Резец для обработки поверхностей

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ РЕЗЕЦ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Шатуров Денис Геннадьевич Жолобов Александр Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) 1. Резец для обработки поверхностей, имеющий на режущей своей части переднюю и заднюю поверхности, пересечение которых образует главное и вспомогательное режущие лезвия, при этом задние поверхности резца заточены под острым углом относительно плоскости, проходящей через лезвия перпендикулярно опорной плоскости резца, и имеют на задних поверхностях резца фаску, прилегающую к лезвиям и расположенную под нулевым углом относительно той же плоскости, отличающийся тем, что фаска на задних поверхностях резца заточена под углом, не превышающим угла трения между материалом резца и материалом обрабатываемой детали, а ширина фаски назначена меньше ширины приработочного износа лезвия и определена из соотношенияф 00 0 ,1000 з где ф - ширина фаски на задней поверхности, мкм 0 - оптимальная величина износа задней поверхности резца, мкм 0 - период стойкости резца, мин 71742011.04.30- скорость резания, м/мин 0 - относительный размерный износ резца, мкм/км 3 - задний угол заточки задней поверхности резца. 2. Резец по п. 1, отличающийся тем, что фаска на задней поверхности резца с круговым режущим лезвием заточена по всему периметру кругового режущего лезвия. 3. Резец по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что при обработке углеродистых сталей ширина фаски назначена из соотношения ф 0,340.(56) 1. Резников А.Н. Теплофизика резания. - М. Машиностроение, 1969. - С. 147-149, 162. 2. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. - М. Машиностроение,1966. - С. 150-152 (прототип). 3. Справочник технолога машиностроителя / Под ред. А.Г.Косьяновой,Р.К.Мещерякова. - М. Машиностроение, 1986. - С. 74. Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использована при обработке заготовок на металлорежущих станках. Известны призматические и чашечные резцы для обработки поверхностей с ограниченной длиной контакта их задней поверхности с заготовкой 1. Уменьшение длины контактной площадки оказывает влияние на интенсивность тепловых потоков в контакте резец - изделие, что снижает температуру резания. Ограничение контакта задней поверхности с заготовкой осуществлялось за счет заточки задней поверхности с нулевым углом (а 30) и образование фаски шириной с 0,254 мм. Известны призматические резцы чистовой обработки, где задняя грань резца затачивается под нулевым углом (30) до получения фаски ф равной величине приработочного износа лезвия зн, где зн или п - ширина поверхности фаски лезвиязн 0,8 /0,66 , где 3 - задний угол заточки резца. Оптимальная ширина фаски составляз ет ф 0,10,2 мм 2. Как уменьшение, так и увеличение ширины фаски сверх оптимальных значений приводит к росту начального и относительного износа. С другой стороны утверждается, что скорость резания, подача и глубина резания на величину зн заметного влияния не оказывают. По мнению других авторов, оптимальная длина задней поверхности, т.е. ширина фаски, должна быть различной для разных условий резания. Она (фаска) должна увеличиваться с увеличением подачи, глубины и скорости резания. Таким образом, в настоящее время нет однозначного ответа, какая должна быть оптимальная ширина фаски и как она зависит от параметров режима обработки. Неизменность ширины фаски с нулевым задним углом в известном резце (по прототипу) и ее независимость от режимов резания не позволяет оптимизировать условия обработки и получить максимально возможную стойкость инструмента, что сужает область его применения. Задачей настоящей полезной модели является повышение стойкости инструмента и расширение его технологических возможностей при изменении режимов резания. Указанная задача достигается тем, что, согласно полезной модели, в резце для обработки поверхностей, имеющем на режущей своей части переднюю и заднюю поверхности,пересечение которых образует главное и вспомогательное режущие лезвия, при этом задние поверхности резца заточены под острым углом относительно плоскости, проходящей через лезвия перпендикулярно опорной плоскости резца, и имеют на задних поверхностях резца фаску, прилегающую к лезвиям и расположенную под нулевым углом относительно 2 71742011.04.30 той же плоскости, фаска на задних поверхностях резца заточена под углом, не превышающим угла трения между материалом резца и материалом обрабатываемой детали, а ширина фаски назначена меньше ширины приработочного износа лезвия и определена из соотношенияф 00 0 ,1000 з где ф - ширина фаски на задней поверхности, мкм 