Резцы

РезцыРЕЗЦЫ, однорезцовые режущие инструменты простейшего вида, применяемые при обработке металлов на токарных, строгальных и долбежных стайках. Всякий резец состоит из режущей части - острия а - и хвостовой части, зажимаемой в суппорт станка, - стержня, или тела, резца б. Режущая кромка резца называется лезвием; она образована обычно двумя пересекающимися прямыми и соединяющим их закруглением; различают главное лезвие (фиг. 1, в1), лежащее в направлении подачи до точки касания лезвия с этим направлением (фиг. 2, а), и вторичное, или побочное лезвие (фиг. 1, в2), лежащее от упомянутой точки касания в сторону, противоположную подаче. Поверхность острия, на которую опирается при резании стружка, называется передней поверхностью, или грудью, резца (фиг. 1, г), поверхность, обращенная к обрабатываемому предмету и ограниченная сверху лезвием, называется задней поверхностью, или затылком, резца (фиг. 1, б и е); она разделяется на главную заднюю поверхность, ограниченную сверху главным лезвием, и вторичную, или побочную, заднюю поверхность, ограниченную сверху побочным лезвием.

Резцы

Введем следующие основные плоскости координат: плоскость I, содержащая в себе направления резания и подачи (фиг. 3), плоскость II, перпендикулярная к первой и содержащая в себе направление резания, и плоскость III, перпендикулярная к обеим предыдущим.

Резец

Форма острия резца определяется главным образом углами, составляемыми его гранями и ребрами между собой и с упомянутыми плоскостями. Назовем нормальной плоскостью плоскость (фиг. 4, N—N), перпендикулярную к главному лезвию и к его проекции на основную плоскость III, и плоскостью резания (фиг. 4, S—S) плоскость, перпендикулярную основной плоскости III и проходящую через главное лезвие.

Форма острия резца

Углы, образуемые кромками и гранями резца, называются следующим образом: α - угол резания, составляемый в нормальной плоскости передней поверхностью с направлением резания, β - передний угол резца (угол груди) - угол между нормалью к плоскости резания и передней плоскостью резца, таким образом α+β=90°, γ - задний угол резца (затылочный угол, угол задней заточки) - угол между плоскостью резания и задней плоскостью, δ - угол заострения резца (угол клина резца) - угол между следами передней и задней поверхностей в нормальной плоскости, ε - угол острия резца - угол между проекциями обоих лезвий на плоскость III, χ - угол установки резца - угол между направлением подачи и проекцией главного лезвия на плоскость III, λ - угол наклона лезвия - угол, составляемый главным лезвием с плоскостью III. Углы эти приходится измерять в сечениях острия различными плоскостями в зависимости от цели исследования: для вопросов резания основными углами являются углы, образованные поверхностями острия с плоскостью резания S-S в сечении нормальной плоскостью N-N; для правильной установки резца относительно обрабатываемого предмета необходимо знание углов образованных проекциями лезвий на плоскость III с осью резца; для проверки углов резца необходимо знание их наклона к плоскости III; для правильной установки резца при заточке его на специальной угломерной головке шлифовального станка для заточки резца необходимо знание углов установки резца по вертикали и горизонтали для получения правильной грани и т. д. Обозначим индексами 1, 2 и 3 углы, образованные следами данных плоскостей в плоскостях, параллельных основным (I, II и III); индексами: N - углы сечения нормальной плоскостью; w - истинный двугранный угол между соответственными плоскостями; О - угол сечения вертикальной (перпендикулярной к плоскости III) плоскостью, перпендикулярной к следу исследуемой поверхности на плоскости III, и 4 - угол сечения вертикальной плоскостью, перпендикулярной к проекции вторичного лезвия на плоскость III, индексом v - угол поворота резца при заточке его лезвия в угломерной головке специального шлифовального станка в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, параллельной оси резца, и индексом h - угол поворота резца в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси.

Взаимное положение углов для задней грани главного лезвия резца

Взаимное положение углов для задней грани главного лезвия резца

На фиг. 5 и 6 изображено взаимное положение углов для задней грани главного лезвия резца. Называя ϕ - угол, образованный следами плоскостей резания и задней поверхности резца в плоскости III, имеем;

rezcy f1

в уравнении (10) γx - угол сечения соответствующих плоскостей произвольной вертикальной плоскостью, составляющей угол χх с плоскостью резания. Для вычисления значений углов (например β), заданных наклоном соответственной плоскости и горизонтали, можно воспользоваться следующими уравнениями (фиг. 6):

rezcy f2

Кроме того для вычисления значения βNпо β1 и β2, а также углов наклона главного лезвия λ и побочного λn к плоскости III можно пользоваться следующими уравнениями:

rezcy f3

Для определения истинной величины угла ε можно воспользоваться формулой:

rezcy f4

На практике всего чаще приходится определять углы установки резца при его заточке, т. е. углы с индексами h и v, или углы, подлежащие контролю на измерительных приборах в функции основных углов, определяющих форму острия резца, - χ, ε, γn, λ, βN. Наименее определенным из этих углов является λ, относительно абсолютной величины которого имеется очень мало опытных и производственных данных. Считая положительным то значение λ, когда главное лезвие понижается по мере входа в металл, имеем в среднем λ=3° с предельными значениями от —3° до 10°. Логарифмические линейные диаграммы для нахождения величины углов βN и λ по β1 и β2 при χ, равном 45, 65 и 85°, изображены на фиг. 7.

Логарифмические линейные диаграммы для нахождения величины углов

Особенного внимания заслуживает исследование формы лезвия фасонных резцов для токарных и револьверно-автоматных работ. Фасонные резцы отличаются от остальных тем, что подача их совершается обычно в направлении длины резцов, и окончательная форма обрабатываемого предмета зависит от профиля лезвия резца.

Основными требованиями, предъявляемыми к ним, являются сохранение неизменности профиля лезвия при последовательных заточках резца и легкая устанавливаемость его на уровень центров после заточки. Обоим этим условиям удовлетворяют круглые и призматические фасонные резцы (фиг. 8), зажимаемые в особые державки резцовые.

Круглые и призматические фасонные резцы

Заточка призматических фасонных резцов производится по их торцовой передней поверхности, а круглых по поверхности особого выреза. Передний угол делается обычно для обработки черных металлов весьма малым (часто 0°), для мягких цветных металлов, наоборот, его делают до 45°. Задний угол делают в пределах 3—15°; для его образования призматическую сталь устанавливают наклонно под соответственным углом, а у круглых располагают переднюю поверхность резца не радиально, а на величину h=r sin γ ниже центра резца (г - радиус резца, фиг. 9). В том случае, когда угол β=0, т. е. когда передняя плоскость резца проходит через ось обрабатываемого предмета, единственным источником искажения профиля является влияние наклона задней поверхности резца к вертикали.

Профиль фасонной части резца

Для получения правильной формы фасонной части резца необходимо заданный профиль изделия (фиг. 10, А) перечертить таким образом, чтобы все размеры, параллельные оси обрабатываемого предмета, сохранили свою величину, а размеры, перпендикулярные ей, были уменьшены в отношении, равном cos γ (фиг. 10, Б). В виду того что у круглого резца γ меняется в радиальном направлении по формуле sin γ = h : г, коэффициент уменьшения также непрерывно изменяется по мере перехода от внешних частей резца к внутренним. В этом случае проще делать построение кривой профиля резца графическим способом (фиг. 11).

Построение кривой профиля резца графическим способом

Практически правильный профиль призматического фасонного резца м. б. выработан без предварительного определения искаженного профиля путем установки резца, которым обрабатывают фасонный резец под углом резания β, равным ±γ фасонного резца; при этом основной резец имеет неискаженный профиль в передней плоскости (фиг. 12,А).

