Режущий инструмент

Режущий инструмент — инструмент для обработки резанием,^[1] то есть инструмент для формирования новых поверхностей отделением поверхностных слоёв материала с образованием стружки.

Виды режущих  инструментов

Лезвийный инструмент

Резец — однолезвийный инструмент для обработки с поступательным или вращательным главным движением резания и возможностью движения подачи в нескольких направлениях.

Фреза — лезвийный инструмент для обработки с вращательным главным движением резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения.

Осевой режущий  инструмент — лезвийный инструмент для обработки с вращательным главным движением резания и движением подачи вдоль оси главного движения резания.

Сверло — осевой режущий инструмент для образования отверстия в сплошном материале и (или) увеличения диаметра имеющегося отверстия.

Зенкер — осевой режущий инструмент для повышения точности формы отверстия и увеличения его диаметра.

Развёртка — осевой режущий инструмент для повышения точности формы и размеров отверстия и уменьшения шероховатости поверхности.

Зенковка — осевой режущий инструмент для повышения точности формы отверстия и увеличения его диаметра.

Цековка — осевой режущий инструмент для обработки цилиндрического и (или) торцового участка отверстия заготовки.

Метчик

Плашка

Протяжка

Ножовочное полотно — многолезвийный инструмент в виде полосы с рядом зубьев, не выступающих один над другим, предназначенный для отрезания или прорезания пазов при поступательном главном движении резания.

Напильник

Шевер (англ. shaver) — зуборезный инструмент для шевингования — точно изготовленное зубчатое колесо с канавками на боковых поверхностях зубьев, образующих режущие кромки. Применяются также реечные и червячные шеверы.

Абразивный инструмент

По обрабатываемому материалу

Металлорежущий инструмент

Дереворежущий инструмент

По обрабатываемым элементам

Зуборезный инструмент

Резьбонарезной инструмент

По форме

Дисковый режущий инструмент

Цилиндрический режущий  инструмент

Конический режущий инструмент

Пластинчатый режущий  инструмент

 

По изготовлению

Цельный режущий инструмент

Разжимной режущий инструмент — режущий инструмент, в котором предусмотрена регулировка размера рабочей части путём её деформирования

Составной режущий инструмент — режущий инструмент с неразъёмным соединением его частей и элементов.

Сборный режущий инструмент — режущий инструмент с разъёмным соединением его частей и элементов.

Инструментальная головка

По применению

Ручной режущий инструмент

Машинный режущий инструмент

Машинно-ручной режущий инструмент

]По способу крепления

Насадной режущий инструмент

Хвостовой режущий инструмент

 

Резец

Резец (англ. tool bit) — режущий инструмент, предназначен для обработки деталей различных размеров, форм, точности и материалов. Является основным инструментом, применяемым при токарных, строгальных и долбёжных работах (и на соответствующих станках).

Для достижения требуемых  размеров, формы и точности изделия  с заготовки снимаются (последовательно  срезаются) слои материала при помощи резца. Жёстко закреплённые в станке резец и заготовка в результате относительного перемещения контактируют друг с другом, происходит врезание рабочего элемента резца в слой материала и последующее его срезание в виде стружки. Рабочий элемент резца представляет собой острую кромку (клин), который врезается в слой материала и деформирует его, после чего сжатый элемент материала скалывается и сдвигается передней поверхностью резца (поверхностью схода стружки). При дальнейшем продвижении резца процесс скалывания повторяется и из отдельных элементов образуется стружка. Вид стружки зависит от подачи станка, скорости вращения заготовки, материала заготовки, относительного расположения резца и заготовки, использования СОЖ и других причин.

В процессе работы резцы  подвержены износу (режущие кромки притупляются, а у резцов с твердосплавными пластинками наблюдается выкрашивание режущей части), поэтому осуществляют их переточку.^[⇨]

Основные типы резцов в  настоящее время стандартизованы.

 Резец с механическим  креплением сменной пластинки

Элементы токарного  резца

Элементы токарного прямого  проходного резца

Ниже приведены элементы резца на примере токарного прямого  проходного резца.

