8.Тепловые явления при резании

При резании металлов затрачивается работа на пластические и упругие деформации в срезаемом слое и в слое, прилегающем к обработанной поверхности и поверхности резания, а также на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца.

Работа, затрачиваемая на пластические деформации, составляет около 80% всей работы резания, а работа трения — около 20%. Примерно 85—90% всей работы резания превращается в тепло.

Образующееся тепло поглощается стружкой — 50—86%, резцом—10—40%, обрабатываемой деталью — 3—9% и около 1% тепла рассеивается в окружающей среде излучением.

На величину температуры в зоне резания оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала, режимы резания, геометрические параметры инструмента и применение смазочно-охлаждающей жидкости.

При обработке стали выделяется больше тепла, чем при обработке чугуна. Чем выше предел прочности σ_в и твердость обрабатываемого материала, тем выше температура в зоне контакта инструмента с деталью.

С увеличением подачи температура в зоне резания повышается, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания. Еще меньшее влияние на температуру оказывает глубина резания.

С увеличением угла резания δ и главного угла в плане φ температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса закругления резца r уменьшается.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости существенно уменьшает температуру в зоне резания.

Высокая температура в зоне резания оказывает непосредственное влияние на износостойкость инструмента, состояние обрабатываемого материала, качество обработанной поверхности детали и производительность процесса резания

9.Износ и стойкость инструмента

В процессе резания в результате трения стружки о переднюю поверх­ность инструмента и задней поверхно­сти о заготовку режущие поверхности инструмента изнашиваются. Независи­мо от вида и назначения инструменты изнашиваются: по задней поверхности (рис. 14,а); по передней поверхности

 

Рис. 14. Схема износа резцов:

а — по задней поверхности, б—по передней поверхности, в—по задней я перед­ней поверхностям

(Рис.14,6); одновременно по передней и задней поверхностям (рис. 14, в). В зависимости от условий обработки может преобладать тот или иной вид износа. Износ по задней поверхности характеризуется площадкой с высотой hз (рис. 14, а). В процессе резания уве­личиваются площадка, трение, нагрев, быстрее протекает процесс износа. Быстрый рост износа является опас­ным, так как может привести к разру­шению режущей кромки инструмента. Износ инструмента .допускается в определенных  пределах  (допустимый износ), после которого инструмент на­до переточить, возобновить его режу­щие способности. Износ передней по­верхности инструмента образуется от трения сходящей с нее стружки. Износ образуется в виде лунки глубиной hл (рис. 14,б,в). Края лунки располага­ются  приблизительно параллельно главному лезвию инструмента, а длина лунки равна его рабочей длине.

При работе инструментами из быст­рорежущей стали на малых и средних скоростях резания перемычка между краем лунки и главным лезвием сохра­няется благодаря образовавшемуся на­росту, предохраняющему переднюю грань от истирающего действия струж­ки. По мере увеличения износа край лунки может сойтись с кромкой изно­шенной задней поверхности и на окон­чательно изношенном инструменте ос­танется только часть лунки (рис. 14,в). Практически до такого износа инструмент не доводят, а перетачивают значительно раньше из-за износа по задней поверхности.

Лунка, увеличивая передний угол резца, облегчает процесс резания. На рис. 14, в показан одновременный из­нос по задней и передней поверхностям инструмента.

Виды износа. Основными видами износа являются абразивное, молеку­лярное и диффузионное изнашивание и приработочный износ.

Абразивный износ — это царапание твердыми частицами, находя­щимися в обрабатываемом материале, режущих поверхностей инструмента. Большой абразивный износ причиняют инструменту окалина и литейная кор­ка на заготовках.

Молекулярный износ про­исходит в результате действия молекулярных сил сцепления (прилипание, спекание) между материалами заго­товки (стружки), вызывающих при трении скольжения отрыв (захватывание) мельчайших частиц материала инструмента. Этот вид износа харак­терен при обработке стали и других вязких материалов.

При контакте одноименных матери­алов схватывание начинается при тем­пературах, равных (0,3—0,4) Тпл, а при контакте разноименных материалов (0,35—0,5) Тпл, при очень   высоких температурах контактирования процесс схватывания приводит к спека­нию. Молекулярный износ  можно уменьшить применением СОЖ, кото­рые создают на контактных поверхно­стях защитные пленки, уменьшающие силы прилипания.

Диффузионное   изнаши­вание — это диффузионное раство­рение металла инструмента в обраба­тываемом материале при температу­рах 800—850 °С. Интенсивность проте­кания диффузионных процессов замет­но уменьшается при применении инст­рументальных материалов, химически инертных по отношению к обрабаты­ваемому материалу.

Резец по времени изнашивается не­равномерно. В начале работы быстро истираются неровности, шероховатости режущей кромки и обезуглероженный слой инструмента, появившийся при его термической обработке. Этот износ называется приработочным.

Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания. Чем скорость выше, тем больше энергии расходуется на процесс резания, тем больше выделяется тепла, тем интенсивнее происходит износ трущих­ся поверхностей режущей части инструмента и тем меньше период стойкости. Исследованиями и практикой установлено, что небольшое приращение скорости резания вызывает значительное изменение стойкости резца. Например, если скорость резания при работе твердосплавным резцом увеличивается в два раза, то стойкость резца уменьшится в 32 раза.

В процессе работы все виды инст­рументов изнашиваются. Обслуживающий персонал — мастера, наладчики должны знать, до какого предела затупления (износа) можно доводить инструмент и когда изношенный или затупившийся инструмент снять для переточки или замены новым.

Если доводить резец до слиш­ком большого износа , то при переточке придется удалять слиш­ком много металла,  инструмента. Кроме того, при работе с затуплен­ным инструментом увеличиваются силы резания, ухудшается чистота обработки, повышается температура резания и усиливается сам процесс изнашивания.

Существует  несколько способов определения износа инструментов.

Критерии блестящей по­лоски—при появлении на поверх­ности резания блестящей полоски (при обработке стали), а при обра­ботке чугуна — темных пятен резец считается затупившимся. Появление блестящей полоски соответствует на­чалу третьего периода износа. Этот способ не применяют при работе сложным и дорогостоя­щим инструментом и при чистовых работах.

Силовой критерий (критерий Шлезингера) — резец считается затупленным, когда начинается за­метное увеличение сил резания. Пока­зание  амперметра, включенного в цепь якоря мотора, может служить критерием износа.

Критерий  оптимального износа подразумевает износ, при котором общий срок службы инстру­мента получается наибольшим.