126225 (Нарезание крепежной резьбы резцом), страница 2

Чтобы вырезать резьбовую впадину резец перед началом каждого прохода (рабочего хода) перемещают на определенное расстояние в направлении, перпендикулярном к оси детали. Это движение является движением подачи, а расстояние, на которое переместился резец, подачей, измеряемой в миллиметрах на двойной ход резца. Подача может быть как постоянной, так и изменяться от прохода к проходу резца.

Схема резания характеризует форму и размеры сечения срезаемого слоя для каждого прохода резца. При нарезании метрической резьбы используются два направления врезания резца: перпендикулярно к оси резца (радиальное врезание) и вдоль правой стороны профиля резьбы (боковое врезание). При радиальном врезании все три режущих кромки резца: вершинная и две боковые срезают слои материала детали. Поэтому все три кромки являются главными. При боковом врезании слои материала детали срезают только две кромки: вершинная и одна из боковых, которые являются главными. Вторая боковая режущая кромка, совпадающая со стороной профиля, вдоль которого осуществляется врезание, материал не срезает, а только формирует боковую поверхность резьбы, и поэтому является вспомогательной.

4.2 Особенности стружкообразования при радиальном врезании резца

Превращение срезаемого слоя в стружку при нарезании резьбы резцом проходит в крайне сложных условиях. Это связано с тем, что при радиальном врезании все три кромки резца участвуют в резании, срезая слои материала по всему рабочему периметру.

Встречные потоки деформируемого материала детали, перемещаясь по передней поверхности резца в направлениях, перпендикулярных к режущим кромкам, пересекаясь, мешают друг другу, увеличивая тем самым степень деформации срезаемого слоя.

Чем больше глубина врезания резца, тем условия стружкообразования становятся тяжелее, так как боковые поверхности резьбы все более ограничивают свободное формирование стружки. Поэтому превращение срезаемого слоя в стружку при нарезании резьбы резцом в деформационном аспекте можно отнести к наиболее тяжелому случаю резания с крайне стесненным стружкообразованием.

4.3 Тепловые явления при нарезании резьбы резцом

Источниками образования тепла при нарезании резьбы резцом является теплота деформации, образующаяся на условных плоскостях сдвига, соответствующих вершинной и боковой режущим кромкам резца, и теплота трения, образующаяся на контактных площадках передней и трех задних поверхностей. Теплообмен между резцом и деталью осуществляется через контактные площадки передней и задней поверхностей, где возникают тепловые потоки определенного направления и интенсивности.

Характер теплообмена между резцом и деталью изменяется при увеличении глубины врезания. Тепловые потоки, текущие через задние поверхности резца и примыкающие к ним поверхности резания, как правило, направлены от резца в деталь. Тепловые потоки, проходящие через стружку и контактные площадки передней поверхности, прилегающие к боковым кромкам, на первых проходах резца направлены из стружки в резец. При определенной глубине врезания, когда рабочая длина боковых режущих кромок становится намного больше толщины срезаемого слоя, тепловые потоки, текущие через переднюю поверхность, изменяют свое направление, и теплота начинает течь из резца в стружку. Это улучшает условия работы резца, так как часть теплоты, образующейся в районе вершинной режущей кромки, через боковые контактные площадки уходит в стружку и деталь.

Температуры на контактных площадках резца не одинаковы, и соотношение между ними также меняется при изменении глубины врезания.

При первых проходах резца место максимальной температуры находится в пересечении вершинной режущей кромки с боковыми; на последних проходах резца максимальная температура – в середине контактной площадки передней поверхности, примыкающей к вершинной режущей кромке. Температура резания, измеренная естественным образом термопарой, несколько ниже максимальных температур, устанавливающихся в характерных точках контактных площадок.

Температура резания, измеренная естественным образом термопарой, на последнем проходе резца увеличивается при увеличении подачи и скорости резания. Несмотря на то, что подача при нарезании резьбы по сравнению с точением меньше, температуры резания достигают относительно большого значения, что связано со значительно большей суммарной шириной срезаемого слоя и меньшей массой режущей части резьбового резца.

4.4 Влияние направления врезания резца на показатели процесса резания

Направление врезания резца не влияет на толщину слоя, срезаемого вершинной режущей кромкой, и общую площадь сечения срезаемого слоя. Однако направление врезания изменяет как общую форму слоя, так и площади слоев, срезаемых боковыми кромками. Изменение направления врезания с радиального на боковое превращает коробчатую форму сечения срезаемого слоя в угловую. При этом толщина слоя, срезаемого одной из боковых режущих кромок, при нарезании метрической резьбы увеличивается в два раза. При нарезании упорной резьбы врезание резца по биссектрисе угла профиля уравнивает толщины слоев, срезаемых обеими боковыми кромками, приближая форму сечения срезаемого слоя к той, которая соответствует нарезанию метрической резьбы с радиальным врезанием. Изменение общей формы сечения срезаемого слоя и соотношения между шириной и толщиной слоев, срезаемых боковыми режущими кромками, сказывается на деформационных и тепловых показателях процесса нарезания резьбы.

Боковое врезание несколько уменьшает коэффициент усадки стружки. Это связано с улучшением условий стружкообразования, так как встречный поток стружки от одной из боковых режущих кромок резца при боковом врезании отсутствует. Имеет значение и то, что толщина слоя, срезаемого боковой режущей кромкой резца при боковом врезании, в два раза больше, чем при радиальном. Известно, что с увеличением толщины срезаемого слоя степень его деформации уменьшается. Отличие коэффициентов усадки стружки при радиальном и боковом врезании заметнее при невысоких скоростях резания, когда стружкообразование протекает в более тяжелых условиях. Увеличение скорости резания облегчает процесс образования стружки и разность значений коэффициента усадки стружки при боковом и радиальном врезании уменьшается.

Уменьшение степени деформации при боковом врезании по сравнению с радиальным приводит к уменьшению силы резания и ее главной составляющей также как и коэффициента усадки стружки. Боковое врезание влияет на главную составляющую силы резания тем слабее, чем выше скорость резания.

Боковое врезание уменьшает работу резания и, как следствие, количество выделяемого тепла, однако при этом ухудшаются условия теплоотвода в стружку и деталь на боковой режущей кромке, не участвующей в резании. Поэтому при боковом врезании температура резания не намного ниже, чем при радиальном. Боковое врезание увеличивает период стойкости резца.

С позиции формирования фасонного контура нарезание резьбы с врезанием по биссектрисе угла профиля и с радиальным врезанием осуществляется по профильной схеме резания, а с боковым врезанием для одной из сторон впадин резьбы – по генераторной. Известно, что генераторная схема резания по сравнению с профильной характеризуется большей шероховатостью обработанной поверхности. Поэтому можно было ожидать, что при боковом врезании шероховатость поверхности резьбы, обработанной режущими кромками резца, не участвующими в резании, должна быть выше. Однако эксперименты этого не подтверждают.

Направление врезания резца при скоростях резания, соответствующих режущим возможностям твердого сплава, мало влияют на высоту микронеровностей и различные направления врезания в этом отношении не имеют существенных преимуществ друг перед другом.

5. Конструкции и геометрические параметры резцов

5.1 Конструкции резцов

При нарезании резьбы используются резцы как из быстрорежущих сталей, так и с пластинками твердых сплавов. Резцы из быстрорежущих сталей разделяются на стержневые, с приваренной режущей пластинкой или головкой и с резцовой вставкой, закрепленной в державке резца с помощью зажимного устройства.

Твердосплавные резьбовые резцы бывают с припаянной пластинкой, с механическим креплением перетачиваемой пластинки, с механическим креплением неперетачиваемой пластинки.

Резьбовые резцы с припаянной пластинкой твердого сплава просты по конструкции, но им в полной мере присущи все недостатки этого способа присоединения пластинки к корпусу инструмента. Поэтому в последнее время широкое распространение получили резцы с механическим креплением пластинок твердого сплава, которые значительно повышают стойкость резцов.

Широкое применение в токарных резцах неперетачиваемых многогранных пластинок, обеспечивающих помимо повышения стойкости быструю замену затупившейся режущей части, коснулось и конструкции резьбовых резцов.

