При механической обработке геометрия режущего инструмента играет решающую роль в определении качества обрабатываемой детали, срока службы инструмента и эффективности процесса. Одним из наиболее важных параметров геометрии инструмента является угол наклона. Несмотря на кажущуюся незначительность, угол наклона скоса значительно влияет на образование стружки, силу резания, тепловыделение и чистоту поверхности.
В этой статье рассматривается понятие переднего угла, его виды, влияние на производительность обработки и способы выбора подходящего переднего угла для различных материалов и операций.
Что такое наклонный угол при механической обработке?
При механической обработке под углом скоса понимается угол между передней режущей поверхностью инструмента и линией, перпендикулярной направлению резания. Эта геометрическая форма непосредственно влияет на взаимодействие между режущей кромкой и обрабатываемой деталью и определяет образование стружки, силу резания и чистоту поверхности.
Передний угол может варьироваться в зависимости от типа и области применения инструмента. Для одноточечных инструментов, используемых для точения, обычно указывается боковой угол наклона.
При фрезеровании задаются как радиальный, так и осевой углы наклона, поскольку каждое значение влияет на отклонение стружки и прочность кромки в разных направлениях. Эти измерительные плоскости обычно совпадают с направлением подачи и вектором скорости резания.
Существует два основных угла наклона рейки:
Положительный угол наклона рейки
Отрицательный передний угол наклона
Кроме того, в определенных ситуациях также используются нейтральные или нулевые грабли.
Выбор положительных и отрицательных углов наклона влияет на все — от энергопотребления до качества поверхности. Положительный угол наклона обеспечивает более острую режущую поверхность и снижает усилие, в то время как отрицательный угол наклона увеличивает прочность инструмента за счет увеличения угла наклона клина.
Типы наклонных углов и их характеристики
Положительный угол наклона рейки
Положительный угол наклона означает, что поверхность инструмента отклоняется от режущей кромки в направлении потока стружки. Данная конфигурация:
- Уменьшает усилие резания
- Способствует плавному удалению стружки
- Выделяет меньше тепла
- Улучшает чистоту поверхности
Лучше всего подходит для:
- Более мягкие или пластичные материалы (например, алюминий, медь, пластмассы)
- Машины с малой мощностью двигателя
- Области применения, где требуется острое режущее действие
Отрицательный передний угол наклона
В этом случае поверхность инструмента наклонена к режущей кромке, что обеспечивает более толстую и надежную геометрию инструмента.
Преимущества:
- Повышенная прочность режущей кромки
- Более высокая стойкость инструмента при обработке жестких материалов
- Лучше подходит для прерывистой резки или тяжелых операций
Лучше всего подходит для:
- Твердые металлы (например, нержавеющая сталь, никелевые сплавы)
- Операции с высокой скоростью или высокой подачей
- Ситуации, когда жесткость и долговечность инструмента имеют первостепенное значение
Нулевой или нейтральный угол наклона
Поверхность инструмента расположена перпендикулярно рабочей поверхности. Этот угол часто используется в твердосплавных инструментах или при резке очень твердых материалов.
Почему угол наклона рейки важен при механической обработке?
Угол наклона режущей кромки влияет на взаимодействие инструмента с материалом, контролирует поток стружки и определяет энергию, необходимую для удаления материала. Даже небольшая регулировка переднего угла может полностью изменить результат обработки.
Испытания на обработку низкоуглеродистой стали показали, что изменение угла наклона режущей кромки от -5° до +15° может привести к изменению мощности резания на 30%. Это не только влияет на энергопотребление, но и непосредственно влияет на износ инструмента и стабильность работы под нагрузкой. Более подходящий угол наклона режущей кромки может снизить усилие резания, что делает работу станка более эффективной и более прохладной.
Стружка, образующаяся благодаря правильной геометрии режущей кромки, становится тоньше и легче удаляется с передней режущей поверхности. Это снижает риск образования стружки и повышает гладкость поверхности до 40%.
В то же время отрицательные углы наклона могут распределять нагрузку на большие углы клина, тем самым продлевая срок службы инструмента при обработке твердых сплавов.
