Изнашивание и стойкость режущего инструмента

4.1 Физическая природа изнашивания инструмента

· Абразивное изнашивание

Твёрдые частицы обрабатываемого материала царапают резец и подвергают изнашиванию. Чем выше отношение твёрдости инструментального материала к обрабатываемому, тем меньше склонность к изнашиванию.

· Адгезионная изнашиваемость

Происходит локальное схватывание и приваривание материала, что приводит к частым нагружениям инструментального материала и его разрушению.

Такому изнашиванию наиболее подвержены твёрдые сплавы тем в большей степени, чем выше их твёрдость и меньше пластичность. При увеличении температуры резания (скорости резания) интенсивность изнашивания твёрдого сплава снижается, так как твёрдость сплава уменьшается и повышается вязкость инструментального материала.

Инструментальные стали сопротивляются изнашиванию в большей степени.

· Окислительный износ

В процессе резания поверхности резания нагреваются до значительных температур. Под действием большой температуры резания контактные поверхности окисляются и поверхность покрывается окисной плёнкой, твёрдость которой до 30-40 раз меньше твёрдости инструментального материала. Процесс образования и уноса окисной плёнки бесконечен. С увеличением температуры резания интенсивность резко возрастает.

· Диффузионный износ

В процессе резания контактные поверхности инструмента находятся в плотном контакте с обрабатываемым материалом. При высоких давлениях и скорости резания этот контакт постоянно обновляется. Всё это способствует диффузии.

Молекулы с поверхности инструмента проникают в стружку и уносятся ею.

· Пластическое деформирование твёрдого сплава.

Режущий клин деформируется под действием высокой температуры резания и давления, и от перегрузки наступает катастрофический износ.

· Выкрашивание режущих лезвий инструмента

Выкрашивание происходит в результате внутренних напряжений, образовавшихся при пайке инструмента, а также в случае применения хрупких инструментальных материалов при неравномерной нагрузке.

4.2 Виды износа инструмента

Рисунок 54

В зависимости от условий процесса резания износ может происходить:

а) только по задней поверхности, что наблюдается при обработке хрупких и твёрдых материалов, когда образуется либо элементарная стружка, либо служка надлома или отрыва, а также при обработке стали с очень тонкими стружками, когда контакта по передней поверхности практически не наблюдается.

б) только по передней поверхности, когда на ней образуется нарост, который прикрывает большую часть контакта стружки с передней поверхностью, а за наростом передняя поверхность интенсивно изнашивается в виде лунки. По мере увеличения лунки длина нароста уменьшается, также уменьшается высота нароста, так как вершина нароста «свешивается» за режущую кромку. Поэтому задняя поверхность практически не изнашивается.

в) по передней и задней поверхности в случае обработки пластичных материалов при отсутствии наростообразования.

4.3 Критерии износа инструмента

4.3.1 Критерий оптимального износа

За критерий оптимального износа принимается такая величина износа (например, по задней поверхности), при которой общий срок службы инструмента с учётом всех переточек максимален.

Рисунок 53 – Зависимость износа задней поверхности резца от времени его работы

Общий срок службы инструмента вычисляется по формуле:

,

где Т – стойкость инструмента, зависит от принятого критерия износа;

К – количество переточек.

Переточки производятся до тех пор, пока не износится 2/3 ширины пластинки.

,

где Δ – допуск на переточку, мм;

В – ширина режущей пластинки, мм.

Рисунок 54 – Схема износа и переточки резца по задней поверхности

Рисунок 55 – Графики зависимости износа, количества переточек и долговечности резца от времени его работы

4.3.2 Критерий технологического износа

За технологический износ принимают технологические признаки, по которым работу инструмента необходимо прекращать, не доводя до критерия

максимального износа. Критерий технологического износа всегда меньше оптимального износа.

Технологические признаки:

· точность обработки;

· шероховатость обрабатываемой поверхности;

· допустимая температура резания;

· допустимый наклёп;

· появление вибраций.

Инструменты, работающие по технологическому критерию: протяжка, развёртка, метчик и т.д.

4.4 Влияние различных факторов на период стойкости инструмента

· Обрабатываемый материал

С увеличением жёсткости, твёрдости материала период стойкости уменьшается.

С увеличением твёрдости материала необходимо увеличить твёрдость режущего инструмента. Необходимо и предусматривать нужную геометрию. При обработке твёрдых и хрупких материалов необходимо брать прочные инструменты.

Для получистовой обработки стали– Т15К6, при черновой обработке – Т5К10.

Рисунок 56

· Влияние инструментального материала.

От V₁ до V₂ прочность и вязкость твёрдого сплава увеличиваются, уменьшается адгезионный износ, поэтому стойкость инструмента увеличивается.

Производительность П=Vst

I – область целесообразного использования твёрдого сплава;

II – область целесообразной работы быстрорезов;

·

Параметры режимов резания.

Рисунок 57

- это связано с влиянием V, S, t на температуру резания.

· Влияние геометрии инструмента на его стойкость

Рисунок 60

С увеличением ϕ температура резания увеличивается. Уменьшается теплоотвод.

· Влияние радиуса при вершине резца

С увеличением радиуса:

- улучшается теплоотвод;

- упрочняется вершина резца.

Но:

- увеличиваются силы отжима резца;

- увеличивается коэффициент усадки стружки.

Когда эти факторы начинают преобладать, стойкость снижается.

· Влияние СОЖ.

Наиболее эффективна:

- при малых толщинах срезаемого слоя;

- при низких скоростях резания;

- при обработке пластичных материалов.

С увеличением толщины срезаемого слоя и скорости резания эффективность СОЖ уменьшается. Это объясняется тем, что указанные характеристики увеличивают нагрузку на контактных поверхностях и температуру резания. Это способствует разрушению плёнки СОЖ на контактной поверхности и резание становится полусухим или сухим.

4.5 Вывод формулы для расчёта скорости резания

Частные стойкостные зависимости от скорости, подачи и глубины резания выводятся аналогично температурным зависимостям. При постоянных условиях определяют зависимость стойкости инструмента от скорости резания. Проводят опыты при различных скоростях резания и строят кривые износа для каждой скорости резания.

Рисунок 59

При принятом критерии износа h_з по графику (рис. 59) определяют стойкость инструмента, соответствующую каждой скорости

V	V1	V2	…. Vn
T	T1	T2	…. Tn

и в логарифмической системе координат строят график зависимости стойкости от скорости резания.

Записывают уравнение частной зависимости от скорости:

, где .

Совершенно аналогично находят частные зависимости стойкости от подачи и глубины резания

, , где ,

Рисунок 60 – Частные зависимости стойкости от V, S и t

На основании частных зависимостей записывают общую зависимость

, откуда

,

приняв: , получим:

- формула справедлива в интервале V₁ – V₂ (рис. 63),

где V – расчётная допустимая скорость резания, рассчитывается для конкретных условий обработки;

C_V – постоянный коэффициент, зависящий от условий обработки;

K_Σ – суммарный поправочный коэффициент на изменённые условия обработки, - берутся по справочникам;

T – период стойкости инструмента. Он задаётся технологом и зависит от стоимости и сложности инструмента;

S – подача;

t - глубина;

- показатель относительной стойкости;

Y_V, X_V – показатели при подаче и глубине резания, характеризуют степень влияния на скорость резания соответственно подачи и глубины резания.

Рисунок 61

Для увеличения производительности труда при одинаковой стойкости целесообразнее работать с большим отношением t/S или b/a.

4.6 Упрочнение (наклёп) в зоне резания

В процессе превращения срезаемого слоя в стружку благодаря пластической деформации происходит упрочнение материала (наклёп). Упрочняется стружка, особенно её контактный слой. В случае образования нароста он упрочняется в ещё большей степени, примерно в 2-3 раза по отношению к микротвёрдости обрабатываемого материала. Упрочняется и обработанная поверхность.

Упрочнение характеризуется глубиной h и степенью наклёпа обработанной поверхности.

Степень наклёпа H равна:

,

где H₂ – микротвёрдость обработанной поверхности;

H₁ – микротвёрдость обрабатываемой заготовки.

С увеличением скорости резания происходит некоторое снижение глубины и степени наклёпа. Это связано с уменьшением зоны первичной пластической деформации.

С увеличением подачи или толщины срезаемого слоя глубина и степень наклёпа увеличиваются. Это связано с увеличением сил резания.

Глубина резания влияния практически не оказывает.

Рисунок 62

Рисунок 63

Влияние геометрии резца на h и H

С увеличением переднего угла и угла в плане степень и глубина уменьшаются, а с увеличением R и, особенно, радиуса округления режущей кромки r – увеличиваются.

Рисунок 64

С применением СОЖ H и h снижаются.

Дата добавления: 2015-07-08