Оптимальные величины геометрических параметров

И их выбор

Под оптимальными величинами геометрических параметров обычно понимают такие, которые обеспечивают наибольшую стойкость инстру­мента при определенных режимах обработки. Однако при некоторых конкретных условиях эксплуатации инструмента целесообразно от­ходить от подобного выбора геометрических параметров и определять их в зависимости от других факторов. К таким факторам относятся высокая размерная стойкость инструмента, что особенно важно для работы автоматизированного оборудования, необходимость обеспече­ния требуемой точности обработки и заданной шероховатости обрабо­танной поверхности и т. п.

Передние углы, как показывают многочисленные исследования, за­висят в основном от свойств обрабатываемого материала и материала инструмента. С увеличением прочности и твердости обрабатываемого материала оптимальный передний угол уменьшается, а с увеличением прочности инструментального материала — возрастает. Ориентиро­вочно при обработке инструментом из быстрорежущей стали алюми­ниевых и магниевых сплавов и красной меди передние углы γ = 20... 30°; для сталей с σ_В = 1200... 800 МПа - γ_N = 5... 15°, для сталей с σ_В = 800... 500 МПа - - γ_N ~ 15... 25°, для сталей с σ_В = 500 МПа - - γ_N = = 20... 30°, для чугуна с НВ = 250... 200 - - γ_N = 0... 8°, для чугуна с НВ = 200.., 150 - - γ_N =8... 12°, чугуна с НВ = 150 - γ_N = 10... 15°, латуни - γ_N = 0... 10°, бронзы - γ_N = 0...5°, титановых сплавов - γ_N = 3... 8°.

Для инструментов твердосплавных ориентировочно передние углы принимаются при обработке алюминиевых, магниевых сплавов - γ_N =

5... 10°, при обработке сталей с σ_В < 600 МПа - γ_N = 5... 15°, сталей с σ_В — 600... 1000 МПа - γ_N = -f- 5... — 5°, сталей с σ_В = 1000 МПа - γ_N = — 10... — 15°, закаленных сталей с HRG, 50... 65 - γ_N = — 20... — 30°, титановых сплавов - γ_N = + 5... — 5°, чугу­на - γ_N = + 10... — 5°.

При режимах резания с толщиной среза а >0,2 мм целесообразно переднюю поверхность на инструменте создавать с резким перегибом в зоне стружкообразования в форме небольшой по ширине фаски, примыкающей к режущей кромке, и большим передним углом за фаской. Ширина фаски должна примерно равняться толщине срезаемо­го слоя для быстрорежущих инструментов и в 1,5...2 раза превышать ее для инструментов, оснащенных твердым сплавом. Передний угол за фас­кой для инструментов из быстрорежущей стали берется равным 25... 30°, для твердосплавных инструментов - γ_N = 10...25°. Передний угол на фаске для инструментов из быстрорежущей стали берется равным 0...5⁰, а для твердосплавных инструментов —5...—10°. Находит применение криволинейная форма передней поверхности с фаской. Ее профиль в сечении, перпендикулярном к режущей кромке, очерчива­ется по дуге окружности. Такая форма передней поверхности способ­ствует завиванию стружки. Размеры криволинейной выточки зависят в основном от толщины срезаемого слоя. Чем больше толщина среза, тем больше радиус выемки и ее ширина.

При малой толщине среза, соизмеримой с радиусом округления режущей кромки, величина переднего угла существенно не влияет на процесс резания, так как соприкосновение с материалом заготовки наблюдается в основном на округленном участке кромки. В этом слу­чае передние углы, даже у быстрорежущего инструмента, рекомен­дуется принимать равными - γ_N = 0...5⁰. Так, передний угол у чистовых разверток колеблется от 0 до —5°, что способствует получению глад­кой поверхности с малой шероховатостью. Передние углы - γ_N = 0 за­частую выбираются при проектировании фасонного инструмента. В этом случае упрощаются расчеты, связанные с профилированием инструмента. Кроме того, у ряда фасонных инструментов величина переднего угла влияет на точность обработки. Так, возрастание перед­них и задних углов зуборезных долбяков при их стандартной конст­рукции приводит к увеличению погрешностей обработки зубчатых колес. Поэтому приходится выбирать небольшие величины передних и задних углов, не превышающих 5°. Передние углы заметно влияют на интенсивность вибраций. С их уменьшением вибрации усиливаются. Поэтому при появлении вибраций приходится увеличивать передние углы или устранять вибрации иными средствами.

