Геометрія токарного різця.

Обробка деталей на токарних верстатах ведеться різцями, які залежно від виду операції можуть мати різне конструктивне виконання.

Різець складається з двох частин:

- Робоча частина (головка)

- кріпильна частина (державка)

Основні елементи ріжучої частини рис. (а):

1- Передня поверхня 4. Головна ріжуча кромка

2- Головна задня поверхня 5. Допоміжна реж. край

3- Допоміжна задня поверхня 6. Вершина

Основні кути токарного різця

Для визначення кутів прийнято чотири координатні площини:

Р v - Основна площина - площина, що проходить через точку реж. кромки перпендикулярно до напрямку вектора швидкості

Р n - Площина різання - дотична до реж. кромці та перпендикулярна основній площині.

Р τ - головна січна площина - перпендикулярна лінії п есіченняPvіPn(перпендикулярна ріжучій кромці).

P s - Робоча площина - площина в якій розташовані вектори головного руху та подачі.

1) У головній січній площині ( Р τ ) вимірюються головні кути різця:

γ - передній кут - кут між передньою поверхнею та основною площиноюP v .

α – задній кут – кут між задньою поверхнею та площиною різання.

β – кут загострення – кут між передньою та головною задньою поверхнею.

α+β+ γ =90

2) В основній площині (Pv) вимірюють кути в плані:

φ- головний кут у плані - Кут між головною ріжучою(Pп) та робочою площиною (Ps)

φ`- допоміжний кут у плані - Кут між робочою площиною (Ps) та проекції головної та допоміжної ріжучої кромки наPv.

ε – кут при вершині

3) У площині різання вимірюється кут нахилу головної ріжучої кромки -λ- кут між ріжучою кромкою та основною площиноюPv.

(+λ ;-λ; λ=0)

Позитивний (+λ) зміцнює ріжучу кромку. сила припадає не так на вершину, але в більш міцне місце ріжучої кромки. (При чистовій обробці λ приймають негативним (до -5°) щоб стружка не дряпала оброблену поверхню.

При чорновій обробці – навпаки (до +5°)

Вплив кутів токарного різця на процес різання

Кути різальної частини інструменту мають більший вплив на процес різання. Правильно призначивши кути можна значно зменшити його зношування, сили різання, потужність, що витрачається на процес різання. Від кутів також залежить якість обробленої поверхні та продуктивність обробки.

Передній кут γ 10 ° ... + 30 °	Вибирають залежно від: · Оброблюваного матеріалу · Інструментального матеріалу · Умов обробки Чинить найбільший вплив на процес різання. Зі збільшенням γ , зменшується робота затрачує- травня на процес різання, покращуються умови сходу стружки, підвищується якість обробленої пов-ти. Однак при цьому знижується міцність леза, знос інструменту збільшується, зменшується відведення тепла. При обр. пластичних та м'яких матеріалів < γ - Збільшують, а при обр. крихких та твердих< γ -уменьшают. При обр. загартованих сталей твердосплавними різцями та при переривчастому різанні< γ делают отрицательным.
Головний задній кут α 6…12°	Вибирають залежно від: · Оброблюваного матеріалу · Інструментального матеріалу · Умов обробки Служить для зменшення тертя між задньою поверхнею леза та поверхнею різання. При збільшенні< α, снижается прочность лезвия, тому при виборі< α необходимо учитывать св-ва оброблюваного матеріалу та умови різання. При обр. в'язких металів< α – увеличивают, при обр. крихких матеріалів<α – уменьшают.
Головний кут у плані φ 30…90 °	Впливає на стійкість різального інструменту та на шорсткість поверхні. Зі зменшенням кута φ-зменшується шерех-ть обраб. поверхні, збільшується довжина активної частини реж. кроки (ширина шару, що зрізається), що призводить до зниження теплового та силового навантаження на різець слід зменшується знос ін. Однак при малих кутах φ сильно зростає складова сили різання віджимає різець від заготівлі. Можливе виникнення вібрацій. При φ=90°
Допоміжний кут у плані φ` 5…30 0	Служить для зменшення допоміжної тертя задньої поверхні об оброблювану поверхню. Зі зменшенням<φ`- уменьшается шероховатость поверхні, збільшується міцність вершини леза і знижується зношування інструменту. <φ`=5…10°(при обр. жестких заготовок) <φ`=30…45°(при обр. нежестких заготовок
Кут нахилу головної ріжучої кромки λ -5…15 0	Визначає напрямок сходу стружки · якщо λ=0- стружка сходить перпендикулярно головній ріжучій кромці. · якщо λ - (+) - вершина різця є найнижчою точкою різця, місце первинного контакту віддалено від вершини, вища стійкість. Стружка сходить до обробленої поверхні (Чорнова обробка). · якщо λ-(-)- стружка сходить до оброблюваної поверхні(Чистова обробка).

Вплив установки різця під час обробки на величини кутів.

Значення кутів α та γ змінюється в процесі різання при встановленні вершини різця вище або нижче осі обертання заготовки. Кути φ і φ` - залежно від розташування осі різця щодо осі заготівлі.

φ`уст.=φ`-w

Робоча частина здійснює різання та складається з наступних елементів.

Передня поверхня А^- поверхня леза, що контактує в процесі різання зі шаром, що зрізається, і стружкою. Задня поверхня - поверхня леза, що контактує у процесі різання з поверхнями заготовки. Розрізняють головну та допоміжну задні поверхні. Головна задня поверхня А примикає до головної ріжучої кромки. Допоміжна задня поверхня А" а примикає до допоміжної ріжучої кромки.

Ріжуча кромка - кромка леза інструменту, що утворюється перетином його передньої та задньої поверхонь. Частина ріжучої кромки, що формує велику сторону перерізу шару, що зрізається, називають головною ріжучою кромкою До, меншу сторону перерізу зрізуваного шару - допоміжною ріжучою кромкою К".

Вершина леза - ділянка ріжучої кромки у місці перетину двох задніх поверхонь. У прохідного токарного різця вершиною є ділянка леза у місці перетину головної та допоміжної ріжучих кромок. Вершина може бути гострою, закругленою або у вигляді прямої лінії.

Форма леза різця визначається конфігурацією та розташуванням його поверхонь і ріжучих кромок. Взаємне розташування передньої та задніх поверхонь і ріжучих кромок у просторі визначає кути різця. Кути розглядаються як на нерухомому інструменті (статична система координат), так і в процесі різання з урахуванням траєкторії руху точок різальних лез (кінематична система координат). Для виготовлення та контролю інструменту використовується інструментальна система координат.

Розглянемо кути різця у статиці, тобто. у статичній системі координат. Для визначення кутів різця вводяться такі координатні площини (рис. 21.5).

Основна площина P v - координатна площина, проведена через точку ріжучої кромки, що розглядається, перпендикулярно напрямку швидкості головного або результуючого руху різання в цій точці. Площина різання Р п - координатна площина, що стосується поверхні різання і проходить через головну ріжучу кромку різця. Головна січна площина Р т - координатна площина, перпендикулярна до лінії перетину основної площини і площини різання. Робоча площина Р„- площина, в якій розташовані напрямки швидкостей руху різання та руху подачі.

різця у статиці

Виходячи з умов, що вісь різця перпендикулярна до лінії центрів верстата, а вершина різця знаходиться на цій лінії, у токарного різця розрізняють головні та допоміжні кути (рис. 21.6).

Передній кут вимірюють в головній січній площині Р т між передньою поверхнею А 1 і основною площиною Р„. Він дуже впливає на процес різання. Зі збільшенням у зменшується робота, що витрачається на процес різання, покращуються умови сходу стружки і підвищується якість обробленої поверхні. Але збільшення переднього кута призводить до зниження міцності різця та прискореного його зношування внаслідок викрашування ріжучої кромки та зменшення тепловідведення. Розрізняють кути позитивні (+у), негативні (-у) та рівні нулю. При обробці твердих та крихких матеріалів застосовують невеликі передні кути, м'яких та в'язких матеріалів – кути збільшують. При обробці загартованих сталей твердосплавним інструментом або при переривчастому різанні для збільшення міцності леза призначають негативні кути. Залежно від механічних властивостей оброблюваного матеріалу, матеріалу інструменту та режимів різання кути призначають від -10° до +20°.