0 - оптимальная величина износа задней поверхности резца, мкм 0 - период стойкости резца, мин- скорость резания, м/мин 0 - относительный размерный износ резца, мкм/км а 3 - задний угол заточки задней поверхности резца. Кроме того, целесообразно, чтобы, согласно полезной модели, фаска на задней поверхности резца с круговым режущим лезвием заточена по всему периметру кругового режущего лезвия. Кроме того, целесообразно, чтобы, согласно полезной модели, при обработке углеродистых сталей ширина фаски назначена из соотношения ф 0,340. Изнашиванию инструмента присущи два периода начальный (приработочный) износ знп (фиг. 7) и продолжительность его наступления п зависят от материалов режущего инструмента и изделия и режимов резания. Второй период износа характеризуется нормальным износом инструмента, прямо пропорциональным пути резания. Интенсивность этого периода износа принято оценивать относительным размерным износом 0 (мкм/км). Зависимость износа этого периода составляет с осью абсцисс, соответствующей путирезания или временирезания, угол наклона, равный , фиг. 7. Кривые износа от времени резания могут быть аппроксимированы степенной функциейз 0 0 0 илиз 0 ( / 0 )0 , где 0 - оптимальная величина износа задней поверхности 0 - период стойкости инструмента- время резания 0 - показатель степени. Рассмотрим износ резца, не имеющего фаски на задней поверхности. Износ резца за времяего работы происходит по линии 1 (фиг. 7), по зависимостиз 0 ( / 0 )0 . Точка А на линии износа соответствует концу времени приработки лезвия и начало нормального износа лезвия. Она характеризуется временемприработки лезвия и величиной приработочного износа п (фиг. 7). При величине износа задней поверхности, равной п (точка А, фиг. 7), наступает температурное равновесие в контакте задняя поверхность резца - деталь. Количество теплоты,поступающего в резец со стороны изделия, равно количеству теплоты, поступающей от резца через его заднюю поверхность в изделие. Этот момент и характеризует начало нормального изнашивания инструмента. Период стойкости резца без фаски равен 0 (фиг. 7). Ширина фаски приработочного износа равна п, а время приработки лезвия равно 1 10 00,где 0 - показатель степени в функции величины износа з задней поверхности резца от времениобработки Рассмотрим работу резца, когда на задней поверхности образована фаска шириной фп (по прототипу), равной ширине площадки износа конца приработки (отрезок ОС,фиг. 7). В этом случае нормальный износ начинается с точкии заканчивается в точке 2,когда он достигает величины 0. В результате имеем период стойкости резца равный 010-п, т.е. меньший, чем период стойкости 0 резца без фаски. Это уменьшение периода стойкости 0 может достигать 30 и более. Таким образом, предварительная заточка фаски шириной, равной величине приработочного износа пф под углом з 0 уменьшает общую стойкость резца. В настоящий момент авторам неизвестны технические решения, в которых были бы отражены указанные отличия, достаточные для получения эффекта, указанного в цели изобретения. Отсюда следует вывод, что данные отличия являются существенными. На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция призматического резца на фиг. 2 изображен предлагаемый резец в аксонометрии на фиг. 3 изображено сечение резца плоскостью, перпендикулярной главному лезвию резца на фиг. 4 изображено сечение резца плоскостью перпендикулярной вспомогательному лезвию резца на фиг. 5 показана конструкция чашечного резца на фиг. 6 показана проекция конструкции чашечного резца на опорную плоскость на фиг. 7 показаны кривые износа задней поверхности резцов от времени резания. Резец содержит державку 1 с жестко установленной на ней режущей пластиной 2, которая имеет переднюю поверхность 3, заднюю главную поверхность 4 и заднюю вспомогательную поверхность 5 (фиг. 1 фиг. 3). Пересечение передней и задних поверхностей образует главное 6 и вспомогательное 7 режущие лезвия, общей точкой которых является точка- вершина резца. Передняя поверхность резца заточена под углом з, а задние главная и вспомогательная поверхности соответственно под углами з и з 1 (обычно з 1 з), измеренными в плоскостях - и 1-1, перпендикулярных к главному 6 и вспомогательному 7 лезвиям и опорной 8 плоскости резца (фиг. 1). Вдоль главного и вспомогательного 7 режущих лезвий на задних поверхностях 4 и 5 резца заточкой образована фаска 9 шириной ф, прилегающая к лезвиям и расположенная под углом ф относительно плоскости перпендикулярной опорной плоскости 8 и проходящей соответственно через главное 6 и вспомогательное 7 режущие лезвия. Угол ф выбирают из соотношения ф 0,где ф - угол наклона фаски- угол трения между материалом резца и материалом обрабатываемой детали 0 - коэффициент трения между материалом резца и материалом обрабатываемой детали. При фобеспечивается пластический контакт поверхности фаски с поверхностью обрабатываемой заготовки, что гарантирует отсутствие воздушных микропустот в контакте и наличие устойчивого теплообмена между соприкасающимися поверхностями резца и детали с самого начала резания. Кроме того, при заточке фаски под углом ф 0 имеет место уменьшение силы резания, что способствует повышению точности обработки и стойкости инструмента. Ширина фаски определяется величиной отрезка ОД, получающегося при продолжении линии 1 нормального изнашивания инструмента до оси ординат,1000 з где ф - ширина фаски на задней поверхности, мкм 0 - оптимальная величина износа задней поверхности при чистовой обработке,0400 500 мкм 0 - период стойкости резца, мин- скорость резания, м/мин 0 - размерный относительный износ лезвия резца, мкм/км (см. таблицу) з - задний угол заточки резца пр - приведенный период стойкости резца.ф Относительный размерный износ 0 (мкм/км) при чистовом точении 3 Материал детали Материал резца Углеродистая сталь Легированная сталь Чугун Т 15 К 6 5-7 9-10 Т 5 К 10 8 12-13 ВК 8 13-14 ВК 6 14 Отметим, что главное 6 и вспомогательное 7 лезвия резца расположены соответственно под угламии 1 относительно плоскости 10, проходящей через вершинурезца перпендикулярно к опорной плоскости 8 и боковой плоскости 11 державки 1 (фиг. 1). Конструкция чашечного резца состоит из державки 1 и режущей конической пластины 2 (фиг. 5), где главная и вспомогательная задние поверхности представляют собой одну коническую поверхность 4 и образуют в пересечении с передней поверхностью 3 круговое режущее лезвие 6, имеющее в условной точке- вершине резца углы 10. Фаска 9 на задней конической поверхности заточена по всему периметру кругового режущего лезвия под углом ф и шириной ф, как и для призматического резца. При обработке углеродистых сталей ширина фаски равна ф 0,340. Предлагаемый резец работает следующим образом. При наличии фаски шириной фОД (фиг. 7) изнашивание задней поверхности резца начинается с точки , лежащей на одной линии с точкой Д и соответствующей времени п 1 приработки лезвия для резца, не имеющего фаску на задней поверхности. По линии износаосуществляется окончательная приработка лезвия. В точкеначинается период нормального изнашивания инструмента по линии 1. Стойкость резца в этом случае равна 0201 (фиг. 7). Поскольку в начале обработки имеем, по сравнению с шириной п приработки лезвия, уменьшенную ширину фаски на задней поверхности, то это обстоятельство увеличивает интенсивность теплового потока в зоне контакта задней поверхности резца с деталью. Это приводит с начального момента обработки к тепловому 71742011.04.30 равновесию в контакте задней поверхности резца с деталью. Износ резца будет происхо дить по линии ДАВ, а период стойкости резца будет равен 0, т.е. 020 . Таким образом, стойкость предлагаемого резца будет больше аналога, т.е. 0201 или 02001 . Резец с круговым режущим лезвием можно использовать для обработки поверхностей с периодическим или непрерывным перемещением режущего лезвия вокруг своей геометрической оси при ротационном резании. Пример. Ведется обработка стального вала, материал сталь 40 призматическим резцом. Режимы обработки глубина резания 0,5 мм подача 0,5 мм/об скорость резания 250 м/мин. Задний угол заточки резца зз 11007 мкм/км 033 мин 0500 мкм 00,12(0,12)6,8 угол заточки фаски ф 3. Определяем ширину фаски 725033500328172 мкм. ф 00 05001000 з 1000 10 Показатель степени 0 равен Ширина фаски приработочного износа равна п 0330,58,25 мин. Определяем период стойкости резца по прототипу 010-п 338,2524,75 мин. Таким образом, при заточке резца по прототипу, когда фп 250 мкм, имеем уменьшение периода стойкости резца на 25 . Определим период стойкости резца при его заточке по предлагаемому варианту, когда ф 172 мкм и ф 3. 0233 мин. Таким образом, при заточке резца по предлагаемому варианту имеем максимальное уменьшение стойкости резца на 17 . То есть этот вариант заточки резца обеспечит, по сравнению с прототипом, повышение периода стойкости резца на 8 . Минимальное уменьшение стойкости резца равно нулю, 02033 мин. Тем самым расширяются технологические возможности инструмента. Назначение величины фаски в зависимости от режима обработки скорости резания и стойкости резца позволяют оптимизировать процесс обработки с точки зрения получения наивысшей стойкости инструмента, повышения точности обработки и производительности. 6 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7