ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ КЛИНА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ИЗНОСЕ

Из-за неравномерного распределения напряжений и температур на контактных площадках инструмента, а также из-за различной природы износа, интенсивности изнашивания различных участков режущих инструментов неодинаковы и зависят от условий резания.

Независимо от типа и назначения режущие инструменты изнашиваются прежде всего по задним поверхностям. Наиболее интенсивно изнашиваются участки задних поверхностей, прилегающих к режущей кромке, где контактные напряжения особенно высоки. В результате этого образуется площадка (фаска) износа с нулевым, а в отдельных случаях и с небольшим отрицательным задним углом α_Φ (рис. 6.7, а).

При несвободном резании ширина фаски износа h_З.П по длине режущих кромок неравномерна. Она несколько увеличена на вершине резца (точка А), где высокая температура и условия трения наиболее неблагоприятны. Иногда на краю площадки (точка В) наблюдается локальный износ в виде узкой проточины, причиной которого является упрочненный поверхностный слой заготовки.

Износ по передней поверхности протекает с образованием лунки шириной c_л, длиной b_л и глубиной h_л (рис. 6.7, б). Здесь точка О наибольшей глубины лунки h_л примерно соответствует максимуму температуры резания на площадке контакта стружки с передней поверхностью. При этом передний край лунки отстоит на небольшом расстоянии от режущей кромки. Лунка располагается параллельно режущей кромке, несколько не доходя до вспомогательной режущей кромки.

По мере нарастания глубины лунки ее передний край приближается к режущей кромке быстрее, чем от нее удаляется задний край. Такая картина износа наиболее характерна для инструментов из быстрорежущих сталей. При этом с увеличением размеров лунки сила резания уменьшается за счет увеличения переднего угла γ. При одновременном износе передней и задней поверхностей, когда изношенные части соединяются, происходит разрушение лезвия в виде округления режущей кромки. У твердосплавных инструментов этот момент отличается мелким выкрашиванием режущей кромки или ее сколом, т.е. хрупким разрушением. При резании высоколегированных сталей и титановых сплавов, когда усадка стружки и длина площадки контакта очень малы, а контактные напряжения и максимальная температура концентрируются около режущей кромки, на передней поверхности вместо лунки образуется площадка износа длиной h_и, сопровождаемая уменьшением переднего угла (рис. 6.8). Такой вид износа обычно происходит одновременно с пластическим деформированием вершины резца (см. рис. 6.4, б).

Рис. 6.7 Виды износа режущих инструментов:

а - по задним поверхностям; б - по передней поверхности

На износ режущих инструментов большое влияние оказывает и процесс наростообразования. Например, при резании в области наростообразования на относительно невысоких скоростях, если нарост имеет развитую и устойчивую форму, то он защищает заднюю поверхность инструмента от износа.

Рис. 6.8. Площадка износа по передней поверхности при точении твердосплавными резцами высоколегированных сталей и титановых сплавов

При резании с малыми подачами, когда нарост отсутствует или имеет малые размеры, на всех скоростях резания износ по задней поверхности становится превалирующим. То же самое наблюдается и при высокоскоростном резании твердосплавными инструментами, когда нарост отсутствует. Это объясняется тем, что из-за усадки стружки, снижающей скорость ее перемещения по передней поверхности, скорость истирания задней поверхности выше, чем передней поверхности. Кроме того, контактные нагрузки на задней поверхности режущего клина выше, чем на передней поверхности.

Оценку величины износа инструмента обычно осуществляют двумя методами:

1)по величине фаски износа по задней поверхности h_з.п или по глубине h_л г_л и ширине с_л лунки износа на передней поверхности;

2)по объему изношенного инструментального материала.

Первый метод (линейный) более прост, его можно осуществлять с помощью сравнительно простых измерительных устройств без снятия инструмента со станка. Однако он не дает всесторонней оценки степени износа инструмента при сложной форме изношенных поверхностей и при одновременном износе на разных участках и с различной интенсивностью.

Второй метод (объемный) - более объективен, но значительно труднее осуществим. Например, если определять износ способом взвешивания инструмента до и после износа, то точность измерения невысока, так как масса продуктов износа ничтожно мала по сравнению с массой инструмента. Использование с этой целью радиационного метода хотя и дает большой эффект по скорости эксперимента и объективности оценки интенсивности износа, но требует больших затрат на аппаратуру и средства индивидуальной защиты от облучения.

По этим причинам наибольшее применение в практике механообработки получил линейный метод оценки износа инструмента. В этом случае измеряют среднюю ширину фаски износа по задней поверхности h_з.п, а иногда, например при чистовой обработке, - линейный (размерный) износ, оказывающий определяющее влияние на точности обработки. Размерный износ h_pявляется следствием износа инструмента по задней поверхности и оценивается по смещению вершины резца в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности (рис. 6.9).

Рис. 6.9 Размерный износ резца

Линейный метод измерения износа позволяет рассчитывать режимы резания, выбирать оптимальную геометрию инструмента и разрабатывать нормы его расхода. Для этого закономерности изменения износа во времени представляют в виде кривых «износ-время», например, h_з.п = f(τ). В зависимости от условий резания эти кривые чаще всего могут быть сведены к двум типичным кривым 1 и 2 (рис. 6.10).

Рис. 6.10 Зависимость фаски износа по задней поверхностиhз.пот времени работы инструмента τ

Типичная кривая 1 состоит из трех участков: 1) ОА - начального износа (приработки), который характеризуется интенсивным нарастанием площадки износа; 2) АВ - нормального износа; 3) за точкой В - катастрофического износа.

Для предотвращения разрушения инструмента и сокращения затрат на его переточку при достижении износа, соответствующего точке В, процесс резания необходимо прекращать. При чистовой обработке переточку инструмента необходимо назначать еще ранее из-за уменьшения точности обработки и увеличения шероховатости обработанной поверхности.

Типичная кривая 2 отличается от кривой 1 отсутствием участка приработки и нарастанием площадки износа вплоть до точки В', за которой начинается катастрофический износ. При износе только по задней поверхности она имеет вид, вогнутый в сторону оси времени τ.

При износе по передней поверхности в форме лунки ее ширина с_ли глубина h_л изменяются по выпуклой кривой. Такой вид износа обычно отстает от износа по задней поверхности.

Износ по кривой 1 характерен в основном для работы быстрорежущими инструментами на средних скоростях резания, когда период нормального изнашивания составляет 85...90 % от общего времени работы инструмента. Износ по кривой 2 наблюдается при работе твердосплавными инструментами или при работе на низких скоростях резания быстрорежущими инструментами. В последнем случае период нормального износа может оказаться настолько большим, что процесс резания прекращают еще до наступления катастрофического износа.