Изнашивание и стойкость режущего инструмента

В процессе резания инструмент затупляется, теряет свои режу­щие свойства. Изнашивание инструмента происходит в резуль­тате трения сходящей стружки о переднюю поверхность резца и его задних поверхностей о поверхность заготовки. Механизм изнашивания инструмента достаточно сложен и включает в себя следующие виды изнашивания: абразивное, адгезионное, диф­фузионное и окислительное.

Абразивное изнашивание происходит в результате истирания отдельных участков поверхностей инструмента твердыми вклю­чениями (карбиды, легирующие элементы, частицы нароста), находящимися в обрабатываемом материале.

Адгезионное изнашивание происходит в результате действия сил молекулярного сцепления поверхностных слоев режущего инструмента и обрабатываемой заготовки.

Диффузионное изнашивание происходит в результате раство­рения инструментального материала в обрабатываемом, чему спо­собствует высокая температура, большие пластические деформа­ции и схватывание в зоне контакта. При этом происходит диффузия отдельных элементов, входящих в состав инструментального ма­териала, в обрабатываемый материал. Наибольшее диффузион­ное изнашивание наблюдается у твердых сплавов.

Окислительное изнашивание происходит в связи с разруше­нием поверхностных слоев Металла инструмента путем образо­вания оксидов.

Рассмотрим изнашивание режущего инструмента на приме­ре токарного резца (рис. 21.16, а). При изнашивании резца на передней поверхности образуется лунка длиной а на задней поверхности — площадка высотой Л₃, размеры которых зависят от материалов инструмента и заготовки и режимов резания.

Изнашивание по задним поверхностям наблюдается при об­работке твердых, хрупких и пластичных материалов с малой толщиной срезаемого слоя (d<0,1 мм) на невысоких скоростях резания. Изнашивание резца по главной задней поверхности из­меняет глубину резания, так как уменьшается вылет резца на

О т4 т3 т2 7\ т, мин Рис. 21.16.Изнашивание режущего инструмента: а — общий характер износа; б — изнашивание по задней поверхности;в— влияние изнашивания на обрабатываемую поверхность детали; г— за­висимость изнашивания инструмента от времени его работы при различ­ных скоростях резания

величину h_p(рис. 21.16, б), в результате чего обработанная по­верхность получается конусообразной (рис. 21.16, в).

Изнашивание по передней поверхности наблюдается при об­работке пластичных материалов с толщиной срезаемого слоя d > 0,5 мм на высоких скоростях резания без охлаждения. По мере изнашивания резца длина лунки 1_Л увеличивается, что приводит к разрушению режущей кромки. Для восстановления геометрической формы инструмент затачивают повторно.

За критерий затупления инструмента принимают допустимую высоту площадки изнашивания по задней поверхностиh₃.Для то­карных резцов из быстрорежущей стали допустимыйh₃= 1,5...2 мм, для резцов с пластиной из твердого сплаваh₃= 0,8...1 мм, с мине- ралокерамическими пластинамиh₃= 0,5...0,8 мм. Допустимо­му изнашиванию инструмента соответствует его определенная стойкость.

Время резания новым режущим инструментом от начала ре­зания до отказа называется периодом стойкости режущего ин­струмента. Стойкость токарных резцов составляет 30...90 мин и зависит от свойств материалов инструмента и заготовки, режи­ма резания, геометрии инструмента. Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания. Кривую изнашивания (рис. 21.16, г) можно разделить на три периода: 0-А — период приработки, А-В — период нормального изнашивания, В-С — период катастрофического изнашивания. Чем выше скорость резания, тем быстрее начинается катастрофическое изнашива­ние, что вызвано возрастанием температуры в зоне резания. Между скоростью резанияvи стойкостью Т при заданном кри­терии затупления, неизменных подаче и глубине резания суще­ствует зависимость

u,7y" = v_zT₂^m=... = v_nT"= const, илиv=C_u/T^m.

Коэффициент С_и и показатель относительной стойкостиmза­висят от свойств инструментального и обрабатываемого мате­риалов, площади срезаемого слоя и охлаждения; их величины определяют по справочникам. Так как при точении величинаm мала (0,1...0,4), то стойкость резцов резко падает даже при не­значительном повышении скорости резания.

Изнашивание инструмента приводит к росту силы резания, что вызывает повышенную деформацию заготовки и инструмен­та, снижая точность и изменяя форму обработанных поверхностей.

При этом увеличиваются глубина наклепанного поверхностного слоя материала заготовки и силы трения между заготовкой и ин­струментом, что в свою очередь увеличивает теплообразование в процессе резания.