Аналіз основних видів спрацювання різального інструменту

В процесі різання в результаті взаємодії оброблюваного матеріалу з інструментальним контактні ділянки на передній і задній поверхнях спрацьовуються. Спрацювання контактних ділянок проходить безперервно, протягом вього процесу різання, практично при будь-яких умовах різання і фізико-механічних властивостях як інструментального так і оброблюваного матеріалів [4].

При будь-якому виді обробки матеріалів різанням частина матеріалу, яка збирається з заготовки (стружка), ковзає по передній поверхні різального елементу інструменту і одночасно частина задньої поверхні різального клину ковзає по обробленій поверхні. Тертя, що виникає на цих обох поверхнях, є тертям ковзання. При різанні трибологічні процеси можуть мати адгезійну, дифузійну і абразивну природу, відбувається частіше вього внаслідок реалізації одночасно декількох механізмів взаємодії.

В залежності від умов різання і властивостей інструментального і оброблюваного матеріалу знос спостерігається по задній поверхні, по передній поверхні або по задній і передній поверхнях одночасно (рисунок 1.7). Також спостерігається знос, пов’язаний із заокругленням ріжучої кромки.

Рисунок1.7 [1] – Спрацювання леза різального інструменту:

а – по задній поверхні; б – одночасно по задній і передній поверхнях; в – по передній поверхні; f – ширина фаски; а_н – довжина лунки; h_л – глибина лунки; h_з – ширина ділянки зносу по задній поверхні

Знос по задній поверхні спостерігається частіше при малій товщині зрізу, особливо при обробці крихких матеріалів (чавун, кремній і т.д.) [4]. Знос по передній поверхні має місце, коли задня поверхня захищена від зношування наростом, або коли температура передньої поверхні значно перевищує температуру задньої поверхні. Особливістю зносу передньої поверхні є утворення лунки на деякій відстані від ріжучої кромки. По мірі спрацювання глибина лунки h_л зростає, а радіус кривизни зменшується. Зазвичай довжина лунки росте в сторону ріжучої кромки повільніше, ніж в протилежну сторону. При одночасному зносі по передній і задній поверхнях ділянка поверхні f, що знаходиться між лункою і ріжучою кромкою, поволі зменшується з обох сторін, зменшується кут загострення і в результаті міцність ріжучої кромки знижується, що призводить до руйнування різальної частини інструменту.

Норми спрацювання токарних різців:

- для швидкорізальних сталей h_з = 1,5...2 мм, h_л = 0,35...0,45 мм;

- для твердих сплавів h_з = 0,8...1 мм, h_л = 0,8...2 мм [1].

Знос різального інструменту прийнято класифікувати по таким видам: адгезійно-втомний, абразивний, дифузійний, хіміко-абразивний і окислювальний [1].

Адгезійно-втомний знос. При ковзанні одної поверхні по іншій проходить безперервний процес зрізання і виникнення адгезійних зв’язків. Безперервне схоплювання і зрізання в окремих точках контакту найбільш інтенсивно проходять при різанні металів. Поверхня інструменту знаходиться під дією зрізуючих напружень. В результаті цього процесу частинки металу місцями вириваються з поверхні. Зазвичай таке виривання значно більше зі сторони мякого металу при ковзанні по більш твердому, проте має місце процес переносу частинок більш твердого металу на більш мякий (адгезійний знос). Адгезійно-втомне спрацювання різального інструмента може спостерігатись в результаті крихкого руйнування контактних шарів, і характеристикою зносостійкості матеріалу буде границя міцності σ_w. В інших умовах Адгезійно-втомне зношування може спостерігатись в результаті пластичного зрізу контактних шарів інструментального матеріалу і його характеристикою буде границя текучості σ_т і твердість HV [4].

