Оптимальным критерием износа называется такая величина износа, при которой суммарное время работы инструмента с учетом всех его переточек будет максимальным.

Механическое изнашивание. Под механическим износом понимают, в первую очередь, разрушение микрообъемов поверхностей лезвия, контактирующих в процессе резания со стружкой и поверхностями на заготовке в результате трения. Трущиеся поверхности шероховаты, т. е. на них всегда имеются микро- и субмикронеровности, которые при взаимном скольжении «пересекаются», в результате чего в зоне трения появляются участки контакта, близкие к точечному, через которые передаются усилия от одного элемента системы к другому. Этот процесс сопровождается резким возрастанием в объемах микровыступов напряжений, которые при определенных условиях могут превысить предел прочности инструментального материала и привести к его разрушению с образованием и удалением мельчайших частиц граничного поверхностного слоя контактных площадок лезвия в виде мелких частиц – продуктов износа трением. Кроме того, этот процесс может сопровождаться выкрашиванием режущей кромки, что особенно характерно для хрупких инструментальных материалов (твердых сплавов), или ее пластическим деформированием (опусканием), что характерно для закаленной инструментальной стали (ХГ, ХВГ и др. ) (рис. 7. 15).

Механическое изнашивание во время работы инструмента происходит по причине: а) износа трением, б) пластической деформации лезвия, в) выкрашивания. Износ трением является основной причиной затупления и имеет место во всех без исключения случаях и на всех инструментах независимо от их вида и назначения. Пластическая деформация на практике встречается редко, в частности на инструментах из легированных инструментальных сталей. При высоких скоростях резания пластическое опускание режущей кромки может наблюдаться также и у резцов, оснащенных твердым сплавом. Выкрашивание играет незначительную роль в износе инструментов, изготовленных из легированных и быстрорежущих инструментальных сталей, однако имеет существенное значение в суммарном износе твердосплавных инструментов. Выкрашивание крупными частицами (сколы), разрушающими режущие лезвия инструментов в такой степени, что дальнейшая их работа без переточки невозможна или нецелесообразна, по размерам и последствиям представляет собой не явление износа, а разновидность поломки инструмента.

Абразивный износ. В обрабатываемом материале (стружка и поверхность резания) имеются твердые включения (цементит, сложные карбиды, интерметаллиды и др. ), которые по отношению к рабочим поверхностям режущего инструмента играют роль микрорезцов. Осуществляется микрорезание (царапание) подобно зернам шлифовального круга (отсюда и термин – «абразивный износ»). Характерным признаком этого вида износа являются риски и царапины на изношенной поверхности, ориентированные по направлению движения стружки относительно передней поверхности или поверхности резания относительно задней поверхности. Роль твердых частиц, осуществляющих микрорезание и оставляющих царапины на поверхности инструмента, выполняют частицы периодически разрушающегося нароста, твердость которого значительно больше твердости обрабатываемого материала, а также зерна карбидов инструментального материала, оторвавшиеся в результате адгезионного разрушения.

Чаще всего возникновение рисок на инструментальном материале происходит в результате его пластического оттеснения в боковые стороны при движении более твердой частицы, входящей в состав обрабатываемого материала и находящейся в заторможенном слое, который при неустойчивом состоянии перемещается относительно инструментального материала. Таким образом, чем больше в составе обрабатываемого материала будет твердых фаз, тем большее число контактов с поверхностью лезвия инструмента произойдет при их взаимном перемещении. При каждом новом контакте будет происходить очередное «резание–царапание» или «оттеснение» инструментального материала, в результате чего поверхность трения в микрообъемах инструментального материала будет подвергаться процессам пластического передеформирования. В рассматриваемом случае, когда циклические напряжения вызывают не упругие деформации, как при адгезионном изнашивании, а пластические с образованием рисок (следов деформации), наиболее вероятно проявление механизма малоцикловой усталости.

Интенсивность развития трещин и разрушение при малоцикловой усталости значительно выше, чем при многоцикловой усталости, когда напряжения не превышают предела упругости. Поэтому более точным названием для абразивного изнашивания является абразивно-усталостное изнашивание.

Интенсивность абразивно-усталостного изнашивания возрастает при увеличении содержания в сталях цементита (НВ 800) и сложных карбидов, в чугунах – цементита и фосфидов, в силуминах – карбида кремния, в жаропрочных сплавах – интерметаллидов, которые сохраняют высокую твердость даже при высоких температурах резания.

Из всех структурных составляющих стали наименьшей истирающей способностью обладает феррит. За ним следует зернистый перлит, истирающая способность которого тем меньше, чем меньше размеры зерен цементита. Пластинчатый перлит значительно интенсивнее изнашивает режущий инструмент, так как он обладает большой абразивной способностью в силу пилообразного характера трущейся поверхности с острыми карбидными кромками. Аустенитные стали с незначительным содержанием карбидов имеют слабую истирающую способность. Трудно обрабатываются стали мартенситного класса с высоким содержанием легирующих составляющих. Режущий инструмент особенно интенсивно изнашивается элементами, образующими твердые карбиды (V, Мо, W, Тi).

При обработке чугуна положительную роль играет графит, выполняя функцию внутренней смазки, уменьшая тенденции к образованию нароста. Но наличие твердых фосфористых соединений, особенно цементита, весьма сильно увеличивает истирающую способность чугуна.

Ниже приводятся значения твердостей различных компонентов стали, чугуна и сплавов, дающих представление об их истирающей способности (табл. 7. 2).

Эти данные косвенно показывают также способность различных инструментальных материалов сопротивляться истирающему воздействию обрабатываемого материала. Надо полагать, что износоустойчивость инструмента будет тем больше, чем больше его твердость в сравнении с твердостью обрабатываемого материала при определенных температурных условиях в процессе резания. Контактные поверхности инструмента могут также царапаться частицами периодически разрушающегося нароста, твердость которого значительно превосходит твердость материала, из которого он образован.

Таблица 7. 2