Задній кут вимірюють у головній січній площині Р т між задньою поверхнею А а і площиною різання Р п. Кут призначений для зменшення тертя між головною задньою поверхнею і поверхнею різання. Велику роль при призначенні цього кута грають пружні властивості матеріалу, що обробляється. Збільшення кута веде до зменшення міцності різця. При обробці в'язких матеріалів призначають великі кути а, а при обробці твердих і крихких матеріалів або при великому перерізі шару, що зрізається, призначають менші кути а. Кут може знаходитися в межах 6 ... 12 °.

Головний кут у плані<р - угол между плоскостью резания Р п и рабочей плоскостьюP s .Он оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности и продолжитель­ность работы резца до затупления. С уменьшением угла ср возрас­тают деформация заготовки и отжим резца, появляются вибра­ции, 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
він може зменшуватися до 30° або збільшуватися до 90° (при обробці довгих і тонких валів).

Допоміжний кут у плані (pj - кут між проекцією допоміжної ріжучої кромки на основну площину та робочою площиною Р.. Кут

Кут загострення р вимірюють у головній січній площині P t це кут між передньої і задньої поверхнями різця. Між кутами а, Р та у існує залежність а+Р + у = 90°. При (а+Р)<90° угол у считают положительным, при (а+р)>90 ° - негативним.

Кут при вершині е вимірюють в основній площині Р„ між проекціями головної та допоміжної ріжучих кромок на основну площину Р„.

Кут нахилу головної ріжучої кромки X вимірюють у площині різання Р„, це кут між ріжучою кромкою та основною площиною Р„.

Кут X може бути негативним (вершина є найвищою точкою леза), рівним нулю (ріжуче лезо паралельно основної площини) і позитивним (вершина є нижчою точкою ріжучого леза). Він визначає напрямок сходу стружки. Якщо X = 0, стружка сходить у напрямку головної січної площини перпендикулярно головній ріжучій кромці. При X< 0 стружка сходит к обрабатываемой поверх­ности. При X >0 стружка сходить до обробленої поверхні. При чистовій обробці приймати кут X позитивним не рекомендується, оскільки стружка може намотуватися на заготівлю і дряпати оброблену поверхню. Тому при чистовій обробці кут X призначають негативним (до -5 °). При чорновій обробці, коли навантаження на різець велике і якість обробленої поверхні немає великого значення, кут X позитивний (до +5°).

На рис. 21.7, г показано зміну кутів у плані<р и ф г в за­висимости 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 об­разом, установка резца на станке должна соответствовать рас­четным значениям его углов.

Кути різця відносяться до основних геометричних параметрів його ріжучої частини. Визначення, положення і величина їх змінюється залежно від того, чи розглядаються вони в процесі різання, або поза зв'язком з оброблюваною заготівлею, тобто як у геометричного тіла.

Розглянемо кути різця, як кути геометричного тіла (рис. 1). Для зручності розуміння необхідно дати визначення кутів різця.

Головні та допоміжні кути різця

Під основною площиноюрозуміється площина, паралельна до напрямів поздовжньої та поперечної подач.

Малюнок - Головний та допоміжні кути в плані

φ полягає між проекцією головної ріжучої кромки на основну площину та напрямком поздовжньої подачі.

Допоміжний кут у плані φ1полягає між проекцією допоміжної ріжучої кромки на основну площину та напрямком поздовжньої подачі.

Кут при вершині(У плані) е полягає між проекціями головної і допоміжної кромок на основну площину.

Кут нахилу головної ріжучої кромки λ, полягає між головною ріжучою кромкою та лінією, проведеною через вершину різця паралельно основної площини. Він вимірюється і площині, що проходить через головну кромку ріжучу перпендикулярно до основної площини. Кут доприймається позитивним, якщо вершина різця є найнижчою точкою головної ріжучої кромки, і негативним, якщо вершина різця є найвищою точкою головної ріжучої кромки, і поранений кулю, якщо головна ріжуча кромка розташована паралельно основної площини.

Кути φ і φ1 та ε вимірюються і основною площиною.

Передній та задній кути

Для визначення переднього і заднього кутів різця необхідно ввести поняття про головну січній площині, в якій підлягають вимірюванню
ці кути. Як її доцільно прийняти площину NN, перпендикулярну до основної площини і проекції, головної ріжучої кромки на цю площину.

Така січна площина мало відхиляється від площини, в якій відбувається процес відокремлення стружки при різанні, і, крім того, вона спрощує вимірювання кутів різця.

Головний заднійкут α полягає між площиною, що стосується до задньої поверхні, і площиною, що проходить через головну ріжучу кромку перпендикулярно основної площини.

Головний передній кут γ полягає між площиною, що стосується до передньої поверхні, і площиною, що проходить через головну ріжучу кромку паралельно основної площини.

Слід розрізняти допоміжний задій кут α 1 ,вимірюється в січній площині, перпендикулярній до основної площини та до проекції допоміжної ріжучої кромки на цю площину. Він полягає між площиною, що стосується до задньої поверхні, і площиною, що проходить через допоміжну ріжучу кромку перпендикулярно до основної площини.
Головні кути різця, передній і задній, зазвичай задаються в головній площині NN. Однак при виготовленні доводиться ще оперувати цими кутами, розташованими в інших площинах, що січуть. Наприклад, у поздовжній площині /-/ (Квіт, упр),розташованої паралельно осі різця і перпендикулярно до основної площини, і в поперечній площині //-// (апоп, упоп) розташованої перпендикулярно осі різця та основної площини.

Залежність між кутами

Визначимо залежності між цими кутами.

Мал. 1 Визначення кутів різця у різних площинах

Рис. 1 представлені такі поверхні:

DEFG- основна площина, паралельна напрямкам поздовжньої та поперечної подач (у даному випадку збігається з опорною площиною різця та площиною креслення);
АВGF- площина, що проходить через ріжучу кромку АВперпендикулярно до основної площини;
АВGF- площина, що представляє задню площину при розгляді задніх кутів та передню площину при розгляді передніх кутів;
МNF- площина, паралельна площині АВDEі що містить у ній кут λ;
УDGі АEF- обмежують тіло різця площини, перпендикулярні до основної площини та проекції ріжучої кромки на цю площину.

Проведемо через будь-яку точку Rріжучої кромки три площини, що шукаються:

РОК, В якій знаходяться кути а і у;
ROG,в якій знаходяться кути а іні у пр;
ROF,і якою знаходяться кути а піпі у піп;

Лінія GFперетину площини АВGFз основною площиною становить кут з проекцією ріжучої кромки.

На головну

розділ третій

Основи теорії різання металів.
Вибір режимів різання

Глава VI

Основи теорії різання металів

Основоположниками теорії різання металів були видатні російські вчені І. А. Тімі (1838-1920), К. А. Зворикін (1861-1928), Я. Г. Усачов (1873-1941) та ін. Роботи цих учених, які отримали світове визнання , досі не втратили своєї цінності. Однак в умовах відсталої царської Росії всі ці роботи не знаходили практичного застосування, оскільки промисловість була розвинена.

Широкий розмах наука про різання металів набула лише після Великої Жовтневої соціалістичної революції, особливо в період радянських п'ятирічок, коли наука була поставлена ​​на службу соціалістичної промисловості.

Радянські вчені В. Д. Кузнєцов, В. А. Кривоухов, І. М. Безпрозванний, А. М. Розенберг, М. М. Ларін, П. П. Трудов, М. І. Клушин та ін. створили вітчизняну школу різання металів, відмінною особливістю якої є тісне співтовариство науки з виробництвом, вчених із новаторами виробництва.

