Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7174
(13) U
(46) 2011.04.30
(51) МПК (2009)
B 23B 27/00
(54) РЕЗЕЦ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
(21) Номер заявки: u 20100675
(22) 2010.07.29
(71) Заявитель: Государственное учре-
ждение высшего профессионально-
го образования "Белорусско-
Российский университет" (BY)
(72) Авторы: Шатуров Денис Геннадьевич;
Жолобов Александр Алексеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
учреждение высшего профессиональ-
ного образования "Белорусско-Россий-
ский университет" (BY)
(57)
1. Резец для обработки поверхностей, имеющий на режущей своей части переднюю и
заднюю поверхности, пересечение которых образует главное и вспомогательное режущие
лезвия, при этом задние поверхности резца заточены под острым углом относительно
плоскости, проходящей через лезвия перпендикулярно опорной плоскости резца, и имеют
на задних поверхностях резца фаску, прилегающую к лезвиям и расположенную под ну-
левым углом относительно той же плоскости, отличающийся тем, что фаска на задних
поверхностях резца заточена под углом, не превышающим угла трения между материалом
резца и материалом обрабатываемой детали, а ширина фаски назначена меньше ширины
приработочного износа лезвия и определена из соотношения
,
tg1000
VuT
f
з
00
0ф
α
−δ=
где fф - ширина фаски на задней поверхности, мкм;
δ0 - оптимальная величина износа задней поверхности резца, мкм;
T0 - период стойкости резца, мин;
Фиг. 2
BY7174U2011.04.30

2. BY 7174 U 2011.04.30
2
V - скорость резания, м/мин;
u0 - относительный размерный износ резца, мкм/км;
α3 - задний угол заточки задней поверхности резца.
2. Резец по п. 1, отличающийся тем, что фаска на задней поверхности резца с круго-
вым режущим лезвием заточена по всему периметру кругового режущего лезвия.
3. Резец по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что при обработке углеродистых сталей
ширина фаски назначена из соотношения
fф = 0,34δ0.
(56)
1. Резников А.Н. Теплофизика резания. - М.: Машиностроение, 1969. - С. 147-149, 162.
2. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. - М.: Машиностроение,
1966. - С. 150-152 (прототип).
3. Справочник технолога машиностроителя / Под ред. А.Г.Косьяновой,
Р.К.Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 74.
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к металлообра-
ботке, и может быть использована при обработке заготовок на металлорежущих станках.
Известны призматические и чашечные резцы для обработки поверхностей с ограни-
ченной длиной контакта их задней поверхности с заготовкой [1].
Уменьшение длины контактной площадки оказывает влияние на интенсивность теп-
ловых потоков в контакте резец - изделие, что снижает температуру резания. Ограничение
контакта задней поверхности с заготовкой осуществлялось за счет заточки задней поверх-
ности с нулевым углом (αа3 = 0) и образование фаски шириной fс < 0,254 мм.
Известны призматические резцы чистовой обработки, где задняя грань резца затачи-
вается под нулевым углом (α3 = 0) до получения фаски fф равной величине приработочно-
го износа лезвия hзн = δn, где hзн или δп - ширина поверхности фаски лезвия;
66,0
ззн /8,0h α= , где α3 - задний угол заточки резца. Оптимальная ширина фаски составля-
ет fф = 0,1...0,2 мм [2].
Как уменьшение, так и увеличение ширины фаски сверх оптимальных значений при-
водит к росту начального и относительного износа. С другой стороны утверждается, что
скорость резания, подача и глубина резания на величину hзн заметного влияния не оказы-
вают.
По мнению других авторов, оптимальная длина задней поверхности, т.е. ширина фас-
ки, должна быть различной для разных условий резания. Она (фаска) должна увеличи-
ваться с увеличением подачи, глубины и скорости резания. Таким образом, в настоящее
время нет однозначного ответа, какая должна быть оптимальная ширина фаски и как она
зависит от параметров режима обработки. Неизменность ширины фаски с нулевым задним
углом в известном резце (по прототипу) и ее независимость от режимов резания не позво-
ляет оптимизировать условия обработки и получить максимально возможную стойкость
инструмента, что сужает область его применения.
Задачей настоящей полезной модели является повышение стойкости инструмента и
расширение его технологических возможностей при изменении режимов резания.
Указанная задача достигается тем, что, согласно полезной модели, в резце для обра-
ботки поверхностей, имеющем на режущей своей части переднюю и заднюю поверхности,
пересечение которых образует главное и вспомогательное режущие лезвия, при этом зад-
ние поверхности резца заточены под острым углом относительно плоскости, проходящей
через лезвия перпендикулярно опорной плоскости резца, и имеют на задних поверхностях
резца фаску, прилегающую к лезвиям и расположенную под нулевым углом относительно

