4.4 Износ поверхности фасонных резцов

При работе фасонные резцы изнашиваются по задним и передним поверхностям с образованием площадок износа. Превалирующим является износ по задним поверхностям, от которого зависят размер припуска при переточках, общее количество переточек и срок службы инструмента. Кроме того, износ влияет также на точность обработки и период размерной стойкости резцов. Износ по задним поверхностям имеет немонотонный характер (рисунок 30), что объясняется разными путями и скоростями резания участков лезвия, а также разными задними углами и силами резания.

Рис. 30. Характер износа задней поверхности

фасонного призматического резца (а), обозначение углов

в плане φ (б) и углов сопряжения ω (в)

на участках 1-6 лезвия резца

Опыт показывает, что наибольший износ имеют обычно участки, имеющие минимальные углы α_NX и φ_х = О (участок 4-5) и максимальные пути резания (участок 3-4), а наименьший износ - участки с φ_х = 90° минимальными путями (участок 1-2 и 5-6). Большое влияние на износ оказывает также конфигурация профиля резца. Хорошую износостойкость показывают участки с φ_х = 45°, а износ сопряженных участков зависит от угла сопряжения ω (см. рисунок 30, в). С уменьшением угла ω от 180° (участки, параллельные детали) до 60° стойкость резцов из быстрорежущих сталей уменьшается в 10 раз. Период стойкости Т является важнейшей характеристикой резцов. Установлено, что часто лимитируется участком лезвия, первым вступающим в резание, или работающим в наиболее тяжелых условиях, ω = 40 ... 60°). Точка режущего лезвия, имеющая минимальный период стойкости, и будет определять эксплуатационный период стойкости резца. В процессе резания фасонными резцами толщина срезаемых слоев материала соизмерима с радиусом скругления режущего лезвия ρ. Установлено, что максимальную стойкость показывают резцы, у которых передние и задние поверхности имеют шероховатость Ra = 0,32 ... 0,16 мкм, а ρ = 25...30 мкм. Поэтому эти значения должны быть указаны в рабочих чертежах фасонных резцов, а при разработке технологических процессов изготовления резцов целесообразно вводить операцию доводки их поверхностей.

4.5. Анализ условий работы и эффективности фр в производстве

После проектирования ФР конструктор обязательно должен сделать анализ условий работы точек режущих кромок с целью повышения эффективности резцов в производстве.

Приведём методику про ведения анализа условий работы точек режущей кромки РФ, разработанную на кафедре ИСАП СамГТУ.

Как было указано раньше, в точках режущей кромки (РК) наблюдаются разные условия резания (скорость, время работы, углы резания и др.), которые приводят которые приводят к неодинаковому их износу и периоду стойкости. Поэтому на практике часто приходится снимать ФР со станка и отправлять их на переточку, т. к. износ в отдельных точках РК достигает допустимого критерия износа, зависящего от материала резца (для ФР из быстрорежущей стали критерий износа − 0,2 ... 0,6 мм , а для твердосплавных − 0,3 ... 0,4 мм [2.3] ), в то время как остальные участки РК имеют меньший износ и могли бы дальше участвовать в работе, т. е. имеется резерв. Дальнейшая работа таким резцом недопустима, т. к. это приводит к потере точности по профилю обработанных деталей и возможность образования брака. Поэтому конструктор должен кроме расчёта размеров профиля резца обязательно сделать анализ условий работы и рассчитать период стойкости (Т) в точках РК при выбранных режимах резания.

В настоящее время имеются формулы по расчёту величины Т у фасонных резцов, приведённые в [11] но не дана методика расчёта и анализа условий работы точек РК в зависимости от углов резания, профиля детали, условий обработки и других факторов. Все эти факторы в точках РК резца действуют по разному и неоднозначно, что при водит к решению сложной инженерной задачи при проектировании инструмента, а знание величины Т в точках необходимо для правильной эксплуатации резцов в производстве. При сложном профиле детали целесообразно, в ряде случаев, разделить сложный профиль детали на участки и обрабатывать их несколькими фасонными резцами (например, на рисунке 30, в − это два резца Р₁ и Р₂) за несколько переходов. В этом случае можно достигнуть примерно близких значений Т в точках РК, что позволит повысить эффективность их работы и общий срок службы резцов. Окончательно этот вопрос решает конструктор после расчёта их экономической эффективности.

Опишем методику расчета периода стойкости и анализ условии работы режущих точек резцов, а также рекомендации по применению ФР при металлообработке.

В основу положены исследования и разработки, полученные в [2 - 5,11], а также производственный опыт подшипниковых заводов г. Самары.

Для проектирования необходимо создать расчетную схему (см. рисунок 28), в которой фасонный резец при обработке показан в конечном положении. Для круглого фасонного резца, такая схема показана в работе [2]. При этом участок резца 1_р-2_р является базовым и лежит на оси детали, от него будут производится все расчеты диаметральных и геометрических размеров резца по методике, подробно описанной автором в [2,3 и 5] разделе "фасонные резцы".

У круглых фасонных резцов задний угол α создаётся за счёт смещения оси резца Ор на величину К = Rн · sin·α относительно оси детали О (RH - наружный радиус резца), а передний угол получается за счёт заточки.

Режущая кромка резца с точками 1р-6р состоит из ряда участков, которые в процессе резания обрабатывают деталь по всему заданному профилю в точках 1-6. При этом следует заметить, что от базовой точки 1 (2) до остальных точек с уменьшением наружного диаметра инструмента передний угол в продольной плоскости уменьшается, а задний угол α, наоборот, увеличивается, что создаёт разные условия резания и износ поверхностей (задней и передней) резца. Как показывают исследования на износ по задней поверхности ФР большее влияние оказывает нормальный задний угол (α_N), который во многом зависит от угла в плане.

Особенность фасонных резцов заключается так же в том, что скорость резания в точках РК резца за счёт глубины профиля детали изменяется от максимальной в начале обработки до минимальной в конце обработки при постоянном числе оборотов шпинделя (n). Поэтому при анализе условий работы необходимо это учитывать, а при расчетах величины Т принимать средние значения Vсх в точках резца.

м/мин,

где d_cx - средний диаметр участка при обработке, d_cx = 0,5 (d_o + d_x), мм;

d_x - диаметр точки х детали в конце обработки.

После этого каждая точка РК резца х в процессе обработки проходит разный путь резания, зависящий от глубины профиля детали h_дх = 0,5 (d₀ + d_x), величин d_cx и s.

При обработке одной детали величина lx рассчитывается по формуле:

, км

Износ точек РК фасонных резцов влияет на точность обработки профиля детали и на размерный период стойкости резца. Интенсивность износа при нормальном износе (второй период кривой износа) можно рассчитать по формуле:

, мкм,

где U₀- относительный износ, зависящий от материала резца и детали, мкм/км,

l_ox - общий путь резания в процессе работы резца, l_ox = l_x · n_д (n_д - общее число обработанных деталей, определяемое по формуле n_д = l_д/l_x), шт.;

l_дх - величина допустимого пути, рассчитывается по формуле: l_дх = U_д / U₀, км.

Допустимый износ Uд в точках резца рекомендуется [2] принимать равным U_д = (0,4 - 0,6) · Т_д , где Т_д - допуск на высоту профиля участка детали.

Если допуск по высоте профиля для всех точек детали одинаковый, то величина U_д будет постоянна. Если допуск разный, то U_д рассчитывается для каждого участка профиля, а лимитирующий − будет их минимальное значение.

Размерная стойкость резца:

Т_рх = n_д · t₀ , мин, (4.1)

где t₀ - время обработки одной детали в минуту (t₀ = h_дм/(n·S), мин), s - подача, мм/об, h_дм - максимальная глубина профиля детали, в мм.

Очень важным при эксплуатации является выбранный период стойкости, который зависит от размерной стойкости РК точек резца (Т_рх) или от режущих свойств инструментального материала и условий резания в точках резца (Т_Х). В практике и теории металлообработки выполнены многочисленные и трудоёмкие исследования, по которым составлены общемашиностроительные нормативы режимов резания по разным видам работ (токарные, фрезерные и др.) и приведены эмпирические формулы для расчёта оптимальной скорости, действующих сил резания, расходуемая мощность и др.

В работе [11] по результатам многочисленных исследований приведена формула для расчета стойкости в любой точке х фасонных резцов.

, мин (4.2)

где C_v, т и у - величины, зависящие от обрабатываемого материла, приведены в [11] , V и S - режимы резания;

,

где К_х, К_р, К_m, К₀ - соответственно коэффициенты, зависящие от материала резца, от обрабатываемого материала, применяемого охлаждения, приведены в [11]. Значение коэффициента Ко при работе без охлаждения, с охлаждением сульфофрезолом и эмульсией соответственно равны: 1,00; 1,18 и 1,28.

Как показано в работе [11] износ участков ФР во многом зависит также от углов в плане φ и нормальных задних углов U_N, влияние которых можно учесть через коэффициенты К_φ и К_α, т.е.:

.

Наибольший износ, при примерно равных условиях, имеют участки резца с φ = 0° (участок 4 - 5) , далее имеют износ участки с

0° < φ < 45° (участок 2-3) и меньший износ наблюдается на участках 45°≤ φ ≤ 90° (участок 1-2 и 5 - 6). При этом влияние угла φ на стойкость носит немонотонный характер, что требует в ряде случаев проведения дополнительны исследований. В таблице 30 приведены значения Кφ в зависимости от угла φ полученные после аппроксимации экспериментальной кривой, полученной в [11].

Таблица 30

Значение Кφ в зависимости от угла φ

Величина φ, град	2	5	10	20	30	40	50	60	I	70	80	90
Коэффициент, Кφ	0,16	0,32	0,43	0,69	0,88	0,98	1	0,98	I	0,95	0,88	0,77

Коэффициент К_α учитывает нормальный задний угол в точках резца (таблица 31).

Таблица 31

Значение Кα в зависимости от угла α

Величина α, град	1	2	3	4	5
Коэффициент, Кα	0,8	0,88	0,92	0,96	1,00

Для анализа условий работы рекомендуется построить график изменения величины T_px по точкам резца, или составить таблицу. период стойкости резца определяется из значений величин T_xo, T_px . Минимальное значение этих величин и будет период стойкости Т, который определяет эффективность работы фасонного резца в производстве.