Велику роль розвитку науки про різанні металів зіграв рух новаторів виробництва. У прагненні підвищити продуктивність праці передовики виробництва почали шукати нові шляхи покращення умов різання: вони створювали нову геометрію різального інструменту, змінювали режими різання, освоювали нові різальні матеріали. Кожне робоче місце токаря-новатора стало невеликою лабораторією з вивчення процесу різання.

Широкий обмін досвідом, можливий лише в умовах соціалістичної економіки, та тісне співтовариство передовиків виробництва з наукою забезпечили бурхливий розвиток науки про різання металів.

1. Робота різця

Клин та його робота. Робоча частина будь-якого різального інструменту є клин(Рис. 44). Під дією прикладеної сили вістря клину врізається в метал.

Чим гостріший клин, тобто чим менше кут, утворений його сторонами, тим менше зусилля потрібно для його врізання в метал. Кут, утворений сторонами клину, називається кутом загостренняі позначається грецькою літерою β ( бета). Отже, що менше кут загострення β, то легше клин проникає у метал, і, навпаки, що більше кут загострення β, то більшу силу треба докласти для різання металу. При призначенні кута загострення необхідно враховувати механічні властивості металу, що обробляється. Якщо різати твердий метал різцем, що має малий кут загострення, то тонке лезо не витримає і викришиться або зламається. Тому залежно від твердості металу, що обробляється, призначають відповідний кут загострення клина.

Шар металу, що перебуває безпосередньо перед різцем, безперервно стискається його передньою поверхнею. Коли зусилля різця перевищує сили зчеплення частинок металу, стислий елемент сколюється і зсувається передньою поверхнею клину вгору. Різець, просуваючись вперед під дією прикладеної сили, продовжуватиме стискати, сколювати і зрушувати окремі елементи, з яких утворюється стружка.

Основні рухи при точенні. При обробці на токарних верстатах оброблювана деталь обертається, а різець отримує переміщення в поздовжньому або поперечному напрямку. Обертання оброблюваної деталі називається головним рухом, а переміщення різця щодо деталі - рухом подачі(Рис. 45).

2. Основні частини та елементи токарного різця

Різець складається з двох основних частин: головки та тіла (стрижня) (рис. 46). Головкає робочою (ріжучою) частиною різця; тілослужить для закріплення різця в різцетримачі.

Головка складається з наступних елементів: передньої поверхні, по якій сходить стружка, та задніх поверхонь, звернених до оброблюваної деталі. Одна із задніх поверхонь, звернена до поверхні різання, називається головною; інша, звернена до обробленої поверхні, - допоміжною.

Ріжучі кромки виходять від перетину передньої та задньої поверхні. Розрізняють головнуі допоміжну ріжучі кромки. Основну роботу різання виконує головна ріжуча кромка.

Перетин головної та допоміжної ріжучих кромок називається вершиною різця.

3. Поверхні обробки

На оброблюваної деталі розрізняють три види поверхні (рис. 47): оброблювану, оброблену поверхню різання.

оброблюваноїповерхнею називається поверхня заготовки, з якої знімається стружка.

Обробленою поверхнеюназивається поверхня деталі, отримана після зняття стружки.

Поверхня різанняназивається поверхня, що утворюється на оброблюваної деталі головною ріжучою кромкою різця.

Необхідно також розрізняти площину різання та основну площину.

Площиною різанняназивається площина, що стосується поверхні різання і проходить через ріжучу кромку різця.

Основною площиноюназивається площина, паралельна поздовжній та поперечній подачам різця. У токарних верстатів вона збігається із горизонтальною опорною поверхнею різцетримача.

4. Кути різця та їх призначення

Кути робочої частини різця сильно впливають на перебіг процесу різання.

Правильно вибравши кути різця, можна значно збільшити тривалість його безперервної роботи до затуплення (стійкість) та обробити в одиницю часу (у хвилину чи годину) більшу кількість деталей.

Від вибору кутів різця залежить також сила різання, що діє на різець, потрібна потужність, якість обробленої поверхні та ін Ось чому кожен токар повинен добре вивчити призначення кожного з кутів заточування різця і вміти правильно підбирати їх найвигіднішу величину.

Кути різця (рис. 48) можна розділити на головні кути, кути різця в плані та кут нахилу головної ріжучої кромки.

До головних кутів відносяться: задній кут, передній кут та кут загострення; кути різця у плані включають головний та допоміжний.

Головні кути різця слід вимірювати у головній січній площині, яка перпендикулярна до площини різання та основної площини.

Робоча частина різця представляє клин (на рис. 48 заштрихований), форма якого характеризується кутом між передньою та головною задньою поверхнями різця. Цей кут називається кутом загостренняі позначається грецькою літерою (бета).

Заднім кутом α ( альфа) називається кут між головною задньою поверхнею та площиною різання.

Задній кут служить для зменшення тертя між задньою поверхнею різця і оброблюваною деталлю. Зменшуючи тертя, тим самим зменшуємо нагрівання різця, який завдяки цьому менше зношується. Однак якщо задній кут сильно збільшений, різець виходить ослабленим і швидко руйнується.

Переднім кутом γ ( гамма) називається кут між передньою поверхнею різця та площиною, перпендикулярною до площини різання, проведеної через головну ріжучу кромку.

Передній кут γ відіграє важливу роль у процесі утворення стружки. Зі збільшенням переднього кута полегшується врізання різця в метал, зменшується деформація шару, що зрізається, покращується сход стружки, зменшується сила різання і витрата потужності, покращується якість обробленої поверхні. З іншого боку, надмірне збільшення переднього кута призводить до ослаблення ріжучої кромки і зниження її міцності, збільшення зносу різця внаслідок викрашування ріжучої кромки, до погіршення відведення тепла. Тому при обробці твердих та крихких металів для підвищення міцності інструменту, а також його стійкості слід застосовувати різці з меншим переднім кутом; при обробці м'яких та в'язких металів для полегшення відведення стружки слід застосовувати різці з великим переднім кутом. Практично вибір переднього кута залежить, крім механічних властивостей оброблюваного матеріалу, від матеріалу різця та форми передньої поверхні. Рекомендовані величини переднього кута для твердосплавних різців наведені у табл. 1.

Кути в плані. Головним кутом у плані φ ( фі) називається кут між головною ріжучою кромкою та напрямом подачі.

Кут φ зазвичай вибирають у межах 30-90° залежно від виду обробки, типу різця, жорсткості оброблюваної деталі та різця та способу їх кріплення. При обробці більшості металів прохідними обдирними різцями можна брати кут ф = 45 °; при обробці тонких довгих деталей у центрах необхідно застосовувати різці з кутом у плані 60, 75 або навіть 90°, щоб деталі не прогиналися і не тремтіли.

Допоміжним кутом у планіφ 1 називається кут між допоміжною ріжучою кромкою та напрямом подачі.

Кутом λ ( ламбда) нахилу головної ріжучої кромки(Рис. 49) називається кут між головною ріжучою кромкою і лінією, проведеної через вершину різця паралельно основної площини.

Таблиця 1

Рекомендовані величини переднього та заднього кутів для твердосплавних різців
Примітка. Механічні властивості металів визначають на спеціальних машинах та приладах, причому кожній властивості дається своє позначення. Наведене в цій та наступних таблицях позначення σ b виражає межу міцності металу при розтягуванні; величина цієї межі вимірюється кг/мм2. Літерами НВ позначають твердість металу, яку визначають на приладі Брінелля вдавлюванням сталевої загартованої кульки в поверхню металу. Величина твердості вимірюється кг/мм 2 .

Різці, у яких вершина є нижчою точкою ріжучої кромки, тобто кут λ позитивний(рис. 49, в), виходять більш міцними та стійкими; такими різцями добре обробляти тверді метали, а також уривчасті поверхні, що створюють ударне навантаження. При обробці таких поверхонь твердосплавними різцями кут нахилу головної ріжучої кромки доводять до 20-30 °. Різці, у яких вершина - найвища точка ріжучої кромки, тобто кут λ негативний(Рис. 49, а), рекомендується застосовувати для обробки деталей з м'яких металів.

