Геометрия инструмента и ее влияние на процесс резания и качество обработанной поверхности.

Углы резца (рис. 15.4) определяют положение элементов рабочей части относительно координатных плоскостей и друг друга. Эти углы называют углами резца к статике. Углы инструмента оказывают существенное влияние на процесс резания и качество обработки.

У токарного резца различают главные и вспомогательные углы, которые рассматривают, исходя из следующих условий: ось резца перпендикулярна к линии центров станка; вершина резца находится на линии центров станка; совершается главное движение резания.

Главный передний угол g измеряют в главной секущей плоскости между следом передней поверхности и следом плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания. Передний угол g оказывает большое влияние на процесс резания С увеличением угла g уменьшается деформация срезаемого слоя, так как инструмент легче врезается в материал, снижаются сила резания и расход мощности. Одновременно улучшаются условия схода стружки, а качество обработанной поверхности заготовки повышается Чрезмерное увеличение угла g приводит к снижению прочности главной режущей кромки, увеличению износа вследствие выкрашивания, ухудшению условий теплоотвода от режущей кромки.

Главный задний угол a измеряют в главной секущей плоскости между следом плоскости резания и следом главной задней поверхности. Наличие угла a уменьшает трение между главной задней поверхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, что уменьшает износ инструмента по главной задней поверхности.

Вспомогательный задний угол a₁ измеряют во вспомогательной секущей плоскости между следом вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Наличие угла a₁ уменьшает трение между вспомогательной задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью заготовки.

Главный угол в плане j - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи - оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности. С уменьшением угла j шероховатость обработанной поверхности снижается. Одновременно увеличивается активная рабочая длина главной режущей кромки. Сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины кромки, уменьшаются, что снижает износ инструмента. С уменьшением угла j возрастает сила резания, направленная перпендикулярно к оси заготовки и вызывающая ее повышенную деформацию. С уменьшением угла j возможно возникновение вибраций в процессе резания, снижающих качество обработанной поверхности.

Вспомогательный угол в плане j₁ - угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. С уменьшением угла j₁ шероховатость обработанной поверхности снижается, увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ.

Угол наклона главной режущей кромки l измеряют в плоскости, проходящей через главную режущую кромку резца перпендикулярно к основной плоскости, между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. С увеличением угла l качество обработанной поверхности ухудшается.

Стружкообразование.

Образование стружки является сложным процессом деформации металла режущим клином, который, внедряясь в металл, производит все-виды деформации - упругую, пластическую и разрушение. Рассмотрим процесс стружкообразования на схеме, впервые исследованной проф. И.А. Тиме при строгании стальной заготовки на продольно-строгальном станке с очень малой скоростью резания (рис. 15.5).

Рис. 15.5. Образование стружки (по И.А. Тиме) Рис. 15.6. Типы стружки

В начальный момент (а) внедрения резца в металл под действием усилия Р возникает сложное напряженное состояние с упругими, а затем пластическими деформациями и постепенным увеличением напряжений сжатия. Нарастание пластической деформации (б) сопровождается вспучиванием материала и при дальнейшем увеличении напряжений до критических, когда происходит отделение (скалывание) элемента стружки (б), процесс повторяется. Проф. И.А. Тиме назвал процесс резания процессом последовательного скалывания элементов срезаемого слоя. Им же впервые было обнаружено, что скалывание элемента происходит по вполне определенной плоскости АВ(рис. 15.5, г), которая была названа плоскостью скалывания. Расположение плоскости скалывания в пространстве вполне определенно, угол, который она составляет с плоскостью резания, названный углом скалывания j, является для всех вязких материалов величиной постоянной, равной 145-150°.Угол скалывания состоит из двух углов - угла резания и угла, заключенного между передней поверхностью резца и плоскостью скалывания, или угла действия. Поскольку угол скалывания j есть величина постоянная, то очевидно, что с увеличением угла резания уменьшается угол действия, а следовательно, возрастает степень деформации металла. Это явление сопровождается не только возрастанием усилия резания, но и увеличением усадки, т.е. укорочением стружки, связанным с пластической деформацией и утолщением по сравнению с сечением среза.

И.А. Тиме предложил классификацию типов стружки, разделив ее на сливную, скалывания и надлома.

Сливная стружка (рис. 15.6,а) получается при обработке вязких материалов с высокими скоростями резания при небольших подачах. На ней трудно выделить отдельные элементы, она может быть в виде ленты или спирали.

Стружка скалывания (рис. 15.6,б) получается при обработке более твердых материалов с более низкими скоростями резания и большими подачами, имеет достаточно четкие границы отдельных элементов, которые продолжают оставаться соединенными между собой, образуя гладкую подрезцовую сторону.

Стружка надлома (рис. 15.6,в) имеет отдельные, не связанные между собой элементы, получаемые за счет хрупкого разрушения срезаемого слоя при обработке твердых и непластичных материалов (чугун, бронза, ряд неметаллических материалов). При образовании стружки надлома очень трудно получить хорошую чистоту обрабатываемой поверхности, на которой остаются отдельные впадины.