книги из ГПНТБ / Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие

Рис. 2.4. Изменение размерного износа по времени (пути) резания

ности износа, увеличением шероховатости обработанной поверх­ ности, потерей размера, чрезмерным увеличением силы резания и т. д. Количественное выражение допустимой величины износа, при которой работа инструмента должна быть прекращена, на­ зывается критерием затупления инструмента. Время работы ин­ струмента между двумя соседними переточками характеризует период его стойкости.

Когда износ передней поверхности имеет превалирующее зна­ чение, 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 це­ лесообразно ввести понятие относительного износа передней по­ верхности [1], выражаемое отношением

рис. 2.1).

Допустимый относительный износ передней поверхности свя­ зан с прочностью фактического режущего клина, поэтому зависит от инструментального материала. Для твердосплавных резцов, допустимый износ К = 0,3 4- 0,4, для быстрорежущих — К =

=0,1ч-0,2 Ш.

Допустимая величина износа цо задней поверхности й3 может

быть достигнута при превалирующем износе по задней поверхно­ сти. При этом различают оптимальный Лзопх [2] и технологичес­ кий hSTCXH критерии затупления. При критерии затупления ftg0inr

10

обеспечиваются максимальная суммар­ ная стойкость или долговечность ин­ струмента

Обычно используется не вся пластина, а приблизительно 2 В

<для соблюдения безопасности работы). Тогда

<Рис. 2.6. Влияние времени резания на-износ и долговечность режущего инструмента

11

Рис. 2.7. Определение оптимального критерия затупления резца по кривой износа (по Зореву Н. Н.)

Из выражения (2.5) следует, что с увеличением критерия затуп­ ления по задней поверхности hr (h3) число переточек уменьшает­ ся. Но из рис. 2.6 видно, что при этом период стойкости возрас­ тает (Т2 > Тх).

Следовательно, в выражении (2.2) с увеличением критерия затупления инструмента параметр к уменьшается, параметр Т увеличивается. Поэтому при некотором значении /igonT долго­ вечность инструмента Q имеет максимальное значение (рис. 2.6), Н. Н. Зоревым была предложена методика графоаналитиче­ ского определения оптимального критерия затупления по кривым износа [2]. Метод основан на том, что путем графической обработ­ ки находится такая точка Е на кривых износа, ордината которой характеризует величину износа, соответствующую максимуму Q

(рис. 2.7).

Рассмотрим, как это делается. Приняв, что

^ S in a COS

3 c o s (а + т )

получим •

Обозначим

sin а

= ф.

COS (a 4 - 7 )

12

Оптимальный износ h3om является таким частным значением из­ носа h3, при котором Q имеет максимальное значение. Для отыс-

Из полученного соотношения следует, что условию максимума долговечности инструмента удовлетворяют такие частные значе­ ния износа, при которых первая производная от износа по стой­ кости равна сумме величины слоя, снимаемого с инструмента при его износе за период стойкости, и припуска на заточку, поделен­ ной на соответствующее значение стойкости.

Отсюда вытекает следующий метод определения Лз01ГГ, осно­ ванный на известной теореме о том, что тангенс угла наклона

касательной к любой точке кривой у = f (х) равен величине ^ в

этой точке. График hs = f (т) строится в прямоугольной системе координат (рис. 2.7), причем износ откладывается по оси ординат. Из начала координат по отрицательной оси ординат откладывает-

ся отрезок ух — ip + йзИз конца отложенного отрезка проводит­

ся прямая, касательная к кривой /tg = f (т). Координаты точки касания в масштабе координатных осей определяют оптимальный износ и соответствующую ему стойкость инструмента.

материала, геометрии инструмента и др. Зачастую для облегчения нахождения /гзопх полагают, что он равен износу, соответствующе­ му началу зоны катастрофического износа (см. рис. 2.4). При этом получают значение h3onт, несколько меньшее фактического. Критерий затупления й3опт используется в том случае, когда на процесс резания не налагаются дополнительные требования (по шероховатости поверхности, точности и др.), т. е. в основном в условиях черновой обработки деталей .Для твердосплавных рез­ цов при черновой обработке сталей величина допустимого износа

>13

Рис. 2.8. Влияние элементов режима резания на величину и место интер­ валов с одинаковым критическим износом резца (ЭИ654-ВК6)

Технологический критерий затупления ftgтеХн связан с выпол­ нением важных требований к точности и качеству обработанной поверхности, поэтому используется при чистовых операциях. Величина принятого /i3leXH зависит от класса чистоты поверхно­ сти обрабатываемой детали, допустимых остаточных напряжений и наклепа, свойств обрабатываемого и инструментального мате­ риалов, жесткости системы станок — приспособление— инстру­ мент—деталь (СПИД) и др. При этом необходимо отметить, что значения 1цгеш не могут быть приняты постоянными, связан­ ными, например, с определенным заданным классом чистоты обра­ ботанной поверхности, и независимыми от режимов резания,

ние элементов режима резания (s, t и о) на величину и место ин­ тервалов с одинаковым критическим износом резца довольно слож­ ное (I — зона режимов с ha < 0,4 мм, при работе на которых нормальное точение прекращается из-за сколов резца, вибрации и надиров на обработанной поверхности; II — зона, где может быть достигнуто hs = 0,4 мм; III — зона режимов с h3 < 0,4 мм, вызывающих критическое ослабление режущего лезвия из-за интенсивного износа по передней поверхности). Можно лишь ука­ зать, что с увеличением глубины резания и подачи интервал ско­ ростей резания, при работе на которых нормальное резание воз­ можно до максимального износа (0,4 мм) по задней поверхности резца, постепенно сужается.