Фасонный резец

У круглых фасонных резцов того же результата достигают, помещая при обточке последних основной (маточный) резец с неискаженным профилем на величину h выше или ниже центра обтачиваемого фасонного резца. (фиг. 12, Б). Дело значительно усложняется в том случае, когда фасонный резец имеет угол β, отличный от 0, как это бывает необходимо при обработке мягких цветных металлов.

Фасонный призматический резец

В этом случае искаженная глубина профиля х фасонного призматического резца м. б. определена по следующему уравнению (фиг. 13):

rezcy f5

где R - радиус резца, а a - глубина основного профиля резца.

Круглый фасонный резец

У круглого фасонного резца (фиг. 14) выражение глубины принимает следующий вид:

rezcy f6

где r - радиус резца в глубине профиля, а - требуемая глубина профиля изделия, х - глубина профиля Р., R - радиус изделия в глубине впадины, Н - превышение центра резца над плоскостью заточки передней грани резца. В обоих этих случаях гораздо скорее перечертить профиль графическим способом (фиг. 15). Способ построения один и тот же для призматического (фиг. 15, А) и круглого (фиг.15, Б) резца.

Способ построения один и тот же для призматического и круглого резца

Искомый профиль в определяется n ординатами а1, а2, а3, ..., аn; их основания 1,2,3,.... n находятся путем двойного переноса; первый раз на переднюю поверхность резца (точки 1',2',3', ..., n') дугами из центра изделия и второй раз на радиус резца или на нормаль к задней поверхности резца (точки 1", 2", 3",..., n") дугами из центра резца или прямыми, параллельными задней поверхности его; откладывая ординаты а1, а2, а3,..., аn основного профиля б из точек 1",2", 3",..., n", получим искаженный профиль в, который должна иметь канавка резца.

Работа токарного или строгального резца подчинена основным законам теории резания. Основным требованием, предъявляемым к резцу, является его экономичность, которая в сильной степени зависит от формы острия резца.

Для достижения максимальной экономичности резца должен удовлетворять следующим условиям: 1) представлять наименьшее сопротивление внедрению в металл (экономия энергии), 2) допускать максимальные скорости (экономия времени), 3) возможно долго сохранять лезвие острым (экономия времени и материала резца при переточке), 4) переточка и изготовление резца должны быть просты и не сопровождаться значительными потерями материала резца. Первые два требования обусловливают диаметрально противоположные изменения формы и режима работы резца: тогда как наименьшее усилие резания требует возможно компактного сечения стружки и большого переднего угла, наибольшая стойкость резца достигается при длинном лезвии (т. е. тонкой широкой стружке) и больших углах заострения резца. На сопротивление резанию влияет также возможность легкого и свободного схода стружки с резца. Опытным путем установлено, что для уменьшения усилия резания выгодно, чтобы угол λ был положительным (снижающееся лезвие). Угол установки резца χ также влияет на его экономичность: очень большие углы установки, приближающиеся к 90° невыгодны, т. к. вызывают быстрое затупление резца; их преимуществом является, с другой стороны, меньшее усилие, изгибающее обрабатываемый предмет, т. ч. для обточки тонких деталей часто применяют резцы с углом χ=90°. Для нормальной работы наивыгоднейшие значения угла χ лежат между 40 и 45°. Передний угол резца д. б. для уменьшения усилия резания возможно большим. Однако заметное уменьшение усилия резания наступает лишь с углов β порядка 35—40°, причем лезвие настолько ослабляется, что форма эта применима лишь к мягким металлам: Стремление увеличить угол β, не ослабляя лезвия, привело к резцу с вогнутой грудью (фиг. 16) и резцу системы Клопштока (фиг. 17); последние очень хороши в смысле уменьшения сопротивления резанию и стойкости лезвия, но весьма сложны в изготовлении.

Резец с вогнутой грудью и резец системы Клопштока

Задний угол резца γ2 должен иметь некоторую минимальную величину, т. к. в противном случае сильно возрастает составляющая давления на резец и с ней работа трения затылка резца об обработанную поверхность. Радиус закругления у вершины острия резца влияет на работу резца в том смысле, что при больших радиусах скалывание стружки происходит не по всей длине лезвия сразу, а последовательно, вследствие чего дрожание резца заметно уменьшается.

