Материаловедение и технология конструкционных материалов

21. Классификация движений в станках и методов формообразования 553

Ширина срезаемого слоя Ъ— это Длина стороны сечения сре­

заемого слоя, образованной поверхностью резания.

Толщина срезаемого слоя а — это длина нормали к поверх­

ности резания, проведенной через рассматриваемую точку ре­ жущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя.

Параметры S и t называются технологическими (производст­ венными), параметры Ъи а — физическими, так как они непо­

средственно влияют на физические показатели процесса резания (температуру, силу резания и т.д.). Толщина и подача, ширина срезаемого слоя и глубина резания связаны следующими зави­ симостями:

а = Ssintp; Ь= —-—, sin<p

где (р — главный угол в плане.

К элементам процесса резания относят также основное вре­ мя tQ, являющееся одной из составляющих штучного времени tmT.

Штучное время, затрачиваемое на изготовление одной детали, состоит из основного (машинного) taи вспомогательного tBвре­

мени, а также из времени, Необходимого на организационное И техническое обслуживание рабочего места £о6 и на отдых ра­ бочего tor, т.е.

Основным называют время, затрачиваемое непосредственно на процесс резания металла. Машинное время при точении можно

найти по следующей формуле:

где i — число рабочих ходов резца, необходимое для снятия при­ пуска, оставленного на обработку; 10— размер пдверхности де­

тали, по которой осуществляется перемещение инструмента в направлении подачи, мм; Z, — величина врезания инструмен­ та, мм; 12— выход (перебег) инструмента, мм; l3= 3 ...1 0 мм — дополнительная длина на взятие пробных стружек; vs = S0n = Szzn, где S2— подача одного режущего лезвия на 1 зуб, мм/зуб; г — количество режущих зубьев инструмента; п — частота враще­

ния, мин-1 (число двойных ходов в минуту в зависимости от ки­ нематики главного движения на станке).

21. Классификация движений в станках и методов формообразования 555

Передняя поверхность А , — поверхность лезвия, контакти­

рующая в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой. Задняя поверхность — поверхность лезвия, контактирующая

в процессе резания с поверхностями заготовки. Различают глав­ ную и вспомогательную задние поверхности. Главная задняя поверхность А а примыкает к главной режущей кромке. Вспо­ могательная задняя поверхность А'а примыкает к вспомога­

тельной режущей кромке.

Режущая кромка — кромка лезвия инструмента, образуемая

пересечением его передней и задней поверхностей. Часть режу­ щей кромки, формирующую большую сторону сечения срезаемого слоя, называют главной режущей кромкой К, меньшую сторону сечения срезаемого слоя — вспомогательной режущей кромкой К'.

Вершина лезвия — участок режущей кромки в месте пересе­

чения двух задних поверхностей. У проходного токарного резца вершиной является участок лезвия в месте пересечения главной и вспомогательной режущих кромок. Вершина может быть ост­ рой, закругленной или в виде прямой линии.

Форма лезвия резца определяется конфигурацией и располо­ жением его поверхностей и режущих кромок. Взаимное распо­ ложение передней и задних поверхностей и режущ их кромок в пространстве определяет углы резца. Углы рассматриваются как на неподвижном инструменте (статическая система коорди­ нат), так и в процессе резания с учетом траектории движения точек режущ их лезвий (кинематическая система координат). Для изготовления и контроля инструмента используется инст­ рументальная система координат.

Рассмотрим углы резца в статике, т.е. в статической системе координат. Для определения углов резца вводятся следующие координатные плоскости (рис. 21.5).

Основная плоскость Pv— координатная плоскость, проведен­

ная через рассматриваемую точку режущей кромки перпенди­ кулярно направлению скорости главного или результирующего движения резания в этой точке. Плоскость резания Рп — коорди­

натная плоскость, касательная к поверхности резания и прохо­ дящая через главную режущую кромку резца. Главная секущая плоскость Р т — координатная плоскость, перпендикулярная

линии пересечения основной плоскости и плоскости резания. Рабочая плоскость Р„— плоскость, в которой расположены на­

правления скоростей движения резания и движения подачи.

