ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

GEOMETRY OF THE CUTTING TOOL

Andrey Spizharskiy

student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Energy and information technology, Kostanay Regional University named after. A. Baytursynova,

Kazakhstan, Kostanay

Talgat Zhantugulov

scientific supervisor, Senior Lecturer, Department of Mechanical Engineering, Kostanay Regional University. A. Baitursynova,

Kazakhstan, Kostanay

АННОТАЦИЯ

Режущий инструмент является ключевым элементом любого производственного процесса, связанного с обработкой материалов методом резки. Важные параметры, такие как качество обработанной поверхности, точность размеров детали, долговечность инструмента, производительность обработки и энергопотребление, напрямую зависят от ее геометрии.

ABSTRACT

Cutting tools are a key element of any production process related to the processing of materials by cutting. Important parameters such as the quality of the treated surface, dimensional accuracy of the part, tool durability, processing performance and energy consumption directly depend on its geometry.

Ключевые слова: режущий инструмент, кромка, стружка, углы, плоскость.

Keywords: cutting tool, edge, chips, angles, plane.

Основные понятия и элементы режущей части. Геометрия режущей части инструмента определяется сочетанием углов и граней, образующих режущую кромку. Для каждого типа инструмента - будь то токарный станок, фрезерный станок, дрель или очистной инструмент – эти элементы имеют свои особенности, но основные принципы остаются прежними.

Режущая часть инструмента состоит из:

• Передней поверхности (передней грани): Поверхность, на которой образуются стружки. Его форма и расположение значительно влияют на процесс образования стружки и рассеивания тепла.
• Тыльная сторона: поверхность, обращенная к обрабатываемой поверхности детали. Это предотвращает трение между инструментом и деталями.
• Основная режущая кромка: линия пересечения передней и задней поверхностей для непосредственного выполнения процесса резания.
• Вспомогательная режущая кромка: линия пересечения задней и вспомогательной задней поверхностей для формирования обрабатываемой поверхности.
• Верхняя часть инструмента: пересечение основной режущей кромки и вспомогательной режущей кромки.

Углы режущей части и их влияние Углы, определенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, играют важную роль в геометрии режущего инструмента.:

• Основная режущая поверхность (нормальный срез): поверхность, перпендикулярная основной режущей поверхности. Это определяет:

Передний угол (гамма): угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной режущей поверхности, проходящей через основную режущую кромку. Положительный передний угол облегчает удаление стружки и снижает усилие резания, но ослабляет режущую кромку. Отрицательный передний угол (особенно для прочных материалов) усиливает кромки, но увеличивает сопротивление на резание.

Задний угол (альфа): угол между задней поверхностью и режущей поверхностью. Он обеспечивает свободный проход на обратной стороне относительно обработанной поверхности, что снижает трение. Если угол наклона спинки слишком мал, это приведет к сильному износу, а если угол наклона спинки слишком велик, режущая кромка будет слабой.

Угол заточки (бета): угол между передней и задней панелями. Является суммой углов гамма + альфа. Чем меньше угол заточки, тем острее инструмент, но при этом более долговечен.

Угол резания (дельта): угол между передней частью и направлением резания. Гамма равна -90 градусам.

• Основная плоскость: Плоскость, проходящая через верхнюю часть инструмента и перпендикулярная оси вращения детали (для токарной обработки) или плоскости подачи (для фрезерования). Характеризуется:

Основной угол в плоскости (phi): Угол между основной режущей кромкой и направлением подачи. Это влияет на ширину режущего слоя, долговечность инструмента и качество поверхности. Небольшие значения PHI увеличивают длину контакта инструмента с деталью, что улучшает качество поверхности, но увеличивает износ. Высокие значения PHI увеличивают радиальную составляющую силы сдвига.

Вспомогательный угол в плане (fi one): Угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи. Влияет на формирование обрабатываемой поверхности и удаление стружки.

• Плоскость, проходящая через основную режущую кромку и перпендикулярная к основной плоскости: она определяет:

Угол наклона основной режущей кромки (лямбда с): Угол между основной режущей кромкой и основной плоскостью. Это определяет направление падения стружки вдоль режущей кромки и влияет на срок службы инструмента. Положительные значения лямбда с способствуют удалению стружки с обрабатываемой поверхности, отрицательные - образованию "заусенцев".

Износ инструмента и его связь с геометрией. Износ режущего инструмента - это естественный процесс потери режущих свойств из-за механических, термических и химических воздействий в процессе резания. Геометрия инструмента существенно влияет на его стабильность:

• Износ задней поверхности (фаска износа): это происходит из-за трения тыльной стороны инструмента о поверхность обрабатываемой детали. Величина обратного альфа-угла непосредственно влияет на интенсивность износа. Слишком малый альфа-угол приводит к быстрому износу, слишком большой - к ослаблению режущей кромки.
• Износ передней поверхности (лунка износа): При этом образуется стружка, которая трется о переднюю поверхность и вызывает интенсивное тепловыделение. Передний гамма-угол и радиус закругления режущей кромки влияют на распределение напряжений и температуру в этой области.
• Образование пятен на режущей кромке: это происходит из-за хрупкости материала инструмента, разрушаемого циклическими нагрузками. Угол заточки "бета" и радиус закругления режущей кромки играют здесь ключевую роль. Небольшие углы заточки делают кромку более хрупкой.
• Термический износ: При высоких температурах резания материал инструмента растворяется. Геометрия, которая уменьшает усилие резания и деформацию стружки (например, большая положительная гамма), также уменьшает рассеивание тепла и, как следствие, термический износ.

Правильный выбор геометрии инструмента обеспечивает сбалансированное сопротивление резанию, легкое образование стружки и условия подачи отдачи тепла, что увеличивает срок службы инструмента и гарантирует стабильность процесса обработки.

Инструментальные материалы и покрытия. Геометрия инструмента тесно связана с его материалом (быстрорежущие стали, твердые сплавы, керамика, сверхтвердые материалы) и покрытием (TiN, TiAlN, AlTiN и др.) Твердые и хрупкие инструментальные материалы часто требуют использования отрицательных передних углов и радиусов скругления, чтобы поддерживать их в целостности. Износостойкие покрытия обеспечивают более агрессивную геометрию (большие положительные передние углы), поскольку они принимают на себя основную нагрузку при износе, что значительно повышает стабильность инструмента и позволяет обрабатывать материалы на высоких скоростях.

Список литературы:

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания материалов
2. Кузнецов Ю.Н., Доценко В.А., Тимченко А.И. Резание материалов. Инструменты и станки
3. Григорович В.К., Сальников В.А. Резание материалов и режущий инструмент