Геометрія токарного різця — кути заточування, площини, поверхні

До основних ріжучим інструментам, які використовуються при токарній обробці, відноситься різець, геометричні параметри якого визначають його технічні можливості, точність і ефективність обробки. Розбиратися в таких параметрах має будь-який фахівець, який вирішив присвятити себе токарному справі, оскільки правильний вибір кутів різця збільшує як тривалість експлуатації інструменту, так і продуктивність обробки.

Параметри токарних різців

Будь-токарний різець утворюють державка, необхідна для фіксації інструменту в утримувачі токарного верстата, і робоча головка, що забезпечує різання металу. Для розгляду геометричних параметрів токарного різця за зразок краще взяти прохідний інструмент.

На ріжучої частини токарного різця даного типу виділяють три поверхні:

• передню (по ній в ході обробки заготовки здійснюється сход металевої стружки);
• задні — головну і допоміжну (обидві повернені своєї лицьовою частиною до оброблюваної деталі).

Кромка інструменту, звана ріжучої (і безпосередньо бере участь в обробці), утворена перетином його передній і головною задньої поверхонь. В геометрії токарного різця виділяють і допоміжну ріжучу кромку. Вона, відповідно, утворена перетином передньої поверхні з допоміжною задньою.

Точку, в якій перетинаються головна і допоміжна ріжучі кромки, прийнято називати вершиною різця. Остання при різанні металу відчуває величезні навантаження, що призводять до її поломки. Щоб підвищити стійкість вершини різця, її в процесі заточки не загострюють, а трохи скругляют. Це вимагає введення такого параметра, як радіус при вершині. Є і ще один спосіб підвищення стійкості вершини токарного різця — формування перехідної ріжучої кромки, що має прямолінійну форму.

Найважливішими геометричними параметрами різців для токарної обробки є їх кути, які визначають взаємне розташування поверхонь інструменту. Параметри кутів варіюються в залежності від різновиду токарного різця і від ряду інших факторів:

• матеріалу виготовлення інструменту;
• умов його роботи;
• характеристик матеріалу, який потрібно буде обробляти.

Кути різців для токарної обробки

Щоб правильно визначати кути токарного інструменту, їх точні величини, їх розглядають в так званих вихідних площинах.

Кути і площини токарного різця

• Основна площина паралельна напрямками подач токарного різця (поздовжньої і поперечної) і збігається з його опорною поверхнею.
• Площина різання включає головну ріжучу кромку і проходить по дотичній по відношенню до поверхні обробки. Ця площина перпендикулярна до основної.
• Головна січна площина перетинає головну ріжучу кромку і розташовується перпендикулярно по відношенню до проекції, яку дана кромка відкладає на основну площину. Є ще й допоміжна площина січення типу, яка, відповідно, перпендикулярна проекції, що відкладається на основну площину допоміжної ріжучої крайкою.

Кути токарних різців, як уже говорилося вище, вимірюються саме в даних площинах і ті з них, які вимірюють у площині, званої головній січній, позначають як головні. Це, зокрема, головний передній, головний задній кути, а також кути загострення і різання.

Кут нахилу ріжучої кромки різця

Одним з найважливіших вважається головний задній кут токарного різця, який мінімізує тертя, що виникає при взаємодії задньої поверхні інструмента з деталлю, яку в даний момент обробляють (а значить, зменшує нагрів різця і продовжує термін його служби). Утворюється цей кут поверхнею різця (головною задньої) і площиною різання. Вибираючи даний кут при заточуванні інструменту, враховують тип обробки і матеріал заготовки. При цьому слід знати, що сильне збільшення розміру заднього кута призводить до швидкого виходу токарного різця з ладу.

Міцність і стійкість різального інструмента, зусилля, що виникають в ході обробки, визначаються параметрами переднього кута. Він знаходиться між передньою поверхнею токарного різця і площиною, в якій розташована головна ріжуча кромка (ця площина перпендикулярна площині різання). При заточуванні токарного різця, враховують ряд факторів, що впливають на величину даного кута:

• матеріал заготовки і самого інструменту;
• форму передньої поверхні;
• умови, в яких різець буде використовуватися.

Порядок заточування поверхонь токарного різця

Збільшення значення переднього кута, з одного боку, дозволяє поліпшити чистоту обробки, а з іншого — провокує зниження міцності і стійкості токарного різця. Такий кут, що отримується в результаті заточування, може мати позитивне і негативне значення.

Токарні різці з передніми кутами, які мають негативні значення, відрізняються високою міцністю, але виконувати обробку такими інструментами важко. Зазвичай заточку з переднім кутом, який має позитивне значення, використовують, коли треба буде обробка заготовки з вузького матеріалу, а також коли матеріал виготовлення інструменту відрізняється високою міцністю.

