Износ и стойкость инструментов

 

В процессе резания в результате трения стружки о переднюю поверх­ность инструмента и задней поверхно­сти о заготовку режущие поверхности инструмента изнашиваются. Независи­мо от вида и назначения инструменты изнашиваются: по задней поверхности (рис. 14,а); по передней поверхности (Рис.14,6); одновременно по передней и задней поверхностям (рис. 14, в).

Рис. 14. Схема износа резцов:

а — по задней поверхности, б —по передней поверхности, в —по задней я перед­ней поверхностям

В зависимости от условий обработки может преобладать тот или иной вид износа. Износ по задней поверхности характеризуется площадкой с высотой h_з (рис. 14, а). В процессе резания уве­личиваются площадка, трение, нагрев, быстрее протекает процесс износа. Быстрый рост износа является опас­ным, так как может привести к разру­шению режущей кромки инструмента. Износ инструмента.допускается в определенных пределах (допустимый износ), после которого инструмент на­до переточить, возобновить его режу­щие способности. Износ передней по­верхности инструмента образуется от трения сходящей с нее стружки. Износ образуется в виде лунки глубиной h_л (рис. 14,б,в). Края лунки располага­ются приблизительно параллельно главному лезвию инструмента, а длина лунки равна его рабочей длине.

При работе инструментами из быст­рорежущей стали на малых и средних скоростях резания перемычка между краем лунки и главным лезвием сохра­няется благодаря образовавшемуся на­росту, предохраняющему переднюю грань от истирающего действия струж­ки. По мере увеличения износа край лунки может сойтись с кромкой изно­шенной задней поверхности и на окон­чательно изношенном инструменте ос­танется только часть лунки (рис. 14,в). Практически до такого износа инструмент не доводят, а перетачивают значительно раньше из-за износа по задней поверхности.

Лунка, увеличивая передний угол резца, облегчает процесс резания. На рис. 14, в показан одновременный из­нос по задней и передней поверхностям инструмента.

Виды износа.

 Основными видами износа являются абразивное, молеку­лярное и диффузионное изнашивание и приработочный износ.

Абразивный износ — это царапание твердыми частицами, находя­щимися в обрабатываемом материале, режущих поверхностей инструмента. Большой абразивный износ причиняют инструменту окалина и литейная кор­ка на заготовках.

Молекулярный износ про­исходит в результате действия молекулярных сил сцепления (прилипание, спекание) между материалами заго­товки (стружки), вызывающих при трении скольжения отрыв (захватывание) мельчайших частиц материала инструмента. Этот вид износа харак­терен при обработке стали и других вязких материалов.

При контакте одноименных матери­алов схватывание начинается при тем­пературах, равных (0,3—0,4) Т_пл, а при контакте разноименных материалов (0,35—0,5) Т_пл, при очень высоких температурах контактирования процесс схватывания приводит к спека­нию. Молекулярный износ можно уменьшить применением СОЖ, кото­рые создают на контактных поверхно­стях защитные пленки, уменьшающие силы прилипания.

Диффузионное изнаши­вание — это диффузионное раство­рение металла инструмента в обраба­тываемом материале при температу­рах 800—850 °С. Интенсивность проте­кания диффузионных процессов замет­но уменьшается при применении инст­рументальных материалов, химически инертных по отношению к обрабаты­ваемому материалу.

Резец по времени изнашивается не­равномерно. В начале работы быстро истираются неровности, шероховатости режущей кромки и обезуглероженный слой инструмента, появившийся при его термической обработке. Этот износ называется приработочным.

 

Стойкость инструмента.

 

На рис. 15 процесс износа изображен графически.

Рис. 15. Зависимость износа резца по задней поверхности от продолжительности работы: зоны: 1 — приработки, 2— нормального износа, 3 — разрушения; Т — период стойкости резца

Сначала в зоне 1 от А до В будет приработочный процесс. В зоне 2 — пря­мая ВС изображает нормальный износ, высота площадки из равномерно рас­тет. Затем высота достигает определенной величины h_змах. Их дальнейший из­нос и перегрев резца вызывает резкое увеличение площадки износа, разру­шение режущей кромки — зона 3. Чтобы не допустить разрушения режу­щей кромки, резец (или другой инст­румент) снимают и перетачивают раньше, чем износ достигнет опреде­ленной допускаемой величины h_здоп. Время работы инструмента до износа на величину h_здоп называется перио­дом стойкости (стойкостью) Т (мин). Иначе говоря, стойкостью называется машинное время работы резца до переточки.

На износ и стойкость инструмента влияют скорость резания, физико-меха­нические свойства обрабатываемого и инструментального материала, состояние поверхности режущих кромок инструмента, жесткость технологической системы станка (СПИД), свойства применяемой СОЖ. элементы режима резания, углы резца и др.

Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания. Чем скорость выше, тем больше энергии расходуется на процесс резания, тем больше выделяется тепла, тем интенсивнее происходит износ трущих­ся поверхностей режущей части инструмента и тем меньше период стойкости. Исследованиями и практикой установлено, что небольшое приращение скорости резания вызывает значительное изменение стойкости резца. Например, если скорость резания при работе твердосплавным резцом увеличивается в два раза, то стойкость резца уменьшится в 32 раза.

