Износ режущего инструмента

Удаляя срезаемый слой металла в виде стружки, инструмент сам подвергается воздействию этой стружки и обрабатываемой детали. Это воздействие проявляется в истирании и изнашивании рабочих поверхностей инструмента.

Сходящая стружка постепенно образует на передней поверхности инструмента выемку (лунку). А обрабатываемая деталь истирает заднюю поверхность инструмента и образует на ней площадку износа. Обрабатывая определенное количество деталей, инструмент теряет свою работоспособность, и затупляется. Потеря работоспособности режущего инструмента может быть обусловлена следующими причинами:

- Собственно изнашиванием инструмента, то есть истиранием рабочих поверхностей в местах соприкосновения со стружкой и заготовкой;

- Выкрашиванием режущих кромок, что характерно для хрупких инструментальных материалов. Нередко выкрошенные частицы имеют такой же микроскопический размер, что по виду схожи с истиранием.

- Налипание обрабатываемого материала на заднюю поверхность режущего инструмента имеющего недостаточные задние углы (направляющие ленточки сверл, разверток, боковых поверхностей зубьев долбяков). При нормальных условиях эксплуатации режущий инструмент теряет свою работоспособность вследствие истирания режущих поверхностей. Такой вид износа наблюдается у всех видов режущего инструмента не зависимо от их вида и назначения.

Виды износа режущего клина представлены на рисунке 39. Износ по задней поверхности в виде площадки износа, которая характеризуется высотой износа (смотри рисунок 39 верхний правый). Износ по передней поверхности представлен не рисунке 39 внизу, в виде лунки имеющей параметры: — длина лунки, — ширина лунки, — глубина лунки. И на левом верхнем рисунке 39 представлен смешанный вид износа.

На рисунке 40 представлен износ спирального сверла, который может проявляться по задней поверхности , по уголку , на поперечном лезвии и по ленточке , причем на ленточке могут образовываться как налипы, так и проточины.

Рисунок 39 Рисунок 40 Рисунок 41

Интенсивность износа различных элементов режущей части инструмента может быть различной в зависимости от условий резания. Износ по ленточке может выражаться в виде проточен или износа участка ленточки , где вследствие износа исчезает обратная конусность или может даже возникнуть участок с прямой конусностью. При работе таких сверл возникают щелчки, а затем сверло заклинивает в отверстии.

Величина износа непрерывно увеличивается по мере работы режущего инструмента.

На рисунке 42 показана зависимость величины износа от времени. Участок I — период приработки, далее следует период нормального износа (участок II) и затем интенсивность износа резко возрастает и наступает период катастрофического износа (участок III).

Рисунок 42 Рисунок 43

На рисунке 43 показаны зависимости величины износа от скорости резания и времени. На нем указана кривая равного износа, но на практике, как правило, применяют износ по времени.

Износ инструмента при его эксплуатации строго нормируется в виде определенных величин. Обоснование этих величин является сложной научно-технической задачей. А сама величина допускаемого износа в тех или иных конкретных условиях называется критерием износа. Как правило, назначать критерий равного износа неудобно, поэтому назначают критерий оптимального износа.

Нормы износа

Одна тонна быстрорежущей стали, в зависимости от способа ее изготовления и марки, стоит от 4,5…7 тысяч долларов. Величина стачивания нормируется нормативами (ГОСТами, стандартами и т.д.). Накопление дефектов приводит к уменьшению качества обработанной поверхности и к уменьшению времени работы инструмента, , где — припуск на переточку (должен назначаться очень грамотно). На рисунке 44 представлен износ инструмента.

Рисунок 44 Рисунок 45

Гипотеза протекания износа

Из-за исключительной сложности и взаимосвязи явлений, протекающих на контактных поверхностях режущего инструмента при резании, в условиях высоких силовых и тепловых нагрузок, при активном влиянии внешней среды физическая природа изнашивания инструмента еще окончательно не изучена.

Однако установлено, что износ бывает следующих видов:

- Механическое изнашивание режущего инструмента возникает при взаимодействии макро- и микро-неровностей контактирующих в процессе резания. На трущихся поверхностях микро-неровности взаимодействуют (трутся) в результате чего инструмент изнашивается (рисунок 45).

- Абразивное действие обработанного материала и стружки на инструментальный материал (абразивный износ). Он связан с удалением частиц инструментального материала под действием твердых карбидов включений и окислительных пленок обрабатываемого материала, которые царапают рабочие поверхности режущего инструмента.

- Адгезионное воздействие материалов инструментальной и обрабатываемой деталей (адгезионный износ). Он связан с процессами схватывания (сваривания) отдельных участков материала под действием молекулярных сил. В результате чего на поверхности инструмента образуются кратеры износа. Этому виду износа способствуют высокие давления и температуры в зоне резания. Адгезионный износ возрастает при скоростях резания в областях наростообразования.

- Окислительный износ. Химическое взаимодействие инструментального материала с активными компонентами внешней среды, то есть частицы режущего клина при взаимодействии с кислородом и другими активными компонентами окружающей среды окисляются, "выгорают".

- Диффузионное растворение составляющих структуры инструментального материала в обрабатываемый материал называется диффузионным износом. С ростом температуры возрастает амплитуда колебаний атомов, контактирующих при резании материала, и как следствие, возрастает диффузионный износ.

Влияние режимных факторов на стойкость режущего инструмента.

Формула Тейлора , где — константа, m — показатель относительной стойкости инструмента. Для основных видов инструмента и определяется чисто эмпирическим путем.

Рисунок 46 Рисунок 47

- Суммарный относительный износ; - доля адгезионного износа; - доля диффузи-онного износа.

Рисунок 48 Рисунок 49

На рисунках представлены зависимости стойкости режущего инструмента от скорости резания (рисунок 46 и 47), глубины резания (рисунок 48) и подачи (рисунок 49).

Стойкость инструмента — период времени работы режущего инструмента, в течение, которого он может выполнять заданные ему функции (время от переточки до переточки инструмента).

Уточненная формула для стойкости режущего инструмента .