Виды изнашивания режущих инструментов

Изменение свойств технологической системы в процессе ее функционирования

СТОЙКОСТЬ, ПРОЧНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

Необратимое изменение элементов системы в результате действия различных факторов называется процессом старения.

Классификацию процессов старения наиболее удобно производить по их результату, т. е. внешнему проявлению:

1) элемент системы, как тело, может подвергаться деформированию или разрушению, а также у такого элемента системы могут измениться свойства материала;

2) поверхность элемента системы подвергается механическому, температурному, химическому и другим видам воздействия внешней среды, вследствие чего изменяются свойства поверхностного слоя и возникают такие сложные явления, как коррозия, кавитация, адгезия, адсорбция, диффузия и др.;

3) при контакте двух поверхностей наблюдаются различные виды изнашивания, усталостные явления, смятие.

Процессы старения описываются законами старения. Этими законами оценивается повреждение элементов системы с течением времени и скорость развития повреждения.

Типовые процессы старения технологической системы.

Характер процесса старения	Скорость развития повреждения	Степень повреждения	Физические причины старения
Стационарный	Постоянная		Изнашивание
Псевдопостоянная		Изнашивание при переменных режимах
Монотонный	Возрастающая		Изнашивание при загрязнении поверхностей
Убывающая		Изнашивание в период приработки
Экстремальный	С максимумом		Коррозия и коробление
С минимумом		Ползучесть
С запаздыванием			Усталость и хрупкое разрушение
Знакопеременный			Изменение механических характеристик

Абразивное изнашивание. Механизм абразивного изнашивания заключается в том, что твердые включения обрабатываемого материала, внедряясь в контактные поверхности инструмента, царапают их. Особенно это проявляется, когда твердость инструментального материала в процессе резания падает, а обрабатываемый материал упрочняется. Абразивное действие оказывают частицы нароста, карбиды, оксиды и др. включения высокой твердости.

Адгезионное изнашивание. Адгезия – это сцепление разнородных твердых или жидких тел. Процесс непрерывного перемещения стружки и обрабатываемого материала вдоль соответствующих поверхностей инструмента под действием относительно высоких нормальных нагрузок способствует сцеплению контактирующих поверхностей. Вследствие наличия микрорельефа на контактирующих поверхностях имеет место локализация сил адгезии в пределах обособленных участков, т. е. между контактирующими поверхностями образуются т. н. мостики. Однако, процесс резания, способствуя возникновению адгезии, в то же время непрерывно разрушает возникающие мостики вследствие перемещения инструмента относительного стружки и заготовки. Образование и разрушение мостиков осуществляется периодически, т. е. появляются нагрузки, действующие циклично. В результате усталостных явлений происходит разрушение поверхности контакта инструмента. Адгезионному изнашиванию способствует и то, что по границам зерен поликристаллических материалов концентрируются внутренние дефекты и происходит отслаивание инструментального материала. При каждом очередном нагружении отрываются только те частицы, связи которых были уже ослаблены предшествовавшими циклами нагружения.

Диффузионное и химическое изнашивание в процессе резания может происходить вследствие взаимного растворения компонентов инструментального и обрабатываемого материалов; разрушения поверхностных слоев инструмента в результате структурных превращений и их разупрочнения.

При обычном высокотемпературном контакте с течением времени скорость диффузии резко уменьшается. Однако в процессе резания высокие температура и давление в зоне контакта, интенсивная адгезия, большие пластические деформации способствуют взаимному диффузионному растворению компонентов инструментального и обрабатываемого материалов, повышая их химическую активность. Стружка и обрабатываемая поверхность перемещаются относительно инструмента непрерывно и с большой скоростью. При этом в контакт входят все новые и новые участки поверхности обрабатываемого материала, и скорость взаимного растворения поддерживается высокой.

Различные компоненты твердого сплава диффундируют в обрабатываемый материал с различной скоростью: наиболее быстро ‑ углерод, менее быстро ‑ вольфрам, кобальт и титан. Одновременно в твердый сплав диффундирует железо. Это приводит к образованию между инструментом, стружкой и поверхностью резания трех диффузионных слоев.

Наиболее удален от поверхности контакта науглероженный слой 1, за ним следует раствор 2 углерода, вольфрама, титана, кобальта в γ-железе и, далее, интерметаллид 3. Последний слой более хрупкий и разупрочненный. Это приводит к срезу с контактных площадок инструмента слоев движущейся стружкой и поверхностью резания. Этому способствует и то, что железо, быстро внедряясь в твердый сплав по границам зерен, ослабляет связи между отдельными блоками твердого сплава, и их срез возможен до окончательной потери этих связей.

Наряду с диффузией, активное влияние на изнашивание оказывает химическое взаимодействие с окружающей средой. При резании в химически активных средах разупрочняются поверхностные слои инструментального материала, вступившего в химические реакции со средой. Но и при резании на воздухе при высоких температурах также наблюдаются химические реакции.

Дата добавления: 2014-01-15