Різці з передніми кутами, що мають негативне значення, застосовують при обробці матеріалів з високою твердістю і міцністю, при виконанні переривчастого різання, коли матеріал виготовлення інструменту не володіє достатньою міцністю на вигин і погано сприймає ударні навантаження.

Параметрами, котрі характеризують геометрію різця для токарної обробки, також є кути різання і загострення. Кут різання, величина якого може варіюватися в межах 60-1000, знаходиться між поверхнею інструменту, званої передній, і площиною різання.

Величина даного кута безпосередньо залежить від твердості, якою володіє оброблюваний метал: чим вона вища, тим більше його значення. Кут загострення повністю відповідає своїй назві, він вимірюється між головною передньої і головної задньої поверхнями інструменту та характеризує ступінь загострення його вершини.

Характеризують токарний різець і кути в плані. Це головний, вимірюваний між напрямком поздовжньої подачі і проекцією, яку відкладає головна ріжуча кромка на основну площину, і допоміжний, утворений проекцією допоміжної різальної крайки на основну площину і напрямком поздовжньої подачі.

Контроль кутів різця

При заточуванні зазначені кути вибираються не довільно, а в залежності від типу токарного оброблення і жорсткості, якою володіє система «верстат — інструмент — заготовка». Так, обробку здебільшого металів можна проводити інструментами з головним кутом в плані, рівним 450, але тонкі й довгі заготовки слід обробляти різцями, у яких величина цього кута знаходиться в проміжку 60-900. Це необхідно для того, щоб виключити прогин і тремтіння деталі.

Допоміжний кут в плані одночасно корелює з чистотою обробки і зі стійкістю різця. З його зменшенням зростає чистота обробки і збільшується стійкість інструменту.

Крім розглянутих вище в геометрії токарних різців розрізняють кути:

• при вершині (вимірюваний між проекціями, які відкладають на основну площину головна і допоміжна ріжучі кромки).
• нахилу головної різальної крайки (утворюється лінією, яка паралельна основний площині і проходить через вершину різця, і самої ріжучої кромкою; захищає найбільш вразливу частину різця — його вершину — від руйнування).

Рекомендуємо вам подивитися відео, в якому досвідчений викладач-практик докладно розповідає про всі тонкощі будови токарних різців.

§ 7. Рубання металу

Рубання – це одна з основних слюсарних операцій. Застосовують її тоді, коли треба зняти шар металу без високої точності обробки. В одиничному або дрібносерійному виробництві, а також на різних ремонтних і монтажних роботах рубання виконують за допомогою різальних інструментів – зубила та крейцмейселя і ударного інструмента – молотка.

Рубання металу – слюсарна операція, при виконанні якої різальним і ударним інструментом із заготовки видаляють зайві шари металу, вирубують пази і канавки або розділяють заготовку на частини.

Зубила, мітчики, кернери та інший слюсарний інструмент виготовляють з вуглецевих інструментальних сталей. Вміст сірки та фосфору в якісній інструментальній сталі – 0,03–0,035 %, у високоякісній – 0,02–0,03 %.

Оскільки процес цей важкий і низькопродуктивний, у промислових умовах його механізують: рубання виконують за допомогою пневматичних і електричних молотків, для виготовлення заготовок з листового металу використовують спеціальні преси і штампи, а з високоміцної сталі – плазменне й лазерне рубання.

Слюсарна операція рубання металу відсутня у сучасному високотехнологічному виробництві завдяки його автоматизації на цій стадії обробки металу. Натомість рубання доводиться застосовувати, наприклад, під час ремонтних робіт з технікою, як-от: для прорубування мастильних канавок у вкладишах підшипників, розчищення старих мастильних шляхів (у вигляді канавок) у верстатах під час їх ремонту, відрубування головок заклепок та обрубування литва під час ремонту і відновлення військової техніки тощо.

Які інструменти використовують для рубання

Слюсарне зубило – різальний інструмент, що складається з головки (ударної частини) 4, стрижня 3 і робочої частини 2 – клиноподібної плоскої лопатки із заточеним лезом (різальна крайка) 1 (рис. 7.1). Головка зубила закруглена. Довжина зубил до 200 мм, довжина різальної крайки 3-5 мм. Виготовлені зубила загартовують.

Основною частиною зубила є клин. Кут загострення α (рис. 7.1) утворюється між передньою і задньою гранями клина.

Для рубання металу використовують зубила різної конструкції (рис. 7.2, а), сучасні слюсарні зубила виготовляють із захистом (рис. 7.2, б), особливо витривалими є зубила із ребрами жорсткості (рис. 7.2, в).