Все это в значительной мере затрудняет определение периода стойкости Т при изменении параметров резания в широком диа­ пазоне и стимулирует вести оценку износа по относительным ха­ рактеристикам, пригодным для оценки процесса износа в любой момент периода стойкости.

14

инструментального материала и. превращения этой массы в про­ дукты износа. На диспергирование массы продуктов износа зат­ рачивается определенная работа сил трения. Более правильно и объективно поэтому выражать износ не посредством линейных ве­ личин, а посредством объема или массы изношенной части ин­ струмента.

Массу продуктов износа можно определить методами непо­ средственного взвешивания, применением радиоактивных изото­ пов, а также путем вычислений на основе микрометрических измерений. Вычисление объёмов (масс) изношенных частей режу­ щих инструментов на основе микрометрических измерений пред­ полагает некоторые допущения. Но этот метод более общедо­ ступен, универсален, менее трудоемок и при использовании над­ лежащего математического аппарата может обеспечить достаточ­ ную точность [5].

По абсолютным значениям объёмов (масс) продуктов износа затруднительно судить о воздействии на стойкость инструмента различных факторов резания. Величину износа обычно принято выражать как функцию времени в минутах. Между тем работа, совершенная инструментом за одну минуту, и работа сил трения, изнашивающая и разрушающая режущую часть инструмента, могут быть резко различными. Это зависит от длины пути тре­ ния, площади пятна контакта инструмента с обрабатываемой де­ талью и условий в зонах контакта. Следовательно, объективный показатель количественной стороны износа должен быть прежде всего величиной относительной, пригодной как для оценки про­ цесса износа в любой момент периода стойкости, так и для целей сопоставления различных исследуемых условий резания. Рассмот­ рение всего процесса износа значительно уменьшает при этом вероятность случайности.

Относительная интенсивность износа резцов [6] (объемный минутный износ резца, отнесенный к 1 мм2 площади контакта задней поверхности резца с поверхностью резания) может быть принята для оценки износа лишь по задней поверхности, что су­ щественно сужает область применения этого критерия. Кроме того, при этом не учитывается также работа сил трения, приводя­ щих к износу и разрушению режущего лезвия резцов.

Метод радиоактивных изотопов [7] основан на учете основного критерия — удельного износа инструмента. При этом методика предусматривает постоянство веса снятого металла с изделия за один проход резца. Удельный износ выражает отношение объема (массы) продуктов износа инструмента к определенному объему (массе) снятого металла с изделия. Этот критерий не учитывает фактических площадей контакта инструмента с изделием при раз­ личных условиях резания. Не всегда учитывается работа сил тре­ ния, приводящих к износу режущей части резцов.

В работе [5] предложен новый показатель износа — интен­ сивность нарастания износа режущего инструмента (объемный или

16

весовой износ инструмента на 1 м пути резания или на 1 см* обработанной поверхности). Этот критерий позволяет объективно оценить степень влияния важнейших факторов, определяющих изнашивание инструмента с лезвием, в условиях, когда величины площадок контакта инструмента с материалом обрабатываемой детали выдерживаются одинаковыми по величине. Однако по мере износа инструмента, а также с изменением режимов резания и др. параметров, площади контакта изменяются. Это изменение может быть учтено путем приведения изношенного инструментального материала к единице площади контакта.

Приведенный износ [8] выражает количество изношенного инструментального материала (объемное или весовое), зафикси­ рованное при взаимодействии единицы контактируемой площади инструмента с определенной (приведенной) величиной длины (или площади) истирающей поверхности материала обрабатывае­ мой детали. Величина приведенного износа зависит лишь от условий в зонах контакта инструмента с материалом обрабаты­ ваемой детали, так как при этом учитываются' фактическая пло­ щадь контакта и длина пути трения.

Следует иметь в виду следующее: для оценки технологической эффективности рассматриваемых параметров резания необходимо использовать отношение износа к площади обработанной поверх­ ности (показателю производительности резания); если же рас­ сматривается физическая сторона износа, следует использовать отношение износа к длине пути истирания. Если объем изношен­ ного слоя составил ДУ при взаимодействии с AF поверхности об­ рабатываемого материала или Л/ пути истирания, а средняя пло­ щадь контакта была/ср, то при взаимодействии с площадью Епр ■поверхности детали технологически приведенный износ можно выразить как

проходных резцов. Соответственно можно выделить три участка

подставить значения объёмов износов АУ, вычисленных на осно-

Оиблиотчл;*

вании^измеренных линейных величин износов, длину /пр принять равной 1000 ж, а площадь Fnp = 1000 сжа, то оценить интенсив­ ность изнашивания каждой режущей части резца можно с помощью соответствующих приведенных износов [8]

вершины резца: