Основы теории резания металлов

Износ режущего инструмента

Износ режущего инструмента значительно отличается от износа деталей машин, поскольку зона резания, в которой работает инструмент, характеризуется высокой химической чистотой трущихся поверхностей, высокими температурой и давлением в зоне контакта. Механизм износа инструмента при резании металлов сложен и включает в себя абразивный, адгезионный и диффузионный износ. Удельное влияние каждого из них зависит от свойств материала, инструмента и детали и условий обработки (прежде всего скорости резания).

Абразивный износ инструмента заключается в следующем: стружка внедряется в рабочую поверхность инструмента и путем микроцарапаний удаляет металл с этой поверхности. Интенсивность абразивного износа повышается при снижении скорости резания.

Адгезионный износ инструмента происходит в результате схватывания или прилипания трущихся поверхностей и последующего отрыва мельчайших частиц материала инструмента. Результатом этого износа, происходящего при температуре ниже 900 градусов С, являются кратеры на рабочих поверхностях инструмента, образующие при слиянии лунки. Адгезионный износ уменьшается при повышении твердости инструмента.

Диффузионный износ инструмента, происходящий при температуре 900-1200 градусов С, является результатом взаимного растворения металла детали и материала инструмента. Активность процесса растворения повышается при повышении температуры контактного слоя, т. е. при возрастании скорости резания. Поэтому диффузионный износ можно рассматривать как один из видов химического износа, приводящего к изменению химического состава и физико-химических свойств поверхностных слоев инструмента и снижающего его износостойкость.

Чем выше механические свойства обрабатываемого материала и содержание в нем углерода, хрома, вольфрама, титана, молибдена, тем интенсивней износ инструмента. Наибольшее влияние на интенсивность износа оказывает скорость резания, меньшее - подача и глубина резания. Как правило, инструмент изнашивается по задней и передней поверхностям. За критерий износа обычно принимают допустимый износ из по задней поверхности инструмента, рисунок слева - а). (hз - износ по задней поверхности, hр - радиалтный износ, hл - глубина лунки, r - радиус скругления) Например, для твердосплавных резцов при черновой обработке hз=1,0-1,4 мм для стали и hз=0,8-l,0 мм для чугуна, а при чистовой обработке hз=0,4-0,6 мм для стали и hз=0,6-0,8 мм для чугуна. Преобладающий износ по задней поверхности обычно наблюдается при обработке с низкими скоростями резания сталей с малой (не более 0,15. мм) толщиной среза, а также при обработке чугуна. Преобладающий износ по передней поверхности резца наблюдается при большом давлении и при высокой температуре в зоне резания. Такие условия возникают при обработке с высокими скоростями резания и без охлаждения стали с большой (более 0,5 мм) толщиной среза: При износе резца по передней поверхности на последней образуется лунка, рисунок слева - б), ширина и глубина которой непрерывно увеличиваются. При этом ширина перемычки между лункой и режущей кромкой непрерывно уменьшается, и когда перемычка исчезает, наступает полный или катастрофический износ, рисунок слева - в). На практике инструмент изнашивается по задней и передней поверхностям одновременно и при этом увеличивается радиус r скругления режущей кромки, рисунок слева - г). Преобладание одного из этих видов износа над другими зависит от режима обработки.

Геометрические формы износа сверла показаны на рисунке справа. (hз - износ по задней поверхности, hл - износ по ленточке, hп - износ по передней поверхности, hц - износ цилиндрического участка, hк - износ конического участка) Для сверл из быстрорежущей стали hз=0,5-1,2 мм для чугуна и hз<1,1 мм для стали, а для сверл, оснащенных пластинами из твердого сплава, hз=0,4-1,3 мм для чугуна и стали. Большие значения износа допустимы для сверл большего диаметра. Износ сверла по задней поверхности у периферийной части режущей кромки является наиболее распространенным и возникает вследствие увеличения температуры в зоне резания. Износ перемычки сверла наиболее часто возникает при обработке твердых материалов или при высокой скорости резания. Износ сверла по передней поверхности наиболее значителен при глубоком сверлении. Износ участка ленточки, примыкающего к режущей части сверла, зависит от величины деформаций, увода сверла и других факторов. При чистовой обработке деталей за технологический критерий износа инструмента принимают допустимый износ, при превышении которого точность получаемых размеров и шероховатость обработанной поверхности не удовлетворяют заданным (по техническим требованиям). Так, технологическим критерием износа мерных инструментов для обработки отверстий (например, разверток) является износ по задней поверхности, при котором обрабатываемое отверстие не укладывается в заданный допуск по размеру или по качеству поверхности.

Стойкость инструмента характеризуется его способностью без переточки длительное время обрабатывать заготовки в соответствии с техническими требованиями. Величина стойкости определяется временем непосредственной работы инструмента (исключая время перерывов) от переточки до переточки; это время называется периодом стойкости инструмента или стойкостью инструмента. Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания. Так, повышение скорости резания на 50% снижает стойкость инструмента примерно на 75%, в то время как аналогичное увеличение подачи снижает стойкость на 60%.