5. Матеріали, що застосовуються для виготовлення різців

Працюючи на ріжучих кромках різця виникає високий тиск, і навіть висока температура (600-800° і від). Тертя задньої поверхні різця про поверхню різання і стружки про передню поверхню різця викликає більш менш швидкий знос його робочих поверхонь. Внаслідок зносу форма ріжучої частини змінюється і різець через деякий час стає непридатним для подальшої роботи; такий різець повинен бути знятий зі верстата та переточений. Для збільшення терміну служби різця без переточування необхідно, щоб його матеріал добре чинив опір зносу при високій температурі. Крім того, матеріал різця повинен бути достатньо міцним, щоб без руйнування витримувати високий тиск, що виникає при різанні. Тому до матеріалу різців пред'являються такі основні вимоги - твердість за високої температури, хороша зносостійкість і міцність.

В даний час існує багато інструментальних сталей і сплавів, що задовольняють цим вимогам. До них відносяться: вуглецеві інструментальні сталі, швидкорізальні сталі, тверді сплави та керамічні матеріали.

Вуглецева інструментальна сталь. Для виготовлення різального інструменту застосовують сталь із вмістом вуглецю від 0,9 до 1,4%. Після загартування та відпустки різальний інструмент із цієї сталі набуває високої твердості. Однак, якщо в процесі різання температура ріжучої кромки доходить до 200-250 °, твердість різко падає.

Тому вуглецева інструментальна сталь в даний час має обмежене застосування: з неї виготовляють ріжучі інструменти, що працюють з порівняно низькою швидкістю різання, коли температура в зоні різання досягає невеликої величини. До таких інструментів відносяться: плашки, розгортки, мітчики, напилки, шабери та ін. Різці з вуглецевої інструментальної сталі в даний час не виготовляють.

Швидкорізальні сталі. Швидкорізальні сталі містять велику кількість спеціальних, так званих легуючих елементів - вольфраму, хрому, ванадію та кобальту, які надають стали високі ріжучі властивості - здатність зберігати твердість та зносостійкість при нагріванні в процесі різання до 600-700°. Різці зі швидкорізальної сталі допускають у 2-3 рази більші швидкості різання, ніж вуглецеві різці.

В даний час в СРСР випускають такі марки швидкорізальної сталі (ГОСТ 9373-60): Р18, Р9, Р9Ф5, Р14Ф14, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5 та Р18К5Ф2.

Різці, виготовлені цілком із швидкорізальної сталі, дороги, тому з метою економії швидкої сталі користуються переважно різцями з наварними пластинками.

Тверді сплави. Тверді сплави характеризуються дуже високою твердістю та гарною зносостійкістю.

Тверді сплави виготовляються у вигляді пластин із порошків вольфраму та титану, з'єднаних з вуглецем. З'єднання вуглецю з вольфрамом називається карбідом вольфраму, а з титаном - карбідом титану . Як сполучну речовину до них додають кобальт. Цю порошкоподібну суміш пресують під великим тиском, отримуючи невеликі пластини, які спікають потім при температурі близько 1500°. Остаточно підготовлені пластини не вимагають жодної термічної обробки. Пластину припаюють міддю до держави різця з вуглецевої сталі або прикріплюють до неї за допомогою наладок і гвинтів (механічне кріплення пластин).

Основна перевага твердих сплавів полягає в тому, що вони добре опираються стирання стружкою, що сходить, і оброблюваної деталлю і не втрачають ріжучих властивостей навіть при нагріванні до 900-1000°. Завдяки цим властивостям різці, оснащені пластинами твердих сплавів, придатні для обробки найтвердіших металів (тверді сталі, у тому числі і загартовані) та неметалічних матеріалів (скло, фарфор, пластмаси) при швидкостях різання, що перевищують у 4-6 разів і більше швидкості різання , що допускаються швидкорізальними різцями.

Недолік твердих сплавів – підвищена крихкість.

Нині у СРСР випускають дві групи твердих сплавів. Основні з них - вольфрамові(ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6М, ВК6, ВК8 та ВК8М) та титано-вольфрамові(Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10). Кожна з цих груп має певну сферу застосування (табл. 2).

Всі вольфрамові сплави призначаються для обробки чавуну, кольорових металів та їх сплавів, загартованих сталей, нержавіючих сталей та неметалічних матеріалів (ебоніт, фарфор, скло тощо). Для обробки сталей застосовують тверді сплави титановольфрамової групи.

Керамічні матеріали. Останнім часом радянськими металургами створено дешеві матеріали з високими ріжучими властивостями, які часто замінюють тверді сплави. Це - керамічні матеріали ( термокорунд), що випускаються у вигляді пластин білого кольору, що нагадують мармур, які, подібно до твердих сплавів, або припаюються до державок різців, або кріпляться до них механічно. Ці пластини не містять таких дорогих і дефіцитних елементів, як вольфрам, титан та ін. Разом з тим керамічні пластини відрізняються більш високою твердістю, ніж тверді сплави, і зберігають твердість при нагріванні до 1200°, що дає можливість різати ними метали з високими швидкостями різання.

Недоліком керамічних пластин є їх недостатня в'язкість. Різці, оснащені керамічними пластинками, можна застосовувати при чистовій або напівчистовій обробці чавуну, бронзи, алюмінієвих сплавів та м'яких сталей.

6. Заточування та доведення різців

На заводах заточування різців зазвичай проводиться у централізованому порядку на заточувальних верстатах спеціальними робітниками. Але токар і сам повинен уміти заточувати та доводити різці.

Таблиця 2

Властивості та призначення деяких марок твердого сплаву

Заточування та доведення швидкорізальних різців проводиться з дотриманням наступних правил:
1. Шліфувальний круг не повинен бити, його поверхня повинна бути рівною; якщо робоча поверхня кола виробилася, її слід правити.
2. Під час заточування потрібно користуватися підручником, а не тримати різець на вазі. Підручник повинен бути встановлений якомога ближче до шліфувального круга, під необхідним кутом і давати надійну опору різцю (рис. 50, а-г).
3. Розріз, що заточується, потрібно переміщати вздовж робочої поверхні кола, інакше він буде нерівномірно зношуватися.
4. Щоб не перегрівати різець і цим уникнути появи в ньому тріщин, не слід сильно притискати різець до кола.
5. Заточування потрібно вести при безперервному та рясному охолодженні різця водою. Крапельне охолодження, а також періодичне занурення сильно нагрітого різця у воду не допускається. Якщо безперервне охолодження забезпечити неможливо, краще перейти на сухе заточення.
6. Заточування різців із швидкорізальної сталі слід проводити за допомогою електрокорундових кіл середньої твердості та зернистістю 25-16.
Порядок заточування різців встановлюється наступним. Спочатку заточують головну задню поверхню (рис. 50 а). Потім допоміжну задню поверхню (рис. 50 б), після чого передню поверхню (рис. 50 в) і, нарешті, радіус закруглення вершини (рис. 50, г).
7. Категорично забороняється заточувати різці на верстатах, у яких знятий захисний кожух.
8. Під час заточування треба обов'язково одягати запобіжні окуляри.

Після заточування різця на його ріжучих кромках залишаються дрібні зазубрини, задирки та ризики. Їх усувають доведенням на спеціальних верстатах. Доведення виробляють також і вручну за допомогою дрібнозернистого оселку, що змочується мінеральною олією. Спочатку легкими рухами оселка доводять задні поверхні, а потім передню та радіус закруглення вершини.

