§ 9. Изнашивание и стойкость режущего инструмента

1. Виды изнашивания. Под изнашиванием режущего инструмен та понимают разрушение его контактных поверхностей в резуль­тате трения стружки о переднюю поверхность инструмента и зад­них поверхностей его о заготовку. Значительное влияние на изна­шивание оказывает температура нагрева режущего лезвия. 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.

Многочисленными исследованиями установлено, что в зависи­мости от условий резания интенсивность изнашивания инструмента обусловлена различными по своей природе процессами, хотя в ре­альных условиях некоторые из них действуют одновременно. Ин­тенсивное разрушение контактных поверхностей инструмента часто происходит из-за наличия в обрабатываемом материале достаточно твердых составляющих (карбидов, оксидов, поверхностной корки), сохраняющих значительную твердость и при нагревании. Они действуют как абразивы, царапая поверхности трения. Изнашива­ние тем больше, чем меньше твердость режущей части инструмента при резании и выше твердость составляющих обрабатываемого ма­териала.

Высокие давление и температура резания вызывают адгезионные процессы на контактных поверхностях — схватывание материала инструмента с материалом заготовки под действием атомарных сил. При этом частички инструментального материала беспрерывно вырываются и уносятся сходящей стружкой и обрабатываемой заготовкой. При невысоких скоростях резания изнашивание инстру­ментов из твердых сплавов вызвано именно адгезионными процес­сами. Более прочная быстрорежущая сталь разрушается от их дей­ствия значительно меньше.

При больших скоростях резания, когда в зоне его развивается очень высокая температура, твердосплавный инструмент интенсив-

а б в г

Рис. VI. 12. Основные виды и кривая изнашивания в зоне резания

но 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.

Переменные напряжения, действующие на рабочие поверхности инструмента при некоторых видах обработки резанием, могут при­вести к разрушению режущей кромки от усталости. При некоторых условиях резания изнашивание инструмента из быстрорежущей стали сопровождается изменением и образованием новой менее прочной структуры уменьшенной твердости, что ускоряет изнаши­вание. При работе инструментами, оснащенными металлокерами­ческими сплавами, а в особенности минералокерамическими мате­риалами, иногда частички материала откалываются и режущие кромки теряют свою режущую способность.

В зависимости от свойств обрабатываемого и инструментального материалов, а также условий резания различают по внешним при­знакам такие виды изнашивания режущего инструмента:

1. Изнашивание происходит, главным образом, по задней по­верхности. Износ определяют высотой стертой фаски Л₃, задний угол которой близок к нулю (рис. VI.12,а). Такой вид износа ха­рактерен для обработки хрупких материалов, например чугуна, а также пластичных, если толщина срезаемого слоя а <0,1 мм (при работе некоторых типов фрез, протяжек, разверток, резьбо­нарезных и зуборезных инструментов).

2. Изнашивание происходит преимущественно по передней по­верхности. Износ определяется глубиной h_n и шириной лунки, образующейся на передней поверхности от трения сходящей струж­кой (рис. VI. 12,6). Так изнашиваются резцы при обработке сталей с высокими скоростями резания без охлаждения с толщиной сре­заемого слоя а > 0,5 мм.

3. Изнашивание происходит по передней и задней поверхностям одновременно (рис. VI. 12,б). Этот вид наиболее распространен и ха­рактерен для режущего инструмента при обработке с толщиной срезаемого слоя а >0,1 мм и средними для данного инструмен­тального материала скоростями резания. Он наблюдается при об­работке прочных и пластичных материалов, например, сталей. Так изнашиваются торцевые и дисковые фрезы, сверла, зенкеры, резцы из быстрорежущей стали и оснащенные твердыми сплавами.

2. Критерий затупления. Предельно допустимый износ, при ко­тором инструмент теряет нормальную работоспособность, назы­вается критерием затупления. С увеличением износа задней по­верхности инструмента возрастают силы резания, увеличивается работа трения, повышается температура, увеличивается шерохо­ватость обработанной поверхности. Поэтому критерием затупления обычно выбирают определенную величину износа задней поверхно­сти инструмента.

Допустимый износ h₃ зависит от обрабатываемого и инстру­ментального материалов, вида режущего инструмента, режима ре­зания, точности и шероховатости обработанной поверхности. Так, для токарных резцов, оснащенных пластинками твердых сплавов, при черновом точении стали h₃— 0,8...1 мм, а при точении чугуна h₃= 1,4... 1,7 мм. У фрез в зависимости от их типа и характера обра­ботки h₃ изменяется в пределах 0,15...2 мм.

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

На рис. VI. 12,з приведена кривая износа резца по задней по­верхности h₃ в зависимости от времени работы Т. На ней можно вы­делить три участка: участок О А — начального изнашивания, АВ — нормального изнашивания и BG — катастрофического изнашивания. В точке С износ отвечает такому состоянию инструмента, при кото­ром продолжать процесс резания невозможно. Работу, очевидно, надо прекратить в точке В, где износ отвечает установленному кри­терию затупления. В других условиях резания кривые износа могут иметь иной характер.

3. 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, устанав-

• ливаемые на станках со сложной наладкой, должны иметь больший период стойкости.

Значения стойкости различных инструментов приведены в епра- вочниках по режимам резания. Например, стойкость токарных рез­цов из быстрорежущих сталей составляет 30...60 мин, твердосплав­ных резцов 45...90 мин, фрез цилиндрических — 180...240 мин и т. п.