По назначению резцы разделяют на обдирочные, или черновые, предназначенные для снятия больших масс металла, причем качество обработанной поверхности не имеет значения, и чистовые, или шлихтовые, у которых главным требованием является получение гладкой обработанной поверхности. Затем различают резцы для продольной (нормальные) и поперечной обточки - подрезки (подрезные резцы), резцы для внутренней расточки, отрезные резцы - для отрезания, прорезные резцы - для выбирания прямоугольных канавок, фасонные резцы - для обточки фасонных поверхностей, винторезные резцы - для нарезания резьб и т. д. Далее различают цельные резцы, изготовленные из однородного материала; наваренные резцы, состоящие из стержня обыкновенной сименс-мартеновской стали, к которому приварена или припаяна пластинка из быстрорежущей стали или сверхтвердого сплава; резцы с державками, у которых рабочая часть из более твердого материала зажимается в особой державке. По материалу различают углеродистые резцы из обыкновенной инструментальной стали; быстрорежущие резцы из быстрорежущей стали (самозакалка); резцы из сверхтвердых сплавов (обычно наваренные) и алмазные резцы, в которых режущей частью является кусок отшлифованного алмаза.

Классификация резцов по форме стержня

По форме стержня (фиг. 18) различаются прямые резцы, изогнутые резцы, высаженные резцы и утонченные резцы.

Обдирочные резцы прямые или изогнутые

Для обдирочных резцов обычно применяют прямые или изогнутые резцы (последние допускают несколько большую стружку без дрожания) формы, изображенной на фиг. 19, 1,2, 3, 4, угол установа χ = 40—45°, угол наклона λ=3—5°, значения углов β и γ даны в табл. 1.

Углы резцов

В США значительным распространением пользуется резец Тейлора (фиг. 20), недостатком которого является однако сложность изготовления и переточки; в Европе предпочитают резцы, изготовленные с минимумом кузнечной работы, т. к. при этом меньше шансов на порчу при ковке.

Резец Тейлора

Основным требованием, предъявляемым к чистовым резцам, является получение возможно гладкой поверхности; для этого должны быть приняты меры против заедания резцов. Заедание обусловливается тем, что резец и зажимающая его часть станка деформируются при возрастании усилия резания т. о., что лезвие резца входит все глубже в материал (фиг. 21, а); усилие резания возрастает еще более и это продолжается до тех пор, пока не сколется элемент стружки, тогда резец пружинит обратно, и в результате на изделии остается небольшое поперечное углубление, затем весь процесс начинается снова.

Заедание резца в материале

Помочь этому можно, перенеся мгновенную ось вращения А лезвия так, чтобы она находилась на перпендикуляре к обрабатываемой поверхности в точке резания или впереди его (фиг. 21, б и в). Наиболее покойно процесс резания протекает при втором расположении. Отделочные резцы устраивают поэтому обычно с пружинящей шейкой (фиг. 22), причем иногда для уменьшения степени прогиба в щель шейки закладывают кожаную или деревянную прокладку.

Отделочные резцы с пружинящей шейкой

Форма лезвия чистового резца изображена на фиг. 19, 5. Форма подрезного резца изображена на фиг. 19, 6, углы указаны в табл. 1; резец для расточки изображен на фиг. 19, 7, углы в основном те же, что и у обдирочных резцов. Отрезной резец изображен на фиг. 19, 8. Винторезные резцы делают обычно с наклоненной в направлении нарезаемой винтовой линии гранью острия: фиг. 19, 9 - для нарезки Витворта, фиг. 19, 10 - для метрической резьбы, фиг. 19, 11 - для прямоугольной и фиг. 19, 12 - для трапецеидальной резьбы.