556

Раздел VI. Обработка резанием

Рис. 21.5. Координатные плоскости для определения углов резца

21. Классификация движений в станках и методов формообразования 557

Исходя из условий, что ось резца перпендикулярна линии центров станка, а вершина резца находится на этой линии, у то­ карного резца различают главные и вспомогательные углы (рис. 21.6).

Передний угол у измеряют в главной секущей плоскости Р т меж ду передней поверхностью А1и основной плоскостью Р„.

Он оказывает большое влияние на процесс резания. С увеличе­ нием у уменьшается работа, затрачиваемая на процесс резания, улучшаются условия схода стружки и повышается качество об­ работанной поверхности. Но увеличение переднего угла приводит к снижению прочности резца и ускоренному его изнашиванию вследствие выкрашивания режущей кромки и уменьшения тепло­ отвода. Различают углы положительные (+у), отрицательные (-у) и равные нулю. При обработке твердых и хрупких материалов

применяют небольшие передние углы, мягких и вязких мате­ риалов — углы увеличивают. При обработке закаленных сталей твердосплавным инструментом или при прерывистом резании для увеличения прочности лезвия назначают отрицательные углы у. В зависимости от механических свойств обрабатываемо­ го материала, материала ин()трумента и режимов резания углы у назначают от -1 0 ° до +20°.

Задний угол а измеряют в главной секущ ей плоскости Р т между задней поверхностью Ааи плоскостью резания Рп. Угол а

предназначен для уменьшения трения между главной задней поверхностью и поверхностью резания. Большую роль при на­ значении этого угла играют упругие свойства обрабатываемого материала. Увеличение угла а ведет к уменьшению прочности резца. При обработке вязких материалов назначают большие углы а, а при обработке твердых и хрупких материалов или при большом сечении срезаемого слоя назначают меньшие углы а. Угол а может находиться в пределах 6...12°.

Главный угол в плане <р — угол между плоскостью резания Рп и рабочей плоскостью Ps. Он оказывает значительное влияние

на шероховатость обработанной поверхности и продолжитель­ ность работы резца до затупления. С уменьшением угла ср возрас­ тают деформация заготовки и отжим резца, появляются вибра­ ции, ухудшается качество обработанной поверхности. Чаще всего угол ф для токарных проходных резцов берется равным 45°, но в зависимости от конкретных условий (прежде всего от жестко­

558 Раздел VI. Обработка резанием

сти детали) он может уменьшаться до 30° или увеличиваться до 90° (при обработке длинных и тонких валов).

Вспомогательный угол в плане (pj — угол между проекцией

вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и ра­ бочей плоскостью Р,. Угол <pi служит для уменьшения трения

вспомогательной задней поверхности об обработанную поверх­ ность. С уменьшением угла <pi уменьшается шероховатость обра­ ботанной поверхности, увеличивается прочность вершины резца, снижается изнашивание резца. Для проходных резцов, обраба­ тывающих жесткие заготовки, ф! = 5 ...10°, а при обработке за­ готовок малой жесткости = 30...45°.

Угол заострения р измеряют в главной секущ ей плоско­ сти Рг, это угол между передней и задней поверхностями резца.

Между углами а, Р и у существует зависимость а + р + у = 90°. При (а+ Р )<90° угол у считают положительным, при (а + р )> 9 0 ° — отрицательным.

Угол при вершине е измеряют в основной плоскости Р„ меж ­

ду проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость Ри.

Угол наклона главной режущей кромки X измеряют в плос­ кости резания Рп, это угол между режущей кромкой и основной

плоскостью Р„.

