и она восполняет постепенно режущую часть.

Соединительная или зажимная часть является необходимой частью любого инструмента. Она необходима для закрепления инструмента на станке или удержания его в руках рабочего. Конструкции соединительных частей инструмента могут быть различными. Инструменты, рабочая часть которых совершенно одинакова, могут иметь различные соединительные части. Например, такие инструменты, как сверла и зенкеры, имеют не только цилиндрический, но и конический хвостовик.

Разнообразие форм соединительных частей нецелесообразно, так как это усложняет производство инструментов и их эксплуатацию. Поэтому на практике используется несколько способов закрепления инструментов и соответствующих им конструкций зажимных частей. Инструменты типа резцов имеют зажимную часть в форме призмы квадратного или прямоугольного поперечного сечения. Часто зажимная часть выполняется в виде конического или цилиндрического хвостовика. Инструменты малых размеров -- спиральные сверла, зенкеры -- крепят с помощью хвостовика. Насадные фрезы, дисковые шеверы и долбяки, круглые фасонные резцы снабжаются базовым цилиндрическим или коническим отверстием и насаживаются на цилиндрическую или коническую оправку. Конструкция зажимной части влияет на работу инструмента, а также на технологический процесс его изготовления. Зажимная часть в большинстве случаев является базой не только на металлорежущем станке, но также при изготовлении, контроле и переточках инструмента. Она должна быть достаточно простой в изготовлении, обеспечивать надежное, жесткое и точное крепление инструмента, удобство и быстроту установки и снятия инструмента.

4.1 Конструктивные элементы инструмента

Каждый режущий элемент имеет переднюю поверхность и одну или несколько задних поверхностей, из которых одна называется главной задней поверхностью, а остальные - вспомогательными задними поверхностями. Передняя поверхность обращена походу относительного рабочего движения в сторону срезаемого слоя на обрабатываемой заготовке. По передней поверхности перемещается образовавшаяся при резании стружка. Задние поверхности, главная и вспомогательная, обращены в сторону поверхности резания и обработанной поверхности. Передняя и задняя поверхности ограничивают материальное тело каждого элемента режущей части инструмента.

Передняя и задняя поверхности, взаимно пересекаясь, образуют соответственно главную и вспомогательную режущие кромки. Точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок носит название вершины режущей части. Режущие кромки и примыкающие к ним контактные поверхности на передней и задней поверхности в совокупности образуют лезвия, также, соответственно, называемые главным лезвием и вспомогательными лезвиями. Преодолевая сопротивление, лезвия врезаются в металл заготовки и на всем пути относительного рабочего движения срезают с нее впереди лежащий слой металла, превращая его в стружку. На всех инструментах лезвия в поперечном сечении имеют форму клина, с одной стороны ограниченного передней, а с другой - задней поверхностью.

Режущая часть токарного проходного резца состоит из передней поверхности (контур 1-2-5-4-3-1), главной задней поверхности (контур 1-2-6-7-1) и вспомогательной задней поверхности (контур 1-3-8-7-1). Передняя и главная задняя поверхности в пересечении образуют главную режущую кромку (линия 1-2), а передняя и вспомогательная задняя поверхности - вспомогательную режущую кромку (линия 1-3). Главная и вспомогательная кромки, пересекаясь, образуют вершину резца (точка 1). Основную работу, связанную со срезанием припуска, выполняет главное лезвие, состоящее из главной режущей кромки и примыкающих к ней контактной площадки (заштрихованный контур 1-2-9-10-1) на передней и контактной площадки (заштрихованный контур 1-2-11-12-1) на задней поверхностях. Длина главного лезвия всегда больше вспомогательных.

4.2 Геометрические параметры режущей части

Положение передних и задних поверхностей, главных и вспомогательных режущих кромок, образующих режущие элементы (зубья), координируется относительно корпуса инструмента системой угловых размеров, называемых геометрическими параметрами.

Для определения геометрии инструмента введены понятия условных систем координат и плоскостей, а также видов движений, связывающих инструмент и обрабатываемую заготовку.

