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

Отсюда

(5.22)

Учитывая, что хи — С — Cv получим

(5.23)

Отсюда относительная длина участка заторможения

(5.24)

V

Увеличение улучшает условия работы режущей кромки, так как при этом значительная доля нагрузки на передней поверхности распределяется на относительно большем участке контакта. И,, наоборот, уменьшение ч ухудшает работоспособность кромкиРассмотрим влияние толщины а среза и скорости v резания;

Если при этом не происходит существенных изменений темпера­ туры резания, то увеличение а приводит к уменьшению ч и ухуд­ шению работы рейсущей кромки, что соответствует известным,

коэффициент Р(в) [9]. Первые два фактора благоприятно сказы­ ваются на работоспособности резцов, так как увеличивают ч; последний фактор снижает работоспособность резцов в связи с уменьшением ч. Поэтому при скоростях резания, обеспечивающих

уменьшение |3(в), что может привести к превалирующему влиянию» этого фактора и снижению работоспособности инструмента. Сле­ довательно, должна существовать скорость резания, при которой условия на передней поверхности способствуют наилучшей рабо­ тоспособности инструмента.

По-видимому, это обстоятельство является одной из причин существования оптимальных скоростей v0 резания [12], прй ко­ торых достигается наибольшая размерная стойкость инструментов.

Определим средний коэффициент [а трения по передней поверх­ ности инструмента [19].

70

Интегрируя уравнение (5.16) в пределах от 0 до х = 0 - С г и приняв при этом Р(х) — const == р, получим значение касатель­ ной силы FB, действующей на участке внешнего трения,

Касательная сила F, действующая на всей площади контакта, равна сумме сил FB и FB, т. е.

Г = 6 - С [т. + ^ > " (5.J8)

Интегрируя уравнение (5.18) в пределах от 0 до х==С1, получаем

В работе [15] получена зависимость коэффициента р. от характе­ ристик процессов, происходящих в зоне стружкообразования,

cos 2 (ф — У) ~Ь ~ \f 1 — 4т(/г-f- 1)• sin 2(Ф •7)

П

Отсюда получаем [191 уравнение, связывающее как контактные характеристики, так и характеристики стружкообразования,

cos 2 (L—

(5.33)

Из уравнения (5.33) следует, что основными характеристи­ ками резания являются: со стороны стружкообразования — нап­

ряженное состояние зоны стружкообразования (отношение —-—)

и направление сдвигов относительно передней поверхности (угол ф—т); со стороны контакта на передней поверхности— напря­

женное состояние в зоне контакта (отношение 1-5 ■) и проч-

Рш.чх

ность на срез адгезионных связей (величины т0, р и /?тах). Из­ менение хотя бы одной из них неизбежно повлечет изменение про­ чих характеристик. Это может послужить основанием для нап­ равленного регулирования параметров резания (например, за счет изменения адгезионных показателей при использовании сма­ зочно-охлаждающей среды, подогрева зоны резания и т. д.).

Влияние прочности адгезионных связей на износ режущих инструментов

Износ является результатом многократного нарушения фрик­ ционных связей. Из этого определения следует, что одной [из наиболее существенных характеристик износостойкости является способность поверхностных слоев противостоять повторным де­

формациям.

На основании усталостной теории износа И. В. Крагельским

[3]получена связь интенсивности износа при пластическом контакте

сфизико-механическими свойствами материала трущихся по­

верхностей:

t

(5.34)

где 0д— предел текучести приконтактных слоев изнашиваю­

щегося тела; НВ — твердость;

3— разрывное удлинение; тп — тангенциальная прочность фрикционной связи;

t — показатель кривой усталости;

.72-

v— показатель, зависящий от геометрических характеристик

Полученная зависимость (5.34) выражает связь износа с харак­ теристиками пластичности материала (as, б), фрикционными свой­ ствами (0S, и т„) и усталостью (I). В общем случае интенсивность износа тем выше, чем больше тангенциальная прочность фрик­ ционной связи и чем меньше твердость НВ и разрывное удлине­ ние б.

Имеющиеся в отечественной литературе [20,21] данные о ме­ ханических характеристиках твердых сплавов являются, во-пер­ вых, неполными, а во-вторых, получены при стандартных методах испытания. Эти методы не регистрируют микропрочности частиц материала, а фиксируют среднеинтегральное значение прочности некоторого объема материала значительно большего порядка, чем микрочастицы, отрывающиеся при износе инструмента. Все это существенно затрудняет представление выражения (5.34) в явном виде.

Но из выражения (5.34) следует, что, если вести процесс ре­

н резец из сплава ВК.8 изготавливались из одной и той же спе­ циально приготовленной пластины. Стойкостные исследования

•были проведены на станке модели Т135В с бесступенчатым регу­ лированием чисел оборотов шпинделя при чистовом точении рез­ цом с геометрией: у =0; а =зл =10°; <s = t»1=45°; ?t=0; г = 0,5 мм.

температуре 0 контакта в опытах по определению тп.

На основании стойкостных исследований (рис. 5.8) и лабора­ торных исследований по адгезии (рис. 5.9) на рис. 5.10 представ­ лена зависимость П = Г(тп) при различных температурах кон­ такта. Графики 1|, — 1(тп) рассмотрим справа налево, т. е. с боль­ ших значений т„ в сторону меньших (именно в этом направлении изменялась величина тп при повышении температуры).

73

Рис. 5.9. Влияние температуры контакта и испытуемого материала на тангенциальную прочность адгезионного шва:

1— Х18Н9Т; 2— Х12Н22ТЗМР; 3— 4Х18Н25С2; 4— ХН70ВМТЮ:

5— ХН70ВМТЮБ

При этом вид обрабатываемого материала и температура резания оказывают как непосредственное, так и косвенное (через изме­ нение тп) влияние на Ih. Математическая обработка эксперимен­ тальных данных, полученных в этих условиях, показывает нес­ колько менее тесную связь между параметрами, чем в условиях получения выражения (5.37).

Полученные результаты являются прямым подтверждением того, что в значительном диапазоне режимов обработки деталей, когда температура резания ниже температуры 0 хар, доминирующее

75

Рис. 5.10. Зависимость интенсивности износа резца от тангенциальной

5—■Х18Н9Т

стигается наименьшая интенсивность износа инструмента. Тем­

о достижении предельного уровня диффузионной подвижности ато­ мов и начале диффузионного износа. При температуре 0 хар износ

76

инструмента обусловливается снижающимися силами адгезии и на­ чалом диффузионной подвижности атомов.

В дальнейшем даже небольшие изменения температуры сильно сказываются на величине коэффициента диффузии. Поэтому при температуре выше 0 хар доминирующее значение имеет износ ин­ струмента, связанный с непосредственным влиянием температуры: взаимным растворением инструментального и обрабатываемого материалов, ослаблением инструмента за счет явлений самодиф-

мента оказывают и силы адгезии.

Рассмотренные данные позволили количественно оценить роль адгезионных и диффузионных явлений в износе твердосплавного инструмента.

Полученные результаты могут послужить основой для уско­ ренного определения износа инструмента и установления режимов резания, включая оптимальные, при которых достигается наимень­ шая интенсивность износа инструмента. Для этого достаточно оп­ ределить и представить в полулогарифмических координатах за­ висимость хп = f (0). При этом характерный излом на графике яв­ ляется признаком температуры 0 хаг. Затем необходимо установить

Упрощенная схема взаимодействия основных факторов и их влияния на интенсивность износа инструмента

Представленная на рис. 5.11 схема является упрощенной. В ней учтены лишь главные, наиболее сильно действующие факторы и связи.

Соотношение механических и фрикционных свойств контакта оказывает непосредственное влияние на интенсивность износа режу­ щего инструмента согласно выражению (5.34). Косвенное влия­ ние проявляется через явления стружкообразования в соответст­ вии с выражением (5.33). Характеристики стружкообразования из­ меняют контактные процессы и температуру резания, что в свою очередь влияет на соотношение механических и фрикционных свойств контакта. Кроме того, явления стружкообразования в значительной степени определяют диффузионные процессы.

Непосредственное влияние диффузионных процессов на износ видно из выражений (4.6) и (4.7), косвенное же влияние прояв­ ляется в основном в изменении соотношения механических и фрик­ ционных свойств контакта, а также геометрических характеристик

77

Рис. 5.11. Упрощенная схема взаимодействия и взаимовлияния факторов на интенсивность износа режущего инструмента

контакта (за счет анизотропии диффузии и неоднородности свойств контакта).

Непосредственное влияние абразивно-химического действия проявляется в многократно повторяющемся царапании. Косвенно абразивно-химическое действие проявляется главным образом в изменении соотношения механических и фрикционных свойств кон­ такта (за счет окисных и сорбированных пленок) и изменении диффузионных процессов.

Геометрические характеристики контакта (относительное внедрение и показатели кривой опорной поверхности) могут ока­ зывать непосредственное влияние на износ инструмента через де­ формационную составляющую сил трения. Но в определенных ус­ ловиях они могут изменять соотношение механических и фрикцион­ ных свойств контакта [3], что также отражается на износе инстру­ ментов.

Познание всех этих связей с целью отыскания путей снижения и регулирования износа режущего инструмента является одной из актуальнейших задач металлообработки.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Развитие науки о резании металлов. М., «Машиностроение», 1967.

2.Г о р д о н М. Б. Исследование трения и смазки при резании метал­

лов. В сб.: «Трение и смазка при резании металлов», Чебоксары, 1972.

3.К р а г е л ь с к и й И. В. Трение и износ. М., «Машиностроение»,

1968.

4.Г р а н о в с к и й Г. И. и Ш м а к о в Н. А. О природе износа рез­ цов из быстрорежущих сталей дисперсионного твердения. «Вестник маши­ ностроения», 1971, № 11.

78