Заточування та доведення різців, оснащених пластинками твердих сплавів. Заточення різців із пластинками твердих сплавів виробляють на заточувальних верстатах колами із зеленого карбіду кремнію. Заточення виробляють як вручну (рис. 50, а-г), так і із закріпленням різців у різцетримачах. Порядок заточування цих різців такий же, як і різців зі швидкорізальної сталі, тобто спочатку заточують різець по головній задній (рис. 50 а), потім по допоміжній задній поверхнях (рис. 50 б), після чого по передній поверхні (рис. 50, в) і, нарешті, закруглюють вершину різця (рис. 50 г).

Попереднє заточування виробляють колами із зеленого карбіду кремнію зернистістю 50-40, а остаточне - зернистістю 25-16.

Різець не слід сильно притискати до робочої поверхні кола, щоб уникнути перегріву та розтріскування пластинки твердого сплаву. Крім того, його потрібно постійно пересувати щодо кола; це необхідно для рівномірного зношування кола.

Заточування можна вести як всуху, так і з рясним охолодженням різця водою.

Після заточування твердосплавного різця треба обов'язково доводити його поверхні. Доведення проводять вручну або на верстаті доведення. Вручну доведення роблять за допомогою чавунного або мідного притира, робочу поверхню якого натирають спеціальною пастою або наносять на поверхню рівномірним шаром порошок карбіду бору, змішаний з машинною олією або гасом. Доведення роблять на ширину 2-4 мм від ріжучої кромки.

Більш продуктивне доведення на спеціальному верстаті доведення за допомогою чавунного диска діаметром 250-300 мм, що обертається зі швидкістю 1,5-2 м/сек; на поверхню цього диска наносять пасту або порошок карбіду бору, змішаний з машинним маслом або гасом.

7. Освіта стружки

Види стружки. Стружка, що відокремлюється, під дією тиску різця сильно змінює свою форму або, як кажуть, деформується: вона коротшає по довжині і збільшується по товщині. Зазначене явище вперше було виявлено проф. І. А. Тімі і названо усадкою стружки.

Зовнішній вигляд стружки залежить від механічних властивостей металу та тих умов, за яких відбувається різання. Якщо обробляються в'язкі метали (свинець, олово, мідь, м'яка сталь, алюміній та ін.), то окремі елементи стружки, щільно зчіпляючись один з одним, утворюють безперервну стружку, що завивається в стрічку (рис. 51 а). Така стружка називається зливний. При обробці менш в'язких металів, наприклад, твердої сталі, стружка утворюється з окремих елементів (рис. 51, б), слабо пов'язаних один з одним. Така стружка називається стружкою сколювання.

Якщо метал, що обробляється, крихкий, як, наприклад, чавун або бронза, то окремі елементи стружки надламуються і відокремлюються від оброблюваної деталі і один від одного (рис. 51, в). Така стружка, що складається з окремих лусочок неправильної форми, називається стружкою надлому.

Розглянуті види стружки не залишаються постійними, можуть змінюватися із зміною умов різання. Чим м'якше оброблюваний метал і що менше товщина стружки і кут різання, то більше вписувалося форма стружки наближається до зливної. Це ж спостерігатиметься при збільшенні швидкості різання та застосуванні охолодження. Зі зменшенням швидкості різання замість зливної стружки виходить стружка сколювання.

Наріст. Якщо оглянути передню поверхню різця, яким проводилося різання, то у кромки, що ріже, іноді можна виявити невеликий грудочок металу, що приварився до різця під дією високої температури і тиску. Це так званий наріст(Рис. 52). Він утворюється за певних умов різання в'язких металів, але з спостерігається під час обробки крихких металів. Твердість наросту в 2,5-3 рази вище за твердість оброблюваного металу; завдяки цьому наріст сам має здатність різати той метал, з якого він утворився.

Позитивна роль наросту в тому, що він прикриває різальне лезо, захищаючи його від зносу стружкою, що сходить, і дії тепла, і цим трохи підвищує стійкість різця. Наявність наросту корисна при обдирці, оскільки різання менше нагрівається і знос його зменшується. Однак з утворенням нарости погіршуються точність і чистота обробленої поверхні, оскільки наріст спотворює форму леза. Отже, освіта наросту невигідна при чистових роботах.

8. Поняття про елементи режиму різання

Щоб у кожному окремому випадку продуктивніше виконувати обробку, токар повинен знати основні елементи режиму різання; цими елементами є глибина різання, подача та швидкість різання.

Глибиною різанняназивається відстань між оброблюваною та обробленою поверхнями, виміряна перпендикулярно останньої. Глибина різання позначається буквою t та вимірюється в міліметрах (рис. 53).

При обточуванні заготівлі на верстаті токарний припуск на обробку зрізається за один або кілька проходів.

Щоб визначити глибину різання t, треба виміряти діаметр оброблюваної деталі до і після проходу різця, половина різниці діаметрів дасть глибину різання, інакше кажучи,

де D - діаметр деталі мм до проходу різця; d - діаметр деталі мм після проходу різця. Переміщення різця за один оберт оброблюваної деталі (рис. 53) називається подачею. Подача позначається буквою s і має намір у міліметрах за один оборот деталі; для стислості прийнято писати мм/об. Залежно від напрямку, яким переміщається різець щодо напрямних станини, розрізняють:
а) поздовжню подачу- вздовж напрямних станини;
б) поперечну подачу- перпендикулярно до напрямних станини;
в) похилу подачу- під кутом до напрямних станини (наприклад, при обточуванні конічної поверхні).

Площа поперечного перерізу зрізупозначають буквою f (еф) і визначають як добуток глибини різання на подачу (див. рис. 53):

Крім глибини різання і подачі, розрізняють ще ширину і товщину шару, що зрізається (рис. 53).

Ширина шару, що зрізається, або ширина стружки, - Відстань між оброблюваної та обробленої поверхнями, виміряне по поверхні різання. Вимірюється вона у міліметрах і позначається літерою b (бе).

Товщина шару, що зрізається., або товщина стружки, - Відстань між двома послідовними положеннями ріжучої кромки за один оборот деталі, що вимірюється перпендикулярно до ширини стружки. Товщина стружки вимірюється в міліметрах та позначається буквою а.

При одній і тій же подачі та глибині різання зі зменшенням головного кута у плані φ товщина стружки зменшується, а ширина її збільшується. Це покращує відведення тепла від ріжучої кромки і підвищує стійкість різця, що дозволяє значно підвищити швидкість різання і обробити в одиницю часу більшу кількість деталей. Однак зменшення головного кута в плані φ призводить до збільшення радіальної (відштовхувальної) сили, що при обробці недостатньо жорстких деталей може викликати прогинання їх, втрату точності, а також сильні вібрації. Поява вібрацій у свою чергу призводить до погіршення чистоти обробленої поверхні та часто викликає викришування різальної кромки різця.

Швидкість різання. При обробці на токарному верстаті точка А, що знаходиться на колі діаметра D (рис. 54), за один оборот деталі проходить шлях, що дорівнює довжині цього кола.

Довжина будь-якого кола приблизно в 3,14 рази більша за її діаметр, отже, вона дорівнює 3,14 D.
Число 3,14, що показує, у скільки разів тривала кола більше за її діаметр, прийнято позначати грецькою буквою π (пі).

Точка А за один оборот здійснить шлях, що дорівнює πD. Діаметр D деталі, як і довжину її кола πD, вимірюють у міліметрах.

Припустимо, що оброблювана деталь зробить кілька обертів за хвилину. Позначимо число їх літерою n оборотів за хвилину або скорочено про/хв. Шлях, який пройде при цьому точка А, дорівнюватиме добутку довжини кола на число обертів за хвилину, тобто πDn міліметрів за хвилину або скорочено мм/хв, і називається окружною швидкістю.

Шлях, що проходить точкою оброблюваної поверхні при обточуванні щодо ріжучої кромки різця в одну хвилину називається швидкістю різання.

Так як діаметр деталі зазвичай виражений у міліметрах, то для визначення швидкості різання в метрах за хвилину потрібно твір πDn розділити на 1000. Це можна записати у вигляді наступної формули:

де v - швидкість різання м/хв;
D - діаметр оброблюваної деталі мм;
n - число оборотів деталі за хвилину.