При срезании припуска с заготовки и превращении ее в готовое изделие режущий инструмент и заготовка совершают рабочие движения. По ГОСТ 25762-83 различают следующие виды движений (рис. 15):

главное движение резания Dr - прямолинейное поступательное и вращательное движение заготовки или режущего инструмента, проходящее с наибольшей скоростью V в процессе резания.

Движение подачи Ds - прямолинейное поступательное или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, скорость которого Vs меньше скорости главного движения резания, предназначено для того, чтобы обеспечить отделение срезаемого слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. 1-направление скорости результирующего движения; 2 - направление скорости главного движения; 3- рабочая плоскость Рs; 4-рассматриваемая точка; 5- направление скорости движения подачи

Поверхность резания R на заготовке образуется совокупностью траекторий результирующего движения резания всех точек главной режущей кромки, участвующих в процессе резания.

Результирующее движение резания- суммарное движение Ve режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение резания, движение подачи и касательное движение.

Оптимизация процесса резания предполагает назначение величины углов инструмента в зависимости от конкретных свойств обрабатываемого материала с учетом прочностных свойств инструментального материала и специфики относительных рабочих движений заготовки и режущего инструмента.

Различают кинематические углы инструмента (рис. 16), измеряемые в кинематической системе координат (прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости Ve результирующего движения резания), и статические углы инструмента (рис. 17а),измеряемые в статической системе координат (прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости главного движения резания).

Используемые условные плоскости:

Основная плоскость (статическая Рvc и кинематическая Рvk) - координатная плоскость, проведённая через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного или результирующего движения в этой точке (соответственно в статической системе координат).

Плоскость резания (статическая Pnc или кинематическая Pnk) - координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости (статической Pvc или кинематической Рvk).

Рабочая плоскость Рs - плоскость, в которой расположены направления скоростей главного движения резания и движения подачи.

4.2.1 Кинематические и статические углы режущего инструмента (по ГОСТ 25762-83)

Кинематические углы.

Кинематический главный задний угол aк - угол в кинематической главной секущей плоскости Ртк между задней поверхностью лезвия и кинематической плоскостью резания Рпк.

Кинематический главный передний угол gк - угол в кинематической главной секущей плоскости - Ртк между передней поверхностью лезвия и кинематической основной плоскостью Рvк.

Кинематический угол наклона режущей кромки lк - угол в кинематической плоскости резания Рпк между режущей кромкой и кинематической основной плоскостью Рvк.

Кинематический главный угол в плане jк - угол в кинематической основной плоскости Рvк между кинематической плоскостью резания Рпк и рабочей плоскостью Рs.

Кинематический главный угол заострения bк - угол в кинематической главной секущей плоскости Ртк между передней и задней поверхностями лезвия.

Статические углы.

Статический главный задний угол ac - угол в статической главной секущей плоскости Ртс между задней поверхностью лезвия и статической плоскостью резания Рnс. Задний угол определяет стойкость инструментов и возможность срезания припуска поэтому всегда >0. Обычно a с >2,5...3, при средних значениях: a с =2,5...12. Большие величины назначаются при обработке вязких, пластичных материалов, а также при небольшой глубине резания t. Hа калибрующей части некоторых инструментов допускается ленточка с a с=0.

Статический главный передний угол gc - угол в статической главной секущей плоскости Ртс между передней поверхностью лезвия и статической плоскостью Рvc. Передний угол можно изменить в пределах 0< g c<0, при средних численных значениях gc=15...(-15). Большие величины назначаются при обработке с небольшими силами резания пластичных, мягких материалов.

Статический угол наклона режущей кромки lc - угол в статической плоскости резания Рnc межу режущей кромкой и статической основной плоскостью Рvc. Угол наклона режущей кромки может изменяться в пределах 0< lс <0, при средних значениях lс=5...(-5). Выбор величины угла зависит от вида операции (черновая, чистовая), т. к. этот угол определяет направление движения и форму стружки, а также от физико-механических свойств обрабатываемого материала (выше прочность и твердость - больше угол).

