Выбор величины углов заточки инструментов I
Чтобы правильно назначить величину углов заточки, необходимо знать, какое влияние оказывает каждый из этих углов на основные показатели, характеризующие работоспособность инструмента: продолжительность работы до затупления (стойкость), относительную величину усилий, которые нужно затратить, чтобы срезать стружку (силы резания), и степень чистоты поверхности, обработанной данным инструментом.
Рассмотрим, как влияет на эти показатели величина переднего угла инструмента.
Допустим, что инструмент предназначен для обработки прочной и вязкой стали. Если он совсем не имеет переднего угла ( y=0°) или этот угол слишком мал, то для срезания металла придется затратить большие усилия, стружка будет отделяться с трудом, комкаться и сбиваться на передней поверхности. Режущие лезвия инструмента сильно нагреваются, он быстро изнашивается и выходит из строя.
При увеличении переднего угла деформация срезаемого металла уменьшается и условия работы инструмента облегчаются. Но если заточить слишком большой передний угол, то тело режущего элемента, прилегающее к лезвию, очень ослабится, и последнее будет, вопервых, легко выкрашиваться и ломаться, а, вовторых, вследствие плохого отвода теплоты, выделяемой при резании, сильно нагреваться, терять высокую твердость и «сгорать».
Следовательно, для повышения стойкости инструмента выгодно передний угол увеличивать, но, с другой стороны, чрезмерное увеличение этого угла приводит к такому ослаблению тела режущего элемента, что инструмент быстро притупляется. На рис. 18 и 19 показаны графики, иллюстрирующие эту закономерность.
Всегда имеется вполне определенная (в зависимости от свойств обрабатываемого металла, размеров срезаемого слоя и других условий) величина переднего угла, при которой стойкость инструмента окажется самой большой. Такой передний угол называют оптимальным (наивыгоднейшим). Оптимальный передний угол тем меньше, чем выше твердость и прочность обрабатываемого металла, меньше прочность инструментального материала и больше толщина среза (подача).
В отношении величины сил резания дело обстоит проще: чем передний угол больше, тем меньше силы резания. Благоприятно влияет увеличение передних углов и на чистоту обработанной поверхности, особенно при обработке мягких и вязких металлов.
Выясним теперь, как влияет на стойкость инструмента задний угол. Если этот угол слишком мал, то вследствие сильного трения возрастают силы резания и температура резания, задние поверхности инструмента быстро изнашиваются и его стойкость невелика. Увеличение заднего угла уменьшает трение, а также приводит к уменьшению радиуса округления режущего лезвия, которое имеется даже при самой тщательной заточке. Это способствует уменьшению деформации обрабатываемого металла ниже режущеголезвия, что особенно важно при малой толщине среза, так как чем она меньше, тем относительно больше часть, срезаемая округ ленным лезвием, т. е. с отрицательным передним углом. Кроме того, чем больше задний угол, тем больше объем материала, который истирается с задней поверхности инструмента до достижения определенной величины износа. Все это способствует повышению стойкости инструмента.
Однако если задний угол слишком велик, то, как и при большом переднем угле, острие инструмента ослабляется, а это приводит к уменьшению его прочности и ухудшению отвода теплоты от режущих лезвий. В результате стойкость инструмента уменьшается. Следовательно, и для задних углов имеются определенные величины, которые обеспечивают наибольшую стойкость инструмента.
Оптимальный задний угол увеличивается с уменьшением толщины среза: при обработке стали с толщиной среза 0,8 мм он составляет 8°, а при толщине среза 0,04 мм — 20°. Такая закономерность объясняется тем, что неблагоприятное влияние округления режущего лезвия с уменьшением толщины среза усиливается.
Увеличение заднего угла уменьшает прочность режущего элемента; поэтому при более хрупких инструментальных материалах и больших силовых нагрузках на инструмент задний угол должен иметь меньшую величину.
Влияние на стойкость инструмента углов в плане более определенно: чем они меньше, тем тоньше и шире срезаемая стружка, тем больше масса инструментального материала, примыкающая к режущим лезвиям. Это улучшает отвод теплоты и, следовательно, способствует повышению стойкости инструмента. Однако уменьшение углов в плане, особенно главного, приводит к увеличению радиальной составляющей силы резания; так, например, при уменьшении угла от 45 до 20° радиальная сила резания возрастает более чем в два раза. Это увеличивает изгиб обрабатываемой детали и способствует возникновению вибраций. Следовательно, уменьшение главного угла в плане ограничивается жесткостью обрабатываемой детали, станка, инструмента и приспособления. При работе твердосплавными и минералокерамическими инструментами очень опасны даже небольшие вибрации, так как они могут приводить к выкрашиванию мельчайших частиц хрупкого инструментального материала, в результате чего инструмент быстро затупляется. Угол наклона главной режущей кромки, как указывалось выше, влияет на направление отвода стружки и на массивность режущего элемента («носика»). Правильный выбор величины и знака угла % дает возможность путем создания более благоприятных условий соприкосновения режущих лезвий с обрабатываемой деталью значительно увеличить прочность этого элемента при ударной нагрузке, что особенно важно для твердосплавных инструментов.
Следует учитывать, что положительный угол оказывает на процесс резания примерно такое же влияние, как отрицательный передний угол, т. е. затрудняет образование стружки, увеличивает силу резания (особенно радиальную составляющую) и, следовательно, отжим деталей и опасность возникновения вибраций. Поэтому при обработке нежестких тонких деталей и при чистовом точении быстрорежущими резцами целесообразнее применять отрицательные углы.