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

Рис. 1.77. Обработка стали 40 Х , закаленной до твердости H R C —40, твердым сплавом Т5КЮ .

Ѵ=0°; ß=60°; а л=30°; q>=60°; фі=30°.

1 __ Неполное симметричное фрезерование, при

Рис. 1.78. Неполное симметричное торцовое фрезерование

6. А. И. Бетанелн

Рис. 1.79. Попутное несимметричное фрезерование стали 40Х, закаленной до твердости H R C = 45—47, одиозубой фрезой Т5КЮ .

На рис. 1.80 дана зависимость предельных толщин среза от скорости резания при фрезеровании зубом, оснащенным мипералокерамикой ЦМ332.

Рис. 1.80. Неполное симметричное торцовое фрезерование стали 40Х, закаленной до твердости H R C = 32—-35, одно­ зубой фрезой ЦМ332.

ß = /o= 2,0 . 10~3м; /=98 . Ю-Зм; D = 100 . 10-Зм. у=0°;

ß=80°; а =20°; ср=60°; (р,=30°.

82

Как видно из рис. 1.80, характер влияния скорости резания в данном случае такой же, как и при обработке твердосплавными фрезами, но предельные толщины среза значительно меньше. Это объясняется тем, что предел прочности при одноосном растяжении, предел выносливости и ударная вязкость минералокерамических материалов значительно меньше, чем у твердых сплавов, т. е. при фрезеровании сохраняется закономерность, имеющая место при других видах обработки.

Определенный практический интерес имеет исследование про­ цесса скалывания зубьев фрез с зачищающей переходной кром­ кой, предназначенных для резания с большими подачами. На рис. 1.81 дано сопоставление фрезерования с острым зубом и зубом, имеющим зачищающую кромку длиной 4,0 • 10~ям.

Как видно из рис. 1.81, увеличение длины кромки до 4,0 • 10-Зм повышает величину предельных подач. Следовательно, помимо прямого влияния кромки как зачищающей, существенное влияние ее сказывается в упрочнении тела режущей части зуба в плане.

83

Многочисленные измерения размеров зоны скалывания пока­ зывают, что как и в других случаях обработки, происходит отде­ ление макрсобъема режущей части инструмента. Опыты показали, что поверхности скалывания режущей части зубьев торцовых фрез имеют формы поверхностей скалывания режущей части проход­ ных прямых резцов (см. рис. 1.54) и характеризуются теми же параметрами х, у, yL, ф и фц. И здесь скалываемые объемы превы­ шают объемы контактных зон (см. рис. 1.69).

На рис. 1.82— 1.84 в качестве примера даны фотографии по­ верхностей скалывания режущей части ножей торцовых фрез [241.

*8t* '

84

Рис. 1.84. Попутное несиммет­ ричное фрезерование стали Х В Г , закаленной до твердости H R C = =40, одиозубой фрезой Т5КЮ .

В - -3,0 ■ 10~3м; V=0°; ß=75°;

а,,-;-15°; ф=60°; срі=30°; г 0,5-10-%! Опр^П.П-Ю-1,!.

§ 1.10. О ВЛИЯНИИ ИЗНОСА КРОМКИ НА СКАЛЫ ВАНИЕ РЕЖ УЩ ЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА

Все вышеизложенное относительно механизма скалывания режущей части относилось к резанию острым инструментом. Оп­ ределенный интерес представляет исследование влияния износа режущей кромки на скалывание режущей части инструмента. При этом необходимо различать действие износа на изменение формы режущей части инструмента и вследствие этого влияние на механизм скалывания, а также на накопление усталости, пос­ кольку даже при плавной работе станка в процессе резания до затупления, режущая часть инструмента подвержена действию циклического нагружения.

При износе по передней поверхности фактический угол заостре­ ния уменьшается и, естественно, облегчается скалывание, которое наступает при меньших предельных толщинах среза, чем при не­ изношенном резце.

Возникает вопрос, какое действие оказывает износ задней по­ верхности на скалывание? С целью изучения влияния величины фаски износа по задней поверхности были проведены специальные опыты. Для исключения действия накопления усталости в про­ цессе резания до затупления, фаски затачивались алмазным брус­ ком на различных резцах до разных величин. При определении

85

=0,865 • 10_3м. Такое интенсивное уменьшение предельных тол­ щин среза, по-видимому, связано с резким увеличением нормаль­ ных сил, действующих на заднюю поверхность.

§ 1.11. М ЕХАНИЗМ ПЛАСТИЧЕСКОГО РАЗРУШ ЕНИЯ РЕЖ УЩ ЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА

При заданном обрабатываемом материале существует область режимов резания, в пределах которой инструмент из данного инс­ трументального материала может срезать стружку, и имеется об­ ласть, в которой инструмент не в состоянии срезать стружку, так как он сам подвергается пластической деформации [81, 86]. На­ пример, резцом из углеродистой стали У8 можно обрабатывать сталь средней твердости при толщине среза а=0,3 • 10”3м до ско-

86

ростей резания и=0,25-н0,333 м/сек (15-Т-20 м/мин). Выше этой скорости режущая кромка инструмента быстро притупляется и осуществить нормальный процесс резания невозможно. Это же наблюдается на быстрорежущих резцах при скоростях резания ц=1,ЗЗЗч-2,0 м/сек (80—120 м/мин) и твердосплавных резцах при скоростях резания а=10-т-16,7 м/сек (600-нІССЮ м/мин). При реза­ нии жаропрочных сплавов на никелевой основе эти скорости рез­ ко снижаются. Если же обрабатываемым материалом является дюралюминий, то для резца из стали У8 скорость будет порядка ѵ = 1,667 м/сек (100 м/мин), а для быстрорежущих и твердосплавных резцов скорости резания неограничены.

