Изнашивание режущих инструментов

Виды износа. Поверхности инструмента, находящиеся в кон­такте с обрабатываемой деталью и стружкой, довольно быстро из­нашиваются. Проработав несколько минут или в крайнем случае несколько сот минут, инструмент становится неработоспособным. Его снимают со станка и отправляют на переточку.

Инструменты изнашиваются или преимущественно по задней поверхности (рис. 8, а), или одновременно по задней и передней поверхностям (рис. 8, б). Износ по задней поверхности представляет собой площадку переменной ширины вдоль главной режущей кромки; он имеет наибольшую величину на переходной задней по­верхности, в месте сопряжения главной задней поверхности со вспомогательной (А на рис. 8, а) или месте контактирования главной кромки с обрабатываемой поверхностью (В на рис, 8, а).

Рис. 8. Виды износа инструментов

Если инструмент изнашивается одновременно по задней и пе­редней поверхностям, на последней образуется лунка износа дли­ной b и глубиной δ (рис. 8, б). В случае образования нароста лунка отстоит от главной кромки на расстоянии f. Если нароста нет, изношенный инструмент имеет вид, показанный на рис. 8, в. На кромках и поверхностях твердосплавного инструмента нередко появляются разрушения в виде выкрошиваний и сколов.

Преимущественно по задней поверхности инструменты изнаши­ваются при обработке чугунов, а также при обработке других ма­териалов с малыми толщинами среза а и с низкими скоростями резания v. При обработке сталей и других вязких материалов имеется износ обоих видов, причем с увеличением а и v преимуще­ственно изнашивается передняя поверхность.

Мера изношенности инструмента. За меру изношенности (пока­затель затупления) инструмента принимают линейный или массо­вый износ. Линейный износ задней поверхности количественно оценивается наибольшей шириной площадки износа δ (рис. 8), передней поверхности — наибольшей глубиной лунки износа δ_л.

Линейный износ в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности, характеризуется размерным износом δ_р (рис. 8, а), он связан с изменением размера обработанной детали в зависимости от затупления инструмента и служит для оценки его изношенности при чистовой размерной обработке.

Массовый износ m численно равен массе изношенной части ин­струмента. Для очень малых инструментальных вставок он опреде­ляется при их непосредственном взвешивании.

Физическая природа изнашивания инструментов. Физическая природа изнашивания инструментов настолько сложна, что до настоящего времени не вполне выяснена. Существующие гипотезы объясняют только отдельные стороны этого процесса.

По гипотезе абразивного изнашивания износ поверхностей ин­струмента является результатом царапания их твердыми частицами обрабатываемого материала. К таким относятся цементит, карбид кремния, интерметаллиды, фосфиды. Твердые частицы разрушаю­щегося нароста, скользя по передней и задней поверхностям, также оказывают абразивное воздействие. Из-за абразивного изнашива­ния выходят из строя в основном инструменты из быстрорежущих и инструментальных сталей.

По гипотезе адгезионного изнашивания поверхности инстру­мента изнашиваются в результате адгезионного взаимодействия между материалами инструмента и обрабатываемой детали. В про­цессе резания контактные поверхности инструмента, стружки и об­рабатываемой детали химически чисты. В условиях высоких кон­тактных давлений и высоких температур между поверхностями воз­никают мостики схватывания как результат молекулярного взаимодействия. При относительном скольжении поверхностей мо­стики разрушаются с вырыванием частиц инструментального мате­риала как менее прочного и более хрупкого во взаимодействующей паре. Чем выше циклическая прочность и ниже хрупкость инстру­ментального материала, тем меньше адгезионный износ инструмен­та. Этим объясняется, например, иногда наблюдаемая более высо­кая износостойкость быстрорежущих сталей по сравнению с твер­дым сплавом при работе с низкими температурами резания.

По гипотезе диффузионного изнашивания при температурах выше 800…850° С возникает процесс диффузионного переноса ато­мов инструментального материала в обрабатываемый. Высокая скорость этого процесса при резании объясняется высокой темпера­турой резания и химической чистотой свежеобразованных поверх­ностей. Из твердого сплава первым диффундирует углерод, затем вольфрам, кобальт и титан, а из обрабатываемого металла в твер­дый сплав диффундирует железо. Разупрочненный поверхностный слой твердого сплава истирается стружкой и контактными поверх­ностями обрабатываемой детали.

По гипотезе окислительного изнашивания при резании с достаточно высокими температурами кислородом воздуха окисляются в первую очередь кобальт, а затем карбиды титана и вольфрама, входящие в состав инструментального материала. Механизм окис­лительного изнашивания твердосплавного инструмента включает образование и истирание окисных пленок, накопление окислов в порах поверхностного слоя и его разрушение. Возможность окисли­тельного изнашивания объясняется тем, что в момент резания боль­шая часть рабочей поверхности инструмента может взаимодейство­вать с окружающей средой. Установлено, что при резании сталей с относительно низкой схватываемостью окислительный износ при 600…900° С является преобладающим и определяет стойкость ин­струмента.

В действительности изнашивание инструмента происходит в результате одновременного протекания процессов абразивного истирания, адгезии, диффузионного растворения и окисления инстру­ментального материала, а также вследствие его усталости, элект­рических явлений и др. Чрезвычайная сложность механизма изна­шивания инструментов создает большие трудности при разработке математической модели изнашивания.

Во всех случаях наибольшее влияние на величину износа ин­струмента оказывает скорость резания, более слабое — подача и наименьшее — глубина резания. Такова же относительная сила влияния элементов режима резания на температуру резания. Эта закономерность подтверждает тот факт, что величина линейного из­носа прямо зависит от температуры резания.

Критерии износа. Инструмент считают окончательно затупив­шимся и отправляют на заточку, судя о затуплении по определен­ному признаку, который называют критерием износа. Свойство ин­струмента сохранять работоспособными свои режущие кромки и контактные поверхности называется стойкостью. Период времени резания между двумя заточками, в течение которого сохраняется работоспособность инструмента, носит название периода стойкости.

В лабораторных условиях и производственной деятельности ис­пользуют два критерия износа: критерий оптимального износа и критерий технологического износа. При очень малом допустимом износе инструмент имеет малый период стойкости Т, но допускает большое число переточек i. При большом допустимом износе период стойкости оказывается большим, но число переточек значительно сокращается. В обоих случаях суммарный период стойкости Т_сум = i T сравнительно мал. Можно найти такую величину износа, при которой Т_сум становится наибольшим. Этот износ δ_сум называют оптимальным.

Инструмент считают окончательно зату­пившимся и отправляют на заточку, когда износ его задней поверх­ности становится равным технологическому износу. Величину тех­нологического износа устанавливают исходя из следующих призна­ков: 1) резко увеличивается шероховатость обработанной поверх­ности по вине режущего инструмента; 2) резко изменяются размеры обработанных деталей вследствие износа инструмента; 3) частыми становятся его поломки; 4) возникают вибрации технологической системы; 5) имеет место наибольшее количество замен инструмен­тов данного типа.

Дата добавления: 2014-12-26