Токарный проходной резец  состоит из следующих основных элементов:

Рабочая часть (головка);

Стержень (державка) — служит для закрепления резца на станке.

Рабочую часть резца образуют:

Передняя поверхность — поверхность, по которой сходит стружка в процессе резания.

Главная задняя поверхность — поверхность, обращенная к поверхности резания заготовки.

Вспомогательная задняя поверхность — поверхность, обращенная к обработанной поверхности заготовки.

Главная режущая кромка — линия пересечения передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая  кромка — линия пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей.

Вершина резца — точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок.

Углы резца  и их назначения

На рисунке показана главная секущая плоскость. Передняя поверхность направлена вниз от главной режущей кромки, передний угол γ в этом случае считается положительным.

Для определения углов  резца установлены следующие  плоскости:

Плоскость резания — плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

Основная плоскость — плоскость, параллельная направлениям подач (продольной и поперечной).

Главная секущая плоскость — плоскость, перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Вспомогательная секущая  плоскость — плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

Главные углы измеряются в  главной секущей плоскости. Сумма  углов α+β+γ=90°.

Главный задний угол α — угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и деталью. С увеличением заднего угла шероховатость обработанной поверхности уменьшается, но при большом заднем угле резец может сломаться. Следовательно чем мягче металл, тем больше должен быть угол.

Угол заострения β — угол между передней и главной задней поверхностью резца. Влияет на прочность резца, которая повышается с увеличением угла.

Главный передний угол γ — угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания, проведённой через главную режущую кромку. Служит для уменьшения деформации срезаемого слоя. С увеличением переднего угла облегчается врезание резца в металл, уменьшается сила резания и расход мощности. Резцы с отрицательным γ применяют для обдирочных работ с ударной нагрузкой. Преимущество таких резцов на обдирочных работах заключается в том, что удары воспринимаются не режущей кромкой, а всей передней поверхностью.

Угол резания δ=α+β.

Вспомогательные углы измеряются во вспомогательной секущей плоскости.

Вспомогательный задний угол α₁ — угол между вспомогательной задней поверхностью резца и плоскостью, проходящей через его вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

Вспомогательный передний угол γ₁ - угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания, проведённой через вспомогательную режущую кромку

Вспомогательный угол заострения β₁ - угол между передней и вспомогательной задней плоскостью резца.

Вспомогательный угол резания  δ₁=α₁+β₁.

Углы в плане измеряются в основной плоскости. Сумма углов  φ+φ₁+ε=180°.

Главный угол в плане φ — угол между проекцией главной режущей кромки резца на основную плоскость и направлением его подачи. Влияет на стойкость резца и скорость резания. Чем меньше φ, тем выше его стойкость и допускаемая скорость резания. Однако при этом возрастает радиальная сила резания, что может привести к нежелательным вибрациям.

Вспомогательный угол в плане  φ₁ — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки резца на основную плоскость и направлением его подачи. Влияет на чистоту обработанной поверхности. С уменьшением φ₁ улучшается чистота поверхности, но возрастает сила трения.

Угол при вершине в  плане ε — угол между проекциями главной и вспомогательной режущей кромкой резца на основную плоскость. Влияет на прочность резца, которая повышается с увеличением угла.

Угол наклона главной  режущей кромки измеряется в плоскости, проходящей через главную режущую  кромку перпендикулярно к основной плоскости.

Угол наклона главной  режущей кромки λ — угол между главной режущей кромкой и плоскостью, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Влияет на направление схода стружки.

Углы резца  в процессе резания

При смещении резца относительно оси детали, а также при наличии  движения подачи плоскость резания  поворачивается, в связи с чем значения углов меняются.

Если вершину резца  установить выше или ниже оси детали, то плоскость резания отклонится от вертикального положения на угол τ. При наружном точении с установкой резца выше оси детали действительный передний угол γ_смещ увеличивается, а α_смещ уменьшается на угол τ. При внутреннем точении углы изменяются в обратном направлении.

