 |
7. Лабораторная работа № 7. Исследование процессов износа и разрушения режущей части резцов при токарной обработке. 7. 1 теоретические основы
|
|
|
|
7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗНОСА И РАЗРУШЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ РЕЗЦОВ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ
Цель работы: установление закономерностей влияния элементов режима резания на характеристики износа и стойкость резцов при продольном точении.
7. 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Одним из основных свойств режущего инструмента является его надежность. Надежность инструмента – это свойство в процессе обработки деталей сохранять свои эксплуатационные показатели (производительность, себестоимость, качество обработки деталей и др. ) в течение определенного периода времени. В процессе эксплуатации изменяется состояние технологической системы, при этом изменяются условия обработки, вследствие чего инструмент теряет свои режущие свойства, что в итоге приводит к его отказу. Основными видами отказов режущей части инструмента являются:
1) хрупкое разрушение;
2) вязкое (пластическое) разрушение;
3) постепенный износ контактных поверхностей.
Примечание. Следует отметить, что доля отказов режущей части инструмента в результате хрупкого разрушения достигает 
(особенно для инструментов, оснащенных пластинами из минералокерамики и твердого сплава при работе на средних и тяжелых станках) [25, 26]. Поэтому изучение процессов разрушения режущей части инструмента, разработка методов повышения прочности и надежности режущего инструмента имеет важное значение.
7. 1. 1 Хрупкое разрушение
Хрупкое разрушение наблюдается в условиях обработки, когда в режущем клине инструмента возникают напряжения, величина которых превышает границу прочности инструментального материала. Наиболее часто хрупкое разрушение может происходить в условиях черновой обработки, которая характеризуется значительной величиной действующей силы резания. В процессе хрупкого разрушения с режущей части инструмента скалываются частицы инструментального материала, в результате чего ухудшается качество и снижается производительность обработки. Общий вид хрупкого разрушения режущей кромки лезвия инструмента приведен на рис. 7. 1.
|
|
|
|
| Рис. 7. 1. Общий вид хрупкого разрушения режущей кромки |
Хрупкое разрушение тела – это результат возникновения и развития трещин. Практически в любом твердом теле имеются микроскопические дефекты строения, разнообразные искажения в атомно-молекулярной структуре тела: примесные атомы и молекулы, вакансии, фазовые включения, дефекты упаковки в кристаллических решетках и др. При нагружении тела указанные дефекты начинают играть роль концентраторов напряжений. На распределение напряжений влияет неравномерный нагрев тела, циклическая нагрузка (механическая или тепловая). В последнем случае усталостные явления инициируют развитие трещин. При циклической нагрузке, способствующей росту плотности дислокаций, увеличивается и количество субмикротрещин в теле, облегчающее выбор направления для магистральной трещины, поэтому хрупкое разрушение с его задержкой относительно момента приложения нагрузки происходит с накладкой усталостных явлений. Чем менее пластичен материал, тем он более склонен к хрупкому разрушению. Поэтому хрупкому разрушению подвержен прежде всего минералокерамический инструмент. Затем идут твердые сплавы. Для инструментов из быстрорежущей стали хрупкое разрушение встречается значительно реже и чаще всего происходит у инструментов, имеющих с позиций прочности «невыгодную» конструкцию. У твердых сплавов с повышением содержание кобальта, возрастает вязкость сплава и уменьшается возможность его хрупкого разрушения. При равном процентном содержании кобальта титано-вольфрамовые твердые сплавы (ТК) более склонны к хрупкому разрушению, чем вольфрамовые (ВК). Хрупкому разрушению минералокерамических и твердосплавных пластинок способствует наличие в них микротрещин, образовавшихся на разных стадиях технологического процесса изготовления инструмента (спекание, пайка, заточка и др. ). При заточке инструмента рекомендуется применять алмазные круги и доводку рабочих поверхностей с помощью алмазных паст. Быстрое охлаждение инструмента после пайки или во время заточки вызывает в поверхностных слоях режущей части растягивающие напряжения, что способствует хрупкому разрушению инструмента.
|
|
|
|
|
| а | б |
|
Рис. 7. 2. Хрупкое разрушение режущего клина: а – микровыкрашивание (1); б – крупные сколы (2) | |
Имеют место два вида хрупкого разрушения: микровыкрашивание и крупные сколы режущего клина. Микровыкрашивания 1 происходят в пределах контакта инструмента с изделием и со стружкой, преимущественно у режущей кромки (рис. 7. 2, а). Магистральные трещины 2, приводящие к крупным сколам (рис. 7. 2, б), возникают вне контактной зоны на расстоянии 
от режущей кромки (С – длина контакта стружки с передней поверхностью инструмента). Это связано с тем, что образование магистральных трещин происходит в местах действия растягивающих напряжений. Как следует из графиков (рис. 7. 3), растягивающие напряжения достигают максимума в точках, удаленных от режущей кромки на расстояние (2, 0÷ 2, 5) С.
Фактическое расположение поверхности разрушения зависит еще и от места нахождения дефекта, дающего начало магистральной трещине, и поэтому является случайным (коэффициент вариации 0, 4÷ 0, 6). Вероятность появления магистральной трещины и последующего хрупкого разрушения зависит от свойств инструментального и обрабатываемого материалов, геометрических параметров режущей части инструмента и размеров поперечного сечения срезаемого слоя.
|
| Рис. 7. 3. Распределение напряжений на передней поверхности инструмента в секущей плоскости схода стружки: толщина среза а = 0, 2 мм (1); а = 0, 6 мм (2); а = 1, 0 мм (3); а = 1, 5 мм (4); материал детали – свинец (g=a=10°) |
|
|
|
Особое место занимает толщина срезаемого слоя а, с увеличением которой положительные (растягивающие) главные напряжения s на передней поверхности существенно растут. Как видно из графиков (рис. 7. 3), при увеличении толщины среза в 7 раз максимальные значения напряжения 
возрастают почти в 10 раз. Опасная точка при этом удаляется от режущей кромки. Повышается вероятность хрупкого разрушения инструмента, поэтому для количественной оценки хрупкой прочности принимается величина предельной толщины среза (или ломающая подача).
Предельная толщина среза прежде всего зависит от прочностных свойств инструментального материала (табл. 7. 1).
|
|
|