Угол X может быть отрицательным (вершина является выс­ шей точкой лезвия), равным нулю (режущее лезвие параллель­ но основной плоскости) и положительным (вершина является

низшей точкой режущего лезвия). Он определяет направление схода стружки. Если X= 0, стружка сходит в направлении глав­

ной секущ ей плоскости перпендикулярно главной режущ ей кромке. При X < 0 стружка сходит к обрабатываемой поверх­ ности. При X> 0 стружка сходит к обработанной поверхности. При чистовой обработке принимать угол X положительным не

рекомендуется, так как стружка может наматываться на заго­ товку и царапать обработанную поверхность. Поэтому при чис­ товой обработке угол X назначают отрицательным (до -5°). При

черновой обработке, когда нагрузка на резец большая и качество обработанной поверхности не имеет большого значения, угол X

положителен (до +5°).

Значения углов у и а изменяются в процессе резания при уста­ новке вершины лезвия выше или ниже оси вращения заготовки

21. Классификация движений в станках и методов формообразования 559

( л и н и и центров), а значения углов в плане (р и <pt — в зависимо­

сти от расположения оси резца относительно оси заготовки. При наружном обтачивании установка вершины лезвия выше оси вращения заготовки ведет к увеличению переднего угла у и умень­ шению заднего угла а, а при установке вершины лезвия ниже центров, наоборот, угол у уменьш ается, а угол а возрастает (рис. 21.7, а...в).

г

Рис. 21.7. Изменение углов резца при установке его на станке

На рис. 21.7, г показано изменение углов в плане <р и в за­ висимости от положения оси резца относительно линии центров станка. При отклонении оси резца от перпендикуляра к линии центров углы в плане будут отличаться от расчетных. Таким об­ разом, установка резца на станке должна соответствовать рас­ четным значениям его углов.

21. Классификация движений в станках и методов формообразования 561

вания повторяется, образуются новые элементы стружки (2, 3

И т.д.).

Объем металла, подвергающийся пластическому деформиро­ ванию, ограничен с одной стороны передней поверхностью резца, с другой плоскостью О-О, по которой скалываются элементы стружки. И .А . Тиме назвал плоскость 0 - 0 плоскостью скалы­ вания (плоскостью сдвига). Плоскость сдвига располагается под

углом Р к направлению движения инструмента. Угол (3 называют углом сдвига. Позднее Я.Г. Усачев установил, что наибольшие

деформации зерен происходят в направлении, определяемом уг­ лом 0 относительно плоскости сдвига 0 - 0 . Срезаемый слой под­ вергается дополнительному деформированию вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента.

Структура металла зоны стружкообразования и стружки резко отличается от структуры основного металла. В зоне стружкооб­ разования расположены деформированные и разрушенные кри­ сталлы, сильно измельченные и вытянутые в цепочки в направ­ лении, совпадающем с направлением плоскости OJ-O J которая составляет с плоскостью сдвига угол 0.

Характер деформирования зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмента и режимов резания. Для сталей средней твердости положение плоскости сдвига практически постоянно ((3 = 30°). Угол ©близок к нулю при обработке хрупких материалов, а при обработке пластичных материалов доходит до 30°.

По классификации И.А. Тиме стружка мойсет быть следую­ щих видов: сливная, скалывания, элементная и надлома.

Сливная стружка (рис. 21.9, а) представляет собой сплошную

ленту с гладкой блестящей наружной (прирезцовой) стороной. Внутренняя сторона стружки матовая, со слабо выраженными пилообразными зазубринами. Она образуется при обработке пластичных материалов (малоуглеродистая сталь, медь, алюми­ ний) с большими скоростями резания и малой толщиной срезае­ мого слоя.

Стружка скалывания (рис. 21.9, б) с наружной стороны глад­

кая, а на внутренней имеет ярко выраженные зазубрины. Она об­ разуется при обработке материалов средней твердости при малых скоростях резания с большой толщиной срезаемого слоя.

Элементная стружка (рис. 22.9, в) состоит из отдельных от­

четливо различимых, слабо связанных частичек. Она образуется