3. BY 7174 U 2011.04.30
3
той же плоскости, фаска на задних поверхностях резца заточена под углом, не превыша-
ющим угла трения между материалом резца и материалом обрабатываемой детали, а ши-
рина фаски назначена меньше ширины приработочного износа лезвия и определена из
соотношения
,
tg1000
VuT
f
з
00
0ф
α
−δ=
где fф - ширина фаски на задней поверхности, мкм;
δ0 - оптимальная величина износа задней поверхности резца, мкм;
T0 - период стойкости резца, мин;
V - скорость резания, м/мин;
U0 - относительный размерный износ резца, мкм/км; а3 - задний угол заточки задней
поверхности резца.
Кроме того, целесообразно, чтобы, согласно полезной модели, фаска на задней по-
верхности резца с круговым режущим лезвием заточена по всему периметру кругового
режущего лезвия.
Кроме того, целесообразно, чтобы, согласно полезной модели, при обработке углеро-
дистых сталей ширина фаски назначена из соотношения fф = 0,34δ0.
Изнашиванию инструмента присущи два периода: начальный (приработочный) износ
hзн = δп (фиг. 7) и продолжительность его наступления τп зависят от материалов режущего
инструмента и изделия и режимов резания. Второй период износа характеризуется нор-
мальным износом инструмента, прямо пропорциональным пути резания. Интенсивность
этого периода износа принято оценивать относительным размерным износом u0 (мкм/км).
Зависимость износа этого периода составляет с осью абсцисс, соответствующей пути L
резания или времени τ резания, угол наклона, равный α, фиг. 7. Кривые износа от времени
резания могут быть аппроксимированы степенной функцией 0n
00зh τα= или
0n
00з )T/(h τδ= , где δ0 - оптимальная величина износа задней поверхности; T0 - период
стойкости инструмента; τ - время резания; n0 - показатель степени.
Рассмотрим износ резца, не имеющего фаски на задней поверхности. Износ резца за
время τ его работы происходит по линии OAB1 (фиг. 7), по зависимости
0n
00з )T/(h τδ= .
Точка А на линии износа соответствует концу времени приработки лезвия и начало
нормального износа лезвия. Она характеризуется временем τn приработки лезвия и вели-
чиной приработочного износа δп (фиг. 7).
При величине износа задней поверхности, равной δп (точка А, фиг. 7), наступает тем-
пературное равновесие в контакте задняя поверхность резца - деталь. Количество теплоты,
поступающего в резец со стороны изделия, равно количеству теплоты, поступающей от
резца через его заднюю поверхность в изделие. Этот момент и характеризует начало нор-
мального изнашивания инструмента. Период стойкости резца без фаски равен T0 (фиг. 7).
Ширина фаски приработочного износа равна
,n 0
0
n1
n
00п
−
⋅δ=δ
а время приработки лезвия равно
,nT 0n1
1
00п
−
⋅=τ
где n0 - показатель степени в функции величины износа hз задней поверхности резца от
времени τ обработки

4. BY 7174 U 2011.04.30
4
,
T
h
0n
0
0з 




 τ
δ=
где τ - время резания.
Показатель степени n0 равен
.
tg1000
VuT
n
6,0
1
з0
00
0 