Статический главный угол в плане jc - угол в статической основной плоскости Рvc между статической плоскостью резания Рnc и рабочей плоскостью Рs. Главный угол в плане определяет площадь сечения срезаемого слоя, величины составляющих сил резания P и шероховатость обработанной поверхности. Средние значения jс =45...95. Выбор оптимальной величины зависит от типа инструмента, режимов резания, требований к качеству обработанной поверхности и других факторов.

Статический главный угол заострения bc - угол в статической главной секущей плоскости Ртc между передней и задней поверхностями лезвия. Угол заострения определяет прочность инструмента на изгиб в районе главной режущей кромки (под действием силы резания). Обычно, bс=45, при средних значениях bс=45...65. Большие величины назначаются при обработке высокопрочных материалов.

Кроме перечисленных выше главных углов существенное влияние на процесс резания оказывают:

a. вспомогательный угол в плане j1 - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и рабочей плоскостью. Вспомогательный угол в плане влияет, в основном, на износ инструмента и шероховатость обработанной поверхности. Средние значения j1=15. 60 и выбираются в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий резания;

b. угол при вершине e - угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость. Угол при вершине определяет прочность на изгиб при вершине инструмента от действия силы резания. Обычно, e=55...65.

Общим для всех геометрических параметров инструмента является то, что выбор их величины будет всегда связан с физико-механическими свойствами материалов режущей части и обрабатываемого. Геометрические параметры инструментов задаются или выбираются по справочной литературе в статической системе координат. При этом индекс "с" в обозначении углов инструмента не указывается.

В любой системе координат и независимо от видов механической обработки сохраняются следующие соотношения между геометрическими параметрами инструмента:

a +b +g = d +g = 900

j +e +j1 = 1800



5. Способы крепления режущих инструментов на станках

Несмотря на разнообразие режущего инструмента, применяемых на практике, основных способов крепления сравнительно немного и это объясняется надежностью их работы и простотой конструкции.

К каждому типу крепления предъявляются следующие требования: надежность и жесткость крепления, концентричность соединения, простота, удобство и быстрота постановки и снятия инструмента со станка.

Основные методы крепления делятся на две группы: для насадных и концевых инструментов. Насадные режущие инструменты закрепляются на оправках, а концевые устанавливаются и закрепляются в шпинделе станка при помощи конуса или цилиндрического хвостовика.

У резцов крепежную часть выполняют в виде стержня круглого, квадратного или прямоугольного сечения с размерами Н = 4 - 80 мм и отношением высоты к ширине Н:В = 1,0; 1,2; 1,6; 2,0, круглого 4 - 80 мм.

Крепление режущего инструмента на оправке. Насадные режущие инструменты закрепляются на цилиндрическую или коническую оправку. Соответственно снабжены базовым отверстием цилиндрической или конической формы.

К режущим инструментам с цилиндрическим отверстием относятся насадные фрезы, дисковые шеверы, дисковые зуборезные долбяки, круглые фасонные резцы, зуборезные гребенки.

С коническим отверстием - насадные зенкеры и развертки, резцовые головки для конических колес.

ГОСТ 9472-90 устанавливает три типа крепления режущего инструмента на оправках:

-- на цилиндрической оправке и осевой шпонке;

-- на цилиндрической оправке и торцевой шпонке;

-- на конической оправке и торцевой шпонке.

Согласно этого ГОСТ для насадных инструментов принимается ряд 8, 10,13,16, 19, 22, 27, 32, 40, 50, 60, 70, 80, 100 мм, с квалитетом H7, H6.

Диаметр оправки оказывает большое влияние на работу инструмента, например фрезы, т. к. она находится под действием крутящего и изгибающего моментов, поэтому необходимовыполнять выполнять проверочный расчет на прочность. Крепление режущего инструмента при помощи конуса.

Большинство концевых инструментов закрепляется в шпинделе станка при помощи хвостовика с наружным конусом и лапкой или резьбовым отверстием.

Конуса Морзе №0 имеет D = 9,045 мм,

конусность 1: 19,212 = 0,05205;

№1 = 12,065; 1: 20,047 = 0,04988;

№2 = 17,79; 1: 20,020 = 0,049995;

№3 = 23,825; 1: 19,922 = 0,0502;

№4 = 31,267; 1: 19,254 = 0,055194;

№5 = 44,399; 1: 19,002 = 0,05263;

№6 = 63,348; 1: 19,180 = 0,05214

Метрические конуса D = 4,6,80,100, 120, 160, 200 мм, конусность 1:20 = 0,05.

Конус служит для передачи крутящего момента от шпинделя станка к режущему инструменту. Передача осуществляется в результате трения контактирующих поверхностей, возникающего в процессе резания под действием осевой силы. Крутящий момент должен передаваться только конусом без участия лапки, которая служит только для выталкивания клином. Режущий инструмент с цилиндрическим хвостовиком.

Цилиндрические хвостовики применяются без дополнительных крепежных элементов, или в сочетании с ними.

а) - для инструментов малых диаметров;

б) - поводком в виде двух лысок;

в) - цилиндрический с наружным центром 75°;

г, д) - с лысками;

е) - с квадратом;

ж) - с квадратом и кольцевой выточкой.

Все концевые инструменты с цилиндрическими и коническими хвостовиками снабжаются с обоих торцов центровыми отверстиями. Они являются базами при изготовлении, контроле и переточках в процессе эксплуатации.

Существует 9 форм центровых отверстий.

Форма А - применяется в тех случаях, когда после обработки необходимость в центровых отверстиях отпадает и когда гарантируется их сохранность в процессе эксплуатации соответствующей обработкой.

Форма В - применяется, когда центровые отверстия являются базой для многократного использования или сохраняются в готовых изделиях.

Форма Т - оправках и калибрах пробках.

Форма С - в крупных валах = 75°.

Форма Е - тоже, что и С.

Форма Р - применяется при необходимости повышенной точности обработки.

Формы F и Н - для монтажных работ, транспортирования, хранения и термообработки деталей в вертикальном положении ( тоже что и А и В с резьбой).



6. Резцы. Классификация резцов по основным признакам. Их назначение

Резцы являются одними из самых распространенных режущих инструментов. Резцы можно классифицировать, например, по следующим основным признакам:

1) тип станка - токарные, расточные, строгальные и др. ;

2) вид операции - проходные, подрезные, отрезные, фасонные, резьбонарезные и др.;

3) направление подачи - радиальные, тангенциальные;

4) конструкция - цельные; сборные: сварные, с напайкой или механическим закреплением режущих пластин;

5) материал режущей части - быстрорежущие, твердосплавные, с пластинами из керамики или сверхтвердых материалов (алмаз, эльбор и др.).

Резец -- это однолезвийный инструмент для обработки деталей с поступательным или вращательным главным движением резания и возможностью движения подачи в любом направлении.

Резцы классифицируются: по направлению подачи - на правые и левые, правые резцы на токарном стане работают при подаче справа налево, т. е. перемещаются к передней бабке станка, левые, наоборот, от передней бабки к задней.

Так же различают по конструкции головки, на прямые, отогнутые и оттянутые. Основные размеры и технические требования быстрорежущих проходных отогнутых правых и левых резцов регламентирует ГОСТ 18868-73, прямых резцов - ГОСТ 18869-73, подрезных торцовых - ГОСТ 18871-73.

По роду материала различают резцы из быстрорежущей стали, твердого сплава и т. д. ; по способу изготовления - на цельные и составные (при использовании дорогостоящих режущих материалов резцы изготовляют составными: головка - из инструментального материала, а стержень из конструкционной углеродистой стали, по сечению стержня - на прямоугольные, круглые и квадратные; по виду обработки - на проходные, подрезные, отрезные, прорезные, расточные, фасонные, резьбонарезные и др. Наибольшее распространение получили составные резцы с пластинами из твердого сплава, которые припаиваются или крепятся механически. По типу резцы делятся на проходные, проходные упорные, подрезные и проточные.



7. Конструктивные элементы проходных токарных резцов

Из всех видов токарных резцов наиболее распространенными являются проходные резцы. Они предназначены для точения наружных поверхностей, подрезки торцов, уступов и т. д.

