9. Износ и стойкость режущего инструмента

9.1. Природа и виды изнашивания режущего инструмента

Износ инструмента является результатом изнашивания, т.е. процесса постоянного изменения размеров и формы лезвия режущего инструмента в результате разрушения при трении. Изнашивание является процессом контактного взаимодействия и имеет сложную физическую природу: происходит за счет протекания на контактных поверхностях механических, электрических, тепловых, химических, диффузионных и других процессов. Изнашивание режущего инструмента происходит главным образом за счет следующих процессов

1. Механическое изнашивание - разрушение выступов шероховатости контактной поверхности инструмента вследствие их зацепления с выступами поверхности стружки или заготовки и относительного движения.

На рис.9.1а показана зона контакта лезвия со стружкой, а на рис.9.1б, 9.1в, 9.1г - геометрия контакта.

На рис.9.1б показана геометрия контакта, обуславливающая механическое изнашивание. Выступы стружки А_С, Б_С находятся в зацеплении с выступами поверхности резца А_Р, Б_Р. Движение стружки со скоростью V₁ относительно резца приводит к срезанию выступов А_Р, Б_р и изнашиванию резца.

2. Абразивное изнашивание происходит посредством твердых частиц 3 (см.рис.9.1в), находящихся между стружкой 1 и резцом 2. При движении стружки относительно резца частицы 3 срезают мельчайшие стружки с резца и образуют на нем углубления. Частицы 3 возникают при резании вследствие механического изнашивания.

3. Адгезионное изнашивание происходит путем образования соединений стружки 1 с резцом в местах фактического контакта А, B, С (см.рис.9.1г). Движение стружки 1 относительно резца вызывает разрушение мест адгезии в резце или стружке. При этом некоторое количество материала резца уносится стружкой. Адгезия при резании происходит более интенсивно, чем при других контактных процессах. Это объясняется тем, что контактирующие поверхности резца, заготовки и стружки являются практически абсолютно чистыми, не окисленными, свободными от промежуточной среды, так как они постоянно обновляются: контактирующие поверхности стружки и заготовки постоянно образуются вновь, поверхности резца постоянно обновляются в связи с изнашиванием. Такие чистые поверхности называются ювинильными.

4. Диффузионное изнашивание происходит путем взаимной диффузии атомов обрабатываемого материала в инструмент и атомов инструментального материала в стружку и заготовку, а также путем разрушения поверхностных слоев инструмента вследствие структурных превращений в нем и разупрочнения. При этом атомы инструментального материала С, W, Мо, Со переходят в стружку. Диффузия в контактирующих слоях при резании происходит тем быстрее, чем выше температура контакта. Хотя время взаимодействия при резании мало и исчисляется микросекундами, диффузия происходит с высокой скоростью. Этому благоприятствует то, что контактирующие поверхности являются ювинильными. Скорость протекания диффузии во многом определяется физической природой материалов контактирующих тел, т.е. склонности их к взаимной диффузии. Например, углерод обладает большой склонностью к диффузии в железо и поэтому хорошо в нем растворяется. В работах Т.Н.Лоладзе [20] и его учеников приводятся данные и зависимости для расчета диффузионного износа.

5. Электродиффузионное изнашивание происходит путем переноса ионов инструментального материала в заготовку и стружку термоэлектрическим током. В.А.Бобровский экспериментально доказал, что устранением термоэлектрического тока можно значительно снизить интенсивность изнашивания инструментов. Особенно это эффективным оказалось для сверл, работающих, как правило, при невысоких скоростях резания и температурах, когда диффузионное изнашивание происходит медленно. В этих случаях электродиффузионное изнашивание часто является доминирующим.

а
б	в	г
Рис. 9.1. Геометрия контакта инструмента со стружкой при различных видах изнашивания:а – схема контакта инструмента со стружкой; б – геометрия зацепления выступов неровностей поверхностей инструмента и стружки при механическом изнашивании; в – геометрия контакта инструмента с абразивными частицами при абразивном изнашивании;г – геометрия контакта инструмента со стружкой при адгезионном изнашивании

Для устранения термоэлектрического тока В.А.Бобровский предложил электрически изолировать режущую часть инструмента от обрабатываемой заготовки с помощью специального клея, являющегося изолятором для электрического тока. На рис.9.2 показана конструкция сверла, у которого рабочая часть 1 приклеена к хвостовику 3 клеем 2. Таким образом, исключается электрический ток через сверло.

Рис.9.2. Конструкция составного сверла,

исключающая электродиффузионное изнашивание:

1 – рабочая часть сверла;

2 – слой электроизоляционного клея; 3 – хвостовик

Все вышеуказанные процессы изнашивания инструмента значительно усиливаются при повышении температуры контакта. Начиная с некоторой температуры, определенной для каждой пары материалов инструмента и заготовки, повышение температуры увеличивает интенсивность изнашивания и тем больше, чем выше температура. При температуре, превышающей допустимую, интенсивность изнашивания настолько велика, что инструмент практически оказывается непригодным для обработки.