книги из ГПНТБ / Бетанели, А. И. Прочность и надежность режущего инструмента

харинг [171] такое трещинообразование называет гребешке - образным (рис. 1.4).

Установлено, что среди метал­ локерамических твердых сплавов

С точки зрения механизма хрупкого разрушения инструмен­ тальных материалов важное значение имеет определение направ­ ления развития их траекторий в металлокерамических твердых ■ сплавах. Необходимо знать, развиваются ли трещины между кар­ бидными зернами по цементирующей связке или же они проходят по карбидным зернам.

В. И. Третьяков, Е. А . Гольдберг, И. П. Чапорова [123] в ре­ зультате проведенного под оптическим микроскопом исследова­ ния края разрушенных на копре Шарпи образцов вольфрамо-ко­ бальтовых сплавов с содержанием 3—30% кобальта и трещин в них выявили, что разрушение происходит главным образом пс границе между цементирующей фазой и карбидными зернами. Тре-

20

щина обходит, как правило, зерна карбида, ги граница излома представляет, таким образом, резко очерченные контуры целых

бальтовой фазе, пересекая отдельные наиболее крупные карбидные зерна в тех весьма редких случаях, когда эти зерна расположены наибольшей стороной перпендикулярно направлению хода тре­ щины. В сплавах среднезернистой серии (средний размер карбид­ ных зерен 3,3 мкм) трещины проходят как по кобальту, так и по карбидным зернам, огибая наиболее мелкие и разрушая крупные зерна. В сплавах самой крупнозернистой серии (средний размер карбидных зерен 4,95 мкм) трещины также проходят как по ко­ бальту, так и по карбидным зернам, разрушая практически все

21

карбидные зерна, встречающиеся на их пути. На некоторых кар­ бидных зернах в сплавах этой серии, особенно при большом со­ держании кобальта, заметны изолированные трещины, не про­ должающиеся за границей зерен.

Н . М. Пэйрикх [170] подтверждает, что у малокобальтовых сплавов с зернами 1н-2 мкм излом происходит по межфазным тре­

дом сплаве Т15К6, образующиеся в результате циклической наг­ рузки при торцовом фрезеровании стали, развиваются по связке (рис. 1.6). И . Хнннюбер и О. Рюдигер [158], наблюдая за трещи­ нами, появляющимися при фрезеровании стали вольфрамо-кобаль­ товыми сплавами, нашли, что эти трещины проходят в первую очередь по кобальтовой фазе.

Рис. 1.6. Микрошлнф сплава Т15К6 в районе образования трещин после 30000 циклов работы торцовой фрезы (X 600).

Резюмируя вышеизложенное, приводим к заключению, что в зависимости от размеров карбидных зерен разрушение происходит либо по границам зерен, либо внутри зерен. В среднем для прак­ тически применяемых размеров зерен можно считать, что тре­ щины в основном проходят по кобальтовой связке.

На основании анализа различных случаев хрупкого разруше­ ния режущей части инструмента было установлено, что необхо­ димо различать выкрашивание и скалывание [24]. В обоих слу­ чаях разрушение является следствием зарождения и развития трещин. Однако каждый из видов разрушения имеет специфичес­ кие особенности.

В ы к р а ш и в а н и е режущей кромки проявляется в от­ делении малых частиц инструментального материала и характе­ ризуется изломами (вырывами) различной глубины, расположен-

22

Связано с поверхностными дефектами инструментального мате­ риала, неоднородностью структуры, остаточными напряжениями и т. д.

Характерной особенностью выкрашивания является то, что оно может происходить при малых толщинах среза и почти не за­ висит от изменения, в практически применяемых пределах, фор­ мы режущей части инструмента. Наблюдается в основном при низких и средних скоростях резания.

После выкрашивания возможно и целесообразно восстановле­ ние инструмента переточкой. Следовательно, выкрашивание явля­

происходит при заданной форме режущей части и соответствую­ щих предельных толщинах среза. В этом случае разрушение вы­ ходит за пределы контакта стружки с передней поверхностью и

захватывает значительную часть объема режущей части инстру­ мента .

Восстановление инструмента переточкой после скалывания не­ целесообразно, а часто и невозможно. Поэтому разрушение в виде скалывания молено считать н е у с т р а н и м ы м о т к а з о м , хотя при этом необходимо еще дополнительное уточнение, о ко­ тором будет сказано ниже.

При торцовом фрезеровании установлен [24, 25, 26] еще третий промежуточный вид хрупкого разрушения режущей части инст­ румента — местные (локальные) сколы.

М е с т н ы е с к о л ы режущей части инструмента характе­ ризуются отделением объема инструментального материала боль­ шего по величине, чем при выкрашивании. Местные сколы наблю­ даются в основном вдоль задней поверхности. При этом, разру­ шение, захватывая часть передней поверхности, имеет ограни­ ченный характер и в подавляющем большинстве случаев не вы­ ходит за пределы контакта стружки с передней поверхностью. Местные сколы наступают при подачах на зуб значительно мень­ ших, чем предельные подачи, и относительно высоких скоростях резания (для сталей свыше и=2м/сек.)

Местные сколы, как и выкрашивания, являются внутрикон­

23

тактными видами разрушения режущей части инструмента, как правило, они развиваются локально, не затрагивая всю режущую кромку, и не приводят к окончательному выходу инструмента из строя. Поэтому возможно и целесообразно восстановление инстру­ мента переточкой. Следовательно, местный скол является в основ­ ном у с т р а н и м ы м о т к а з о м .

На рис. 1.7 сопоставлены три вида разрушения.

