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

Jr=t>.W%« Jr

выкрашивания, затем следует симметричное и, наконец, встречное фрезерование (рис. 1.12).

Это можно объяснить тем, что при попутном фрезеровании ■ стружка, имеющая форму запятой, приваривается к ножу своим тонким концом, а при встречном фрезеровании — толстым кон­ цом. Так как сила сцепления стружки с резцом при встречном фрезеровании значительно больше, то при ее отрыве наблюдаются и большие выкрашивания. Повышенная же нагрузка на режущую

.кромку и удар при врезании в случае попутного фрезерования

430

3.— встречное.

a)T 5 K I0 —напаянные пластины

31

компенсируются сравнительно высокой пластичностью и вязкос­ тью твердых сплавов Т5КЮ, T5KJ2B и ТТ7К12.

Многочисленные эксперименты показали, что при работе стан­ дартными ножами с напаянными твердосплавными пластинками зона выкрашивания значительно шире, чем при работе фрезой с

1.При напайке пластин на заводах-изготовителях часто напа­ иваются пластины из разных партий, т. е. с различными физико- * механическими свойствами и даже с разными толщинами.

2.Предварительная заточка пластин на заводах-изготовите-

.лях нередко производится без соблюдения необходимых условий, что приводит к определенным дефектам (большие внутренние нап­ ряжения, прижоги, трещины и т. д.), которые в дальнейшем не всегда удается устранить самой тщательной заточкой и доводкой.

Помимо двух вышеприведенных факторов, которые в какой-то мере являются случайными и поэтому могут быть исключитель­ ны, существует еще один неизбежный фактор — внутренние нап­

ряжения первого рода, всегда возникающие при напайке плас­ тин.

В результате многочисленных экспериментов замечено, что при обработке титакогого сплава ВТЗ-1 выкрашивание наблюдается при любом сочетании скоростей резания и подач на зуб. Следователь­ но, в этом случае невозможно построение кривых безопасности, разграничивающих зоны наличия и отсутствия выкрашивания.

Для определения влияния чистоты рабочих поверхностей инст­ румента на процесс выкрашивания были проведены специальные эксперименты.

Установлено, что по сравнению с абразивной заточкой, алмаз­ ная заточка и доводка до десятого класса чистоты значительно сужает диапазон выкрашивания, а с дальнейшим повышением чис­ тоты поверхностей диапазон выкрашивания остается неизменным. Следовательно, в смысле ограничения выкрашивания нецелесо­ образно доводить чистоту режущих поверхностей выше десятого класса. Даже при алмазной заточке и доводке твердых сплавов, когда поверхностный слой формируется при малых толщинах сре­ за и в условиях сравнительно низких температур, вследствие неод­ нородности пластической деформации, в поверхностном слое возни­ кают остаточные сжимающие напряжения, а из-за неравномерного

32

нагрева по сечению пластины — остаточные растягивающие нап­ ряжения. Вследствие же значительного различия величин коэф­

Следовательно, в любой пластине твердого сплава даже с иде­ ально доведенной поверхностью, всегда существует силовое поле имеющее на различных участках наружной поверхности и внутри пластины разную интенсивность. Это обусловлено остаточными напряжениями второго и третьего родов, неоднородностями

и др.

Имея в виду все вышеизложенное, надо полагать, что меха­ низм выкрашивания режущей кромки можно представить в сле­ дующем виде.

В процессе резания в режущей части инструмента возникают напряжения, которые, складываясь с остаточными напряжениями, уже имеющимися в твердом сплаве, вызывают появление пиков на­ пряжений на отдельных участках поверхности твердого сплава, прилегающих к режущей кромке. Эти напряжения особенно не­ благоприятны при переменных нагрузках в условиях прерывисто­ го резания.

При торцовом фрезеровании инструмент подвергается пере­ менным силовым и тепловым нагрузкам. Вследствие односторон­ него приложения нагрузки при врезании в металл и выходе из контакта в зубе фрезы возникают значительные циклические нап­ ряжения, которые могут превышать в отдельных точках предел выносливости инструментального материала и, в связи с анизот­ ропией прочностных свойств твердых сплавов, привести к выкра­ шиваниям режущей части инструмента.

Циклические напряжения обуславливают также появление мельчайших усталостных трещин в поверхностных слоях инстру­ ментального материала, прилегающих к режущей кромке зуба фрезы, что, в свою очередь, способствует выкрашиванию.

Наибольшее влияние на процесс выкрашивания при торцовом фрезеровании оказывает явление приваривания (адгезии) струж­ ки к твердосплавному зубу фрезы при выходе из контакта с обра­ батываемой заготовкой. При повторном вступлении в контакт про­ исходит отрыв стружки, причем вместе со стружкой удаляются мелкие частички инструментального материала. Такой отрыв ма-

термала твердосплавной пластины обуславливается внутренними напряжениями на поверхности, анизотропией и другими факто­ рами, рассмотренными выше. При повторных резах микро­ выкрашивания, уже возникшие на режущей кромке, служат до­ полнительными концентраторами напряжений и к тому же увели­ чивают шероховатость кромки. Поэтому возрастают интенсив­ ность и сила приваривания новых стружек. Это приводит к тому, что появляются новые очаги выкрашивания, которые еще больше ухудшают микрорельеф режущих поверхностей. Происходит рас­ шатывание и выкрашивание зерен карбидов и отдельных блоков твердого сплава. Повышается склонность поверхностного слоя к' разрушению и отрыву от основной массы.