Геометрическая форма режущего инструмента, производительность, требования к чистоте поверхности и жесткость станка — все это влияет на выбор угла наклона режущей кромки. Это не просто теоретическое значение, оно также может определять образование стружки, характеристики режущей кромки и тепловой путь от инструмента к обрабатываемой детали.
Положительный угол наклона обычно позволяет снизить тангенциальное усилие резания на 10-25%, особенно при обработке пластичных материалов. Это означает, что вы можете удалить больше материала с меньшим сопротивлением, тем самым увеличивая скорость удаления материала и снижая общую нагрузку на режущую кромку.
С другой стороны, отрицательные передние углы обладают значительно большей прочностью. При испытании на поперечное разрушение они демонстрируют дополнительную прочность до 30%, что делает их идеальным выбором для периодической резки твердых сплавов. При обработке инструментальной стали или закаленной нержавеющей стали отрицательный угол наклона может продлить срок службы инструмента без необходимости частой замены лезвия.
Фактические данные показывают, что срок службы лезвий из твердого сплава при обработке высокоуглеродистой стали в 1,8 раза больше при температуре -5°, чем при температуре+5°. Это улучшение характеристик нельзя игнорировать. Однако не менее важно понимать, что чрезмерные положительные углы наклона (более+20°) могут снизить прочность лезвия. Это ускорит износ углубления в форме полумесяца и приведет к более частой повторной шлифовке.
Если вы хотите продлить срок службы инструмента при сохранении производительности обработки, лучше всего сбалансировать передний угол таким образом, чтобы глубина серповидного паза и износ задней режущей поверхности увеличивались с одинаковой скоростью.
Как угол наклона скоса влияет на образование стружки?
Образование стружки является одним из наиболее очевидных показателей, позволяющих определить, является ли передний угол оптимальным. + При переднем угле в 20° (который часто используется при обработке алюминия) часто получается чистая, скрученная стружка, форма которой напоминает цифру «6». Эта стружка легко удаляется и редко засоряет режущую поверхность, тем самым сводя к минимуму повторную резку и улучшая общее качество поверхности.
Таким образом, вы получите компактную и дробленую стружку, которая будет легко разламываться. В системах автоматизации с такой стружкой проще обращаться, и необходимость в стружкодробилках снижается, особенно при непрерывной обработке.
При увеличении отрицательного значения переднего угла также увеличивается степень сжатия стружки. Это увеличивает деформацию при сдвиге и тепловыделение, что влияет на состояние режущей кромки и толщину стружки инструмента. С другой стороны, нейтральные передние углы обычно образуют длинные стружки в форме полос, которые могут блокировать зону резания и ускорять износ поверхности передних углов.
Как угол наклона скоса влияет на производительность обработки
1. Силы резания
Положительный угол наклона режущей кромки уменьшает усилие резания, обеспечивая более плавное проникновение в заготовку. Отрицательный угол наклона, напротив, увеличивает сопротивление режущей кромки.
2. Образование стружки
Угол наклона скоса сильно влияет на поток стружки:
При положительном сглаживании получается более тонкая, скрученная стружка
Отрицательный наклон приводит к образованию более толстой и спрессованной стружки
Хороший контроль стружки имеет решающее значение для автоматизированной обработки, предотвращая повреждение инструмента и обеспечивая точность размеров.
3. Срок службы инструмента
Хотя плоские грабли более острые и легко режут, они могут изнашиваться быстрее. Плоские грабли более долговечны благодаря более прочной геометрии, особенно при высокой нагрузке или истирании.
4. Отделка поверхности
Положительные углы наклона, как правило, обеспечивают лучшее качество поверхности, особенно при резке мягких материалов на низких скоростях. Отрицательные углы наклона могут вызвать повышенное трение и повлиять на целостность поверхности, если их не компенсировать оптимизированными параметрами резания.
Вывод
Угол наклона является основополагающим элементом геометрии режущего инструмента, который напрямую влияет на эффективность обработки, долговечность инструмента, контроль стружки и качество поверхности. Понимание различий между положительными, отрицательными и нейтральными углами наклона позволяет инженерам и машинистам принимать более эффективные решения в зависимости от материала заготовки, условий обработки и целевых показателей производительности.
В век прецизионного производства оптимизация угла наклона рейки важна не только для повышения производительности инструмента, но и для повышения общей надежности процесса, качества деталей и экономической эффективности производства.