книги из ГПНТБ / Лакур К.В. Виброустойчивые резцы

Рис. 6. Схема расположения резцов в растачиваемом отверстии:

а — резец по ГОСТ „6743-53; б — резец НРК.

МкМ

Высота виброволны

Рис. 7. Сравнительная вибро^усто^чивость резцов с разными

20

могут быть более близкими, а при определении интен­ сивности вибраций на глаз вообще даже можно не заме­ тить этой разницы. Именно поэтому токари, работающие на станках малых размеров и пользующиеся резцами НРК малых размеров с углом ср = 45°-, не отмечают их повышенной виброустойчивости. Между тем недооцени­ вать преимущества резцов НРК и в этом случае не следует, так как при растачивании малых отверстий большое значение имеет жесткость резца, а резец НРК, при прочих равных условиях, может быть более жест­ ким, чем расточной резец по ГОСТ, хотя бы уже потому, что в отверстии определенного диаметра можно располо­ жить резец НРК со значительно большей площадью поперечного сечения стержня.

При растачивании на более крупном станке модели 1Д63А эффект применения резцов НРК получается большим, чем на станках модели 1А62. На рис. 8 на­ глядно видна разница в интенсивности вибраций, наблю­ дающихся при работе резцом МН 616-60 квадратного сечения 32 X 32 мм с режущей кромкой, расположенной выше нейтральной оси на 16 мм, и резцом НРК тоже квадратного сечения 32 X 32 мм с расположением режу­ щей кромки выше нейтральной оси на 2 мм. Сходные результаты получились и на другом, более крупном станке фирмы Niles.

Исследовалась также зависимость высоты вибро­ волны от скорости резания для быстрорежущих резцов. В этом случае вибрации резцов по ГОСТ 7369-55 по­ являются при скорости резания 40 м/мин, а . резцов НРК — при скорости 55 м/мин.

При исследованиях зависимости виброустойчивости от глубины резания выявилось, что при растачивании

21

с малыми глубинами резания t = 0,5 и t = 1 мм резцами НРК ср = 60° безвибрационная скорость резания нахо­ дится в зонах v < 60 и v > 200 м/мин.

Для резцов НРК с углом в плане ф = 90° при этой же глубине резания безвибрационная скорость резания находится в зонах v < 90 и v > 180 м/мин.

мнм

Рис. 8. Виброустойчивость различных резцов при растачива­ нии на станке модели 1Д63А.

При растачивании резцами НРК с глубиной резания 3—5 мм вибрации прекращались при скорости резания 140—160 м/мин. Эти данные получены при подаче 0,16 мм/об, вылете резца 100 мм и диаметре державки

20мм.

Интересную особенность представляют резцы сплош­

ного квадратного сечения. При глубине резания больше 1 мм интенсивность вибраций этих резцов зави­ сит от высоты расположения режущей кромки. По

22

сравнению с круглыми резцами они никаких преиму­ ществ не имеют даже в том случае, если диаметр круг­ лого резца равен стороне квадрата резца квадратного сечения. При растачивании же с глубиной резания ме­ нее 0,5 мм все квадратные резцы перестают вибриро­ вать независимо от расположения режущей кромки по высоте.

Таблица 2

Зависимость виброустойчивости расточных резцов' от режима резания

Влияние подачи и глубины резания на интенсивность вибраций иллюстрируется данными табл. 2, где пока­ зана высота волны в зависимости от скорости резания, глубины резания и применяемых на практике подач. При проведении этой серии опытов использовался резец диаметром 20 мм с вылетом 100 мм.

Анализируя данные этой таблицы, можно заметить, что с увеличением скорости резания интенсивность вибраций повышается тем скорее, чем больше глубина

23

резания и подача. При дальнейшем увеличении ско­ рости резания вибрации уменьшаются при подачах 0,1, 0,16 и 0,24 мм!об и глубине резания 3 и 5 мм скорее, чем при глубине резания 0,5 и 1 мм, подаче 0,24 и 0,3 мм/об и глубине резания 5 мм. При малой глубине резания прекращение вибраций наступает при более высокой скорости резания v — 188 м/мин. При глубине резания 5 мм и подачах 0,24 и 0,30 мм/об мы вышли за пределы нагрузки, допустимой при работе резцом диаметром 20 мм.

Влияние подачи на интенсивность вибраций при растачивании заметно отличается от известных анало­ гичных зависимостей при наружном точении. Это сле­ дует объяснить тем, что предел допустимого нагруже­ ния расточного резца граничит с реально применяемыми нагрузками; для обычных проходных резцов при наруж­ ном точении этот предел находится выше применяемых на практике нагрузок.

Нами проводились также сравнения разных расточ­ ных резцов по достигаемой шероховатости поверхности. При этом выявилось, что шероховатость поверхности, обработанной резцами НРК, в среднем соответствовала 5-му классу, а резцами по ГОСТ 6743-53 —4-му классу шероховатости.