приклад 3.Оброблюваний валик діаметром D = 100 = 150 об/хв. Визначити швидкість різання.
Рішення: Підрахунок числа оборотів шпинделя. Токарю при обробці деталі відомого діаметра буває необхідно налаштувати верстат на таку кількість обертів шпинделя, щоб отримати необхідну швидкість різання. І тому служить така формула: де D - діаметр оброблюваної деталі мм;

приклад 4.Яке число обертів а хвилину повинен мати валик діаметром D = 50 мм за швидкості різання v = 25 м/хв?
Рішення:

9. Основні відомості про сили, що діють на різець, та про потужність різання

Сили, що діють на різець. При знятті стружки з оброблюваної деталі різцю необхідно подолати силу зчеплення частинок металу між собою. Коли різальна кромка різця врізається в оброблюваний матеріал і відбувається відділення стружки, різець відчуває тиск з боку металу, що відокремлюється (рис. 55).

Зверху вниз на різець тисне сила Р z, яка прагне віджати різець вниз і вигнути деталь вгору. Ця сила називається силою різання.

У горизонтальній площині в напрямку, протилежному до руху подачі, на різець тисне сила Р х, звана осьовою силою, або силою подачі. Ця сила при поздовжньому точенні прагне віджати різець у бік задньої бабки.

У горизонтальній площині перпендикулярно напрямку подачі на різець тисне сила Р y , яка називається радіальною силою. Ця сила прагне відштовхнути різець від оброблюваної деталі та вигнути його в горизонтальному напрямку.

Усі перелічені сили вимірюються у кілограмах.

Найбільшою з трьох сил є вертикальна сила різання: вона приблизно в 4 рази більше сили подачі і в 2,5 рази більше радіальної сили. Сила різання навантажує деталі механізму передньої бабки; вона навантажує також різець, деталь, викликаючи в них часто більшу напругу.

Досвідами встановлено, що сила різання залежить від властивостей оброблюваного матеріалу, розміру і форми перерізу стружки, що знімається, форми різця, швидкості різання і охолодження.

Для характеристики опірності різних матеріалів різання встановлено поняття коефіцієнта різання. Коефіцієнтом різання К називається тиск різання в кілограмах, що припадає на квадратний міліметр перерізу зрізу, виміряний за певних умов різання:

Глибина різання t.............5 мм
Подача s......................1 мм/об
Передній кут γ..................15°
Головний кут у плані φ.......45°
Різальна кромка різця - прямолінійна, горизонтальна
Вершина різця закруглена радіусом r = 1 мм
Робота проводиться без охолодження

У табл. 3 наведено середні значення коефіцієнта різання для деяких металів.

Таблиця 3

Середні значення коефіцієнта різання До при точенні

Якщо відомий коефіцієнт різання К, то, помноживши його на площу поперечного перерізу зрізу f в мм 2 можна знайти приблизну величину сили різання за формулою

P z = Kf кг. (8)

Приклад 5.На токарному верстаті обточується вал з машиноробної сталі з b = 60 кг/мм 2 . Визначити силу різання якщо глибина різання t = 5 мм, а подача s = 0,5 мм/об.
Рішення. За формулою (8) сила різання P z = Kf кг. (8)Визначаємо величину f: f = ts = 5x0,5 = 2,5 мм2. За табл. 3 знаходимо значення К для машиноподелочной сталі з b = 60 кг/мм 2 : K = 160 кг/мм 2 . Отже, z=Kf=160x2,5=400 кг. Потужність різання. Знаючи силу різання та швидкість різання, можна дізнатися, яка потрібна потужність для зрізання стружки цього перерізу.
Потужність різання визначається за формулою (9) де N peз - потужність різання в к.с.;
Р z – сила різання в кг;
v - швидкість різання м/хв.

Потужність електродвигуна верстата повинна бути дещо більшою за потужність різання, так як частина потужності електродвигуна витрачається на подолання тертя в механізмах, що передають рух від електродвигуна до шпинделя верстата.

Приклад 6.Визначити потужність різання для обточування валу, розглянутого в попередньому прикладі, якщо обробка ведеться зі швидкістю різання, = 60 м/хв. Рішення . За формулою (9) потужність різання

Потужність різання зазвичай виражається над кінських силах, а кіловатах (квт). Килават в 1,36 рази більше кінської сили, тому для того, щоб виразити потужність у кіловатах, потрібно розділити потужність у кінських силах на 1,36:

і навпаки,

10. Теплота різання та стійкість різця

Зі збільшенням сили різання зростає сила тертя, внаслідок чого збільшується кількість тепла, що виділяється у процесі різання. Тепло різання зростає ще більшою мірою зі збільшенням швидкості різання, так як при цьому прискорюється весь процес утворення стружки.

Тепло різання, що виділяється, при недостатньому відведенні його розм'якшує різець, внаслідок чого знос його різальної частини відбувається інтенсивніше. Це викликає необхідність міняти різець або заточувати його та знову встановлювати.

Час безперервної роботи різця до затуплення зветься стійкості різця (вимірюється в хвилинах). Часта зміна різця (мала стійкість) викликає додаткові витрати на заточування та встановлення різця, а також на заповнення зношених різців.

Отже, стійкість різця є важливим чинником під час виборів режимів різання, особливо у виборі швидкості різання.

Стійкість різця залежить насамперед від якостей матеріалу, з якого він виготовлений. Найбільш стійким буде різець, виготовлений з матеріалу, що допускає найвищу температуру нагріву без значної втрати твердості. Найбільшу стійкість мають різці, оснащені пластинками твердого сплаву, мінералокерамічними пластинками; значно меншою стійкістю - різці зі швидкорізальної сталі, найменшою - різці з вуглецевої інструментальної сталі.

Стійкість різця залежить також від властивостей оброблюваного матеріалу, перерізу зрізу, кутів заточування різця, швидкості різання. Підвищення твердості оброблюваного матеріалу знижує стійкість різця.

Змінюючи кути заточування і форму передньої поверхні, можна досягти значного підвищення стійкості різців та їхньої продуктивності.

Особливо сильно впливає на стійкість різця швидкість різання. Іноді навіть незначне збільшення швидкості призводить до швидкого затуплення різця. Наприклад, якщо при обробці стали швидкорізальним різцем підвищити швидкість різання всього на 10%, тобто в 1,1 рази, різець затупиться вдвічі швидше і навпаки.

Зі збільшенням площі поперечного перерізу зрізу стійкість різця знижується, але з так сильно, як із такому збільшення швидкості різання.

Стійкість різця залежить також від розмірів різця, форми перерізу зрізу та охолодження. Чим масивніший різець, тим краще відводить він тепло від ріжучої кромки і, отже, тим більша його стійкість.

Досліди показують, що при тому самому перерізі зрізу велика глибина різання і менша подача забезпечують більшу стійкість різця, ніж менша глибина різання при відповідно більшій подачі. Пояснюється це тим, що при більшій глибині різання стружка стикається з більшою довжиною кромки, тому краще відводиться тепло різання. Ось чому при тому самому перерізі зрізу вигідніше працювати з більшою глибиною, ніж з більшою подачею.

Стійкість різця значно збільшується за його охолодженні.

Охолоджувальна рідина повинна подаватися рясно (емульсія 10-12 л/хв, олія та сульфофрезол 3-4 л/хв); невелика кількість рідини не тільки не приносить користі, але навіть псує різець, викликаючи появу на поверхні дрібних тріщин, що ведуть до вифарбовування.

11. Вибір швидкості різання

Від вибору швидкості різання залежить продуктивність праці: що з більшою швидкістю різання виробляється обробка, то менше час, затрачуване обробку. Однак із збільшенням швидкості різання зменшується стійкість різця, тому на вибір з резистентності різання впливають стійкість різця і всі фактори, від яких залежить стійкість різця. З них найбільш важливими є властивості матеріалу, що обробляється, якість матеріалу різця, глибина різання, подача, розміри різця і кути заточування, охолодження.