Причиной отмеченного выше явления быстрого притупления и среза режущей кромки является потеря формоустойчивости вслед­ ствие пластического разрушения режущей части инструмента [81, 86]. Скорость резания, при которой происходит пластическое раз­ рушение режущей части инструмента, будем называть предельной скоростью и обозначать ѵпѵ [86].

Пластическое разрушение режущей части встречается весьма часто, и поэтому исследование этого вопроса является актуальной задачей. Однако в этой области были известны только эмпиричес­ кие данные Е . Герберта [81], который считал, что для предотвра­ щения пластического разрушения твердость инструмента должна превышать твердость обрабатываемого материала в определенном минимальном отношении (при резании стали в 1,38 раза).

Т. Н . Лоладзе [81, 86] разработал вопросы определения пласти­ ческой прочности (формоустойчивости) режущей части инструмен­ та на основе теории пластичности1.

На рис. 1.86 видно течение контактных слоев инструмента вдоль задней поверхности. По образованной текстуре можно су­ дить, что толщина текущего по задней поверхности слоя инстру­ ментального материала равна 0,04-?-0,05 • 10~3м. В данном слу­ чае температура на контактных поверхностях порядка 1073°К (800°С). При. такой температуре, очевидно, произошло настолько сильное размягчение контактных слоев быстрорежущего резца, что

1 Т. Н. Лоладзе [81] первоначально ввел понятия формоустойчнвости и критерия формоустойчивости режущей части инструмента. В [86] было сочте­ но, что формоустойчивость проще называть пластической прочностью, а кри­ терий формоустойчивости — коэффициентом запаса пластической прочности.

87

их сопротивление пластическому сдвигу стало меньше контакт­ ных касательных напряжений и наступил процесс пластического течения и разрушения задней поверхности резца.

Рис. 1.86. Момент пластическо­ го разрушения режущей части инструмента. Наблюдается плас­ тическая деформация задней по­ верхности (хЗО). Р18—сталь 10.

Ѵ=0°; <р=48°; ф1=42°; в=2,77

м/сек (166 м/мшО; /=1,5>10-Зм;

s= 0 ,4 • 10-3 м/об.

На рис. 1.87 представлен случай пластического разрушения твердосплавного резца. Как следует из рис. 1.87, срезу контакт­ ных слоев инструмента по задней поверхности предшествует плас-

Рис. 1.87. Пластическое разрушение режущей части твердосплавного резца ВК8 при резании титана с подогревом (Ѳ под=1573°К) (х70)

г=0,0003 м/сек (0,018 м/мин);

*= 2,5 • IО-з.ч; а= 0,25 ■10_3м.

88

тическая деформация. При этом температура на контактной по­ верхности достигла 1523°К (1250°С) и твердый сплав ВК8 настоль­ ко сильно размягчился, что контактные напряжения вызвали пластическую деформацию, а затем пластическое разрушение. При работе твердосплавным инструментом с высокими скоростями ре­ зания и большими сечениями среза часто наблюдается пластичес­

Исследования показали, что в определенных условиях пласти­ ческому разрушению подвергаются также зубья фрезы, и даже абразивные зерна шлифовальных кругов. Отличие состоит в том, что в процессах прерывистого резания из-за малого времени кон­ такта инструмента с изделием нагреву и пластической деформации подвергаются очень тонкие контактные слои [81,86].

При очень больших скоростях резания наблюдаются случаи, когда пластически деформируется только инструментальный ма­ териал, а стружкообразование вообще не происходит.

На первый взгляд может показаться странным наличие пласти­ ческого разрушения в таких хрупких материалах, как твердые сплавы, абразивные зерна шлифовальных кругов и т. д. Однако следует учесть, что понятия хрупкость и пластичность относи­ тельные и, как было отмечено в главе I, зависят от условий наг­ ружения .

Хрупкое тело можно привести в пластическое состояние (на­ пример, созданием схемы трехосного равного сжатия), а любое пластическое тело — в хрупкое (например, созданием схемы трех­ осного равного растяжения).

Исследования ([34, 117] и др.]) показывают, что такие хруп­ кие тела, как мрамор, чугун, корунд, твердый сплав и др. при испытаниях в условиях гидростатического давления проявляют пластические свойства и становятся прочнее. В процессе резания режущая кромка находится в условиях двухосного сжатия. Это увеличивает пластичность инструментального материала. В связи с этими обстоятельствами контактные слои относительно хрупких материалов, таких как твердые сплавы, в условиях резания под­ вергаются пластической деформации и пластическому разруше­ нию. При этом инструмент очень быстро выходит из строя и ог­ раничивается применение высоких режимов резания.

89