Призматическое тело проходного резца как и любого другого, состоит из режущей части (головки) и державки. Головка резца содержит переднюю 1, главную заднюю 2 и вспомогательную заднюю 3 поверхности. Пересечения этих поверхностей образуют главную 4 и вспомогательную 5 режущие кромки.

Главная режущая кромка (лезвие) выполняет основную работу резания. Она образуется от пересечения передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромка (лезвие) образуется от пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей. Вспомогательных режущих кромок может быть две (например, у отрезного резца).

Вершина резца это место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок; при криволинейном сопряжении режущих кромок вершина имеет округленную форму с радиусом г.

За координатные плоскости (рис. 2. 2) принимают две взаимно перпендикулярные плоскости:

1) Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

2) Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольному (параллельно оси заготовки) и поперечному (перпендикулярно к оси заготовки) перемещению.



8. Геометрические параметры проходных токарных резцов

Главная режущая кромка (лезвие) выполняет основную работу резания. Она образуется от пересечения передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромка (лезвие) образуется от пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей. Вспомогательных режущих кромок может быть две (например, у отрезного резца).

Вершина резца это место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок; при криволинейном сопряжении режущих кромок вершина имеет округленную форму с радиусом г.

За координатные плоскости (рис. 2. 2) принимают две взаимно перпендикулярные плоскости:

1) Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

2) Основной плоскостью называется плоскость, параллельная продольному (параллельно оси заготовки) и поперечному (перпендикулярно к оси заготовки) перемещению. Указанные поверхности и режущие кромки после заточки располагаются под определенными углами относительно двух координатных плоскостей и направления подачи, выбираемыми с учетом кинематики станка.

Передний угол г - это угол между основной плоскостью и плоскостью, касательной к передней поверхности. Величина этого угла оказывает на процесс резания определяющее влияние, так как от него зависят степень деформации металла при переходе в стружку, силовая и тепловая нагрузки на режущий клин, прочность клина и условия отвода тепла из зоны резания. Возможные значения угла г находятся в пределах 0...300. Для упрочнения режущего клина, особенно изготовленного из хрупких режущих материалов, на передней поверхности затачивают фаску с нулевым или отрицательным передним углом (г ф = 0...-50), шириной зависящей от подачи.

Задний угол б- это угол между плоскостью резания и плоскостью, касательной к задней поверхности. Фактически это угол зазора, препятствующего трению задней поверхности резца о поверхность резания. Он влияет на интенсивность износа резца и в сочетании с углом г влияет на прочность режущего клина и условия отвода тепла из зоны резания. Например, для резцов из быстрорежущей стали при черновой обработке конструкционных сталей б = 6...8°, для чистовых операций б = 10...12°.

Вспомогательным задним углом б1 называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости.

Угол наклона главной режущей кромки л - это угол между основной плоскостью, проведенной через вершину резца, и режущей кромкой. Он измеряется в плоскости резания и служит для предохранения вершины резца от выкрашивания, особенно при ударной нагрузке, а также для изменения направления сходящей стружки. Угол л считается положительным, когда вершина резца занижена по сравнению с другими точками главной режущей кромки и в контакт с заготовкой включается последней. Стружка при этом сходит в направлении обработанной поверхности, что может существенно повысить ее шероховатость. При черновой обработке это допустимо, так как после нее следует чистовая операция, снимающая эти неровности. Но при чистовых операциях, когда нагрузка на режущий клин невелика, первостепенное значение приобретает задача отвода стружки от обработанной поверхности. С этой целью назначают отрицательные значения угла (-л,). При этом вершина резца является наивысшей точкой режущей кромки.

Наличие угла л усложняет заточку резцов, поэтому практические значения этого угла невелики и находятся в пределах л = +5...-5°.

Углы в плане ц и ц1 (главный и вспомогательный) - это углы между направлением продольной подачи Snp и, соответственно, проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость.

Главным углом в плане ц называется угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

Главный угол в плане ц определяет соотношение между толщиной и шириной срезаемого слоя. При уменьшении угла ц стружка становится тоньше, улучшаются условия теплоотвода и тем самым повышается стойкость резца, но при этом возрастает радиальная составляющая силы резания.