1. Чим більше має бути стійкість різця, тим менше має бути обрана швидкість різання і навпаки.

2. Чим твердіше оброблюваний матеріал, тим менша стійкість різця, отже, для забезпечення необхідної стійкості при обробці твердих матеріалів швидкість різання доводиться зменшувати. При обробці литих та кованих заготовок, на поверхні яких є тверда кірка, раковини або окалина, необхідно зменшувати швидкість різання проти тієї, яка можлива при обробці матеріалів без кірки.

3. Від властивостей матеріалу різця залежить його стійкість, отже, від цих властивостей залежить і вибір швидкості різання. За інших рівних умов різці зі швидкорізальної сталі допускають значно більшу швидкість різання, ніж різці з вуглецевої сталі; ще більшої швидкості різання допускають різці, оснащені твердими сплавами.

4. З метою підвищення стійкості різця при обробці в'язких металів вигідно застосовувати охолодження різців. У цьому випадку за однієї і тієї ж стійкості інструменту вдається підвищити швидкість різання на 15-25% порівняно з обробкою без охолодження.

5. Розміри різця і кути його заточування також впливають на допустиму швидкість різання: чим масивніший різець, особливо його головка, тим краще він відводить тепло, що утворюється при різанні. Неправильно вибрані кути різця, що не відповідають оброблюваному матеріалу, збільшують зусилля різання і сприяють більш швидкому зносу різця.

6. Зі збільшенням перерізу зрізу стійкість різця знижується, отже, за більшого перерізу потрібно вибирати швидкість різання меншу, ніж за меншому перерізі.

Так як при чистовій обробці знімається стружка невеликого перерізу, швидкість різання при чистовій обробці може бути значно більшою, ніж при чорновій обробці.

Оскільки збільшення перерізу зрізу менше впливає стійкість різця, ніж збільшення швидкості різання, то вигідно збільшувати переріз зрізу з допомогою деякого зниження швидкості різання. На цьому принципі засновано метод обробки токаря-новатора Куйбишевського верстатобудівного заводу В. Колесова. Працюючи на швидкості різання 150 м/хв, т. Колесов виробляє чистову обробку сталевих деталей з подачею до 3 мм/об замість 0,3 мм/об, а це призводить до зменшення машинного часу в 8-10 разів.

Виникає питання: чому ж передові токарі часто підвищують продуктивність праці за рахунок збільшення швидкості різання? Чи не суперечить це основним законам різання? Ні, не суперечить. Вони підвищують швидкість різання лише у випадках, коли повністю використані можливості збільшити переріз зрізу.

Коли проводиться напівчистова або чистова обробка, де глибина різання обмежена малим припуском на обробку, а подача обмежується вимогами високої чистоти обробки, збільшення режиму різання можливе за рахунок збільшення швидкості різання. Це і роблять передові токарі, що працюють на напівчистовій та чистовій обробці. Якщо ж є можливість працювати з великими перерізами зрізу (при великих припусках), то в першу чергу слід вибрати велику глибину різання, потім - можливо велику технологічно допустиму подачу і, нарешті, - відповідну їм швидкість різання.

У тих випадках, коли припуск на обробку малий і немає особливих вимог до чистоти поверхні, підвищувати режим різання слід за рахунок застосування більшої подачі.

12. Чистота обробленої поверхні

При обробці різцем на обробленій поверхні деталі завжди залишаються нерівності у вигляді западин і гребінців, навіть при ретельній обробці. Висота нерівностей залежить від способу обробки.

Практикою встановлено, що чим чистіше оброблена поверхня деталі, тим менше вона піддається зносу та корозії, а деталь виходить міцніше.

Ретельне оздоблення поверхні при обробці деталі завжди дорожче, ніж груба обробка поверхні. Тому чистота обробленої поверхні має призначатися залежно та умовами роботи деталі.

Позначення чистоти поверхні на кресленнях. За ГОСТ 2789-59 передбачено 14 класів чистоти поверхні. Для позначення всіх класів чистоти встановлюється один знак - рівносторонній трикутник, поруч із яким вказується номер класу (наприклад, 7; 8; 14). Найчистіші поверхні оцінюються за 14-м класом, а найбрутальніші - за 1-м.

Шорсткість поверхні за ГОСТ 2789-59 визначається одним із двох параметрів: а) середнім арифметичним відхиленням профілю R a і б) висотою нерівностей R z .

Для вимірювання шорсткості та віднесення обробленої поверхні до того чи іншого класу застосовуються спеціальні вимірювальні прилади, що ґрунтуються на методі обмацування профілю поверхні тонкою алмазною голкою. Такі прилади називаються профілактометрами та профілактографами.

Для визначення шорсткості та віднесення обробленої поверхні до того чи іншого класу чистоти в цехових умовах застосовують перевірені зразки різних класів чистоти – так звані еталони чистоти, з якими порівнюють оброблену поверхню деталі.

Чинники, що впливають на чистоту обробленої поверхні. Практикою встановлено, що чистота обробленої поверхні залежить від ряду причин: оброблюваного матеріалу, матеріалу різця, кутів заточування і стану різальних кромок різця, подачі та швидкості різання, змащувально-охолоджувальних властивостей рідини, жорсткості системи верстат - різець - деталь та ін.

Особливо важливе значення для отримання поверхні високої якості при точенні має швидкість різання, подача, кути в плані та радіус закруглення вершини різця. Чим менше подача та головний кут у плані і чим більший радіус закруглення вершини, тим чистіше виходить оброблена поверхня. Швидкість різання дуже впливає на чистоту поверхні. При точенні сталі зі швидкістю різання більше 100 м/хв оброблена поверхня виходить чистіше, ніж зі швидкістю 25-30 м/хв.

Для отримання більш чистої обробленої поверхні слід звертати увагу на ретельне заточування та доведення ріжучих кромок.

Контрольні питання 1. Якої форми утворюється стружка для обробки в'язких металів? Під час обробки крихких металів?
2. Назвіть основні елементи головки різця.
3. Покажіть на різці передню та задню поверхні; передній та задній кути; кут загострення.
4. Яке призначення мають передній та задній кути різця?
5. Покажіть кути в плані та кут нахилу головної ріжучої кромки.
6. З яких матеріалів виготовляють різці?
7. Які марки твердих сплавів застосовують для обробки сталі? При обробці чавуну?
8. Перерахуйте елементи режиму різання.
9. Які сили діють на різець?
10. Які чинники та як впливають на величину сили різання?
11. Від чого залежить стійкість різця?
12. Які фактори впливають на вибір швидкості різання?

Токарний різець обраний як представник різальних інструментів як найбільш простий.

Визначення геометричних параметрів токарного різця залишаються справедливими й інших типів різальних інструментів з урахуванням особливості їх кінематичних схем різця.

Токарний прохідний різець складається з робочої частини та державки (рис. 1.2).

Робоча частинамістить ріжучі леза і утворюється в процесі заточування (переточування) різця.

Державкаслужить для закріплення різця в різцетримачі верстата.

Передня поверхня- Поверхня, по якій сходить стружка.

Головна задня поверхнязвернена до оброблюваної поверхні заготівлі.

Допоміжна задня поверхнязвернена до обробленої поверхні заготівлі.

Головна ріжуча кромкаутворюється перетином передньої та головної задньої поверхні.

Допоміжна ріжуча кромкаутворюється перетином передньої та допоміжної задньої поверхні.

Мал. 1.2. Токарний прохідний різець:

1 – передня поверхня; 2 – головна задня поверхня; 3 – допоміжна задня поверхня; 4 - головна ріжуча кромка; 5 - допоміжна ріжуча кромка; 6 - вершина різця

Вершина різцяє поєднанням головної та допоміжної кромки за радіусом або фаскою.

За ГОСТ 25762-83 розрізняють статичніі кінематичнікути токарного різця.