Форма специальных резцов для револьверных и автоматических токарных станков изображена на фиг. 19, 13 и 14, а на фиг. 19, 15 даны основные размеры круглых фасонных резцов. Дальнейшие формы резцов изображены на фиг. 23 (1 - левый резец для обточки выкружек, 2 и 3 - расточные черновые резцы, 4 - расточный чистовой резец, 5 - расточный подрезной резец, 6 - остроконечный подрезной резец, 7 - резец для проточки внутренних канавок, 8 - винторезный резец для остроугольной нарезки, 9 - то же для прямоугольной, 10 - то же, но для мелкой резьбы, 11 - то же для внутренней резьбы, 12 и 13 - резцы для латуни, 14 и 15 - отрезные резцы, 16 и 17 - подрезные резцы, 18 - обдирочный резец, 19 - подрезной обдирочный резец и 20 - чистовой резец).

Формы резцов

В последнее время все более входят в употребление резцы с наваренными пластинками из сверхтвердых сплавов, предназначаемые гл. обр. для обработки малыми сечениями стружки при больших скоростях резания. Рекомендуемые углы заточки даны в табл. 2.

Рекомендуемые углы заточки резцов

Наряду с сверхтвердыми сплавами в настоящее время начинают применять для чистовой обработки алмазные резцы, в особенности для обточки легких сплавов. Преимуществом алмазных резцов является необычайная гладкость и почти зеркальный блеск обработанной поверхности, точность размеров обрабатываемого предмета в виду чрезвычайной стойкости острия и незначительности усилия резания. Алмаз заделывают в особую державку, обчеканивая его в выфрезованном углублении медью (фиг. 24 ,а), после чего алмаз шлифуют; заливка алмаза или запайка латунью не рекомендуется, т. к. при этом легко можно испортить алмаз.

Алмазные резцы

Применяют также сменные алмазные острия, вкладываемые и зажимаемые в особых державках (фиг. 24, б, в и г); особенно удобна последняя форма, т. к. лежащий на шаровой подкладке алмаз не подвергается опасности быть перекошенным при зажиме. Алмазным резцом дают углы острия β=0° и γ=8—10°; глубина снимаемого слоя колеблется от 0,1 до 1,0 мм, подача - 0,01—0,1 мм.

Производство резцов весьма несложно: заготовка отрезается пилой (или зубилом в горячем, но отнюдь не в холодном виде) от полосы, затем острие отковывается при температуре, указанной поставщиком стали, после чего резцы закаливают и шлифуют. Наваривание или напаивание (медью) пластинок из быстрорежущей стали производят горновой или электрической сваркой. Для определения правильного сечения стружки и скорости резания для резцов из различного материала при обработке сименс-мартеновской стали различной твердости, хромоникелевой стали, стального литья, мягкого чугуна, латуни, красного литья, алюминия и электрона дан ряд графических таблиц (фиг. 25А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, 3, И, К, Л, М), на них обозначают линии: а - кривая удельного давления резания в кг/мм2; б - допустимая скорость резания при обработке резцами из сверхтвердых сплавов (стеллит, видиа, победит, акрит, карболой) в м/мин; в - то же, но для резца из быстрорежущей стали; г - то же для резцов из инструментальной углеродистой стали; д - мощность в НР, потребляемая станком на резце (т. е. без учета КПД станка) при обработке резцов из сверхтвердых сплавов; е - то же, но для резцов из быстрорежущей стали; ж - то же для резцов из углеродистой инструментальной стали.

Графические таблицы для определения правильного сечения стружки и скорости резания для резцов из различного материала

Графические таблицы для определения правильного сечения стружки и скорости резания для резцов из различного материала

Графические таблицы для определения правильного сечения стружки и скорости резания для резцов из различного материала

Графические таблицы для определения правильного сечения стружки и скорости резания для резцов из различного материала

Графические таблицы для определения правильного сечения стружки и скорости резания для резцов из различного материала

Графические таблицы для определения правильного сечения стружки и скорости резания для резцов из различного материала

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 19 - 1934 г.