Залежно від того, який метал треба рубати, застосовують зубила з кутом загострення α від 45 до 75°. Для рубання чавуну, твердої сталі і твердої бронзи кут загострення дорівнює 70°, для рубання середньої і м’якої сталі – 60°, латуні, міді і цинку – 45°, дуже м’яких металів (алюмінію, свинцю) – 35-45°.

Рис. 7.1. Слюсарне зубило та кут загострення

Рис. 7.2. Зубила різної конструкції

Чим твердіший метал, тим більший кут загострення має бути у зубила.

Рис. 7.3. Крейцмейсель

Рис. 7.4. Канавочник

Якщо вісь інструмента розташована перпендикулярно до оброблюваної поверхні, то відбувається розрубування металу. Якщо вісь інструмента знаходиться під гострим кутом (меншим за 90°) до заготовки, то відбувається зняття стружки.

Крейцмейсель – інструмент, який подібний до зубила, але відрізняється від нього формою робочої частини, що має списоподібний вигляд і вужчу різальну крайку (рис. 7.3). Крейцмейселі виготовляють з інструментальної сталі. Для прорубування фігурних канавок під час виготовлення виробів невеликих розмірів використовують канавочник – зубило зменшених розмірів (рис. 7.4). Щоб крейцмейсель не заклинювався в канавці, його лезо має бути ширшим, ніж відтягнута частина. Для прорубування мастильних канавок у підшипниках застосовують спеціальні крейцмейселі з напівкруглим лезом – канавочники. Довжина крейцмейселя 200 мм, ширина різальної крайки 2-15 мм. Щоб лезо крейцмейселя було міцним і не викришувалось, його загартовують з відпуском.

Які є способи рубання листового металу

Рубають метал на плиті або в лещатах (рис. 7.5). Рубаючи метал на плиті, зубило ставлять майже вертикально на лінію розмічання. Після кожного удару зубило переміщують на половину різальної крайки – так досягають неперервного розрізу. Якщо заготовка товста, спочатку надрубують приблизно до половини товщини листа з одного боку, а потім з іншого.

Працюючи зубилом, треба дивитися на його лезо і лінію розмічання, а не на його головку (верхню частину зубила).

Рис. 7.5. Рубання металу: а – на плиті; б, в – у лещатах; г – тримання молотка

• Ручка молотка має бути без тріщин, а молоток на ній надійно закріплений.
• Користуватись треба тільки добре загостреним зубилом.
• Щоб уникнути травми, на верхній кінець зубила слід надягати гумову шайбу.
• Робоче місце під час рубання металу має бути відгороджене захисною сіткою.

Під час рубання в лещатах заготовка має бути надійно закріплена. Її встановлюють так, щоб лінія розмічання була на рівні верхньої площини губок лещат.

При рубанні металу необхідно стати впівоберта до лещат, виставивши ліву ногу вперед, а праву трохи відставивши. Права нога слугує опорою для корпуса. Корпус треба тримати прямо.

Рис. 7.6. Фрези зі швидкорізальної сталі

Якщо зубило роблять з інструментальної сталі, то яким інструментом виготовляють таке зубило? Адже для того щоб розрізати чи обрубати інструментальну сталь, треба застосовувати інструмент, виготовлений зі ще міцнішого матеріалу.

Таким матеріалом є швидкорізальна сталь. Вона відрізняється від вуглецевої інструментальної температурою плавлення. Швидкорізальна сталь може витримувати нагрівання під час різання до 500 °С, тоді як звичайна інструментальна сталь (з якої виготовляють слюсарний інструмент) – лише до 200 °С. Подальше збільшення температури за рахунок збільшення швидкості обертання буде призводити до розм’якшення сталі.

Робоча частина таких фрез може бути керамічною чи металокерамічною або з алмазного каменю. Ці матеріали також мають досить високу температуру плавлення під час тертя між різальною крайкою і оброблюваним матеріалом.

Правила безпечної праці під час рубання металу

• 1. Рубання виконуйте тільки в захисних окулярах і при встановленому захисному екрані.
• 2. Надійно закріплюйте заготовку в лещатах.
• 3. Працюйте лише справним інструментом.
• 4. Не можна стояти за спиною у товариша, який працює.
• 5. Закінчуючи роботу, зменшуйте силу удару.
• 6. Не перевіряйте якість рубання рукою на дотик.
• 7. Частинки металу з робочої поверхні змітайте щіткою.

Як заточувати зубило і крейцмейсель

Під час роботи зубила його грані стираються, різальна кромка втрачає гостроту. Затуплений інструмент заточують.