В ряде случаев конструктивные особенности инструмента или тех­нологические требования приводят к тому, что принимаемые значения передних углов отличаются от рекомендуемых. Так, выбор больших передних углов на круглых протяжках малого диаметра ограничива­ется затруднениями в их заточке. Задний угол α является важным элементом конструкции инструмента. Он служит для уменьшения трения между задней поверхностью инструмента и поверхностью ре­зания. Чрезмерное увеличение заднего угла приводит к ухудшению теплоотвода и снижению прочности режущей части. Опыты показы­вают, что оптимальные значения задних углов, обеспечивающих наи­высшую стойкость инструмента, определяются главным образом тол­щиной среза. Оптимальный задний угол увеличивается с уменьшением толщины среза. При обработке особо твердых материалов высокой прочности величины задних углов снижаются, а при обработке легких сплавов — увеличиваются. В случае появления вибрации при обра­ботке приходится уменьшать задние углы. У резцов для гашения низ­кочастотных колебаний применяют виброгасящую фаску на задней по­верхности шириной 0,1...0,З мм с отрицательным задним углом от 0 до —10°. У большинства инструментов задние углы 5... 15°. Мень­шие величины выбираются для черновых, а большие — для чистовых инструментов. У инструментов, работающих с малыми толщинами среза, величины задних углов увеличиваются до 30°. К таким инстру­ментам относятся фрезы с мелкими зубьями.

Величины задних углов α при обработке стали и чугуна обес­печивают высокую стойкость инструмента, если доминирующий из­нос происходит по задней поверхности. При черновой обработке, когда износ происходит в основном по передней поверхности, задние углы выбираются в пределах 6...8°. При выборе задних углов необхо­димо учитывать, что с их увеличением шероховатость обработанной поверхности возрастает, а при уменьшении задних углов до 1...3° происходит ослабление вибраций. Поэтому, если к ше­роховатости обработанной по­верхности и точности предъяв­ляются повышенные требования, рекомендуется снижать величи­ны задних углов до 3... 10°. Так, у чистовых разверток задние углы принимаются малыми от 5 до 8°, что снижает вибрации и шероховатость обработанной поверхности.

В некоторых случаях при выборе величин задних углов приходит­ся учитывать специфические особенности конструкции проектируемо­го инструмента. У круглых протяжек после каждой переточки по передней поверхности уменьшаются диаметры зубьев. Это уменьшение происходит тем интенсивнее, чем больше задний угол. Поэтому, чтобы увеличить возможное количество переточек и срок службы у внутрен­них протяжек, задний угол выбирается равным 2...4°. При проекти­ровании затылованных фрез задние углы на вершине зуба принимаются равными 10... 12°, допускается увеличивать их до 16... 18°. Это объяс­няется тем, что с увеличением заднего угла возрастает высота зуба, что снижает его прочность и число возможных переточек.

При проектировании инструментов необходимо на их режущей части во всех точках режущих кромок создавать положительные зад­ние углы, минимальная величина которых должна превышать 3.,.4^о. В некоторых случаях допускается минимальную величину зад­них углов в отдельных точках режущих кромок снижать, иногда и до нуля. При заднем угле α = 0 возможно взаимное распо­ложение поверхности резания и задней поверхности трех характер­ных типов. Задняя поверхность (рис. 3,а) может совпадать с по­верхностью резания на всем ее протяжении. В этом случае для умень­шения зоны соприкосновения задней поверхности с материалом заготовки необходимо оставлять на задней поверхности фаску (рис. 3, б), а остальную ее часть удалять, чтобы при работе обеспечить за­зор между задней поверхностью и материалом заготовки. Такие фаски создаются на калибрующей части развертки, на кромках ленточек сверла.