αδ
=
Рассмотрим работу резца, когда на задней поверхности образована фаска шириной
fф = δп (по прототипу), равной ширине площадки износа конца приработки (отрезок ОС,
фиг. 7). В этом случае нормальный износ начинается с точки C и заканчивается в точке B2,
когда он достигает величины δ0. В результате имеем период стойкости резца равный
T01 = T0-τп, т.е. меньший, чем период стойкости T0 резца без фаски. Это уменьшение пери-
ода стойкости T0 может достигать 30 % и более.
Таким образом, предварительная заточка фаски шириной, равной величине прирабо-
точного износа δп = fф под углом αз = 0 уменьшает общую стойкость резца.
В настоящий момент авторам неизвестны технические решения, в которых были бы
отражены указанные отличия, достаточные для получения эффекта, указанного в цели
изобретения. Отсюда следует вывод, что данные отличия являются существенными.
На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция призматического резца; на фиг. 2
изображен предлагаемый резец в аксонометрии; на фиг. 3 изображено сечение резца плос-
костью, перпендикулярной главному лезвию резца; на фиг. 4 изображено сечение резца
плоскостью перпендикулярной вспомогательному лезвию резца; на фиг. 5 показана кон-
струкция чашечного резца; на фиг. 6 показана проекция конструкции чашечного резца на
опорную плоскость; на фиг. 7 показаны кривые износа задней поверхности резцов от вре-
мени резания.
Резец содержит державку 1 с жестко установленной на ней режущей пластиной 2, ко-
торая имеет переднюю поверхность 3, заднюю главную поверхность 4 и заднюю вспомо-
гательную поверхность 5 (фиг. 1...фиг. 3). Пересечение передней и задних поверхностей
образует главное 6 и вспомогательное 7 режущие лезвия, общей точкой которых является
точка B - вершина резца. Передняя поверхность резца заточена под углом γз, а задние
главная и вспомогательная поверхности соответственно под углами αз и αз1 (обычно
αз1 = αз), измеренными в плоскостях N-N и N1-N1, перпендикулярных к главному 6 и
вспомогательному 7 лезвиям и опорной 8 плоскости резца (фиг. 1). Вдоль главного и
вспомогательного 7 режущих лезвий на задних поверхностях 4 и 5 резца заточкой образо-
вана фаска 9 шириной fф, прилегающая к лезвиям и расположенная под углом αф относи-
тельно плоскости перпендикулярной опорной плоскости 8 и проходящей соответственно
через главное 6 и вспомогательное 7 режущие лезвия. Угол αф выбирают из соотношения
αф ≤ µ = arctg f0,
где αф - угол наклона фаски; µ - угол трения между материалом резца и материалом обра-
батываемой детали; f0 - коэффициент трения между материалом резца и материалом обра-
батываемой детали.
При αф ≤ µ обеспечивается пластический контакт поверхности фаски с поверхностью
обрабатываемой заготовки, что гарантирует отсутствие воздушных микропустот в контак-
те и наличие устойчивого теплообмена между соприкасающимися поверхностями резца и
детали с самого начала резания. Кроме того, при заточке фаски под углом αф > 0 имеет
место уменьшение силы резания, что способствует повышению точности обработки и
стойкости инструмента. Ширина фаски определяется величиной отрезка ОД, получающе-
гося при продолжении линии B1A нормального изнашивания инструмента до оси ординат
(до точки Д) в зависимости hз = f(τ) (фиг. 7).

5. BY 7174 U 2011.04.30
5
fф = δ0-T0tgα,
где
;
T
tg
пр
0δ
=α
.
Vu
tg1000
T
0
з0
пр
α⋅δ
=
Тогда
,
tg1000
VuT
f
з
00
oф
α
−δ=
где fф - ширина фаски на задней поверхности, мкм;
δ0 - оптимальная величина износа задней поверхности при чистовой обработке,
δ0 = 400... 500 мкм;
T0 - период стойкости резца, мин;
V - скорость резания, м/мин;
u0 - размерный относительный износ лезвия резца, мкм/км (см. таблицу);
αз - задний угол заточки резца;
Tпр - приведенный период стойкости резца.
Относительный размерный износ u0 (мкм/км) при чистовом точении [3]
Материал резца
Материал детали
Углеродистая сталь Легированная сталь Чугун
Т15К6 5-7 9-10
Т5К10 8 12-13
ВК8 13-14
ВК6 14
Отметим, что главное 6 и вспомогательное 7 лезвия резца расположены соответствен-
но под углами ϕ и ϕ1 относительно плоскости 10, проходящей через вершину B резца пер-
пендикулярно к опорной плоскости 8 и боковой плоскости 11 державки 1 (фиг. 1).
Конструкция чашечного резца состоит из державки 1 и режущей конической пласти-
ны 2 (фиг. 5), где главная и вспомогательная задние поверхности представляют собой од-
ну коническую поверхность 4 и образуют в пересечении с передней поверхностью 3
круговое режущее лезвие 6, имеющее в условной точке B - вершине резца углы ϕ = ϕ1 = 0.
Фаска 9 на задней конической поверхности заточена по всему периметру кругового ре-
жущего лезвия под углом αф и шириной fф, как и для призматического резца.
При обработке углеродистых сталей ширина фаски равна fф = 0,34δ0.
Предлагаемый резец работает следующим образом.
При наличии фаски шириной fф = ОД (фиг. 7) изнашивание задней поверхности резца
начинается с точки E, лежащей на одной линии с точкой Д и соответствующей времени τп1
приработки лезвия для резца, не имеющего фаску на задней поверхности. По линии изно-
са EA осуществляется окончательная приработка лезвия. В точке A начинается период
нормального изнашивания инструмента по линии AB1. Стойкость резца в этом случае
равна 01
min
02 TT > (фиг. 7). Поскольку в начале обработки имеем, по сравнению с шириной
δп приработки лезвия, уменьшенную ширину фаски на задней поверхности, то это обстоя-
тельство увеличивает интенсивность теплового потока в зоне контакта задней поверхно-
сти резца с деталью. Это приводит с начального момента обработки к тепловому

