Износ инструмента
Режущие инструменты выходят из строя как в результате истирания по передней и задней поверхностям, так и в результате выкрашивания режущей кромки. На передней поверхности вблизи от режущей кромки часто образуется впадина или лунка. (рис. 4.2 б).
Задняя поверхность обычно изнашивается в виде плоской фаски, называемой площадкой или фаской износа. На рис. 4.2 а также показаны профили лунки износа, возникающей на режущем инструменте. Следует заметить: что при образовании лунки, ее глубина Нл растет значительно быстрее, чем ширина Вл. Край лунки приближается к режущей кромке как за счет расширения лунки, так и в результате нарастания износа на задней поверхности. При этом происходит нарушение прочности инструмента, которое, в свою очередь, может привести к его разрушению. Это явление наиболее часто наблюдается при прерывистом резании. В начальный период площадка износа на задней поверхности приблизительно параллельна обрабатываемой поверхности. Однако в дальнейшем наклон площадки изменяется. Это изменение показывает, что интенсивность износа вблизи режущей кромки больше, чем в нижней части площадки. Площадки износа имеют неодинаковую ширину вдоль главной и вспомогательной режущих кромок.
Рис 4.2 Износ а) по задней поверхности, б) по передней.
Износ зависит от условий резания и свойств обрабатываемого материала. Износ преимущественно на вершине инструмента бывает главным образом при резании с очень высокой скоростью. Незначительное снижение скорости может устранить интенсивный износ вершины резца и намного увеличить стойкость инструмента. Выемка на краю площадки износа образуется в результате воздействия твердого поверхностного слоя обрабатываемого материала. Такой слой может образоваться в результате ковки, отливки или горячей прокатки заготовки. Кроме того, он часто встречается при обработке материалов, обладающих высокой склонностью к упрочнению (наклепу), таких, как нержавеющие стали и жаропрочные никелевые или хромистые сплавы. В этом случае тонкий упрочненный слой металла остается после предварительных операций механической обработки.
а) б) в) г)
Рис 4.3 Примеры износа резцов из быстрорежущей стали Р6М5 при точении стали 40Х: (а) по задней, (б) передней поверхностям; твердого сплава ВК8 при точении коррозионностойкой стали: (в) по задней, (г) передней поверхностям.
Выкрашивание инструмента сопровождается удалением относительно больших частиц инструментального материала. Инструменты, применяемые для прерывистого резания, особенно склонны к выкрашиванию. Выкрашивание инструмента усиливается в условиях резания с развитым наростом. Нарост на резце не является абсолютно стабильным, а периодически разрушается. Вместе с наростом может отделиться частичка режущей кромки, что приводит к ее выкрашиванию.
Износ передней и задней поверхностей, а также выкрашивание режущей кромки изменяют геометрию инструмента. При работе изношенным инструментом силы резания обычно увеличиваются. В некоторых случаях, однако, образование лунки на передней поверхности может привести к снижению сил в результате значительного увеличения переднего угла. Износ по задней поверхности и выкрашивание режущей кромки почти всегда приводят к увеличению сил резания. Чистота обработанной поверхности обычно ухудшается с увеличением износа инструмента, в особенности при его выкрашивании и износе по задней грани. В отдельных случаях износ задней поверхности может привести к улучшению чистоты обработанной поверхности за счет выглаживающего действия площадки износа. Износ по задней поверхности влияет на геометрию резца в плане. В результате этого могут измениться размеры обрабатываемых деталей или их форма (например, при использовании фасонных резцов). Износ инструмента также может вызывать явление вибрации.
Конечным результатом износа является полное разрушение вершины резца. Это может произойти в результате увеличения температуры, которая размягчает вершину инструмента и приводит к пластическому течению при малых напряжениях сдвига. Процесс размягчения начинается с режущей кромки, затем распространяется в глубь инструмента. Помимо рассмотренного механизма полного разрушения инструмента он может выйти из строя в результате хрупкого разрушения вершины с отделением крупных частиц инструментального материала.