4.8. Изнашивание инструментов в процессе работы.

4.8.1. Физическая природа изнашивания инструмента.

В результате высокого давления, температуры и скорости относительного перемещения контактные поверхности инструмента в процессе его эксплуатации изнашивается. Несмотря на то, что износ инструмента является важнейшим показателем его работоспособности, физическая природа изнашивания изучена еще очень плохо вследствие исключительной сложности контактных процессов, протекающих на передней и задней поверхности инструмента. Существует ряд гипотез, объясняющих физическую природу изнашивания инструментов, работающих в различных условиях. По этим гипотезам основными причинами, приводящими к изнашиванию контактных поверхностей, являются следующие.

Абразивное изнашивание.

При трении поверхности резания о задние поверхности и стружки о переднюю поверхность инструмента твердые микрокомпоненты материала обрабатываемой детали царапают материал инструмента, постоянно разрушая его. Контактные поверхности могут также царапать частицы периодически разрушающегося нароста, твердость которого значительно превосходит твердость обрабатываемого материала. Особенно сильно изнашивается задняя поверхность, на которой появляются углубления в виде канавок в направлении скорости резания.

Абразивное действие становится тем сильнее, чем меньше отношение . Поэтому оно проявляется заметнее при работе инструментами из углеродистых и быстрорежущих сталей и в меньшей степени – при работе твердосплавными инструментами, твердость которых значительно выше. Интенсивность абразивного износа возрастает с увеличением содержания в обрабатываемом материале твердых компонентов (в сталях цементита, сложных карбидов, в чугунах цементита и фосфидов, в силуминах карбида кремния, в жаропрочных сплавах интерметаллидов и т.д.).

Абразивный износ наиболее характерен при малых скоростях резания.

Адгезионное изнашивание.

В основе переноса частиц инструментального материала на стружку и деталь лежит явление адгезионного (молекулярного) схватывания. Вследствие высоких контактных давлений в точках соприкосновения выступов (вершин гребешков шероховатости) площадок контакта развиваются локальные пластические деформации с высокой температурой. В результате этого происходит соприкосновение химически чистых участков обрабатываемого и инструментального материалов и их взаимное схватывание с образованием очагов мостиков схватывания. При перемещении инструмента относительно детали происходит непрерывное разрушение и возобновление мостиков схватывания. Причем разрушение наступает не по месту схватывания, а по наиболее слабому месту материала детали или инструмента.

Отрыв частиц инструментального материала и их унос стружкой и деталью происходит в результате локального разрушения под действием такого циклического нагружения поверхностного слоя. Чем выше циклическая прочность и ниже хрупкость инструментального материала, тем выше его износостойкость при равной теплостойкости. Этим, в частности, объясняется уменьшение относительного износа твердого сплава при повышении температур резания в интервале 500 … 750⁰ С. При нагреве их хрупкость уменьшается, что способствует повышению сопротивляемости контактным нагрузкам. В связи с этим твердый сплав более рационально использовать при высоких скоростях резания, чем при низких. При низких скоростях (низкая температура резания) износостойкость твердых сплавов может быть ниже, чем быстрорежущих сталей, имеющих более высокую прочность и лучше сопротивляющихся циклическим нагрузкам.

Адгезионное изнашивание более характерно при средних скоростях резания.