6. BY 7174 U 2011.04.30
6
равновесию в контакте задней поверхности резца с деталью. Износ резца будет происхо-
дить по линии ДАВ, а период стойкости резца будет равен T0, т.е. 0
max
02 TT = .
Таким образом, стойкость предлагаемого резца будет больше аналога, т.е. 01
min
02 TT >
или 010
max
02 TTT >= .
Резец с круговым режущим лезвием можно использовать для обработки поверхностей
с периодическим или непрерывным перемещением режущего лезвия вокруг своей геомет-
рической оси при ротационном резании.
Пример.
Ведется обработка стального вала, материал сталь 40X призматическим резцом.
Режимы обработки: глубина резания t = 0,5 мм; подача S = 0,5 мм/об; скорость реза-
ния V = 250 м/мин.
Задний угол заточки резца αз = αз1 = 10°⋅u0 = 7 мкм/км; T0 = 33 мин; δ0 = 500 мкм;
f0 = 0,12; µ = arctg(0,12) = 6,8°; угол заточки фаски αф = 3°.
Определяем ширину фаски
.мкм172328500
10tg1000
332507
500
tg1000
VTu
f
з
00
0ф =−=
°
⋅⋅
−=
α
−δ=
Показатель степени n0 равен
.5,0
tg5001000
725033
tg1000
VuT
n
6,0
1
з
6,0
1
з0
00
0 =





α⋅⋅
⋅⋅
=





αδ
=
Ширина фаски приработочного износа равна
.мкм2505,033n 5,0
5,0
n1
n
00п
0
0
=⋅=⋅δ=δ −
Время приработки
.мин25,85,033nT 5,01
1
n1
1
00n
0
=⋅==τ −−
Определяем период стойкости резца по прототипу
T01 = T0-τп = 33⋅8,25 = 24,75 мин.
Таким образом, при заточке резца по прототипу, когда fф = δп = 250 мкм, имеем
уменьшение периода стойкости резца на 25 %.
Определим период стойкости резца при его заточке по предлагаемому варианту, когда
fф = 172 мкм и αф = 3°.
1n0
min
02 TT τ−= (фиг. 3).
.3,30
5,033
500
nT
tg;
tg
f
00
0
n
п
1
1
ф
1п =
⋅
=
δ
=
τ
δ
=α
α
=τ
.мин33,2767,533T;мин67,5
3,30
172 min
021n =−===τ
=max
02T 33 мин.
Таким образом, при заточке резца по предлагаемому варианту имеем максимальное
уменьшение стойкости резца на 17 %. То есть этот вариант заточки резца обеспечит, по
сравнению с прототипом, повышение периода стойкости резца на 8 %. Минимальное
уменьшение стойкости резца равно нулю, .мин33TT 0
max
02 == Тем самым расширяются
технологические возможности инструмента. Назначение величины фаски в зависимости
от режима обработки: скорости резания и стойкости резца позволяют оптимизировать
процесс обработки с точки зрения получения наивысшей стойкости инструмента, повы-
шения точности обработки и производительности.

7. BY 7174 U 2011.04.30
7
Фиг. 1 Фиг. 3
Фиг. 4 Фиг. 5
Фиг. 6 Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.