Износ и стойкость режущего инструмента

При резании металлов возникают сложные физико-химические про- цессы, протекающие при больших давлениях, высоких температурах и на относительно малых поверхностях контакта. Механизм изнашивания инст- румента при резании очень сложен, его можно подразделить на абразивный, адгезионный (молекулярный) и диффузионный.

Абразивное изнашивание происходит в результате трения обработан- ной поверхности о переднюю и заднюю поверхности резца. Большое абра- зивное воздействие оказывает также литейная корка и окалина на заготовках. Адгезионное изнашивание происходит в результате действия значи- тельных сил молекулярного сцепления (прилипания, сваривания) между ма- териалами заготовки и инструмента, вызывающих при скольжении отрыв мельчайших частиц материала инструмента. Этот процесс носит местный характер и возникает на малых участках контакта поверхностей инструмента

со стружкой, в местах повышенных пластических деформаций и температур.

Диффузионное изнашивание происходит в результате взаимного рас- творения обрабатываемого материала и материала инструмента. Этот про-

цесс характерен для резания твёрдосплавным инструментом на высоких ско- ростях резания.

Интенсивность изнашивания инструмента зависит от ряда факторов: физико-механических свойств обрабатываемого материала и материала инст- румента; состояния поверхностей и режущих кромок инструмента; рода и физико-химических свойств смазывающе-охлаждающей жидкости; режимов резания; геометрии режущей части инструмента; состояния станка; жёстко- сти технологической системы и других условий обработки.

В общем случае изнашивание резца происходит по передней и задней поверхностям (рис. 3.2). В зависимости от условий обработки может преоб- ладать тот или иной из указанных износов. Износ по задней поверхности ха- рактеризуется высотой ленточки h ₃, а износ по передней поверхности – глу- биной h_л и шириной лунки b (длина лунки l изменяется незначительно).

Рис. 3.2. Износ резцов по задней и передней поверхностям:

h ₃ – высота ленточки (износ по задней поверхности резца); h_л, b, l – глубина, ширина, длина лунки соответственно (износ по передней поверхности резца); с – ширина режущей кромки

Определение оптимального времени работы инструмента производит- ся на основании исследования зависимости износа инструмента от времени его работы (рис. 3.3). На графике зависимости износа от времени работы можно выделить три основные зоны: 1 – период приработки; 2 – период нор- мального изнашивания; 3 – период повышенного (катастрофического) изна- шивания.

Период приработки 1 характеризуется сильным истиранием наиболее выступающих частиц поверхности – чем ровнее будут поверхности трения, тем менее резко возрастает износ за одно и то же время. Период нормального изнашивания 2 характеризуется тем, что износ постепенно возрастает с уве-

личением времени работы. При достижении некоторого износа условия тре- ния изменяются, значительно повышается температура резания и наступает третий период повышенного изнашивания. В этот период возрастает шерохо- ватость обработанной поверхности, снижается точность обработки, появля- ются вибрации и другие негативные явления.

а                                            б

Рис. 3.3. Схема износа инструмента (а) и график зависимости износа инстру- мента от времени (б) резания: h _з.ф, h _з.р – соответственно физический и размер- ный износ по задней поверхности; Т _ф, Т _р – соответственно физическая и раз- мерная стойкость инструмента; l – период приработки; 2 – период нормально- го изнашивания; 3 – период повышенного изнашивания; h₃ – физический износ инструмента по задней поверхности; с – ширина перемычки; b – ширина лунки

Время работы инструмента от переточки до переточки называют стойкостью. Физическая стойкость Т _ф – это время работы инструмента до аварийного изнашивания (инструмент изнашивается до величины h _з.ф). При чистовой обработке износ может существенно влиять на точность обработки, поэтому для чистовой обработки назначают так называемую размерную стойкость Т _р (инструмент изнашивается до величины h _з.р, при которой проис- ходит существенное влияние износа на точность обработки).

Также различают минутную стойкость Т _м – период работы инструмен- та в минутах до переточки и штучную стойкость Т _шт – число обработанных заготовок деталей до переточки.

Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость ре- зания, поэтому в расчётах стойкости чаще всего используют зависимость

С = vТ^m,

где С – постоянная величина; v – скорость резания; Т – стойкость; показатель относительной стойкости.