Механизмы износа

Режущий инструмент может подвергаться адгезионному, абразивному, диффузионному, химико-окислительному и другим видам износа, которые зависят от условий резания. Выяснение причин, характера и закономерностей износа инструмента необходимо для установления научно обоснованных рекомендаций наиболее эффективной эксплуатации инструмента в разнообразных условиях современного производства.

Абразивный износ режущего инструмента вызывается царапанием и срезанием твердыми включениями материала детали субмикроскопических и микроскопических объемов поверхностных слоев инструмента. Интенсивность абразивного износа зависит от твердости твердых включений материала детали, прочности и твердости поверхностных слоев инструмента при температуре резания. Абразивный износ может играть решающую роль при обработке деталей из материалов с резко выраженными абразивными свойствами (чугун, силумин, сварные швы и др.). Абразивному износу подвергаются в основном режущие инструменты, работающие при относительно низких скоростях и температурах резания (протяжки, плашки, метчики, долбяки и др.).

Адгезионный износ инструмента заключается в отрыве или срезе мельчайших частиц инструментального материала под действием сил адгезии, возникающих в процессе трения контактных поверхностей инструмента и обрабатываемой детали. Под адгезионным понимают все виды межмолекулярного взаимодействия между твердыми телами. Мостики адгезионной связи образуются между контактирующими поверхностями, расположенными на расстоянии действия межмолекулярных сил. Если контактирующие твердые тела покрыты пленками (окисными, смазок, адсорбированными), то в адгезионное взаимодействие вступают пленки и защищают от схватывания лежащие под ними тела. При отсутствии пленок в адгезионное взаимодействие вступают сами тела и прочность адгезионных связей повышается.

При резании часто контактируют ювенильные (химически чистые) поверхности, плотно прижатые друг к другу под большим давлением, а это является необходимым условием для интенсивного проявления адгезионного взаимодействия твердых тел. При скольжении одной поверхности по другой в процессе резания происхо­дит непрерывный процесс возникновения и разрушения адгезионных связей.

Для исследования адгезионного износа применяют метод микрорентгеноспектрального анализа. Результаты адгезии можно обнаружить также при наблюдении под микроскопом полированных контактных поверхностей инструмента, на которых обнаруживаются налипшие частицы обрабатываемого материала и изъяны в результате отрыва частиц инструментального материала. Отрыву последних способствуют циклический характер срезающих напряжений, действующих в каждой отдельной микрообласти, и возникновение усталостных явлений в поверхностных слоях инструмента.

Интенсивность адгезионного отрыва зависит от свойств обрабатываемого и инструментального материалов и условий обработки, таких, как скорость и температура резания, а также отношения прочности инструмента к прочности обрабатываемой детали.

Окислительным (химико-окислительным) износом называют установившийся стационарный процесс динамического равновесия разрушения и восстановления окисных пленок, причем скорость окисления превышает скорость других процессов, протекающих на поверхности трения, т.к. окисление является преобладающим. Пленки окислов влияют на интенсивность износа трущихся поверхностей. В случае прочного соединения с телом детали они могут уменьшать интенсивность износа. При слабом соединении с поверхностью детали и непрерывном разрушении они могут усиливать трение и износ трущихся поверхностей.

Под диффузионным понимают износ инструмента при высоких температурах, происходящий из-за взаимной диффузии материалов инструмента и детали. Интенсивность диффузионного износа зависит от свойств контактирующих пар металлов. Интен­сивному диффузионному растворению материалов инструмента и обрабатываемой детали при резании способствуют следующие факторы: а) высокие температуры, превышающие температуру начала химического взаимодействия им с обрабаты­ваемым материалом; б) большие пластические деформации кон­тактных слоев; в) непрерывное обновление поверхностей детали и частично инструмента; г) схватывание (адгезия) в зонах контакта, образование изъянов (кратеров) на поверхностях инстру­мента, немедленно заполняемых материалом детали. Наиболее сильно на коэффициент диффузии, а следовательно, и на интенсивность диффузионного износа влияет температура.