При продольной подаче в  результате вращательного движения детали и поступательного движения резца стружка срезается по винтовой поверхности. Плоскость резания при этом отклоняется от своего положения в статике на угол μ. Чем больше величина подачи, тем больше отклонение. Передний угол в кинематике γ_кин увеличивается, а α_кин уменьшается на угол μ. При поперечной подаче поверхность резания будет представлять собой спираль, а задний угол будет уменьшаться с приближением резца к оси детали.

Действительную величину углов резца в главной секущей  плоскости с учётом установки  резца и кинематики процесса можно  определить:

γ_д=γ+μ±τ

α_д=α-μ±τ

На действительные углы резца  влияет также износ передней и  задней поверхностей резца.

Классификация резцов

По направлению подачи бывают:

Правые. Правым называется резец, у которого при наложении на него сверху ладони правой руки так, чтобы пальцы были направлены к его вершине, главная режущая кромка будет находиться под большим пальцем. На токарных станках эти резцы работают при подаче справа налево, то есть к передней бабке станка.

Левые. Левым называется резец, у которого при наложении на него левой руки указанным выше способом главная режущая кромка окажется под большим пальцем.

По конструкции бывают:

Прямые — резцы, у которых ось головки резца является продолжением или параллельна оси державки.

Отогнутые — резцы, у которых ось головки резца наклонена вправо или влево от оси державки.

Изогнутые — резцы, у которых ось державки при виде сбоку изогнута.

Оттянутые — резцы, у которых рабочая часть (головка) уже державки.

Конструкции токарей- и конструкторов-новаторов (частные случаи) и прочие.

Конструкции Трутнева — с отрицательным передним углом γ, для обработки весьма твердых материалов.

Конструкции Меркулова — с повышенной стойкостью.

Конструкции Невеженко — с повышенной стойкостью.

Конструкции Шумилина — с радиусной заточкой на передней поверхности, применяются на высоких скоростях обработки.

Конструкции Лакура — с повышенной виброустойчивостью, которая достигается тем, что главная режущая кромка расположена в одной плоскости с нейтральной осью стержня резца.

Конструкции Борткевича — имеет криволинейную переднюю поверхность, что обеспечивает завивание стружки и фаску, упрочняющую режущую кромку. Предназначен для получистовой и чистовой обработки стальных деталей, а также для обточки и подрезки торцов.

Расточный резец  Семинского — высокопроизводительный расточный резец.

Расточный резец "улитка" Павлова — высокопроизводительный расточный резец.

Резьбонарезной  резец Бирюкова.

Круглые чашечные самовращающиеся.

По сечению стержня бывают:

прямоугольные.

квадратные.

круглые.

 

 

По способу изготовления бывают:

цельные — это резцы, у которых головка и державка изготовлены из одного материала.

составные — режущая часть резца выполняется в виде пластины, которая определённым образом крепится к державке из конструкционной углеродистой стали. Пластинки из твердого сплава и рапида припаиваются или крепятся механически.

По роду материала бывают:

из инструментальной стали.

из углеродистой стали. Обозначение такой стали начинается с буквы У, её применяют при малых скоростях резания.

из легированной стали. Теплостойкость легированных сталей выше, чем у углеродистых и поэтому допустимые скорости резания для резцов из легированных сталей в 1,2-1,5 раза выше.

из быстрорежущей  стали (высоколегированной). Обозначение такой стали начинается с буквы Р (Рапид), резцы из неё обладают повышенной производительностью.

из твердого сплава. Резцы, оснащённые пластинками из твёрдых сплавов, позволяют применять более высокие скорости резания, чем резцы из быстрорежущей стали.

металлокерамические.

вольфрамовые. Сплавы группы ВК состоят из карбида вольфрама, сцементированного кобальтом.

титановольфрамовые. Сплавы группы ТК состоят из карбидов вольфрама и титана, сцементированных кобальтом.

