Резец

Резец — это режущий инструмент, предназначенный для обработки различных материалов (металлов, дерева, пластмасс, камня) путём снятия стружки. Является основным рабочим инструментом металлорежущих станков (токарных, строгальных, долбёжных) и некоторых видов деревообрабатывающего оборудования. Конструктивно резец состоит из рабочей части (головки) и корпуса (стержня), служащего для закрепления в резцедержателе станка.

История

Первые прообразы резцов появились в глубокой древности, когда человек начал обрабатывать камень и кость. Однако история металлорежущего резца как технологического инструмента начинается с промышленной революции XVIII века. В 1712 году французский инженер Антуан Тибо создал один из первых токарно-винторезных станков с механизированным суппортом, что позволило жёстко фиксировать резец и перемещать его вдоль обрабатываемой детали. Решающий вклад в развитие конструкции резца внёс английский механик Генри Модсли (1771—1831), который в 1797 году создал токарный станок с механизированным суппортом, обеспечивающим точное перемещение резца. Это изобретение стандартизировало процесс резания и позволило изготавливать взаимозаменяемые детали.

В XIX веке с развитием металлургии резцы начали изготавливать из быстрорежущей стали (Р18, Р9), что позволило увеличить скорость резания в несколько раз по сравнению с углеродистой сталью. В 1920-х годах были разработаны твёрдосплавные резцы (на основе карбида вольфрама и кобальта), что ознаменовало новый этап в металлообработке. Во второй половине XX века появились резцы с керамическими и сверхтвёрдыми вставками (кубический нитрид бора, поликристаллический алмаз), а также сборные конструкции с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин.

Классификация

Резцы классифицируются по нескольким основным признакам.

По типу обработки

• Токарные резцы — для обработки тел вращения на токарных станках. Делятся на проходные, подрезные, расточные, отрезные, резьбовые, фасонные.
• Строгальные резцы — для обработки плоских и фасонных поверхностей на поперечно-строгальных и продольно-строгальных станках.
• Долбёжные резцы — для обработки шпоночных пазов, канавок и внутренних поверхностей на долбёжных станках.
• Специальные резцы — для зубообработки, нарезания шлицев и других операций.

По конструкции

• Цельные резцы — рабочая часть и корпус выполнены из одного материала (обычно из быстрорежущей стали).
• Составные резцы — корпус из конструкционной стали, а рабочая часть (пластина) из более твёрдого материала (твёрдого сплава, керамики) припаяна или приварена.
• Сборные резцы — режущая пластина крепится к корпусу механически (винтами, клиньями, прихватами). Наиболее распространённый тип в современной промышленности, позволяющий быстро заменять затупившуюся пластину без переточки всего инструмента.

По направлению подачи

• Правые резцы — при работе двигаются от задней бабки к передней (на токарных станках) или справа налево (на строгальных).
• Левые резцы — двигаются в противоположном направлении.

По характеру обработки

• Черновые (обдирочные) резцы — для снятия больших припусков, имеют большую прочность, но меньшую точность.
• Чистовые резцы — для окончательной обработки, обеспечивают высокую точность размеров и малую шероховатость поверхности.
• Получистовые резцы — занимают промежуточное положение.

Устройство и геометрия

Основными элементами резца являются:

• Головка (рабочая часть) — содержит режущие кромки, участвующие в процессе резания.
• Стержень (корпус) — служит для закрепления резца в резцедержателе. Сечение стержня может быть прямоугольным, квадратным или круглым.
• Вершина резца — точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок.

Геометрические параметры резца определяются углами заточки, которые измеряются в статической системе координат (относительно корпуса резца) и в кинематической системе (с учётом движения подачи). Ключевые углы:

• Передний угол (γ) — угол между передней поверхностью резца и плоскостью, перпендикулярной плоскости резания. Влияет на деформацию стружки и силу резания.
• Задний угол (α) — угол между задней поверхностью резца и плоскостью резания. Предотвращает трение задней поверхности о заготовку.
• Угол заострения (β) — угол между передней и задней поверхностями. Определяет прочность режущей кромки.
• Угол резания (δ) — сумма переднего и заднего углов.
• Главный угол в плане (φ) — угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи. Влияет на толщину срезаемого слоя и стойкость инструмента.
• Вспомогательный угол в плане (φ₁) — угол между проекцией вспомогательной режущей кромки и направлением подачи.
• Угол наклона главной режущей кромки (λ) — угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью. Определяет направление схода стружки.

Материалы для изготовления резцов

Выбор материала зависит от условий обработки (скорость резания, твёрдость заготовки, требуемая стойкость).

• Быстрорежущая сталь (Р6М5, Р18, Р9) — сохраняет твёрдость при нагреве до 600—650 °C. Используется для резцов сложной формы, при обработке нержавеющих и жаропрочных сталей, а также в условиях прерывистого резания.
• Твёрдые сплавы (ВК8, Т15К6, ТТ20К9) — на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, связанных кобальтом. Сохраняют твёрдость до 800—1000 °C. Обеспечивают высокую производительность при обработке сталей, чугунов, цветных металлов.
• Минералокерамика (Аl₂O₃, Si₃N₄) — обладает высокой твёрдостью и химической инертностью, но хрупка. Применяется для чистовой обработки закалённых сталей и чугунов на высоких скоростях.
• Сверхтвёрдые материалы (кубический нитрид бора — КНБ, поликристаллический алмаз — ПКА) — самые твёрдые из известных материалов. КНБ используется для обработки закалённых сталей (HRC 45-65), ПКА — для цветных металлов и сплавов, алюминия, керамики, композитов.

Применение

Резцы являются основным инструментом в металлообрабатывающей промышленности. Они применяются в машиностроении, приборостроении, авиастроении, судостроении, автомобилестроении и других отраслях. Конкретные области применения:

• Токарная обработка — изготовление валов, осей, втулок, фланцев, шестерён, резьбовых деталей.
• Строгание — обработка направляющих станин станков, плоскостей корпусных деталей.
• Долбление — нарезание шпоночных пазов, канавок, внутренних шлицев.
• Расточка — обработка внутренних цилиндрических и конических поверхностей (отверстий) в корпусах, гильзах, цилиндрах.

Интересные факты

• Первый патент на резец с механическим креплением пластины был получен в 1930-х годах, но широкое распространение такие конструкции получили только в 1970-х с развитием прецизионного порошкового материаловедения.
• Наибольшая скорость резания (до 3000 м/мин) достигается при использовании резцов с поликристаллическим алмазом при обработке алюминиевых сплавов.
• В СССР была разработана серия резцов с пластинами из эльбора (кубический нитрид бора), которые позволяли обрабатывать закалённые стали до твёрдости HRC 65 без последующего шлифования.
• Современные сборные резцы могут иметь до 8 режущих кромок на одной пластине, что существенно снижает расход инструментального материала.

Источники

• Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.
• Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов: Учебник для машиностроительных и приборостроительных специальностей вузов. — М.: Высшая школа, 1985.
• Лоладзе Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. — М.: Машиностроение, 1982.
• ГОСТ 18877-73 «Резцы токарные проходные отогнутые с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры».
• ГОСТ 18879-73 «Резцы токарные проходные прямые с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры».