Процесс резания материалов является фундаментальной основой современного машиностроения и металлообработки. Без качественного и правильно подобранного режущего инструмента невозможно создание ни одной металлической детали — от простейшего болта до сложнейших узлов авиационных двигателей. Данная статья открывает цикл‚ посвященный теории и практике резания материалов‚ и в первой части мы подробно рассмотрим базовые понятия‚ классификацию и геометрию режущего инструмента.

Сущность процесса резания

Резание материалов — это процесс механического воздействия на заготовку с целью изменения ее формы‚ размеров и шероховатости поверхности путем удаления лишнего слоя материала (припуска)‚ который превращается в стружку.

Для осуществления процесса резания необходимо выполнение двух основных условий:

• Режущий инструмент должен быть существенно тверже и прочнее обрабатываемого материала.
• Кинематика движения — инструмент и заготовка должны совершать относительные движения (главное движение резания и движение подачи).

Классификация режущих инструментов

Мир режущего инструмента невероятно разнообразен. Инструменты классифицируются по нескольким ключевым признакам:

По характеру обработки (технологическому признаку)

1. Токарные — резцы (проходные‚ отрезные‚ резьбовые‚ расточные).
2. Сверлильные и расточные — сверла‚ зенкеры‚ развертки‚ расточные головки.
3. Фрезерные — фрезы (цилиндрические‚ торцевые‚ концевые‚ дисковые‚ червячные).
4. Строгальные и долбежные — строгальные резцы‚ долбежники.
5. Протяжные — протяжки (внутренние и наружные).
6. Нарезающие резьбу, метчики‚ плашки‚ резьбонакатные ролики.
7. Зуборезные — долбяки‚ зуборезные рейки‚ червячные фрезы.
8. Абразивные — шлифовальные круги‚ хоны (работают по принципу микрорезания множеством абразивных зерен).

По способу крепления

• Хвостовые — крепление осуществляется с помощью хвостовика (конического или цилиндрического). Пример: сверла‚ метчики‚ концевые фрезы.
• Насадные — инструмент имеет центральное отверстие и насаживаеться на оправку (шпиндель станка). Пример: торцевые фрезы‚ шлифовальные круги.

По конструкции

• Цельные — изготовлены из одного куска инструментального материала.
• Составные — корпус из конструкционной стали‚ а рабочая часть (пластина) из твердого сплава или быстрореза‚ припаяна или приварена.
• Сборные, механическое крепление сменных многогранных пластин (СМП) на корпусе из державочной стали. Это самый современный и распространенный тип для станков с ЧПУ.

Геометрия режущей части инструмента

Эффективность резания‚ стойкость инструмента и качество обработанной поверхности напрямую зависят от формы его режущей части. Рассмотрим геометрию на примере простейшего токарного резца.

Основные элементы и поверхности

Режущий клин образуется пересечением двух главных поверхностей:

• Передняя поверхность — поверхность‚ по которой сходит стружка в процессе резания.
• Задняя поверхность, поверхность‚ обращенная к обрабатываемой детали. Она может быть главной (обращена к поверхности резания) и вспомогательной (обращена к обработанной поверхности).
• Режущая кромка — линия пересечения передней и задней поверхностей. Различают главную режущую кромку (выполняет основную работу) и вспомогательную. Точка пересечения главной и вспомогательной кромок называется вершиной резца.

Углы режущего инструмента

Для определения углов инструмента вводятся координатные плоскости: основная плоскость‚ плоскость резания и главная секущая плоскость (перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость).

В главной секущей плоскости измеряются:

1. Передний угол (γ) — угол между передней поверхностью инструмента и основной плоскостью. Он влияет на процесс стружкообразования и усилие резания. Чем больше передний угол‚ тем легче идет резание‚ но тем слабее лезвие инструмента.
2. Задний угол (α) — угол между задней поверхностью инструмента и плоскостью резания. Его главная задача — уменьшить трение между задней поверхностью резца и поверхностью резания заготовки.
3. Угол заострения (β) — угол между передней и задней поверхностями. Он определяет прочность режущего клина (β = 90° ⎼ γ ⎼ α).
4. Угол резания (δ), угол между передней поверхностью и плоскостью резания (δ = α + β).

В основной плоскости измеряются:

1. Главный угол в плане (φ) — угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Влияет на толщину и ширину среза‚ а также на радиальную силу резания (отжимающую инструмент от детали).
2. Вспомогательный угол в плане (φ₁) — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Влияет на шероховатость обработанной поверхности.
3. Угол при вершине (ε) — угол между проекциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость (ε = 180° ⸺ φ ⸺ φ₁).

В плоскости резания измеряется:

• Угол наклона главной режущей кромки (λ) — угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью. Он определяет направление схода стружки и прочность вершины инструмента при ударных нагрузках (например‚ при прерывистом резании).

Понимание классификации и геометрии режущего инструмента — это ключ к грамотной организации любого производственного процесса. Правильно выбранные углы заточки и тип инструмента позволяют минимизировать износ‚ снизить энергозатраты на резание и добиться требуемого качества детали.

В Части 2 нашего обзора мы подробно рассмотрим материалы‚ из которых изготавливают современные режущие инструменты (от углеродистых сталей до нанокомпозитных покрытий)‚ а также факторы‚ влияющие на износ и стойкость инструмента в процессе эксплуатации.