4. Износ и стойкость инструмента Общие сведения

Износ — это сложное, комплексное явление. В процессе работы происходит износ режущей кромки, истирание части материала с задней поверхности и образование лунки на передней поверхности, что в дальнейшем приводит к потере инструментом режущей способности. Основным фактором, влияющим на износ и разрушение инструмента, является температура, возникающая в зоне обработки в результате пластической деформации обрабатываемого материала и трение стружки о переднюю поверхность и задних поверхностей резца об обрабатываемую деталь. Происходящие молекулярно-термические процессы и механическое истирание поверхности резца действует, как правило, одновременно, но в зависимости от режимов резания, обрабатываемого материала, материала резца, наличия или отсутствия смазочно-охлаждающей жидкости и прочих условий резания тот или иной фактор является преобладающим.

Виды трения. Особенности трения при резании

В процессе резания имеет место внешнее трение: 1)на передней поверхности инструмента от сходящей стружки; 2) трение задней поверхности инструмента о поверхность резания (внутреннее трение по плоскости скалывания). Возникающие при этом сопротивление движению называют силой трения. В результате работы силы трения происходит износ соприкасающихся поверхностей твердых тел, т.е. уменьшение массы тела вследствие отделения ее в виде частиц от трущихся поверхностей.

Трение – сложный физико-механический процесс. При скольжении двух поверхностей в зависимости от их шероховатостей соприкосновение может быть только в отдельных точках, что создает высокие контактные напряжения и ведет к пластической деформации и разрушению выступов и образованию поверхностей с меньшей шероховатостью (рис. 4.1).

Рис. 4.3. Схема процесса трения

Высокая температура в местах контакта активирует химические явления и хотя удельное давление уменьшается, т.к. увеличивается площадь контакта, появляется молекулярное сцепление – адгезия (схватывание). Оно сопровождается отрывом отдельных частиц материала. Увеличение работы трения способствует образованию высоких контактных температур, что активирует явление диффузии (взаимное проникновение и растворение структурных составляющих). Все это относится к кинетическому трению, т.е. трению при движении скольжения. Трение в процессе резания тоже является кинетическим.

Процесс износа оценивается:

1. Интенсивностью изнашивания (отношение величины износа к пути трения).

2. Скоростью изнашивания (отношение величины износа ко времени, в течение которого этот износ совершается).

3. Износостойкостью – свойством материала трущихся пар оказывать сопротивление изнашивания материала инструмента.

Износостойкость зависит от физико-механических свойств трущихся поверхностей, скорости трения, нормального напряжения, температуры, шероховатостей поверхностей и условий работы – в сухую или со смазкой. Различают следующие виды трения:

1. Сухое трение – это когда трущиеся поверхности непосредственно соприкасаются друг с другом и могут лишь покрываться адсорбированными слоями (пленками) газов из внешней среды, которые значительно уменьшают силы трения.

2. Полужидкостное трение – это когда слой смазки настолько тонок, что трение не определяется вязкостью жидкости. Эту смазку называют граничной.

3. Жидкостное трение – это когда слой жидкости настолько толст, что сила трения определяется исключительно свойствами жидкости и не зависит от природы трущихся поверхностей. Смазка в этих случаях называется гидродинамической.

Особенности трения при резании имеет свои специфические условия, по сравнению с трением в деталях машин: 1) трение осуществляется обычно при очень высоких давлениях 40-50 МПа, 2) температура на трущихся поверхностях при резании достигает 1000С и выше; 3) трущиеся поверхности скользят с большой скоростью относительно друг друга, достигая 600 м/мин и больше. Жидкостное трение при резании не имеет места.

Может иметь место полужидкостное и сухое трение, причем при сухом трении поверхность стружки, прилегающая к передней поверхности инструмента, поверхность резания детали с главной задней поверхности инструмента вступает процесс скольжения свободными от адсорбированных пленок и окислов. Исследования в области изучения трения при резании обычно сводились к определению силы трения и нормального давления, чтобы определить коэффициент трения: .

Но т.к. на поверхностях скольжения процесс трения не идентичен, то определяются средней силы и среднего коэффициента. Процесс трения при резании – очень сложный процесс. Образование нароста вносит изменение в процесс трения, а значит на износ инструмента. Износ инструмента сопровождается адгезией даже тогда, когда идет абразивный механический износ истирания. Происходит вырывание частиц инструментального молекулярного износа материала, который до 90% уносится со стружкой. Это используется при исследовании износа инструмента методом радиоактивных изотопов и будет рассмотрен в дальнейшем.

При высокой температуре имеет место явление диффузии.