В процессе работы все виды инст­рументов изнашиваются. Обслуживающий персонал — мастера, наладчики должны знать, до какого предела затупления (износа) можно доводить инструмент и когда изношенный или затупившийся инструмент снять для переточки или замены новым. Если до­водить износ до точки b (рис. 15), та­кой износ будет неэкономичен, так как резец придется слишком часто перетачивать. Если доводить резец до слиш­ком большого износа (до точки с), то при переточке придется удалять слиш­ком много металла, инструмента. Кроме того, при работе с затуплен­ным инструментом увеличиваются силы резания, ухудшается чистота обработки, повышается температура резания и усиливается сам процесс изнашивания.

Существует несколько способов определения износа инструментов.

Критерии блестящей по­лоски—при появлении на поверх­ности резания блестящей полоски (при обработке стали), а при обра­ботке чугуна — темных пятен резец считается затупившимся. Появление блестящей полоски соответствует на­чалу третьего периода износа (зона 3, рис. 15). Этот способ не применяют при работе сложным и дорогостоя­щим инструментом и при чистовых работах.

Силовой критерий (критерий Шлезингера) — резец считается затупленным, когда начинается за­метное увеличение сил резания. Пока­зание амперметра, включенного в цепь якоря мотора, может служить критерием износа. г»тог способ приме­няется при исследовательских рабо­тах, когда станки оснащены специ­альными приборами для измерения сил резания. Современные станки 16К20, 1К62, 1А16 и другие имеют на щитках управления амперметры. Ам­перметр покажет при затуплении ин­струмента резкое возрастание расхо­дуемой мощности на резание.

Критерий оптимального износа подразумевает износ, при котором общий срок службы инстру­мента получается наибольшим. Об­щий срок службы резца М (в мин) определяется как произведение коли­чества переточек К на время работы (стойкость) Т, за которое этот износ образовался:

М = КТ.

Этот способ оценки износа приме­няется при исследовательских рабо­тах. Он может быть использован в массовом производстве и при работе сложного и дорогого инструмента.

Технологический крите­рий—в серийном и массовом произ­водстве заранее устанавливают, сколько деталей должно быть качест­венно обработано до износа инстру­мента на допускаемую величину, и после обработки установленного ко­личества инструмент принудительно снимают и отдают в переточку.

В современных станках и автома­тических линиях встроены специаль­ные автоматические устройства, сле­дящие за работой каждого инстру­мента. Когда подходит время снятия инструмента на переточку, сначала на щите управления дается предупреди­тельный сигнал — в ячейке для дан­ного инструмента загорается лампа красного цвета, после которого, если не будет снят инструмент, в течение обработки последующих 50—100 де­талей (это количество устанавливает­ся заранее) автоматическая линия или отдельная цепочка линии автома­тически останавливается.

Из рассмотренных способов оцен­ки износа инструмента наибольшее распространение имеют критерии оп­тимального износа и технологический.

 

Выбор режима резания

Под режимом резания подразуме­вается совокупность глубины резания, подачи, скорости резания и стойкости инструмента.

Элементы режима резания уста­навливаются в такой последователь­ности: сначала определяется макси­мально возможная глубина резания (допустимая технологией обработки); по выбранной глубине определяется максимальная величина подачи (допу­стимая технологией обработки); по выбранной глубине и подаче, задав­шись определенным периодом стойко­сти инструмента, находят допустимую скорость резания. Затем производится проверка выбранных элементов режи­ма резания. Подачу контролируют по прочности механизмов станка, ско­ рость — по соответствию мощности резания и мощности станка.

Глубина резания определяется в основном припуском, оставленным на обработку. Если нет ограничений по точности и шероховатости обработки, то весь припуск срезают за один рабо­чий ход. Если технические условия не позволяют производить обработку за один рабочий ход, припуск разбивают на черновые и чистовые рабочие ходы. Черновые рабочие ходы выполняют с максимальной глубиной резания, а на чистовые оставляют минимальный припуск, обеспечивающий изготовле­ние детали с заданной шерохова­тостью и допуском.

 

Подача.

 

Для повышения произво­дительности труда целесообразно ра­ботать с максимально возможной по­дачей. Величина подачи, как правило, ограничивается крутящим моментом станка, прочностью слабого звена ме­ханизма подачи, жесткостью обраба­тываемой детали, прочностью инстру­мента и требованиями шероховатости обрабатываемой поверхности. Вели­чины подач на практике обычно берут­ся из справочников.

 

Скорость резания.

После определе­ния глубины резания и подачи опреде­ляется скорость резания.

Частота вращения шпинделя п (в об/мин) станка определяется по фор­муле

Расчетная частота вращения кор­ректируется с учетом действительной частоты вращения станка. По дейст­вительной частоте вращения подсчиты­вается действительная скорость реза­ния. Действительная частота враще­ния станка не должна отличаться от расчетной более чем на 5 %.