При обточке длинных заготовок малого диаметра вышесказанное может привести к их деформации и вибрациям, и в этом случае принимается ц = 90°. Для других случаев рекомендуется: при чистовой обработке ц = 10...20°; при черновой обработке валов (IId = 6...12) ц = 60...75°; при черновой обработке более жестких заготовок ц = 30...45°.

Вспомогательным углом в плане ц1 называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.

С целью повышения прочности режущей части резца предусматривается также радиус скругления его вершины в плане: г = 0,1...3,0 мм. При этом большее значение радиуса применяется при обработке жестких заготовок, так как с увеличением этого радиуса возрастает радиальная составляющая силы резания.

Углом резания у называется угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания.

Углом при вершине в плане е называется угол между проекциями режущих кромок на основную плоскость; в сумме ц+ е+ ц1=180

Углом заострения в называется угол между передней и главной задней поверхностями резца.



9. Особенности конструкции твердосплавных резцов

Твердосплавные резцы - это резцы, оснащенные пластинами твердого сплава, обеспечивающие высокую производительность и получившие наибольшее распространение на практике

Пластины крепятся к державке пайкой или механическим путем. Цельные твердосплавные резцы изготавливают только малых размеров (они применяются в приборостроении и часовой промышленности).

Использование пайки стандартных пластин из твердого сплава, имеющих разнообразную форму, позволяет получать компактные конструкции резцов. Последние после заточки имеют оптимальные значения геометрических параметров и характеризуются эффективным использованием твердого сплава благодаря многократной переточке. Однако пайке присущ такой существенный недостаток, как появление внутренних термических напряжений в спае и в самих пластинах из-за большой разницы (примерно в 2 раза) коэффициентов линейного расширения твердого сплава и стальной державки. При охлаждении после пайки возникающие напряжения приводят к образованию микротрещин в пластинах, которые вскрываются при заточке или в процессе резания. Микротрещины приводят к выкрашиванию и даже к поломкам пластин. Обычно применяемые технологические приемы по снятию напряжений: релаксация путем замедления скорости охлаждения, использование компенсационных прокладок и другие - не решают полностью этой проблемы. Избавиться от напряжений можно только путем применения сменных многогранных пластин (СМП), которые механически крепятся к корпусу инструмента. По мере затупления пластин путем их поворота производится обновление режущих кромок, что обеспечивает их быстросменность и не требует переточек.

10. Способы стружкозавивания и стружколомания при конструировании токарных резцов

Проблема надежного удаления стружки из зоны резания имеет наиболее острое значение при использовании твердосплавных резцов и особенно при обработке пластичных материалов, когда из-за резко возросших скоростей резания значительно увеличивается объем образующейся стружки и изменяется ее форма. Нагретая до высоких температур стружка в виде непрерывной ленты наматывается на заготовку и резец, портит обрабатываемую поверхность и представляет собой серьезную опасность для рабочих, поэтому станочнику приходится часто останавливать станок для ее удаления. Для получения транспортабельной формы стружки в виде отдельных кусочков, сегментов, колец, коротких завитков или сплошной пружины применяют специальные способы стружкозавивания и стружколомания. Обычно для этого на передней поверхности резца на пути сходящей стружки создают специальные препятствия в виде лунок, канавок, сферических выступов или углублений вдоль режущей кромки, а также накладных нерегулируемых уступов и регулируемых стружколомов. Примеры таких устройств приведены на рис. 2. 7.

Лунки (рис. 2. 7, а, б) и уступы (рис. 2. 7, в), применяемые на черновых и получистовых операциях, получают путем вышлифовывания алмазными кругами у проходных резцов с напайными твердосплавными пластинами. Хорошо показала себя заточка фасок переменной ширины вдоль главной и вспомогательной режущих кромок с отрицательным передним углом (рис. 2. 7, г). Ребро, образующееся при их пересечении, обеспечивает надежное дробление стружки при точении высоколегированных сталей, но несколько снижает стойкость резца.

Накладные стружколомающие элементы используются двух типов: нерегулируемые (рис. 2. 7, д) и регулируемые (рис. 2. 7, е). Первые выполняются в виде пластины, напаиваемой сверху режущей пластины. В отличие от лунок и уступов, такой стружколом не снижает прочности режущей пластины, но требует предварительного экспериментального определения положения относительно главной режущей кромки. При переточке резцов необходима перепайка накладной пластины, что неудобно, поэтому такие стружколомы применяются крайне редко.

Накладные регулируемые стружколомы представляют собой самостоятельные устройства, закрепляемые на суппорте станка. Их рабочая часть выполняется в виде напайной твердосплавной пластины-уступа, устанавливаемой в определенном положении относительно режущей кромки, которое обеспечивает надежное дробление или завивание стружки. Устройство позволяет регулировать положение такого уступа относительно режущей кромки при смене режимов резания. Недостатком уступа является сложность и громоздкость конструкции, ухудшающие условия отвода стружки. У резцов, оснащенных СМП, стружколомающие канавки и уступы получают методом прессования. При этом форма передней поверхности принимает порой экзотический вид с использованием лунок, канавок И уступов переменных глубины, высоты и ширины. Некоторые примеры оформления таких пластин приведены на рис. 2. 8. Здесь эффект стружкодробления достигается как за счет изменения ширины площади контакта стружки с передней поверхностью резца, так и за счет силового воздействия на сходящую стружку. Кроме того, эффект усиливается за счет изменения по длине режущей кромки условий контакта стружки с передней поверхностью резца и улучшения условий подвода СОЖ в область контакта. В автоматизированном производстве применяют также кинематический способ дробления стружки, заключающийся в использовании принудительных колебаний резца в направлении подачи. При этом толщина стружки меняется и стружка распадается на отдельные кусочки. Следует отметить, что этот метод несколько снижает стойкость инструмента и требует применения специальных устройств, встраиваемых в механизм подачи станка, что усложняет конструкцию последнего.

11. Износ резцов и их переточка

В процессе резания металлов на токарных станках происходит износ режущего инструмента, в большей степени режущая часть инструмента. Самой важной причиной износа резцов является - трение стружки о переднюю поверхность режущей кромки резца и задних поверхностей резца о заготовку или деталь.

Скорость износа резцов происходит из-за различных факторов например: марка обрабатываемого материала (механические и физические свойства), скорость резания и усилие (подача), не мало важный фактор это наличие СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) и другие факторы.

Следы износа четко просматриваются на передних и задних поверхностях резцов. При износе резца режущая кромка или вершина режущей пластины может сменить цвет на фиолетовый (бурый). К износу можно отнести скол вершинки режущей кромки, оплавление, и в некоторых случаях неправильная заточка резца (переточка - своеобразный износ резца). Полностью предотвратить износ резцов не получится, но понизить скорость износа можно путем навыков и умений.

1. Самым важным фактором износа служит заточка резцов, так как при правильной заточки резец менее подвергается износу.

2. Понижение износа можно понизить путем правильного подбора режимов резания: скорости, подачи, обороты, глубина врезания и другое.

3. Правильный подбор марки резцов для обработки того или иного материала.