Статичнікути використовуються при розробці креслення інструменту, при його заточуванні та контролі.

Кінематичнікути різця утворюються у процесі різання і залежить від параметрів режиму різання (переважно - від величини подачі).

Статичні кути токарного різця вимірюються у статичній системі координат, а кінематичні – у кінематичній системі координат. І статична, і кінематична системи координат пов'язані з кінематикою різця.

Статична система координат- це прямокутна система координат з початком у точці ріжучої кромки, що розглядається, орієнтована щодо напрямку швидкості Vголовного руху (рис. 1.3). Для різця, встановленого по осі центрів, вісь zспрямована вертикально вгору, осі xі yрозташовані у горизонтальній площині (рис. 1.3а); вісь yспрямована вздовж осі державки різця, вісь x- Уздовж напрямку подачі різця.

Для відліку статичних кутів токарного різця (кутів заточування) використовують такі статичні координатні площини: основну площину, площину різання та робочу площину (рис. 1.3а).

Основна площина- площина, проведена через точку ріжучої кромки, що розглядається, перпендикулярно вектору. Vшвидкості головного руху (площина OXY).

Площина різання- площина, що стосується ріжучої кромки в точці, що розглядається, і перпендикулярна основній площині.

Робоча площина- Площина, що проходить через вектори Vшвидкості головного руху та Vsшвидкості руху подачі (площини OXZ).

Мал. 1.3. Статична (а) та кінематична (б) системи координат ( η - кут швидкості різання)

На малюнку 1.4 показано статичні кути токарного різця.

Головна січна площина- площина, перпендикулярна до проекції головної ріжучої кромки на основну площину.

Допоміжна січуча площина- площина, перпендикулярна до проекції допоміжної ріжучої кромки на основну площину.

У головній січній площині розташовані:

· Головний передній кут γ - Кут між передньою поверхнею та основною площиною. Залежно від положення передньої поверхні щодо основної площини розрізняють позитивний або негативний кут передній (рис. 1.4). Якщо передня поверхня збігається з основною площиною, то передній кут дорівнює нулю. На малюнку 1.4 показано позитивний передній кут;

· Головний задній кут α - кут між головною задньою поверхнею та площиною різання;

· Кут загострення β - Кут між головною задньою і передньою поверхнею різця.

З малюнка 1.4 випливає:

γ + β + α = 90 0 (1.1)

Зазвичай задають кути γ і α , а кут β розраховують за формулою (1.1).

У допоміжній січній площині вимірюють допоміжний задній кут α 1 - це кут між допоміжною задньою поверхнею та площиною, що проходить через допоміжну ріжучу кромку перпендикулярно до основної площини.

В основній площині вимірюються кути в плані:

· Головний кут у плані φ - кут між проекцією головної ріжучої кромки на основну площину та робочою площиною;

· Допоміжний кут у плані φ 1- кут між проекцією допоміжної ріжучої кромки на основну площину та робочою площиною;

· Кут при вершині в плані ε - угол між проекціями головної та допоміжної ріжучими кромками на основну площину.

Мал. 1.4. Статичні кути токарного різця:

N-N – головна січна площина; N 1 -N 1 - допоміжна січна площина

З малюнка 1.4 випливає:

φ + φ 1 + ε = 180 º. (1.2)

Зазвичай призначають кути φ і φ 1 а кут ε визначають за формулою (1.2).

Кут нахилу головної ріжучої кромки λ - кут, розташований у площині різання між головною ріжучою кромкою та основною площиною. Кут λ може бути позитивним, рівним нулю та негативним. Кут λ дорівнює нулю, якщо головна ріжуча кромка знаходиться в основній площині. На малюнку 1.5б показаний негативний кут нахилу головної ріжучої кромки.

Мал. 1.5. Кут нахилу головної ріжучої кромки токарного прохідного різця [ 3]: a)λ>0, б)λ<0, в)λ = 0

Кінематичні кутитокарного різця утворюються в процесі різання та залежать від параметрів режиму різання (головним чином – від величини подачі).

Кінематична система координат- це прямокутна система координат з початком у точці ріжучої кромки, що розглядається, орієнтована щодо швидкості V eрезультуючого руху різання (рис. 1.3б).

З малюнка 1.3б випливає, що кінематична система координат повернена щодо статичної на кут η (Кут швидкості різання). Причому обертання здійснюється щодо осі y(на площині OXZ).

Таким чином, кінематичні та статичні кути токарного різця відрізняються лише положенням координатних площин їхнього відліку. Визначення кутів є однаковими; тільки замість слова "статичний" вживається слово "кінематичний".

Нижче наведено деякі найважливіші визначення.

Кінематична основна площина- площина, перпендикулярна вектору швидкості V eрезультуючого руху різання.

Кінематична площина різання- площина, що стосується головної ріжучої кромки і перпендикулярна кінематичної основної площини.

Кінематичний перпендикулярний кут γ до - кут у кінематичній головній січній площині між передньою поверхнею та кінематичною основною площиною.

Кінематичний задній передній кут α до - кут у кінематичній головній січній площині між головною задньою поверхнею та кінематичною площиною різання.

У процесі різання кінематичний передній кут збільшується, а кінематичний задній кут зменшується порівняно зі статичними кутами ( γ до< γ; α k < α ). Інші кінематичні кути (кути, в плані, кут нахилу головної ріжучої кромки) зміняться трохи. Ці зміни кутів при різанні зазвичай не враховуються. Найбільша зміна кінематичних кутів має місце для завзятого прохідного різця. Так, при Y = 90º, λ = 0º

γ до = γ + η 1,α до = α - η 1(1.3)

де η - кінематична складова, що дорівнює куту швидкості різання:

η = arctg = arctg, (1.4)

де Vs - швидкість подачі, S o - подача на оборот, D - діаметр точки ріжучої кромки, що розглядається.При V? Vsкінематичну складову можна вважати рівною нулю. В цьому випадку

γ до γ,α до α.(1.5)

Зміни кінематичних кутів у порівнянні зі статичними потрібно враховувати, якщо швидкість подачі Vsпорівнянна зі швидкістю головного руху V. Особливо небезпечною є зміна кінематичного заднього кута, т.к. може стати рівним нулю і навіть негативним, що неприпустимо. Так, наприклад, при нарізанні різьблення з великим кроком або при свердлінні отворів малого діаметра заточування заднього кута необхідно проводити з урахуванням кінематичної складової.

Кути заточування прохідних різцівстатичні кути різців називають також кутами заточування, т.к. всі кути можуть бути встановлені на лімбах трьох поворотних лещат заточувального верстата. Значення кутів заточування різців залежать від властивостей технологічної системи, головним чином від жорсткості і вібростійкості. Так, середнє значення переднього кута γ одно 10 º. Однак якщо не відбувається викроювання ріжучої кромки, цей кут можна збільшити до 15-20º. Для зміцнення ріжучої кромки заточують зміцнюючу фаску f, шириною приблизно рівною товщині шару, що зрізається а, під кутом γ f= 0 - -5 º. На передній поверхні часто заточують лунку для забезпечення завивання стружки. Задній кут α лежить у межах 8-12º.

Найменші значення застосовують для чорнової обробки, великі – для чистової. Головний кут у плані φ змінюється не більше 30-90º. Найменші значення використовують в умовах підвищеної жорсткості технологічної системи. Кут φ = 90 º рекомендується для обробки нежорстких заготовок. Це веде до зменшення радіальної сили різання P yта до збільшення точності обробки. Допоміжний кут у плані φ 1 впливає якість обробленої поверхні.

При високих вимогах до якості поверхні цей кут зменшують до 5-10º, а іноді роблять нульовим (для різців з ріжучими кромками, що зачищають). Кут нахилу ріжучої кромки λ впливає напрям сходу стружки і міцність ріжучого клина. Кут λ змінюється не більше ±5º. При позитивних кутах λ стружка сходить у напрямку до обробленої поверхні. При негативних λ - у напрямку до оброблюваної поверхні.