титанотанталовольфрамовые. Сплавы группы ТТК состоят из карбидов вольфрама, титана и тантала, сцементированных кобальтом.

минералокерамические. Материалы на основе технического глинозема (Аl₂O₃) обладают высокой теплостойкостью, но в то же время и высокой хрупкостью, что ограничивает их широкое применение.

керметовые. Основой этих материалов является минералокерамика, но для снижения хрупкости в нее вводят металлы и карбиды металлов.

эльборовые. На основе кубического нитрида бора.

алмазные.

По характеру установки  относительно обрабатываемой детали резцы могут быть двух типов:

радиальные. Работают с установкой перпендикулярно оси обрабатываемой детали. Имеют широкое применение в промышленности за счет простоты своего крепления и более удобного выбора геометрических параметров режущей части.

тангенциальные. При работе тангенциального резца усилие Рг направлено вдоль оси резца, благодаря чему тело резца не подвергается изгибу. Применяется главным образом на токарных автоматах и полуавтоматах, где основой является чистота обработки.

По характеру обработки бывают:

обдирочные (черновые).

чистовые. Чистовые резцы отличаются от черновых увеличенным радиусом закругления вершины, благодаря чему шероховатость обработанной поверхности уменьшается.

резцы для тонкого  точения.

 

По виду обработки

По применяемости на станках  резцы разделяются на

токарные

строгальные

долбежные

Резец, снимающий стружку  при прямолинейном взаимном перемещении  резца и материала, называется строгальным (при горизонтальном резании) или  долбежным (при вертикальном). Характер работы строгального и долбежного резцов одинаков и отличается от работы токарных резцов, где резание непрерывно. Как при строгании, так и при  долблении резец режет только при рабочем ходе. В то же время  в моменты начала и конца каждого  хода возникают толчки, вредно влияющие на работу этих резцов.

Токарные резцы

проходные — для протачивания заготовок вдоль оси ее вращения.

подрезные — для подрезания уступов под прямым углом к основному направлению обтачивания или для выполнения торцевания.

отрезные — для отрезки заготовок под прямым углом к оси вращения или для прорезания узких канавок под стопорное кольцо и др.

расточные — для растачивания отверстий.

фасочные — для снятия фасок.

фасонные — для индивидуальных токарных работ. При обработке фасонных деталей обычные токарные резцы не обеспечивают точности получения профиля и малопроизводительны. В крупносерийном и массовом производстве в качестве основного вида режущего инструмента для обработки сложных деталей находят применение специальные фасонные резцы. Они обеспечивают идентичность формы (шаблона), точность размеров и высокую производительность.

прорезные (канавочные) - для образования канавок на наружных и внутренних цилиндрических поверхностях.

резьбонарезные — для нарезания резьб.

Строгальные и  долбежные резцы

проходные — для строгания верхней поверхности обрабатываемой детали;

боковые — подрезные для строгания детали с боков;

отрезные и  прорезные — для разрезания детали и прорезания канавок;

долбяки — долбёжные резцы для долбления внутренних шпоночных пазов в отверстиях или внутренних шлицов;

 

Фреза

Фреза́ — инструмент с несколькими режущими лезвиями (зубьями) для фрезерования. Виды фрез по геометрии (исполнению) бывают — цилиндрические, торцевые, червячные, концевые, конические и др. Виды фрез по обрабатываемому материалу - дерево, сталь, чугун, нержавеющая сталь, закаленная сталь, медь, алюминий, графит. Материал режущей части — быстрорежущая сталь, твёрдый сплав, минералокерамика, металлокерамика или алмаз, массив кардной проволоки. В зависимости от конструкции и типа зубьев фрезы бывают цельные (полностью из одного материала), сварные (хвостовик и режущая часть состоит из различного материала, соединённые сваркой), напайные (с напаянными режущими элементами), сборные (из различного материала, но соединённые стандартными крепёжными элементами — винтами, болтами, гайками, клиньями). Отдельно выделяют фрезерные головки — фрезы со сменными пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали. Также такие фрезы часто называют механическими, а головку без ножей - корпусом. На рисунке представлена торцовая фреза с механическим креплением твёрдосплавных пластин.