Значительная часть работы была посвящена сравни­ тельным стойкостным испытаниям резцов по ГОСТ 6743-53 и НРК. Так как в нашем распоряжении не было станков с бесступенчатым регулированием чисел оборо­ тов шпинделя, был использован станок модели 1А62. Числа оборотов подбирались при этом такими, чтобы скорость резания колебалась в сравнительно небольших пределах. Растачивались кольца длиной 60 мм и диамет­ ром 135 мм, а стойкость определялась по числу прото­ ченных колец и количеству проходов. Обрабатываемый

24

у = 12°; а — 8°; ф = 90°. В качестве критерия затупления

* На этом проходе резец затупился. Всего сделано проходов до затупления: при растачивании резцом по ГОСТ 6743-53(3x12) +

так как к этому времени лунка износа по передней поверхности смыкается с режущей кромкой.

25

с пластинками твердого сплава марки Т5КЮ, который нецелесообразно применять при скорости резания выше 80 м/мин из-за малой стойкости. Так как основные опыты, кроме стойкостных испытаний, носили кратко­ временный характер, предпочтение было отдано твер­ дому сплаву Т5К10 благодаря его высокому сопроти­ влению выкрашиванию, необходимому при вибрацион­ ных режимах резания. И все же, несмотря на эти меры, за время проведения опытов расход стандартных резцов из-за выкрашиваний был в 3 раза больше расхода рез­ цов НРК. Последние сопоставлялись не только со стан­ дартными, но и со всеми остальными конструкциями резцов.

Резцы НРК не имеют ограничения по скорости резания и на них целесообразно напаивать более из­ носостойкий твердый сплав марки Т15К6. Это дает основание считать, что стойкостные испытания, прово­ дившиеся в одинаковых условиях для всех исследовав­ шихся резцов, не отражают в полной мере возможно­ стей резцов НРК. Кроме того, сравнивались резцы оди­ накового сечения, а, как известно, сечение резцов НРК при растачивании одинаковых отверстий может быть увеличено в 2—3 раза по сравнению с резцами по ГОСТ. Естественно, что при этом увеличится и стой­ кость резца.

С учетом приведенных поправок имеются все осно­ вания утверждать, что стойкость расточных резцов НРК при вылете резца менее пяти диаметров практически

26

не отличается от стойкости резцов для наружного то­ чения.

В качестве итогового вывода по результатам сравни­ тельных испытаний приведу заключение из научного отчета НИИТМАШ:

«Результаты настоящего исследования убедительно свидетельствуют о том, что жесткость расточного резца не является главным фактором, от которого зависит его виброустойчивость.

Более важным фактором, определяющим вибро­ устойчивость резца, является расстояние режущей кромки от нейтральной оси державки h0.

У резцов конструкции Лакура 0 20 это расстояние равно 0, у резцов сечением 20 X 20 конструкции Семинского h0 = 4,5 мм, у резцов по ГОСТ 6743-53 h0 = 7 мм, у резцов по нормали машиностроения МН 615-60 сече­ нием 20 X 20 h0 = 10 мм.

В соответствии с указанными расстояниями нахо­ дится виброустойчивость всех перечисленных конструк­ ций резцов: с увеличением hQ виброустойчивость резца падает.

Эта зависимость убедительно доказывалась следую­ щим опытом: когда перечисленные резцы были изогну­ ты по рабочей части стержня так, чтобы режущая кромка оказалась на уровне нейтральной оси, при вто­ ричном испытании их виброустойчивость находилась на уровне виброустойчивости резцов конструкции Лакура.

Анализ результатов испытаний показывает, что из всех исследованных конструкций резцов лучшей по виброустойчивости является конструкция, предложенная Лакуром К. В.».

27

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ РЕЗЦОВ НРК

Расточной резец имеет сравнительно большой вылет и является слабейшим звеном в цепи станок —деталь — инструмент. Это и служит основной причиной возникно­ вения при растачивании вибраций резца, так называе­ мых вибраций высокого тона (порядка 600— 6000 кол/сек.).

Расточной резец, как и любой другой, можно рас­ сматривать как балку, заделанную одним концом с си­ лой (силой резания), приложенной на свободном конце. Под влиянием этой нагрузки в верхних слоях материала свободной рабочей части стержня возникают напряже­ ния растяжения, а в нижних слоях — напряжения сжа­

ось» стержня. Так как сопротивление сжатию и растя­ жению для стали одинаково, нейтральная ось стержня совпадает с его геометрической осью.

Расположенная на нейтральной оси точка О, поло­ жение которой установлено соответствующими вычис­ лениями (рис. 9), является центром, вокруг которого вершина резца под действием • силы описывает при изгибе некоторую дугу. В дальнейшем (для упроще­ ния рассуждений) условно принимаем эту дугу за пря­ мую линию, а поверхность резания рассматриваем как плоскость, перпендикулярную оси резца. Пересечение дуги с поверхностью резания составляет некоторый угол, который в дальнейшем будем обозначать бук­ вой 0 г

Под влиянием действия силы и вызываемого ею про­ гиба резца его вершина при вибрациях оставляет на обработанной поверхности след в виде волны опреде-

28

°) вх

Рис. 9. Схемы прогиба резцов:

а *-> резцы с режущей кромкой выше нейтральной оси; 6 — резцы с режущей кром­ кой ниже нейтральной оси; в — резцы с режущей кромкой, расположенной на уровне нейтральной оси.

29