4.3.4. Зависимость «скорость резания – стойкость инструмента»

Скорость резания является одним из основных параметров, определяющих производительность обработки. С увеличением скорости резания возрастает производительность, но быстрее изнашивается инструмент.

Затраты времени на частые смены инструмента, частые его переточки и связанные с этим расходы могут свести на нет преимущества, полученные от применения высокой скорости резания. Поэтому для каждого отдельного случая надо выбирать допустимую скорость ре­зания, при которой обеспечивается наибольшая производительность и наименьшая себестоимость обработки.

Скорость резания зависит от целого ряда факторов. Основные из них следующие: стойкость инструмента, глубина резания и подача, геометрия инструмента, свойства обрабатываемого и инструментального материалов, СОТС и др.

Под стойкостью (или периодом стойкости) инструмента Т понимают время его работы между переточками (в мин). Суммарная стойкость инструмента – произведение стойкости на количество переточек.

Размерная стойкость инструмента – время работы инструмента, в течение которого обеспечиваются заданные размеры и шероховатость обрабатываемой детали. При этом за критерий затупления принимают радиальный износ h_r, так как радиальный износ инструмента не­посредственно влияет на точность и шероховатость обработанной по­верхности. Температура (скорость резания), при которой наблюдается наименьшая интенсивность износа инструмента, называется оптимальной температурой (скоростью) резания

При резании на скоростях (температурах) резания ниже оптимальных происходит рост интенсивности износа инструмента в результате следующих причин (физических):

•  уменьшения отношения твердости Н_и/Н_м, а следовательно, усиления явлений адгезии;

•  повышения коэффициентов трения на передней и задней поверхностях инструмента;

•  повышения объема пластической деформации; оно выражается в повышении усадки стружки, повышении микротвердости стружки и обработанной поверхности, увеличении удельной работы стружкообразования. Это объясняется увеличением механического и адгезионного износа;

• улучшения условий при работе на низких скоростях резания для абразивного действия карбидов и других включений в обрабатываемый материал, которые при низких скоростях сильнее удерживаются и чувст­вительнее царапают инструмент.

4.3.5. Характеристики размерной стойкости инструмента

Размерная стойкость инструмента имеет важное значение для анализа вопросов, связанных с работой инструмента в автоматизиро­ванном производстве. Размерную стойкость инструмента зачастую характеризуют временем его работы Т, в течение которого текущее, среднее значение размера обрабатываемых деталей располагается в пределах части поля допуска, выделенной на переменные систематические погрешности размера, связанные с износом режущих кромок.

Иногда размерную стойкость инструмента характеризуют коли­чеством деталей N, изготовленных в пределах допуска без вмеша­тельства оператора для регулирования или замены инструмента.

Размерную стойкость можно также характеризовать длиной пути резания l или площадью обработанной поверхности деталей до регулирования или замены инструмента (рис. 107). Проф. А.П. Со­коловский указывал, что одной из характе­ристик размерной стойкости инструмента может служить линейный относительный износ, т.е. укорочение инструмента в радиальном направлении, отнесенное на 1000 м пути резания:

мкм/м,

где h_i+1 – h_i – линейное приращение износа по задней грани на (i + 1)-м режиме, мкм; l_i+1 – l_i – путь резания на (i + 1)-м режиме, м;

h_о.з – линейный относительный износ.

Рис. 107. Графики зависимости износа h_з от длины пути резания l

V₁; V₂; V₃

Размерную стойкость инструмента может характеризовать и скорость размерного износа V_н. Под скоростью размерного износа по­нимается скорость укорочения инструмента в радиальном направле­нии в периоде нормального износа, стойкости при принятом критерии затупления.

Все отмеченные характеристики размерной стойкости являются частными и в общем случае оказываются непригодными для проведения анализа вопросов, связанных с проблемой размерной стойкости инструмента, так как первая характеристика Т (время работы без подналадки или замены инструмента) имеет ограничения со стороны скорости резания V, подачи S, величины износа инструмента h_з или h_r; вторая характеристика N – количество обработанных деталей без подналадки инструмента размера обрабатываемой детали и износа (h_з или h_r); тре­тья – l – ограничения со стороны подачи s, величины износа h_з или h_r; четвертая – П (площадь обработанной поверхности) – со стороны величины износа h_з или h_r; пятая – h_о.л – со стороны подачи; шестая – V_h (скорость размерного износа) – со стороны скорости резания V и по­дачи s; наконец, последние две характеристики – поверхностный относительный износ h_о.п и удельная размерная стойкость Т_уд. Поверхностный относительный износ – это радиальный износ инструмента, отнесенный к 1000 см² обработанной поверхности. Удельная размерная стойкость инструмента Т_уд – площадь поверхности, которую способен обрабатывать инструмент при затуплении в радиальном направлении на 1 мкм.

Последние две характеристики являются универсальными, так как на них не накладываются ограничения ни со стороны скорости резания, ни со стороны подачи, критерия затупления и т.д.

Поэтому поверхностный относительный износ и удельная размерная стойкость могут быть использованы для сравнительной оценки размерной стойкости выбираемых режущих инструментов, для анализа точности и экономичности вариантов технологических про­цессов и режимов резания, а также для конструирования систем ав­томатического управления технологическими системами.