Торцевая фрез

 

Концевые фрезы

 

Концевые фрезы.

Концевые фрезы представляют собой группу фрез, отличающихся креплением в шпинделе фрезерного станка. Крепление  фрез в шпинделе станка производят при помощи цилиндрического или  конического хвоста. Зубья на цилиндрической части конструируют аналогично зубьям цилиндрических фрез, а на торцовой части аналогично зубьям на торцовой части торцевых фрез. Концевые фрезы  подразделяют на:

концевые обыкновенные с неравномерным окружным шагом зубьев, с цилиндрическим и коническим хвостовиками;

концевые, оснащённые коронками и винтовыми пластинками из твёрдого сплава;

концевые шпоночные с цилиндрическим и коническим хвостовиками;

шпоночные, оснащённые твёрдым сплавом;

концевые для Т-образных пазов;

концевые для сегментных шпонок.

Угловые фрезы

Угловые фрезы находят  применение преимущественно для  фрезерования канавок. Они бывают:

одноугловые;

двухугловые.

Одноугловые фрезы применяют для фрезерования прямых канавок на фрезах и другом инструменте.

Двухугловые несимметричные фрезы применяют для фрезерования прямых и винтовых канавок, а симметричные для фрезерования канавок фасонных фрез.

 

Дисковые фрезы

Дисковые фрезы необходимы для резки, разрезов или других операций, связанных с грубой обработкой металла  или неметалла.

Дисковые фрезы бывают трёх типов:

шлицевые или шпоночные;

двусторонние;

трёхсторонние.

Шлицевые дисковые фрезы  имеют зубья только на цилиндрической поверхности. Для уменьшения трения по торцам толщина фрезы делается на периферии больше, чем в центральной  части у ступицы. Важным элементом  дисковой пазовой фрезы является ширина, так как фреза предназначена в том числе и для обработки пазов. Важной областью применения дисковой пазовой фрезы является распиловка заготовок из дерева и металла.

Двусторонние дисковые фрезы, кроме зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности, имеют зубья на торце.

У трёхсторонних дисковых фрез зубья расположены на цилиндрической поверхности и на обоих торцах. Условия резания у торцовых зубьев менее благоприятны, чем у зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности. Небольшая глубина канавки у  торца не даёт возможности получить необходимые задние и передние углы.

Дисковые фрезы со сменными твердосплавными пластинами могут  быть регулируемыми, т.е. в зависимости  от положения картриджей, к которым  крепятся пластины, фреза может делать пазы различной ширины.

Фрезы бывают с напайными  пластинами и со сменными.

Зачастую фрезы применяют  для профилирования деревянных деталей  для изготовления деревянных евроокон, дверного штапика, для мебельных фасадов, изготовления окон, филенчатых дверей, дверей под стекло, филенки и дверной коробки, плинтуса, реечного плинтуса, европлинтуса, изготовления галтелей, полугантелей, штапов, полуштапов, стенового бруса, для обработки пазов, обработки четвертей, изготовления доски пола паркета, для изготовления фасонных многопрофильных изделий, обшивочной доски вагонки, наличника, поручня, стенового бруса, обработки кромок бруса, для изготовления радиусной обшивочной доски для стенового бруса типа BLOCK-HOUSE.

Фрезы со сферической  головкой

Используются для изготовления и др. деталей сложной формы. Таких, как штампы, пресс-формы, лопатки турбин и т.д. Хотя чаще фрезы со сферической головкой изготавливаются цельнотвердосплавными (монолитными), но встречаются и варианты со сменными пластинами.