4. Применение СОЖ если это разрешено (есть материал где СОЖ запрещена). СОЖ стремительно охлаждает точку соприкосновения обрабатываемой заготовки с режущей частью реза, тем самым понижая температуру резания и износ резца. Факторов износа резцов и понижения износа существует много. В вышеизложенном, представлены самые основные (базовые) факторы. В процессе резания в результате трения стружки о переднюю поверхность резца, а задних поверхностей резца о поверхность заготовки рабочая часть резца изнашивается, режущая кромка разрушается (местное выкрашивание). Работать таким резцом уже нельзя, так как ухудшается точность обработки, качество обработанной поверхности, снижается производительность труда. Затупленный резец отдают в переточку, которую, как правило, выполняют специальные рабочие заточники, однако токарь должен уметь и сам затачивать инструмент. К наиболее простым заточным станкам, применяемым для заточки резцов, относятся точильно-шлифовальные (точила). Основной узел точила шпиндельная головка / (рис. 14, а) представляет собой двухскоростной электродвигатель, на обоих концах его вала (шпинделя) установлены абразивные (шлифовальные) круги 2 один из них из электрокорунда и предназначен для заточки резцов из быстрорежущей стали, а другой из зеленого карбида кремниядля заточки резцов, оснащенных пластинками из твердого сплава. Чтобы обеспечить устойчивое положение затачиваемого резца, на станке имеется специальное приспособление подручник 4. Конструкция подручника позволяет регулировать положение резца и по высоте и под требуемым углом по отношению к рабочей поверхности круга. По высоте резец должен быть установлен так, чтобы верхняя точка касания затачиваемой поверхности с поверхностью круга находилась на уровне шпинделя шлифовальной головки или несколько выше ее, но не более чем на 10 мм. При заточке вручную (рис. 15) резец с легким нажимом прижимают затачиваемой поверхностью к вращающемуся кругу, а для того, чтобы износ круга происходил равномерно и чтобы затачиваемая поверхность получалась плоской, резец все время передвигают вдоль рабочей поверхности круга. Сначала затачивают главную и вспомогательную задние поверхности, затем переднюю поверхность и вершину резца. Заточка вручную на точильно-шлифовальных станках имеет следующие недостатки: трудность получения первоначальных (заданных) геометрических параметров режущей части резца, возможность появления прижогов и трещин на затачиваемых поверхностях, необходимость последующей доводки резца на универсально-заточных или специальный станках. Необходимость доводки вызывается тем, что зерна круга при заточке оставляют на режущих кромках, передней и задних поверхностях резца микронеровности, которые оказывают большое влияние на работу резца, на качество обработки.



12. Фасонные резцы, их типы, назначение, конструктивное оформление. Способы определения профиля фасонных резцов

Фасонным называют резец, режущие кромки которого имеют форму, определяющуюся формой профиля детали. Фасонные резцы обеспечивают высокую производительность, однородность формы профиля и точность размеров обрабатываемых деталей и применяются в крупносерийном и массовом производстве. Эти резцы применяются для обработки тел вращения, имеющих наружные или внутренние фасонные поверхности. Обработка этими резцами обычно ведется на станках-автоматах и револьверных станках в условиях крупносерийного или массового типа производства. В качестве заготовок деталей чаще всего используют калиброванный прокат в виде прутка.

В сравнении с другими типами резцов фасонные резцы имеют следующие преимущества:

1) обеспечивают идентичность формы детали и высокую точность размеров, не зависящую от квалификации рабочего;

2) обладают высокой производительностью за счет большой длины активной части режущей кромки;

3) имеют большой запас на переточку;

К числу недостатков фасонных резцов можно отнести:

1) сложность изготовления и высокую стоимость;

2) резцы - специальные, так как они пригодны для изготовления деталей только заданного профиля;

3) большие радиальные нагрузки у резцов вызывают вибрации

Основные типы фасонных резцов: стержневые (рис. 2. 9, а), круглые (рис. 2. 9, б), призматические радиальные (рис. 2. 9, в), призматические тангенциальные (рис. 2. 9, г). Из них наибольшее применение нашли круглые и призматические резцы, работающие с радиальной подачей.

Стержневые резцы подобны призматическим, но имеют малый запас на переточку. Они применяются в основном для затылования фрез, а также для нарезания резьбы. Крепление этих резцов в суппорте станка подобно креплению токарных резцов.

Призматические тангенциальные резцы позволяют обрабатывать детали малой жесткости, но требуют специальных станков и поэтому на практике применяются очень редко. Их недостатком также является переменность передних и задних углов в процессе снятия припуска.

Сравнение круглых и призматических резцов, работающих с радиальной подачей, показывает, что круглые резцы более технологичны и могут быть изготовлены с большей точностью. Однако они обладают меньшим запасом на переточку и меньшей жесткостью крепления, так как у насадных резцов диаметр оправки зависит от диаметра резца. Последний рекомендуется брать не более 100 мм из-за ухудшения качества быстрорежущей стали, используемой для изготовления таких резцов. Призматические резцы имеют большую жесткость и крепятся с помощью ласточкина хвоста в державках стержневого типа, обладают большим запасом на переточку и, как будет показано ниже, обеспечивают большую точность обработки.

...