Далее, в этой главе, для сопоставления рассматривается плас­ тическое разрушение, которое происходит в результате пласти­ ческой деформации и последующего среза тонких слоев режущей части инструмента, преимущественно вдоль задней поверхности. Пластическое разрушение в основном относится к неустранимым

рушение, после которого величина слоя, подлежащего удалению при заточке, превысит половину толщины или ширины пластины.

Выше были приведены данные А. И. Исаева и О. М. Кирилло­ вой о влиянии времени резания на процесс развития трещин на

ным резанием. Исследования показали, что величина этой подачи зависит от числа подач, предшествующих предельной, а также от времени работы при каждой подаче. Было установлено, что по ме­ ре уменьшения подачи по сравнению с предельной, время работы резца до поломки возрастает. При некоторой величине подачи среднее время работы резцов до поломки равно периоду стойкос­ ти. Г. Л . Хает и Л . Н . Соловьев предлагают ввести понятие эко­ номической подачи s3K, соответствующей минимальной себестои-

мости обработки. Отношение — является по сути дела коэф-

$ЭК

фициентом запаса хрупкой прочности.

Отношение — зависит от технологических условий, в том $эк

24

повременных опытов по предельным подачам можно судить об экономической подаче, для определения которой необходимы тру­ доемкие опыты.

Ниже последовательно изложены результаты исследования. Выкрашивания и местные^ сколы режущей кромки при торцо­ вом фрезеровании исследовал Б. Л . Дзамоев под руководством автора [24, 25, 26]. Механизм скалывания режущей части ^инст­ румента исследовал автор [24]. В экспериментах автора принимали участие: А. М. Сирадзе, Т. М. Читидзе, Г. Г. Церетели, Б. Н . Ка­ заков, А. Н . Федоров, А. Д . Ксоврели, М. П. Вадачкория.

§ 1.3 ВЫ КРАШ ИВАНИЕ РЕЖ УЩ ЕЙ КРОМКИ ПРИ ТОРЦОВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Эксперименты показали [24, 25], что выкрашивание кромки при торцовом фрезеровании является объективным процессом, наступающим в определенном диапазоне скоростей резания и по­ дач.

При экспериментах были использованы стандартные ножи тор­ цовых фрез с напаянными твердосплавными пластинами Т5КЮ и Т15К6, а также твердосплавные пластины ВК8, Т5КЮ, Т15К6, Т5К12В, ТТ7К12, ТТ10К8Б с механическим креплением. Кроме того, были использованы минералокерамические пластины ЦМ332 при механическом креплении. При работе стандартными твердо­ сплавными ножами резание осуществлялось однозубой торцовой фрезой, а при работе твердосплавными пластинами— специаль­ ной торцовой фрезой с механическим креплением пластин различных типоразмеров.

Обрабатывались поковки из стали 40Х и заготовки, получен­ ные из катаных прутков титанового сплава ВТЗ-1.

После фрезерования режущая кромка ножа фрезы рассматри­ валась с помощью инструментального микроскопа при увеличении хЗО и х50 и определялось наличие или отсутствие выкрашива­ ния. Этот процесс повторялся с различными сочетаниями скорое-

26

тей резания и подач. При этом каждый раз использовался новый

l h = -5 -Ч Л где 4r— угол контакта в радианах, который вычисля­

ется по формуле sin xY/2=-~- .

Как было отмечено выше, выкрашивание кромки при фрезеро­ вании является объективным процессом, наступающим в опреде­ ленном диапазоне скоростей резания и подач. Выкрашивание наб­ людается в основном при низких и средних скоростях резания

<0,25-^2,0 м/сек).

Наибольшее влияние на выкрашивание оказывают скорость резания и подача, а также способ крепления твердосплавной плас­ тины в корпусе фрезы. Изменение геометрических параметров ре­ жущей части ножа фрезы (переднего угла, заднего угла, главного угла в плане) почти не влияет на процесс выкрашивания. Метод фрезерования оказывает определенное влияние на процесс вык­ рашивания и его характер. Твердые сплавы разных марок в раз­ личной мере подвержены выкрашиванию.

Эксперименты, проведенные с твердыми сплавами Т5КЮ , Т15К6, Т5К12В, ТТ7К12, ТТ10К8Б, дали возможность построить кривые «безопасности», разграничивающие зоны наличия и отсутствия выкрашивания (Рис. 1.8.).

Для всех методов фрезерования и всех марок инструменталь­ ного материала сохраняется одна и та же закономерность — с уве­ личением подачи на зуб расширяется диапазон скоростей резания, при которых имеет место выкрашивание режущей кромки; при

27

■ ° '

;

d W i :

0.2 04 S,IO'

Рис. 1.8. Кривые «безопасности» для твердосплавных пластин различных марок с механическим креплением в корпусе фрезы при неполном симметричном фрезе­ ровании стали 40Х.

28

неизменной подаче на зуб до определенной скорости резания всег­ да наблюдается выкрашивание режущей кромки, а выше этой «критической» скорости резания проис­ ходит равномерный износ инструмента без выкрашивания.1*

Рис. 1.9. Кривые «безопасности» для твер­ досплавных пластин различных марок при неполном симметричном фрезеровании

стали 40X

1.■— механическое крепление твердо­ сплавных пластин Т5КЮ

2.— напаянные пластины Т5К10

чие различных диапазонов выкрашивания для разных марок

Установлено также, что если для сплавов Т15К6, Т5КЮ и от­ части ТТ10К8Б существует отчетливое разделение зон выкрашива­ ния и равномерного износа, то для сплавов Т5К12В и ТТ7К12 такое разделение не наблюдается. Выкрашиванию на низких ско­ ростях резания сопутствует значительный износ, который сопро­ вождается округлением и опусканием вершины.

Для всех твердых сплавов, за исключением сплава Т15К6, при резании методом попутного фрезерования имеем наименьшую зону

29