а б в г

Рис.3. Взаимное расположение поверхности резания

и задней поверхности (α= 0)

Если задняя поверхность внедряется в материал заготовки (рис. 3, в), то такое оформление задней поверхности является недопу­стимым. Задняя поверхность (рис.3, г), касаясь поверхности реза­ния у режущей кромки, в последующем может отходить от нее. Ра­бота подобного инструмента оказывается возможной. Рассматривае­мый случай имеет место на режущих кромках зуба шевера в момент формирования ими обработанной поверхности зубчатого колеса.

Угол наклона режущей кромки λ сильно влияет на процесс струж- кообразования, на соотношение проекций силы резания, на равномер­ность процесса резания и на направление схода стружки. Рекоменду­емая величина угла наклона режущей кромки λ для различных инстру­ментов колеблется от 0 до 45...60°. Обработка с большими углами на­клона режущей кромки λ особенно эффективна при срезании тонких стружек. В этом случае значение угла достигает 60...80°. Чтобы обес­печить отвод стружки в требуемом направлении, угол λ выбирают в пределах от 5 до 15°. Так, при нарезании резьбы метчиками, когда λ = 10... 12°, можно заставить стружку идти в предварительно обра­ботанное отверстие, т. е. спроектировать так называемый бесканавочный метчик. У таких инструментов, как твердосплавные проходные резцы, торцевые фрезы, λ = 10.. 15°, благодаря чему удаляется от вер­шины зуба место соприкосновения в начале резания материала заго­товки и инструмента. Это предохраняет пластину твердого сплава от скалывания. Наличие углов λ на проходных резцах и торцевых фрезах вместе с тем приводит к ухудшению условий резания на вершине и вспомогательной кромке, так как снижаются величины передних уг­лов на этих кромках. Увеличение угла λ до 30...45° в этом случае приводит к резкому снижению стойкости и интенсивному износу вспомогательной режущей кромки.

Для цилиндрических и концевых фрез рекомендуемые величины угла наклона режущей кромки λ = 30...45°, что обеспечивает более равномерное фрезерование, так как каждый зуб постепенно входит и постепенно выходит из соприкосновения с заготовкой. Для нежест­ких инструментов и при обработке нежестких деталей рекомендуется величины углов наклона режущей кромки λ снижать. Угол λ влияет на увеличение номинальной контактной площадки на передней поверх­ности, что вызывает изменение силовой и тепловой напряженности ре­жущей части инструмента. Это используется для создания инструмен­тов с углом λ = 20...24°, предназначенных для обработки закаленных сталей. Наличие углов λ = 0^о приводит к появлению при резании усилий, действующих вдоль режущей кромки, что в некото­рых условиях работы инструмента оказывается полезным. Так, раз­вертки, предназначенные для обработки отверстий в листовом мате­риале, имеют винтовые режущие кромки с углом λ = 25...30°. Винто­вые кромки, имеющие направление, обратное направлению вращения развертки, устраняют возможность заедания ее в отверстии и обеспе­чивают получение малой шероховатости обработанной поверхности, но при этом требуются значительные усилия подачи.

Сложность выбора величин угла наклона режущей кромки λ объяс­няется тем, что зачастую изменение на режущей части величин углов λ приводит к соответствующему изменению величин передних и за­дних углов, а также толщины среза на протяжении режущей кромки.

