714

в ряде случаев наблюдается рост температуры в зоне резания. При обработке фасонным инструментом по мере износа может теряться профиль.

г

Рис. 104. Кривые износа инструмента: по передней поверхности (а, б); только по задней поверхности (в); классический вид кривой износа (г)

При средних значениях скоростей резания период нормального изнашивания составляет 85…90 % периода стойкости инструмента. По мере увеличения скорости резания период нормального изнашивания сокращается и при очень высоких скоростях резания становится настолько малым, что после периода приработки почти сразу наступает период катастрофического изнашивания. Геометрические параметры инструмента должны быть такими, чтобы максимально

231

увеличить период нормального изнашивания и сократить или полностью устранить период приработки.

При изнашивании инструмента преимущественно по задней поверхности, когда износ передней поверхности незначителен, кривая износа (см. рис. 104, б) вогнута относительно оси абсцисс. В этом случае период приработки отсутствует и на участке АВ кривой износа, соответствующем периоду нормального изнашивания, износ вначале медленно, а затем более быстро возрастает до точки В – начала периода катастрофического изнашивания.

Если инструмент изнашивается только по задней поверхности, то кривая износа имеет вид, изображенный на рис. 104, в. После периода приработки период нормального изнашивания продолжается значительно дольше, чем в первых двух случаях. Период нормального изнашивания в последнем случае настолько велик, что, как правило, работу инструмента прекращают еще до перехода в период катастрофического изнашивания. На рис. 105, а изображена схема износа передней поверхности инструмента. Образовавшаяся на передней поверхности лунка износа характеризуется шириной lл, длиной bл и глубиной hл. По мере работы инструмента первые следы износа появляются в точке, соответствующей максимальной температуре передней поверхности. Ширина и глубина лунки постепенно увеличиваются, а радиус кривизны кривой, очерчивающей дно лунки, уменьшается. Одновременно сокращается перемычка f от края лунки до главного лезвия. Центр кривизны лунки по мере изнашивания передней поверхности отодвигается от главного лезвия, а поэтому по ширине лунка от главного лезвия удаляется значительно быстрее, чем приближается к нему. Перемычка f между главным лезвием и краем лунки имеется только в том случае, когда на передней поверхности образуется хорошо развитый и устойчивый нарост, отодвигающий стружку от главного лезвия инструмента. Когда нароста нет или он настолько мал, что не может оказать защитного действия по отношению к инструменту, то перемычка отсутствует и лунка полностью не формируется.

232

Рис. 105. Схема износа передней поверхности (а) и изменения размеров лунки во времени (б)

Изменение размеров лунки по мере изнашивания передней поверхности изображено на рис. 105, б. Длина bл лунки, равная рабочей длине главного лезвия, за все время работы инструмента остается одинаковой. Глубина hл лунки вначале возрастает быстро, затем ее рост замедляется и только после определенного периода работы инструмента вновь интенсивно возрастает. Таким образом, на кривой, характеризующей рост глубины лунки, наблюдаются периоды приработки, нормального и катастрофического изнашивания. Ширина lл лунки, как и ее глубина, вначале возрастает быстро, а затем ее рост замедляется. Перемычка f, если она имеется, интенсивно уменьшается при быстром росте ширины лунки. Когда же темп роста ширины лунки замедляется, то замедляется и уменьшение перемычки.

Величина износа передней и задней поверхностей инструмента (ширина площадки износа и глубина лунки) зависит от времени работы инструмента, температуры резания и скоростей перемещения поверхности резания и стружки относительно задней и передней поверхностей. В результате обработки опытных данных, полученных при изучении влияния времени Т работы инструмента, глубины резания, подачи и скорости резания на ширину площадки износа и глу-

233

бину лунки износа, были составлены эмпирические формулы, описывающие связь между величиной износа h и факторами режима резания для периода Т нормального изнашивания инструмента.

Интенсивность влияния параметров режима резания на величину износа задней поверхности такая же, как и на температуру резания. Параметры режима, которые оказывают большее влияние на температуру резания, также сильнее влияют и на износ задней поверхности инструмента, и наоборот. Последнее подтверждает, что величина линейного износа инструмента пропорциональна температуре резания.

При нарастании износа может происходить изменение шероховатости обрабатываемой поверхности в ту или иную сторону.

С изменением износа меняются и качественные показатели поверхностного слоя (наклеп, остаточные поверхностные напряжения и шероховатость поверхности.

4.3.2. Период стойкости инструмента

Период стойкости Т (мин) – это время резания инструментом между двумя переточками. Суммарный период стойкости с достаточной точностью определяют следующим образом:

Тсум ≈ i · Т, мин,

где i – число переточек, допускаемых инструментом до его полной амортизации.

Таким образом, суммарный период стойкости численно характеризует срок службы инструмента до того, как он будет направлен в утилизацию. Связь между суммарным периодом стойкости и периодом стойкости инструмента немонотонна. С увеличением периода стойкости Тсум растет. Однако при этом возрастает и ширина площадки износа задней поверхности, что сокращает допускаемое число i переточек инструмента. Последнее же уменьшает суммарный период стойкости. Поэтому вначале при увеличении периода стойкости Тсум также возрастает, достигая максимума при некотором значении Т, а следовательно, и износа h. Дальнейшее увеличение Т (и износа h) уменьшает суммарный период стойкости.

234

4.3.3. Критерии износа-затупления инструмента

При эксплуатации инструмента по мере его изнашивания наступает такой момент, когда дальнейшее резание инструментом должно быть прекращено, а инструмент отправлен на переточку. Например, при протягивании жаропрочных сплавов наблюдается повышенный износ протяжек в виде выкрашивания (рис. 106), при котором протяжку нужно отправить в переточку. Причиной выкрашивания в данном случае является адгезионное приваривание стружки после окончания процесса резания к передней поверхности зуба протяжки. При удалении стружки удаляется часть режущей кромки.

Рис. 106. Типичный характер сцепления стружки с зубом протяжки, выкрашивания и разрушения режущих кромок твердосплавных протяжек при удалении стружки

235

Появление выкрашиваний на режущих зубьях протяжек приводит к резкому увеличению нагрузки на последующих зубьях и их разрушению. Постепенно происходит лавинообразное разрушение всех последующих режущих и чистовых зубьев протяжек, что вызывает значительное ухудшение шероховатости и точности протягиваемых поверхностей деталей.

Наиболее крупные выкрашивания протяжек обнаружены при низких скоростях резания. С увеличением скорости резания до оптимальных значений уровень выкрашиваний снижается, а при дальнейшем увеличении вновь увеличивается.

Когда износ передней поверхности имеет превалирующее значение, то критерием затупления будут размеры лунки. Однако если ориентироваться на какой-либо один линейный размер лунки, то при одном и том же абсолютном износе степень изношенности передней поверхности падает с увеличением подачи. Поэтому целесообразно ввести понятие относительного износа передней поверхности, выражаемое отношением

b2 + f – расстояние до центра лунки от режущей кромки.

Допустимый относительный износ передней поверхности связан с прочностью фактического режущего клина, поэтому зависит от инструментального материала. Для твердосплавных резцов допустимый износ hз = 0,3…0,4 мм; для быстрорежущих hз = 0,1…0,2 мм.

Допустимая величина износа по задней поверхности hз может быть достигнута при превалирующем износе по задней поверхности. При этом различают оптимальный hз.опт и технологический hз.техн критерии затупления. При hз.опт обеспечивается максимальная суммарная стойкость или долговечность инструмента

Д = кТ, 236

где к – общее количество возможных переточек инструмента, к =

=2/3 b/y = 2b/3(hr/cos γ + ∆), где b – ширина пластины;

у= р + ∆ – укорочение пластины за период стойкости Т; р – величина износа за период стойкости; р = hr/cos γ;

∆ – дополнительный слой, снимаемый при переточке (∆ = = 0,1…0,15 мм).

Износ (hз.опт), при котором наблюдается максимум долговечно-

сти, называется оптимальным критерием затупления.

Это соответствует концу участка нормального износа инструмента. Оптимальный критерий затупления hз.опт = f(а, t, материала металла и инструмента, геометрии режущей части, СОТС и др.).

Критерий затупления hз.опт используется в том случае, когда на процесс резания не налагаются дополнительные требования (по шероховатости, точности и т.д.), т.е. в условиях черновой обработки деталей. Для твердосплавных резцов при черновой обработке сталей

не всегда. В этих случаях используют технологический критерий затупления.

Под технологическим износом понимают такой износ, при котором перестают удовлетворяться технологические требования, предъявленные к детали (изделию): точность, шероховатость, наклеп и т.д. Технологический критерий затупления используют в основном при чистовой (окончательной) обработке.

Момент затупления инструмента устанавливают с помощью критерия износа. Под критерием износа понимают сумму признаков (или один решающий признак), при которых работа инструментом должна быть прекращена. Используют несколько критериев: крите-

рий блестящей полоски, силовой критерий, критерий оптимального износа и критерий технологического износа. В двух последних кри-

териях за основу принимают линейный износ задней поверхности, так как задняя поверхность инструмента изнашивается всегда, при

237

обработке любых материалов и при любых режимах резания, и измерение ширины площадки износа значительно проще, чем глубины лунки износа.

Критерий оптимального износа. Инструмент считают зату-

пившимся, когда линейный износ задней поверхности достигает значения, равного оптимальному износу. Под оптимальным износом понимают такой, при котором суммарный период стойкости инструмента достигает максимальной величины.

Критерий оптимального износа широко применяют в лабораторных условиях при установлении стойкостных зависимостей для инструментов, предназначенных для черновой и получистовой обработки. Применение критерия в производственных условиях целесообразно при массовом производстве и при эксплуатации дорогостоящего инструмента.

Критерий технологического износа. Применение критерия оп-

тимального износа, обеспечивающего максимальный суммарный срок службы инструмента, возможно не всегда. Им нельзя пользоваться в случае, когда на кривой износа нет участка катастрофического износа. Отсутствие точки перегиба не позволяет провести касательную к кривой износа и определить величину hопт. Если по ка- ким-либо причинам износ инструмента нельзя доводить до величины hопт, то применение критерия оптимального износа также невозможно. В этих случаях используют критерий технологического износа. Инструмент считают затупившимся, когда линейный износ задней поверхности достигает значения, равного технологическому износу.

Под технологическим износом понимают такой, при котором работу инструмента прекращают по технологическим ограничениям: резкое увеличение шероховатости обработанной поверхности, вызываемое изнашиванием инструмента; потеря инструментом необходимого размера; возникновение вибраций в технологической системе; чрезмерный нагрев детали; поломка малопрочного инст-

румента и т.п. Критерий технологического износа в основном используют при исследовании и эксплуатации инструмента, предназначенного для чистовой (окончательной) обработки.

238

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 hr, 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 Ни/Нм, а следовательно, усиления явлений адгезии;

239

–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

иадгезионного 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:

hо.з = hi+1 −hi , мкм/м, li+1 −li

240