Заточують зубило на шліфувальному крузі (рис. 7.7). Взявши зубило в руки, його накладають на обертовий круг і з легеньким натисканням повільно пересувають уліво і вправо по всій ширині круга. Під час заточування зубило повертають то однією, то другою гранями, поперемінно їх заточуючи. Дуже натискувати зубилом на круг не можна, оскільки це може призвести до значного перегрівання інструмента і втрати його твердості.

Після закінчення заточування з різальної кромки зубила знімають задирки, обережно і поперемінно накладаючи грані на обертовий шліфувальний круг. Різальну крайку зубила після заточування заправляють абразивним бруском.

Зубило можна заточувати з подачею охолоджувальної рідини і на сухому крузі. Заточування з подачею охолодженої рідини краще, бо інакше доводиться часто відривати зубило від круга й охолоджувати у воді. Заточуючи зубило, треба пильно стежити, щоб різальна крайка була прямолінійною, а грані – плоскими, з однаковими кутами нахилу. Кут загострення при заточуванні перевіряється шаблоном (рис. 7.8).

На заточному верстаті учням самостійно працювати заборонено!

Рис. 7.7. Заточування зубила

Рис. 7.8. Шаблон для перевірки кута загострення

• 1. Чому лезо зубила роблять у формі клина?
• 2. З яких частин складається зубило?
• 3. Від чого залежить кут загострення різальної крайки зубила: від твердості матеріалу, який обробляється; від ширини зубила; від довжини зубила; від металу, з якого зроблене зубило?
• 4. На що необхідно звернути увагу перед початком роботи зубилом?
• 5. У чому відмінність між зубилом і крейцмейселем?
• 6. Як рубають метал на сучасному виробництві?
• 7*. Працюючи на шкільному свердлильному верстаті, треба чітко фіксувати оброблювану заготовку. Для цього можна використовувати плоскогубці чи ручні лещата, але недоліком більшості пропонованих конструкцій є погане кріплення заготовки. Запропонуйте власний варіант таких лещат або вдоскональте конструкцію (див. рис.) і виготовте її у шкільній майстерні.

Основою лещат слугує стальна пластина 400x40x7 мм. Для затискного гвинта 2 використано стальний стрижень діаметром 8 мм і довжиною 80 мм із різьбою М8 для гайки-баранця 3, притискної губки 4. У ній свердлять отвір для фіксуючого гвинта 5. Отвори 6 і 7 слугують для кріплення лещат на столі верстата.

Що таке гострий, прямий і тупий кути?

Уяви собi катання на санчатах по заснiженiй гiрцi взимку. Чи намагався/намагалася ти коли-небудь кататися на них по рiвнiй поверхнi? Це було весело? Я припускаю, що нi, тому що санчата, мабуть, просто стояли на мiсцi.

Щоб розiгнатися на санчатах, потрiбна гiрка. Те, наскiльки крутим є гiрка, можна описати за допомогою кута.

Коли кiнцi двох прямих стикаються в однiй точцi, вони утворюють кут. Кут позначають, проводячи дугу мiж двома прямими. Коли двi прямi утворюють кут, ми називаємо їх сторонами кута. Є три види кутiв: гострий, прямий i тупий.

Гострi кути

Перший вид кута — гострий кут. Усi кути, меншi за 9 0 ° , гострi, тобто всi кути, що меншi за прямий кут, гострi.

Прямi кути

Вуличний лiхтар, що стоїть прямо, утворює iз дорогою кут. Цей кут називається прямим кутом. Прямий кут — це будь-який кут, що дорiвнює 9 0 ° . Прямий кут часто позначають, проводячи в мiсцi з’єднання сторiн квадрат замiсть дуги.

Тупi кути

Нарештi розгляньмо тупi кути. Усi кути, бiльшi за 9 0 ° й меншi за 1 8 0 ° , є тупими кутами. Це означає, що тупi кути — це кути, якi бiльшi за прямий кут.

Коли ми проводимо пряму через iншу пряму, можуть статися двi речi. Отримаємо або два прямi кути, або один гострий i один тупий кути.

Подивися на транспортир. Чи можеш ти пояснити, як вiн влаштований?

Як можна побачити на транспортирi, в нього є внутрiшнє та зовнiшнє пiвкола з позначеними на ньому градусами. Внутрiшнє коло має подiлки вiд 0 ° до 1 8 0 ° проти годинникової стрiлки, а зовнiшнє — має подiлки вiд 0 ° до 1 8 0 ° за годинниковою стрiлкою. Деякi транспортири виглядають протилежно до того, що описане вище.

Транспортир можна використовувати в обидвох напрямках, тому вiн має градуси як за годинниковою, так i проти годинникової стрiлки. Пiд час вивчення геометрiї в тебе завжди має бути транспортир.