7.3.Виды износа режущих инструментов

Стойкость режущих инструментов характеризуется временем их работы до притупления. Это время называется периодом резания или периодом стойкости – Т_мин. Период резания выбирается из экономических соображений: стоимость инструмента и его восстановление. Обычно режимы резания выбираются такими, чтобы стойкость инструмента была в пределах периода резания.

Чем сложнее инструмент, тем больше должен быть его период резания. Основываясь на этом, выбираются режимы резания для данного инструмента. Суммарная стойкость – это период работы инструмента с учетом всех переточек до полного износа и определяется по формуле .

1. Износ по передней поверхности с образованием лунки. Этот износ преобладает при значительных толщинах срезаемого слоя и скоростях резания, при обработке пластичных сталей с устойчивым наростом и при . Образование лунки характеризует тяжелую нагрузку на инструмент при работе с большими подачами.

а) б) в) г)

Рис. 7.81. Износ резцов из быстрорежущей стали Р18 при точении стали 40Х: (а) по задней, (б) передней поверхностям; твердого сплава ВК8 при точении коррозионно-стойкой стали: (в) по задней, (г) передней поверхностям.

Сходящая по передней поверхности стружка на некотором расстоянии от режущей кромки производит наибольшее давление (центр давлений) и вырабатывает лунку.

Вначале образование лунки благоприятно, увеличивается - стружка завивается (иногда делают специально заточкой). Затем с увеличением размеров лунки (ширины и глубины) уменьшается размер – ширина фаски. А т.к. почти всегда есть износ и по задней поверхности, то фаска прорывается (на детали появляется блестящая полоса) – резец может сломаться. Это плохой износ, затем трудно восстановить резец.

2. Износ по задней поверхности – есть почти всегда и его чаще всего кладут в основу определения стойкости инструмента. Чистый износ по задней поверхности обычно бывает при малых толщинах среза (а<0.15мм). Инструменты, работающие в “стесненных” условиях, (сверла, зенкера, развертки, метчики) получают наибольший износ по задним поверхностям (рис. 7.3).

Значительный износ по задним поверхностям: при значительном угле и малых значениях , при грубой обработке хрупких материалов и вязких аустенитных сталей, сплавов.

Для определения оптимального периода резания строят графики износа по задней поверхности от времени работы инструмента (рис. 7.4).

Первая зона – начальный участок повышенного износа – период приработки. Объясняется повышенным контактным давлением ввиду малых площадок контакта. В точке контактное давление стабилизируется.

а) б) в)

Рис. 7.82. Износ по задней поверхности

Рис. 7.83. Кривая износа

Вторая зона – нормальный износ – за счет механического трения и истирания. Темп износа невелик, но в точке резец получает солидный износ по задней поверхности, увеличатся шероховатость по задней поверхности, трение, а значит и температура. Это будет способствовать переходу в следующую зону.

В третьей зоне происходит катасрофический износ. Точка – начало третьего участка. В этой точке температура достигает величины 600-800С, возникает схватывание материала резца со стружкой – адгезионный износ.

При температуре больше 800С возникает диффузионный износ – атомарное давление. Происходит перенос атомов резца в стружку. Это самый страшный износ. Не целесообразно доводить износ резца до катастрофического. Величина износа в точке В – точке перелома кривой – соответствует оптимальному износу, h_опт – оптимальный критерий износа, когда не лимитирует качество поверхности. В этом случае

,

где - количество переточек при данном износе;

- период стойкости;

- суммарная стойкость инструмента.

Для быстрорежущих инструментов – графики износа для - будут примерно такими же как для твердосплавных инструментов. Зоны 1 и 2 совпадают, а 3 участок идет круче, температура в точке будет больше 600С, поэтому быстрорежущий резец быстро тупится, резко повышается износ ВС’, т.к. при температуре больше 600С мартенсит переходит в тростит. Твердость резца и детали сравниваются. На участке возникает структурный или термический износ – на детали появляется блестящая полоска, так как притупившийся резец не режет, а наклепывает материал. Желательно не достигать такого износа, т.к. трудно потом восстановить резец.

3. Износ одновременно передней и задней поверхности. Происходит при обработке сталей со значительной истирающей способностью и склонные к наклепу.

4. Радиальный или размерный износ.

Здесь закругляется режущая кромка при чистовой обработке пластмасс, особенно при резании вязких высокопрочных материалов (аустенитных сталей). Надо уменьшить наклеп за счет тщательной доводки инструмента, особенно режущей кромки.

Рис. 7.84. Размерный износ резца

Режущая кромка по мере работы изнашивается и размеры резца в радиальном направлении уменьшаются. Радиальный износ – это износ вершины резца, измеренный перпендикулярно обработанной поверхности. Этот износ учитывается при чистовой обработке, когда требуется точность и чистота поверхности.

Радиальный износ связан с износом по задней поверхности и составляет . Он имеет самостоятельное значение, т.к. влияет на точность обработки. С увеличением увеличивается диаметр детали. При чистовой обработке надо выбирать в зависимости от допуска на изготовление детали

где - допуск, а

При обработке обычно действуют совместно износ по задней поверхности, образуется лунка на передней поверхности и радиальный износ. Таким образом, мы с вами установили, что износ можно допустить лишь до определенных пределов. При слишком большом износе очень трудно восстановить инструмент. Это может занять много времени, будет большой расход инструментального материала. Поэтому сводится такое понятие как критерий притупления.

В связи с эксплуатацией поточных линий, автоматических условий введено понятие “критерий размерного износа”. Дело в том, что радиальный износ резца влечет за собой потерю резцом радиального размера, а следовательно изменение размеров изготавливаемой детали (рис. 7.6).

Рис. 7.85. Поле рассеяния размеров (W – поле рассеивания размеров; - допуск).

Из графика видно, что заданный допуск на изготавливаемый резец выдерживается только за время , хотя стойкость его до затупления если производить каждый раз подналадку, то размерная стойкость может быть доведена до режущей стойкости .

Предельно допустимая величина износа называется критерием притупления или критерием износа. Критерий притупления определяется по признакам:

1. Ухудшение чистоты обработанной поверхности.

2. Увеличение наклепа и остаточных напряжений.

3. Увеличение сил , , повышение расхода мощности силы .

4. Потеря точности размеров детали (вследствие увеличения ).

5. Экономические соображения (необходимо беречь сложный инструмент, переточка которого требует затраты времени и материала).

В производственных условиях руководствуются следующими признаками затупления инструмента:

1) При черновой обработке резцом: общемашиностроительных сталей, чугунов мм; жаропрочных сталей, сплавов и легированных сталей мм.

2) Чистовое точение: для жаропрочных, легированных сталей мм, для сталей и чугунов мм..

Критерий притупления при чистовой обработке устанавливается исходя из требований точности и чистоты.