Изнашивание и стойкость режущего инструмента

 

Механизмы и виды изнашивания. Под изнашиванием режущего инструмента понимают разрушение его контактных поверхностей в результате трения стружки о переднюю поверхность инструмента, а задней поверхности – о заготовку. Физические процессы, протекающие при изнашивании инструмента, аналогичны трению и изнашиванию трущихся пар, но они происходят обычно при очень большом давлении, больших скоростях и высокой температуре. Трущиеся поверхности при этом беспрерывно обновляются.

Механизмы изнашивания. Интенсивное разрушение контактных поверхностей инструмента часто обусловлено наличием в обрабатываемом материале достаточно твердых составляющих (карбиды, окалина, литейная корка), которые царапают поверхности трения (абразивное изнашивание). Изнашивание тем больше, чем меньше твердость режущей части инструмента при резании и выше твердость составляющих обрабатываемого материала.

Высокое давление и температура резания вызывают адгезионные процес­сы на контактных поверхностях – схватывание материала инструмента с мате­риалом заготовки под действием атомарных сил (аналогично сварке трением). При этом частички инструментального материала беспрерывно вырываются и уносятся сходящей стружкой и обрабатываемой заготовкой. При невысоких скоростях резания изнашивание инструментов из твердых сплавов вызывается именно адгезионными процессами.

При больших скоростях, когда в зоне резания развивается очень высокая температура, твердосплавный инструмент интенсивно изнашивается под дей­ствием диффузии. Происходит взаимное проникновение и растворение структурных составляющих инструментального и обрабатываемого материалов. Интенсивной диффузии благоприятствует то, что в контакт с инструментом беспрерывно вступают все новые участки обрабатываемого материала и стружки.

Виды изнашивания. Изнашивание инструмента происходит, главным образом, по задней поверхности при обработке твердых и хрупких материалов, например чугуна, или при малых припусках на обработку (под действием абразивного и адгезионного механизма), а изнашивание по передней поверхности – при обработке сталей с высокими скоростями резания без охлаждения с толщиной срезаемого слоя более 0,5 мм (под действием диффузионного механизма).

Изнашивание может происходить по передней и задней поверхностям одновременно. Этот вид наиболее распространен и характерен для режущего инструмента при обработке срезаемого слоя с толщиной более 0,1 мм.

Критерий затупления. Предельно допустимая величина изнашивания, при которой инструмент теряет нормальную работоспособность, называется критерием затупленuя. С увеличением изнашивания задней поверхности инструмента возрастают силы резания, увеличивается работа трения, повышается температура, увеличивается шероховатость обработанной поверхности. Поэтому критерием затупления обычно выбирают определенную величину изнашивания задней поверхности инструмента. Например, для проходных резцов из быстрорежущей стали при чистовой обработке стальных заготовок допустимый износ составляет 0,3-0,5 мм.

При чистовой обработке резцами, фрезами, развертками, протяжками и другими инструментами устанавливается технологический критерий затупления, т. е. такая величина изнашивания задней поверхности, превышение которой приводит к тому, что точность и шероховатость обработанной поверхности перестают удовлетворять техническим условиям.

Стойкостью инструмента называют время его работы между пере­точками при определенном режиме резания. На стойкость влияют об­рабатываемый материал и материал режущего инструмента, режим резания и другие условия обработки. Стойкость оказывает большое влияние на производительность и стоимость обработки; ее выбирают такой, чтобы стоимость выполняемой операции была минимальной. Сложные дорогие инструменты, устанавливаемые на станках со сложной наладкой, должны иметь больший период стойкости.

Значения стойкости различных инструментов приведены в справочниках по режимам резания. Например, стойкость токарных резцов из быстрорежущих сталей составляет 50 – 60 мин, твердосплавных резцов 45 – 90 мин, фрез цилиндрических 180 – 240 мин и т. п.

 

Вопросы для самопроверки

1 Виды движения в металлорежущих станках.

2 Основные методы обработки резанием.

3 Элементы режима резания.

4 Геометрические параметры резца.

5 Процесс стружкообразования при резании металлов и сопутствующие ему явления (типы стружек, упругое и пластическое деформирование, образование нароста, упрочнение поверхностного слоя).

6 Механизмы и виды изнашивания резцов и стойкость инструмента.