Основные понятия и термины

Теплообразование, источники теплообразования, распределение тепла, уравнение теплового баланса, температурное поле, температуры на поверхностях контакта, температура резания, зависимость температуры: от режимов резания, геометрических параметров инструмента, смазочно-охлаждающих технологическихсредств,физико-механических свойств обрабатываемого материала, оптимальная температура резания, методы измерения температуры резания, калориметрический метод, термоэлектрический метод, метод искусственной термопары, метод естественной термопары.

Вопросы для самоконтроля

1. Какую роль играют тепловые явления в процессе резания?

2. Дайте понятие теплового баланса при резании металлов.

3. Рассмотрите распределение образовавшегося при резании тепла между стружкой, деталью и режущим инструментом.

4. Как влияют свойства обрабатываемого и инструментального материалов на величину и направление тепловых потоков?

5. Как влияют на температуру резания элементы режима резания, геометрические параметры резца, СОТС, свойства обрабатываемого материала?

6. Рассмотрите понятие оптимальной температуры резания при точении.

7. Дайте характеристику основных методов экспериментального измерения температуры резания: калориметрического, термоэлектрического, метода искусственной термопары, метода естественной термопары.

Гл а в а 6. Износ и стойкость режущих инструментов

6.1. Виды и причины износа режущих инструментов

Режущий инструмент изнашивается, подвергаясь воздействию обрабатываемого материала и сходящей стружки. Установлено, что в зависимости от условий резания интенсивность износа инструментов определяется различными по своей природе процессами.

Механический износ. На рабочих поверхностях инструмента всегда имеются концентраторы напряжений: сколы, прижоги, микротрещины. В процессе резания происходит отделение частиц инструментального материал, что проявляется в округлении и выкрашивании режущих кромок. Механический износ чаще всего наблюдается при точении минералокерамическими и твердосплавными резцами вязких и прочных материалов при относительно невысоких скоростях резания. Его интенсивность резко возрастает при наличии динамических явлений (вибраций) в системе СПИД.

Этот вид износа можно уменьшить путём доводки фасок, предварительного округления режущих кромок, качественной заточки резцов и т. д.

Абразивный износ.Обрабатываемый металл оказывает абразивное воздействие на инструмент. Скорость износа возрастает, если в структуре обрабатываемого материала имеются твердые составляющие: цементит в сталях, цементит и фосфиды в чугуне; карбид кремния в силуминах и т.п. Износ увеличивается также в том случае, когда между трущимися поверхностями заклинивается стружка или абразивные частицы. Интенсивность абразивного износа зависит от отношения поверхностных твердостей инструментального и обрабатываемого материалов в условиях резанияН_им /Н_ом. Поэтому рассматриваемый вид износа играет большую роль для резцов из инструментальных сталей. Абразивный износ задних поверхностей твердосплавных инструментов может наблюдаться при резании в зоне наростообразования. В момент разрушения нароста часть его, имея высокую твердость и скользя по задней поверхности резца, интенсивно изнашивает последнюю.

Для уменьшения абразивного износа следует уменьшить абразивные свойства обрабатываемого металла путем его термической обработки или точить деталь в нагретом состоянии.

Адгезионный износ. При резании в местах фактического контакта инструмента со стружкой и деталью возникают большие давления, так как фактическая площадь контакта между трущимися телами вследствие имеющихся на них неровностей мала по сравнению с номинальной (видимой). Высокие давления и интенсивный рост температуры создают условия для прочного соединения (сваривания) в отдельных зонах двух разнородных материалов. Образуются так называемые мостики схватывания, разрушение которых сопровождается, как правило, удалением некоторого объема наименее прочного материала стружки, который сваривается с более прочным материалом инструмента. Последующее срезание приварившихся частиц может привести к локальному разрушению поверхности инструмента. Этому в значительной степени способствуют поры и трещины, имеющиеся в наружных слоях инструмента, а также неравномерное распределение внутренних напряжений, неоднородность структуры, химического состава и т.п.

На интенсивность адгезионного износа оказывают влияние условия резания и свойства обрабатываемого и инструментального материалов. Повышение твердости рабочих поверхностей резца вызывает резкое снижение данного вида износа. Эффективно также применение СОТС с достаточно высокими смазочными свойствами, что резко снижает адгезию. Увеличение скорости резания в зависимости от конкретных условий может уменьшать или увеличивать интенсивность адгезионного изнашивания. С одной стороны, рост температуры способствует адгезии, а с другой- увеличивается отношениеН_им /Н_ом, что вызывает уменьшение износа.

Окислительный износ. Влияние внешней среды на процесс резания заключается в том, что на контактирующих поверхностях инструмента, а также стружки и детали адсорбируется кислород воздуха, который, диффундируя в пластически деформированные наружные слои металлов, образует с ними твердые растворы и химические соединения. В результате на трущихся поверхностях возникают защитные пленки окислов, физико-механические свойства которых и определяют темп и характер износа.

В тех случаях, когда окисленные слои имеют меньшую прочность, чем основной материал инструмента, темп износа определяется главным образом скоростью образования и разрушения оксидных пленок. Именно в этом смысле и употребляется термин «окислительный износ». Окислительный износ является частным случаем химического износа.

Диффузионный износ. С ростом скорости (контактной температуры), когда температура становится выше 850…1000С, наблюдается резкое увеличение темпа износа, что связано с интенсификацией диффузионных процессов в контактирующих слоях инструментального и обрабатываемого материалов. Этот вид износа характерен для твердосплавного инструмента, который работает при таких скоростях и температурах.

Диффузионный износ резцов заключается в том, что атомы элементов, входящих в состав инструментального материала, переходят (диффундируют) в стружку и деталь. Интенсивность диффузионных процессов сильно зависит от температуры. Этим, в частности, объясняется наблюдаемый в ряде случаев катастрофически быстрый выход из строя резцов при (850…1000С). Одновременно с диффузионным переносом атомов инструментального материала в стружку совершается также процесс диффузии атомов обрабатываемого материала (железо, углерод) в кристаллическую решетку инструментального материала. В результате при обработке сталей металлокерамическим инструментом на его рабочих поверхностях часто образуется дефектный, легко разрушаемый слой.

Следует отметить, что чем меньше химическое сродство инструментального и обрабатываемого материалов, тем слабее проявляются диффузионные процессы. С этой точки зрения, при скоростной обработке стали по сравнению с вольфрамо-кобальтовыми предпочтительны инструменты на основе карбидов титана, тантала или ниобия.