Зуб и стружечная канавка многолезвийных инструментов

З уб и стружечная канавка являются общими конструктивными элементами многих инструментов.

Форма зуба и впадины характеризуются следующими параметрами:

Шагом зубьев р, передним углом , задним углом , радиусом округления режущей кромки ρ, шириной задней поверхности b, формой передней поверхности, глубиной канавки h_k , радиусом дна канавки r_k ,формой и положением спинки зуба.

По расположению зубьев многолезвийных инструментов относительно направления скорости главного движения D_г различают инструменты прямозубые, косозубые, с винтовыми зубьями.

Форма зуба и форма стружечной канавки должны обеспечивать

1. Необходимую прочность и жесткость.

2. Отвод теплоты от режущей кромки в тело инструмента.

3. Удаление стружки из зоны резания.

Прочность и жесткость зубьев инструментов определяются в зависимости от контактных нагрузок, действующих на режущий клин. Расчёт выполняют в следующей последовательности: 1) находят силы резания и их распределение на контактных поверхностях; 2) рассчитывают напряженно деформированное состояние лезвия инструмента; 3) сравнивают максимальные значения напряжений и деформаций с допустимыми значениями;4) делается вывод о рациональной геометрии с точки зрения прочности и жесткости инструмента. В качестве расчетных методов все больше используются численные методы, например МКЭ.

Выполним приближённый расчёт на прочность инструмента.

Разложим силы Р_z и Р_y на две составляющие, действующие вдоль оси симметрии режущего клина и другую – перпендикулярную первой.

Р_сж = Р_у*cos(γ + β/2) + Р_z*cos(α + β/2)

P_изг = Р_z*sin(α + β/2) - Р_у* sin(γ + β/2)

Из теории упругости:

σ_rr = -(2* Р_сж * cos θ) / (r*( β+ sin β))

r и θ – текущие координаты в полярной системе координат.

σ_rr = ( 2* P_изг * sin θ) / (r*( β - sin β)) ; σ _θθ = σ_rθ = 0

σ_rr - напряжения, действующие вдоль радиус-вектора r.

С увеличением угла β напряжения уменьшаются.

Для надежной работы инструмента большое значение имеет отвод стружки от режущей кромки. Особые требования к условиям формирования стружки предъявляются к многозубым инструментам с ограниченным пространством стружечной канавки. Недооценка влияния размеров и формы стружечной канавки может привести к «пакетированию» стружки и поломке инструмента. На условия размещения стружки в канавке влияет форма и тип образующейся при резании стружки.

При формировании сливной стружки определяющее значение на заполняемость канавки имеют величина начального радиуса кривизны стружки и плотность упаковки спирали стружки. В начале резания стружка формируется в рулон естественным образом с минимальными усилиями. После контакта рулона стружки со спинкой зуба начинается ее деформирование как твердого тела. Силы резания резко увеличиваются. Для увеличения длины стружки, размещающейся в канавке, необходимо, чтобы стружка формировалась в плотноупакованные рулоны, при этом границы стружечной канавки в наименьшей степени препятствовали её свободному заполнению. Процесс формирования стружки регулируется режимами резания и геометрией инструмента.

Рис. Образование стружки (а) и ее размещение в стружечной канавке (б)

Поскольку между витками стружки имеются зазоры, площадь канавки F_к должна быть больше площади продольного сечения срезаемого слоя F_с.с.. При проектировании инструментов вводится коэффициент заполнения стружечной канавки k:

k=F_к/F_с.с

где F_с.с – площадь срезаемого слоя в течении всего пути работы зуба;

F_к – активная площадь канавки; F_k = π·h²_k / 4

Для сливной стружки k = 3…4.

При обработке хрупких материалов образуется стружка надлома , более полно заполняющая канавку.

Для стружки надлома k = 2,5.

При протягивании площадь продольного сечения стружки равна:

F_c.c = l_заг * S_z = а₁ * l_заг,

l_заг – длина протягивания.

При фрезеровании: F_c.c = t * S_z ,

t – глубина резания.