1.4. Работоспособность режущих инструментов
Работоспособность РИ – это состояние РИ при котором он выполняет процесс резания с заданными техническими требованиями или условиями (требования по точности обработки, по качеству обработанной поверхности, по износу РИ и т.д.).
Период стойкости РИ – время работы РИ между двумя его переточками: Т, мин.
Полный
период стойкости РИ:
,
мин, где n
– количество переточек.
В зависимости от условий резания РИ может подвергаться различным видам износа, которые могут протекать одновременно или какой-то из них может преобладать. Различают 4 вида износа: абразивный; адгезионный; диффузионный; окислительный. В процессе резания может происходить хрупкое разрушение РИ, протекающее в виде выкрашивания режущих кромок и сколов режущей части РИ. При высоких температурах (900º - 1200º для твердосплавного РИ) в поверхностных слоях РИ может происходить пластическое течение материала инструмента, оно сопровождается вырывом отдельных твердых включений ИМ и пропахиванием ими контактных площадок РИ и «намазыванием» ИМ на прирезцовые слои стружки. Кроме этого при высоких температурах и удельных напряжениях может также происходить опускание вершины режущего клина и выпучивание материала инструмента по передней и задней поверхности, что вызывает изменения геометрии режущего клина.
В зависимости от условий резания износ РИ может происходить:
Преимущественно по задней поверхности;
Преимущественно по передней поверхности;
Равномерное как по передней, так и по задней поверхности.
Снизить износ и повысить период стойкости РИ можно следующими способами:
Создание новых марок инструментальных материалов.
Совершенствование конструкции РИ и оптимизация геометрических параметров режущей части инструмента.
Применение СОЖ.
Уменьшение шероховатости контактных площадок РИ (доводка).
Упрочнение поверхностного слоя РИ путем изменения его структуры и состава.
Упрочнение поверхностного слоя РИ путем нанесения твердых износостойких покрытий.
Для достижения оптимальной производительности с одной стороны и максимальной стойкости РИ с другой необходимо, чтобы РИ работал в условиях, приближенных к идеальным. Основным критерием таких условий является оптимальная температура и, как следствие, - оптимальная скорость резания, которой соответствует оптимальная температура резания.
|
Рис. 7. Износ режущего инструмента: а) расположение очагов износа на токарном резце; б) фаска износа величиной hз на задней поверхности РИ; в) лунка износа шириной В и глубиной hл на передней поверхности РИ, расположенная на расстоянии fп от режущей кромки |
1.5. Инструментальные материалы
Требования, предъявляемые к инструментальным материалам (ИМ) обусловлены теми условиями, в которых находятся рабочие поверхности инструмента. Для осуществления процесса резания нужно чтобы твердость инструментального материала была выше твердости материала заготовки, следовательно первым требованием является – высокая твердость ИМ.
Также режущей клин РИ должен выдерживать высокие нагрузки без хрупкого разрушения. Отсюда следует, что ИМ должен обладать высокой прочностью.
В связи с тем, что процесс резания сопровождается высокими температурами резания, ИМ должен сохранять необходимую твердость при высоких температурах, т. е. иметь высокую теплостойкость. Теплостойкость характеризуется критической температурой, превышение которой ведет к потере режущих способности РИ. Для эффективного выведения тепла от зоны резания и снижения тепловой напряженности как поверхности заготовки, так и самого режущего клина ИМ должен иметь высокую теплопроводность. С увеличением теплопроводности снижается вероятность возникновения прижогов и термических трещин на контактных площадках РИ при его заточке.
Процесс резания сопровождается интенсивным трением контактных площадок РИ о стружку и поверхности заготовки, поэтому ИМ должен обладать высокой износостойкостью. Кроме этого ИМ должен обладать низкой склонностью к схватыванию с обрабатываемым материалом, т. е. иметь низкую химическую активность с материалом заготовки.
Для снижения стоимости инструмента ИМ должен содержать в своем составе как можно меньше дефицитных элементов.
Для изготовления РИ применяются следующие ИМ:
углеродистые и легированные инструментальные стали;
быстрорежущие стали;
твердые сплавы;
минералокерамика;
сверхтвердые материалы.
Углеродистые и легированные инструментальные стали в связи с низкой теплостойкостью для производства высокопроизводительного РИ не применяют. Основная область применения – ручной РИ, мерительный РИ; исключение – некоторые легированные стали применяют для изготовления протяжек.
Быстрорежущие стали. Доля РИ из быстрорежущей (БРС) стали (в общем объёме РИ) составляет до 45 %. Повышенная теплостойкость БРС предопределяется введением в их состав легирующих элементов (W, Mo, Cr, V и Co), образующих сложные карбиды, которые связывает практически весь углерод. Теплостойкость быстрорежущих сталей до 580…700 оС. Высокая твёрдость БРС (63…70 HRCэ), прочность на изгиб и сжатие связаны с превращением (переходом) остаточного аустенита в мартенсит, а также с дисперсионным упрочнением сталей в результате выделения карбидов не растворившихся при закалки.
По уровню теплостойкости БРС делятся на три группы (табл. 1):
Стали нормальной теплостойкости – вольфрамовые (Р18, Р9, Р12) и вольфрамомолибденовые (Р6М5,Р8М3).
Стали повышенной теплостойкости – вольфрамокобальтовые (Р9К5, Р9К10, Р6М5К5), вольфрамованадивые (Р12Ф3, Р6М5Ф3).
Стали высокой теплостойкости (В11М7К23, В14М7К25).
Находят применение маловольфрамовые (Р2М5, Р3М3 (теплостойкость ~ 580 оС)), маловольфрамовые легированные (Р3М3Ф3 (теплостойкость ~ 600 оС)) и безвольфрамовые (11М5Ф (теплостойкость ~ 620 оС)) БРС.
Быстрорежущие стали зарубежных производителей имеют общее обозначение HSS – high speed steel. Конкретные марки в разных странах и у разных производителей имеют собственные обозначения.
Таблица 4