Зрізання з’єднань контактних поверхонь в адгезійних ділянках може відбуватися різними способами. Якщо міцність з’єднання в адгезійних ділянках менша міцності самих матеріалів, то зріз проходить по поверхні з’єднання. При цьому знос є незначним. Якщо з’єднання міцніше, ніж один з металів, то зрізання проходить в глибині менш міцного металу. Коли міцність з’єднання вища міцності обох матеріалів, то зрізання, як правило проходить в глибині менш міцного, але в окремих випадках є ймовірність зрізання і більш міцного матеріалу на його втомлених ділянках. Якщо в процесі деформації поверхонь матеріал в контактних шарах зміцнюється то відбувається глибинне виривання. При цьому пошкодження поверхонь досить значні. Міцність матеріалу різального інструменту в контактних шарах зони тертя повинна бути вищою, ніж оброблюваного матеріалу і тому зрізання адгезійних плям чи ділянок, як правило буде відбуватись по оброблюваному матеріалу і в окремих ділянках – по втомлених ділянках матеріалу інструменту.

Абразивний і хіміко-абразивний знос. Механізм абразивного спрацювання полягає в тому, що тверді включення оброблюваного матеріалу, впроваджуючись в контактні поверхні інструменту, дряпають ці поверхні, діючи як мікроскопічні різці. Найбільш сильно абразивний знос проявляється в тому випадку, коли твердість різальної частини інструменту в процесі різання падає, оброблюваний матеріал зміцнюється. На рисунку представлені мікрофотографії задньої поверхні різців із сталі Р6М5 при різанні сталі 40Х в середовищі повітря і чотирихлористого вуглецю. При різанні на повітрі на передній поверхні утворюється наріст, який періодично руйнується. Часто твердість частинок наросту, що руйнується є вищою, ніж інструментального матеріалу, тому вони в процесі різання спричиняють абразивне спрацювання контактних поверхнонь інструменту. Аналогічну дію викликають карбіди, оксиди та інші абразивні включення. Абразивний механізм є ведучим видом спрацювання різального інструменту.

Хіміко-абразивне спрацювання відбувається під дією абразиву в хімічно активних середовищах. При роботі інструменту з швидкорізальної сталі хімічно-активні середовища підсилюють спрацювання поверхонь, в результаті чого зменшується стійкість інструменту. При обробці твердими сплавами, навпаки, хімічно активні середовища підвищують стійкість інструменту, так як адгезійно-втомний знос знижується, а абразивно-хімічний проявляється слабо.

Дифузійний знос. При різанні з високими швидкостями починає проявлятись дифузійний механізм руйнування леза різального інструменту, який є наслідком:

- дифузії основних компонентів матеріалу в оброблюваний матеріал. Ці компоненти розчиняються в оброблюваному матеріалі (стружці) і видаляється з ріжучих поверхонь;

- дифузії вторинних компонентів матеріалу інструменту з тонкого поверхневого шару, що призводить до зміни його механічних властивостей;

- дифузії компонентів оброблюваного матеріалу в матеріал інструменту, що веде до зміни фізико-механічних характеристик поверхневого шару інструменту.

Висока температура, інтенсивна адгезія, великі пластичні деформації і тиски в зоні контакту при високих швидкостях різання повинні в значній степені сприяти взаємному дифузійному розчиненню компонентів інструментального і оброблюваного матеріалів. Частина інструментального матеріалу переходить в матеріал деталі і стружку. Тому сумарний знос різального інструменту буде включати в себе спрацювання, викликане розчиненням матеріалу різального інструменту в оброблюваному матеріалі, тобто знос, викликаний дифузією. По мірі збільшення швидкості різання дифузійний перенос стає домінуючим фактором, що визначає механізм спрацювання інструменту.

Окислюючий знос. В проміжку між контактуючими поверхнями інструментального і оброблюваного матеріалів виникає газове або рідинне середовище. Якщо це є повітря, то кисень з повітря безперервно окислює тонкий поверхневий шар інструментального матеріалу. Оксидний шар, який утворюються на поверхні є крихкий і в процесі різання руйнується. Тому для підвищення зносостійкості необхідно виключити попадання повітря на котактні поверхні застосуванням захисних газів (азот, аргон).

Дата добавления: 2015-08-31