Износ режущих инструментов

В процессе резания возникает интенсивное трение между инструментом и обрабатываемой заготовкой. Под действием сил трения происходит истирание и выкрашивание частиц поверхностного слоя режущих частей инструмента, т.е. его износ. В зоне резания действуют высокие давления и температуры, в результате чего интен­сивность износа режущей части инструмента значительно выше интенсивности износа деталей машин.

Физическая картина процесса износа при резании очень сложна. В зоне резания имеет место несколько видов (механизмов) износа. Основным видом является абразивно-механический износ. Абразивно-механический износ происходит в результате срезания и уноса микроскопических объемов материала инструмента твердыми структурными составляющими обрабатываемого металла.

При высоких давлениях и температурах соизмеримым по действию оказывается адгезионный (молекулярный) износ, выражающийся в схватывании (сваривании) материала инструмента с материалом заготовки и вырыванием отдельных частиц материала инструмента.

При резании возникает два интенсивных очага трения - тре­ние стружки о переднюю поверхность резца и трение поверхности резания заготовки о заднюю поверхность резца. В соответствии с этим выделяют две основные формы износа- по передней и по зад­ней поверхностям резца (рисунок 8.1). Так как центр давления материа­ла стружки о переднюю поверхность смещен вглубь от режущей кром­ки, то износ передней поверхности обычно имеет форму лунки. Износ задней поверхности имеет вид площадки высотой А₃с задним углом, равным нулю.

При работе инструмента всегда имеет место износ и по передней и по задней поверхности режущей части, однако (в зависи­мости от условий обработки) может преобладать тот или другой вид износа.

При обработке хрупких металлов преобладает износ по задней поверхности, т. к. стружка надлома оказывает малое истирающее действие на переднюю поверхность. Преобладающий износ по передней поверхности наблюдается при обработке пластичных материалов с большими скоростями резания при сливной стружке.

Зависимость износа от времени имеет вид, показанный на рисунок 8.2. Кривую износа можно разбить на три участка. Участок I - период приработки или начального износа. В период приработки происходит истирание наиболее выступающих микронеровностей. Микронеровности имеют форму конусов и гребней и по мере износа площадь контакта увеличивается. Поэтому скорость износа макси­мальна в начале работы и уменьшается к концу периода приработ­ки. Чем меньше шероховатость поверхности инструмента, тем коро­че будет период приработки.

Период нормального износа II характеризуется значительно более медленным и почти линейным возрастанием износа во време­ни. Обычно период нормального износа составляет 90-95 % всего времени работы резца.

При достижении износа определенной величины режущая кром­ка округляется, условия резания изменяются (возрастает трение, повышается температура резания) и наступает период повышенного (катастрофического) износа III.

Таблица 8.1 - Характеристики абразивных кругов, режимы черновой и чистовой заточки и доводки резца

Примечание.

I – параметры, выбранные по справочным данным;

II – фактические параметры, установленные в результате настройки станка.

Работа инструмента в период катастрофического износа не целесообразна, и его нужно направлять на переточку.

Существует несколько критериев (признаков), руководству­ясь которыми резец считают изношенным и подлежащим переточке. Простейшим критерием, который обычно используется при черно­вой обработке, является критерий блестящей полоски. Резец счи­тается изношенным, если при обработке стали на поверхности резания появляется блестящая полоска, а при обработке чугуна - темные пятна. Это свидетельствует о том, что режущая кромка округлилась (полностью или в отдельных местах) и начинает сми­нать и полировать поверхность резания. Появление блестящей по­лоски свидетельствует о начале периода катастрофического изно­са. При чистовой обработке инструмент нельзя доводить до нача­ла катастрофического износа, поэтому критерий блестящей по­лоски при чистовой обработке неприменим.

Критерий оптимального износа обеспечивает получение наи­большего общего срока службы инструмента. Общий срок службы инструмента М равен произведению количества переточек К на время работы инструмента между двумя переточками Т:

М = К · Т. (8.1)

При использовании этого критерия инструмент доводят до на­чала катастрофического износа, через определенные периоды из­меряя величину износа.

Рисунок 8. 1. Формы износа резца.

Используя полученные данные расчетным путем, по специальной методике, определяют величины К и Т, обеспечивающие максимальное значение общего срока службы инструмента. Критерий оптимального износа целесообразно использовать для инструментов, работающих при постоянных условиях, в условиях крупносерийного и массового производства.

Рисунок 8.2. Зависимость износа от времени работы инструмента.

Рисунок 8.З. Стойкостная зависимость при обработке твердосплавным
резцом заготовки из стали 45

При чистовой (окончательной) обработке используется технологический критерий износа инструмента. Он заключается в том, что инструмент считается изношенным и подлежит переточке, когда обработанная поверхность перестает отвечать технологическим условиям по точности или шероховатости. По этому критерию пере­тачивать инструмент приходится наиболее часто. Технологический критерий является основным для инструментов, работающих на стан­ках-автоматах и автоматических линиях.