Радиус режущего ребра и радиус вершинки режущего инструмента: что нужно знать

Механическая обработка (резание металлов) — субтрактивный производственный процесс, при котором лишний материал постепенно удаляется в виде стружки из предварительно изготовленной заготовки с помощью режущего инструмента для придания нужной формы, размеров и шероховатости поверхности. Для непрерывного удаления (срезания) слоев материала необходим острое режущее ребро. При обработке обеспечиваются относительные движения между заготовкой и инструментом в определенных направлениях в зависимости от геометрии элемента и выбранной операции. Инструмент сжимает тонкий слой материала своей вершинкой и затем срезает его. Поскольку все действие по срезанию материала осуществляется этим инструментом, его геометрия, ориентация и материал — три ключевых фактора, влияющих на всю обработку.

Что входит в геометрию режущего инструмента?

Геометрия инструмента касается различных геометрических признаков режущего инструмента, напрямую влияющих на его режущие способности и эффективность. Для каждой операции существует базовая форма режущего инструмента; однако многие геометрические признаки могут варьироваться в определенных пределах для обеспечения оптимального результата при заданных условиях с сохранением базовой формы. Эти признаки также стандартизированно отображаются в различных системах обозначения инструментов (например, ASA, ORS, NRS, MRS и др.).

Передняя и тыльная поверхности — две важные поверхности любого режущего инструмента; их наклон указывается с помощью угла передней и задней поверхностей соответственно. Некоторые инструменты могут иметь более одной тыльной поверхности; тогда их называют основной и вспомогательной тыльными поверхностями, а соответствующие углы — основным и вспомогательным углами задней поверхности. Конкретный инструмент может иметь разные углы в зависимости от направления (или плоскости), в котором они измеряются, что также отражается в сигнатурах инструментов (например, боковой и задний углы передней поверхности — оба указывают на наклон передней поверхности, но в разных направлениях).

Помимо углов передней и задней поверхностей, сигнатура инструмента может содержать и другую информацию, например радиус вершинки. Однако геометрия инструмента может включать и другие важные сведения, не входящие в сигнатуру. Радиус режущего ребра — важный пример.

Концепция ребра и вершинки режущего инструмента

Физически ребро возникает при пересечении двух твердых поверхностей, а вершинка — при пересечении трех и более твердых поверхностей. В режущем инструменте ребро образуется там, где пересекаются передняя и тыльная поверхности; оно называется режущим ребром. Если инструмент имеет две тыльные поверхности, образуются два режущих ребра — основное (пересечение передней и основной тыльной поверхностей) и вспомогательное (пересечение передней и вспомогательной тыльной поверхностей). Инструмент может иметь одно или несколько режущих ребер; соответственно инструменты классифицируются на одножесточные и многощесточные.

Когда пересекаются три поверхности вершинки инструмента (передняя, основная и вспомогательная тыльные), образуется вершинка инструмента. При обработке эта вершинка находится в физическом контакте с заготовкой и подвергается экстремальному давлению и трению.

Что такое радиус режущего ребра?

Никакое ребро не является идеально острым. Даже если оно идеально острое, его нельзя точно измерить, так как у любого измерительного прибора ограниченные возможности. Фактически, остроту нельзя измерить напрямую. Измеряется скругленность ребра, а острота обратно пропорциональна скругленности. Чем больше скругленность или радиус ребра, тем менее острым оно является. Скругленность — количественная мера радиуса ребра; острота — качественная оценка, основанная на значении скругленности.

Значение радиуса ребра

Хотя теоретический минимум скругленности — радиус атома данного материала, на практике такое ребро будет иметь очень низкую прочность и не пригодно для применения. Это указывает на то, что очень острое режущее ребро (очень малый радиус) будет иметь низкую прочность и быстро ломаться при обработке. Поэтому каждому ребру инструмента придают подходящую скругленность, чтобы оно не ломалось и не затупляло быстро. Значение радиуса ребра обычно варьируется в диапазоне 0,5–10 мкм для микро- и высокоточных инструментов и 10–500 мкм для обычных инструментов.

Влияние радиуса ребра на макрообработку

При обычной макромасштабной обработке (точение, фрезерование, сверление и др.) этот параметр незначительно влияет на общую эффективность обработки, так как толщина срезаемого слоя завысь в разы превышает радиус ребра. Типичная толщина срезаемого слоя — 0,2–2 мм, а радиус ребра — 0,5–10 мкм; то есть в 500–1000 раз больше. Поскольку это незначительный параметр в обычной обработке, он не включается в сигнатуру соответствующего инструмента.

Влияние радиуса ребра на микрообработку

Однако при обработке в микро- или наномасштабе радиус ребра становится одним из преобладающих параметров, влияющих на режущие способности и качество обработанной поверхности. В таких случаях радиус ребра становится сравнимым с толщиной срезаемого слоя. Например, у микрофрез (микро концевых фрез) радиус ребра обычно 2–5 мкм, тогда как подача на зуб (эквивалент толщины срезаемого слоя при концевом фрезеровании) составляет всего 0,5–10 мкм/зуб. Аналогично, при алмазном точении (высокоточная обработка) радиус ребра — один из значимых параметров. Различные исследования показали, что минимальная глубина резания должна составлять 10–50% (в зависимости от других параметров) от радиуса ребра для эффективного удаления материала за проход.

Что такое радиус вершинки?

В режущем инструменте вершинка — результат пересечения передней поверхности, основной и вспомогательной тыльных поверхностей. Как обычно, она не может быть идеально острой, и на вершинке инструмента придают подходящую скругленность. Радиус этой скругленной вершинки, измеренный на опорной плоскости, дает значение радиуса вершинки. Это один из значимых параметров и для обычной обработки, так как его значение близко к толщине срезаемого слоя.

Значение радиуса вершинки

Типичный радиус вершинки обычных режущих инструментов варьируется между 0,8–2 мм; тогда как толщина срезаемого слоя может быть 0,2–2 мм. Для микροинструментов радиус вершинки намного меньше, обычно несколько десятков микрометров.

В статье представлено научное сравнение радиуса ребра и радиуса вершинки. В заключение можно сказать, что скругленность, придаваемая режущему ребру, называется радиусом ребра, а скругленность на вершинке инструмента — радиусом вершинки. При обычной макромасштабной обработке радиус ребра имеет незначительное влияние, но в микромасштабной или высокоточной обработке он является доминирующим параметром. Радиус вершинки, однако, всегда влияет на эффективность обработки.