Износ режущего инструмента

Из описанной выше “физики” следует, что режущий инструмент подвергается различным видам износа.

Механический износ – истирание поверхностей, цепляющихся друг за друга микронеровностями.

На рисунке видно, что поверхности, соприкасаясь, цепляются друг за друга своими микронеровностями. Если при этом поверхности скользят друг по другу, то сцепившиеся микронеровности, либо сминаются, либо обламываются. Это и есть механический износ. Режущий инструмент изготовляется из очень прочного и очень твёрдого материала. Поэтому чаще будут сминаться и ломаться микронеровности трущегося по режущему клину обрабатываемого материала. Но это не исключает смятия и отламывания микронеровностей на поверхностях режущего клина

Абразивный износ – истирание поверхностей режущего клина твёрдыми (абразивными) частицами, присутствующими в структуре обрабатываемого материала.

В среднем обрабатываемый материал менее твёрдый и менее прочный, чем материал режущего инструмента. Но в его структуре могут быть очень твёрдые и прочные частицы. Некоторые из них оказываются на поверхности, скользящей по режущему клину (см. рисунок). Абразивная частица становится микрорезцом, срезающим верхушки микронеровностей на поверхности режущего клина. Это и есть абразивный износ.

Адгезионный износ – износ инструмента, происходящий при срыве нароста. Возникает только тогда, когда резание происходит с образованием нароста. Нарост срывается часто – десятки раз в секунду. При срыве нароста возможно вырывание его, что называется “с корнем”, с частицами материала поверхности, на которой он ”сидел”. Это и есть адгезионный износ.

Диффузионный износ. В процессе резания режущий клин контактирует с обрабатываемым материалом. Обрабатываемый материал и материал режущего клина очень отличаются по химическому составу. Зона резания сильно нагрета (+500…+1000∘C). Возможна диффузия атомов из обрабатываемого материала в материал режущего клина и из материала режущего клина в обрабатываемый материал. Легче всего диффундируют легкие атомы небольших размеров. Твёрдость и прочность инструментальных сталей и твёрдых сплавов определяется наличием в них атомов углерода. Углерод диффундирует в стружку и в обработанную поверхность детали. Из-за этого твёрдость поверхностей режущего клина снижается, и они истираются механическим и абразивным износом.

Окислительный (химический) износ. В процессе резания режущий клин сильно (+500…+1000∘C) нагревается и может химически реагировать с окружающим его воздухом, с обрабатываемым материалом, со смазывающе-охлаждающей жидкостью, подающейся в зону резания. Продукты химических реакций (оксидные плёнки и пр.) легко стираются с поверхности режущего клина. Это и есть химический (окислительный) износ.

Циклический износ. Механические и тепловые нагрузки на режущий клин часто и резко изменяются. Это приводит к появлению на его рабочих поверхностях микротрещин. Микротрещины растут вглубь режущего клина. При пересечении микротрещин от поверхности режущего клина отделяются частицы материала. Это и есть циклический износ.

Чем дольше работает режущий клин, тем сильнее истираются его поверхности (грани). На передней грани, по которой скользит стружка, протирается лунка. Стирается и задняя грань, скользящая по обработанной поверхности детали. На ней образуется площадка.

Количественно износ можно оценивать разными способами. Удобней всего принять за меру износа размер площадки зhз – высоту затупления. Площадка хорошо видна на задней грани режущего клина не вооружённым глазом, её легко измерять.

Ясно, что с увеличением зhз режущие свойства инструмента ухудшаются. Поэтому, организуя процесс резания, назначают некоторую величину зhз, по достижении которой инструмент считается изношенным. Время работы инструмента, за которое будет достигнут заданный (разрешённый) износ, называется стойкостью (периодом стойкости) инструмента.

А что будет, если попытаться резать инструментом, изношенным сверх допустимого предела? Инструмент будет плохо резать и быстро сломается. Произойдёт т. н. скачкообразный излом – от режущего клина отломится макроскопический кусок.

Режущий инструмент характеризуется конструкцией, геометрией и материалом.