При увеличении скорости резания увеличивается разогрев кон­ тактных слоев инструмента, что приводит к уменьшению остаточ­ ных напряжений в поверхностных слоях твердого сплава и уве­ личивает пластичность этих слоев. При достижении определенных «критических» скоростей резания разогрев контактных слоев инс­ трумента достигает таких температур, что остаточные напряжении в поверхностных слоях за счет пластических деформаций выравни­ ваются. Уменьшается также и сила резания. Все это приводит к тому, что выкрашивание материала инструмента в заметном объе­ ме не происходит. Увеличение пластичности твердого сплава ком­ пенсирует также динамический удар при врезании, который воз­ растает с увеличением скорости резания.

§ 1.4. М ЕСТНЫ Е СКОЛЫ РЕЖ УЩ ЕЙ ЧАСТИ ТВЕРДОСП ЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОРЦОВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Условия проведения экспериментов [24,26] были такие же, как и при исследовании выкрашивания. Установлено, что местные ско­ лы наступают при меньших подачах на зуб, чем предельные («ло­ мающие») подачи (sz<s„p) в определенном диапазоне критических скоростей резания.

На рис. 1.13 даны фотографии местных сколов вдоль задней поверхности твердосплавного ножа Т15К6 при sz=0,32-10~3 м/зуб. Видно, что с увеличением скорости резания выкрашивания режущей кромки при о=1,82 м/сек (о=110 м./мин) и о=2,3 м/сек (п-138 м/мин) переходят в местные сколы, которые неизбежно наступают при скорости о—2,88 м/сек (о=173 м/мин)- и выше.

34

35

раза больше, чем для сплава Т15К6. При меньших подачах для сплава Т5КЮ сколы не наступают.

Более прочные и вязкие сплавы Т5К12В и ТТ7К12 не подвер­ жены местным сколам при сколь угодно высоких скоростях реза­ ния и сравнительно больших подачах на зуб (s2<0,8-10-3 м/зуб).

Рис. 1.14. Местные сколы вдоль задней поверхности при встреч­ ном фрезеровании стали 40Х фрезой со стандартными ножами, оснащенными твердым сплавом Т5КЮ (х6,5'.

Основной причиной местных сколов являются, вероятно, тер­ мические трещины, возникающие на передней поверхности и пере­ ходящие на заднюю. Как установлено [57], трещины на передней поверхности не возникают до скоростей резания, меньших крити-

36

ческой для данных’ условий резания, а выше критической быстрота появления трещин и их число возрастают с увеличением скорости резания.

Вначале появляются малозаметные для глаза тончайшие тре­ щины, которые обычно 'начинаются на некотором расстоянии от режущей кромки и с течением времени расширяются и удлиняют* ся. Скалывание определенной части пластины может наступить при большем или меньшем’’развитии трещин в зависимости от ве­ личины нагрузок, действующих на режущую кромку. Чем большеI

37

нагрузка, тем при менее развитых трещинах происходит разру­ шение пластины твердого сплава [171].

Так как повышение температуры поверхностных слоев твердо­ сплавной пластины, происходящее с увеличением скорости реза­ ния, увеличивает амплитуду изменения температуры этих слоев, то на высоких скоростях резания разрушающее количество цик­ лов достигается до наступления нормального износа.

На рис. 1.15 даны фотографии передней поверхности сплава Т15К6 после фрезерования стали 40Х с различными скоростями

Рис. 1.16 Термические тре­ щины иа передней поверхнос­ ти стандартных твердосплав­ ных ножей при попутном фре­ зеровании (х20)

<Гт= Ю°; Л=0°.

зг=0,6 • 10-3м/зуб;

й =2 • Ю-Зм.

Необходимо также отметить, что при работе фрезами с напаян­ ными твердосплавными пластинками при одних и тех же услови­ ях обработки количество термических трещин значительно боль­ ше, чем при работе пластинками е механическим креплением в

38

корпусе фрезы. Это, вероятно, обусловливается значительно боль­ шими внутренними напряжениями, возникающими jip ii напайкепластин.

Трещинообразование аналогичного типа при фрезеровании, характерно и для сплава Т5К10.

На рис. 1.16 и 1.17 представлены фотографии трещин на пе­ редней поверхности пластин Т5КЮ.

Ъ * 5 7 7 "/'сек'

Рис. 1-17. Сетка из поперечных и продольных термических трещим, возникающих на передней поверхности твердосплавных ножей при

встречном фрезеровании (х20)

Ст. 40Х— Т5КЮ; т>=0°; а = 1 5 °; а 1=10°; ф=60° ffi= 10°; Я=0°.

S j = 0 , 6 . 10_ 3 м / з у б ; 6 = 2 . 10_ 3 м .

39