Для уменьшения вспомогательного времени, затрачиваемого на пробные проходы после снятия со станка затупившегося резца и установки нового или переточенного, применяются взаимозаменяемые резцы. Для регулировки и установки резца в резцедержателе в державке предусмотрены резьбовые упоры. Настройку резца на необходимый размер производят вне станка в специальном приборе с помощью эталонного резца.

5.2 Теоретический профиль передней поверхности резьбового резца

Теоретический профиль передней поверхности резца совпадает с осевым профилем нарезаемой резьбы только при переднем угле резца, равном нулю. Если передний угол резца не равен нулю, то теоретический профиль находится с помощью коррекционного расчета.

Часто крепежную резьбу нарезают резцом с некорректированным профилем передней поверхности, у которого углы наклона сторон профиля равны углам осевого профиля резьбы. При использовании стандартных неперетачиваемых пластинок корректировка профиля передней поверхности вообще невозможна. При некорректированном профиле резца нарезанная резьба будет иметь некоторую угловую погрешность осевого профиля.

Осевой профиль резьбы, нарезаемой резцом с некорректированным профилем передней поверхности, становится несимметричным. Угловая ошибка осевого профиля резьбы равна разности углов некорректированного и теоретического профиля передней поверхности. Она увеличивается при увеличении абсолютного значения переднего угла резца. У резцов с пластинками из твердых сплавов значение переднего угла, как правило, не превышает плюс-минус десять градусов, что соответствует максимальной угловой ошибке в тридцать девять минут. Поэтому при нарезании крепежной резьбы резцами, значение переднего угла которых колеблется в указанном диапазоне, коррекционный расчет профиля передней поверхности можно не производить.

5.3 Геометрические параметры резца

Режущая часть резьбового резца для нарезания метрической резьбы характеризуется следующими геометрическими параметрами: углами между проекциями боковых режущих кромок резца на опорную плоскость и боковыми плоскостями резца; передним и задним углами, лежащими в секущей плоскости, перпендикулярной к вершинной режущей кромке; задними углами, лежащими в секущих плоскостях, перпендикулярно к проекциям боковых режущих кромок резца на опорную плоскость; углами наклона боковых режущих кромок резца, лежащих в плоскостях, проходящих через указанные кромки, перпендикулярно к опорной плоскости; нормальными передними углами, нормальными задними углами, лежащими в плоскостях, перпендикулярных к боковым режущим кромкам резца.

Вершинную режущую кромку выполняют в виде прямой линии или дуги окружности определенного радиуса.

5.4 Рабочие геометрические параметры резца

Вследствие того, что простое рабочее движение резца является составным, его рабочие геометрические параметры отличаются от статистических.

Если отличие рабочих задних углов от статистических значительно, то это необходимо учитывать при проектировании резцов.

5.5 Вершинная режущая кромка

Из режущих кромок резца вершинная находится в наиболее тяжелых условиях. У нее наибольшая толщина срезаемого слоя и наименьшее отношение ширины срезаемого слоя к толщине. Ограниченная масса вершины резца затрудняет отвод тепла от вершинной режущей кромки. Вследствие этого средняя теплонапряженность вершинной режущей кромки значительно выше, чем боковых. Таким образом, для повышения износостойкости резца необходимо максимально увеличить ее длину.

Если вершинная режущая кромка очерчена дугой окружности, то ее радиус должен быть максимально возможным. Для этого так же, как и при увеличении длины прямолинейной режущей кромки, может быть использована часть допуска на средний диаметр резьбы.

Заточка вершинной режущей кромки резца по дуге окружности повышает стойкость резца и предельное значение подачи, при которой происходит хрупкое разрушение вершины резца. Увеличение радиуса вершины режущей кромки при нарезании метрической резьбы позволяет повысить допускаемую скорость резания.

5.6 Материал режущей части и оптимальные геометрические параметры резцов

При нарезании резьбы на резьботокарных полуавтоматах и универсальных токарных станках, оснащенных резьбонарезающим устройством, применяются резцы с пластинками из твердых сплавов. Применение резцов из быстрорежущей стали оправдано только при нарезании резьбы на универсальных токарных станках вручную или когда нет возможности назначить скорость резания равную оптимальной скорости резания для твердого сплава.