Фрезы со сферической головкой

 

 

.Монолитные фрезы

Монолитные фрезы — это фрезы, выполненные полностью из твердосплавного материала. Иногда их называют «пальчиковые фрезы». Их применение позволяет значительно ускорить процесс обработки, экономя время на замену/заточку и увеличивая скорость прохода в пять — шесть раз. Также твёрдый сплав в режущем инструменте служит для обработки стали в закалённом виде, что исключает погрешности от деформации. В монолитные фрезы выпускаются следующих сплавов: Т5К10, Т15К6, ВК8, ВК10-ОМ. Самый передовой сплав — ВК10-ОМ, он отличается экономичностью и повышенной износоустойчивостью.

Зарубежные производители  используют каждый свои марки сплавов. Состав, как правило, держится в секрете. Характерно, что типы фрез и их материала  сильно варьируются в зависимости  от обрабатываемого материала. Часто  целая линейка фрез может быть предназначена для обработки  только одного вида материалов (алюминий, жаропрочная сталь, графит и т.д.) Другой отличительной особенностью иностранных производителей является широкое использование покрытий, среди которых наиболее распространенным является нитрид титана. Такие покрытия обладают твердостью, большей, чем твердый сплав, и существенно повышают стойкость инструмента.

 

Сверло

Сверло́ — режущий инструмент с вращательным движением резания и осевым движением подачи, предназначенный для выполнения отверстий в сплошном слое материала. Свёрла могут также применяться для рассверливания, то есть увеличения уже имеющихся, предварительно просверленных отверстий, и засверливания, то есть получения несквозных углублений.

 

Спиральные cвёрла по металлу с конусными хвостовиками Морзе № 1, 2, 3 и 4

Классификация свёрл

 

Некоторые виды свёрл: A — по металлу; B — по дереву; C — по бетону; D — перовое сверло по дереву; E — универсальное сверло по металлу или бетону; F — по листовому металлу; G — универсальное сверло по металлу, дереву или пластику. 
Хвостовики: 1, 2 — цилиндрический; 3 — SDS-plus; 4 — шестигранник; 5 — четырёхгранник; 6 — трёхгранник; 7 — для шуруповёртов.

По конструкции рабочей  части бывают:

Спиральные (винтовые) — это самые распространённые свёрла, с диаметром сверла от 0,1 до 80 мм и длиной рабочей части до 275 мм широко применяются для сверления различных материалов.

Конструкции Жирова — на режущей части имеются три конуса с углами при вершине: 2φ=116…118°; 2φ₀=70°; 2φ₀^'=55°. Тем самым длина режущей кромки увеличивается, и условия отвода тепла улучшаются. В перемычке прорезается паз шириной и глубиной 0,15D. Перемычка подтачивается под углом 25° к оси сверла на участке 1/3 длины режущей кромки. В результате образуется положительный угол γ≈5°.

Плоские (перовые) — используются при сверлении отверстий больших диаметров и глубин. Режущая часть имеет вид пластины (лопатки), которая крепится в державке или борштанге или выполняется заодно с хвостовиком.

Для глубокого  сверления (L≥5D) — удлинённые винтовые свёрла с двумя винтовыми каналами для внутреннего подвода охлаждающей жидкости. Винтовые каналы проходят через тело сверла или через трубки, впаянные в канавки, профрезерованные на спинке сверла.

Конструкции Юдовина и Масарновского — отличаются большим углом наклона и формой винтовой канавки (ω=50…65°). Нет необходимости частого вывода сверла из отверстия для удаления стружки, за счет чего повышается производительность.

Одностороннего  резания — применяются для выполнения точных отверстий за счёт наличия направляющей (опорной) поверхности (режущие кромки расположены по одну сторону от оси сверла).

Пушечные — представляют собой стержень, у которого передний конец срезан наполовину и образует канал для отвода стружки. Для направления сверла предварительно должно быть просверлено отверстие на глубину 0,5…0,8D.

Ружейные — применяются для сверления отверстий большой глубины. Изготовляются из трубки, обжимая которую, получают прямую канавку для отвода стружки с углом 110…120° и полость для подвода охлаждающей жидкости.

Кольцевые — пустотелые свёрла, превращающие в стружку только узкую кольцевую часть материала.