Для определенных конкретных условий существуют оптимальные геометрические параметры режущей части, обеспечивающие его наивысшую стойкость. Поэтому отклонение любого из параметров от его оптимального значения приводит к необходимости изменять величины других параметров. Так, увеличение переднего угла приводит к необходимости уменьшать задний угол и наоборот. Увеличение угла на­клона режущей кромки вызывает уменьшение целесообразной величи­ны переднего угла γ. Например, при обработке стали средней твердо­сти быстрорежущим инструментом с передним углом γ = 30...35 ° задний угол должен быть уменьшен до 4...6°. При свободном точении стали ЗОХГСА резцами, оснащенными пластинками из сплава Т15К6, увеличение угла наклона режущей кромки от 0 до 30° приводит к из­менению оптимального значения переднего угла от —1 до —6°, а зад­него— от +9 до +13°. Отклонения геометрических параметров от оптимальных значений приводят к значительному снижению стойко­сти инструмента. Например, отклонение величины переднего угла на 5° от его оптимального значения может привести к снижению стой­кости у резцов до 3 раз, у фрез - до 2 раз. Отклонения величины зад­него угла на 5° вызывают уменьшение стойкости у резцов в 2 раза, у фрез — до 5 раз и приводят в случае увеличения задних углов к выкрашиванию режущих кромок. Геометрические параметры инстру­ментов в различных точках режущей кромки нельзя выбирать произ­вольными. Величины геометрических параметров в одной или не­скольких точках режущей кромки определяют геометрические пара­метры в других точках и характер их изменения вдоль режущей кромки.

В первом приближении в базовых, наиболее загруженных точках кромки либо в точках, расположенных на наиболее ответственных ее участках, можно принимать оптимальные величины геометрических параметров. Если же наблюдается резкое изменение геометрических параметров, то целесообразно в базовых точках создавать такие геомет­рические параметры, чтобы их средние величины были близки к опти­мальным.

При изготовлении инструментов важно обеспечить соблюдение при­нятых оптимальных величин геометрических параметров, так как от­клонения от них приводят к падению стойкости, ухудшению чистоты обработанной поверхности и т. п. Однако абсолютно точно ни опреде­лить, ни воспроизвести на инструменте оптимальные геометрические параметры невозможно. Поэтому если точность изготовления геомет­рических параметров существенно не влияет на точность обработки, то допуски на углы режущей части инструмента принимаются обычно равными ± 1...2°. Для малых же величин углов (до 3°) допуск берется равным ± 30'. Если же точность изготовления геометрических параметров влияет на точность обработки, то допуски на них зависят от допусков на изготовление деталей и выбираются в более узких пределах. На­пример, для зуборезных гребенок, предназначенных для обработки зубчатых колес, допуск на передний и задний углы принимается рав­ным - 10'.

При выборе геометрических параметров режущей части инструмен­та необходимо иметь в виду, что излишняя их дифференциация в соот­ветствии с конкретными условиями работы инструмента усложняет инструментальное хозяйство. Поэтому целесообразно устанавливать определенные группы геометрических параметров применительно к наиболее распространенным условиям работы.

Необходимо выполнить эскиз токарного проходного резца для обработки цилиндрической поверхности диаметром 30 мм. Деталь, имеющая данную цилиндрическую поверхность, изготовлена из стали или чугуна (согласно варианту задания).

Варианты заданных для обработки материалов с различными свойствами представлены в таблицах 2-7.

Таблица 2

Механические свойства конструкционных углеродистых сталей

обыкновенного качества

Таблица 3

Механические свойства конструкционных углеродистых

качественных сталей

Таблица 4

Механические свойства конструкционных легированных сталей

Таблица 5

Механические свойства серых чугунов

Таблица 6

Механические свойства высокопрочных чугунов

Таблица 7

Механические свойства ковких чугунов

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Вариант заданных условий обработки (материал, его свойства).

3. Определение типа режущего инструмента для обработки заданной поверхности детали.

4. Обоснование выбора геометрических параметров режущей части инструмента в зависимости от заданных условий обработки.

5. Эскиз режущего инструмента для заданных условий обработки.

6. Анализ результатов и выводы по практическому занятию.

Поиск по сайту: