6.2. Износ лезвийных инструментов

В зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, материала и геометрии режущего инструмента, элементов режима резания (скорости резания и подачи) и действия смазочно-охлаждающей жидкости износ резцов может протекать различным образом (рис. 6.1):

1.  Износ происходит только по передней поверхности (см.  рис. 6.1,а), что обычно бывает при обработке пластичных металлов резцами из быстрорежущей стали с толщиной срезаемого слояа 0,1 мм и высоких скоростях резания без охлаждения. Износ по передней поверхности характеризуется глубиной лункиh_л, шириной лункиb_л и длиной лункиl_л.

2.  Износ происходит только по задней поверхности (см. рис. 6.1,б), что бывает обычно при малой толщине срезаемого слояа 0,1 мм и при низких скоростях резания. Износ характеризуется наибольшими размерами изношенной площадкиh_з.

3. Износ происходит одновременно по передней и задней поверхностям (см. рис. 6.1,в). Такой вид износа имеют быстрорежущие резцы при обработке пластичных металлов при уменьшении скорости резания или толщины среза.

а)б)в)

Рис. 6.1. Характер износа режущего клина:

а) износ только по передней поверхности (l_л, h_л – соответственно длина и глубина лунки); б) износ только по задней поверхности (h_з – длина площадки); в) износ одновременно по задней и передней поверхностям (f – фаска)

При обработке хрупких материалов (чугун, бронза) износ происходит в основном по задней поверхности независимо от материала инструмента.

Рис. 6.2. Зависимость износа резца от времени работы

На рис. 6.2 показана зависимость износа инструмента по задней поверхности от продолжительности работы. Кривую износа резца в зависимости от времени резания можно разделить на три периода: первый период (I) – период приработки – на протяжении этого периода происходит сильное истирание наиболее выступающих частиц поверхности; второй период (II) – период нормального износа; третий период (III) – период повышенного или катастрофического износа. В этот период при достижении величины износа, соответствующей точкеВ, происходит резкое увеличение интенсивности износа, приводящее к разрушению резца. Величина износаh_з, соответствующая точкеВназываетсяоптимальным износом.

На рис. 6.3 изображена схема износа передней поверхности инструмента. Первые следы износа появляются в точкеО, соответствующей максимальной температуре передней поверхности. Ширинаb_л, глубинаh_ли длинаl_ллунки постепенно увеличиваются. Одновременно сокращается перемычкаfот края лунки до главного лезвия. Перемычкаf имеется только в том случае, когда на передней поверхности образуется хорошоразвитый и устойчивый нарост, отодвигающий стружку от главного лезвия инструмента.

Рис. 6.3. Схема износа передней поверхности инструмента

Для инструмента, оснащенного твердым сплавом, вследствие его высокой твердости, которая практически не уменьшается с повышением температуры, период повышенного износа не наблюдается (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Кривые износа твердосплавного резца (Т15К6) при обработке стали: 1 – резец только заточен; 2 – резец заточен и доведен

В зависимости от материала заготовки и резца, элементов режима резания, геометрии режущей части резца и других условий обработки, резцы изнашиваются по-разному.

При резании хрупких металлов (чугун, бронза) резцы изнашиваются в основном по задней поверхности независимо от материала резца. Это объясняется тем, что сыпучая стружка надлома производит малое истирающее действие передней поверхности резца. При высоких скоростях резания наблюдается износ и по передней поверхности.

При резании вязких металлов с малой скоростью, когда нарост отсутствует, изнашивается в основном задняя поверхность. Это объясняется тем, что скорость трения на задней поверхности выше, чем скорость трения (скольжения) стружки по передней поверхности (из-за усадки стружки).

На скоростях резания, при которых нарост устойчив, он может несколько защищать заднюю поверхность от износа, а поэтому при толстых стружках и отсутствии смазочно-охлаждающей жидкости износ в основном будет протекать по передней поверхности резца (за наростом). При тонких стружках с применением смазочно-охлаждающей жидкости условия для наростообразования ухудшаются, а поэтому износ в этой зоне скорости резания будет протекать и по задней поверхности.

На высоких скоростях резания при тонких стружках (а 0,1 мм) износ протекает больше по задней поверхности. При толстых же стружках, наоборот, износ будет больше по передней поверхности. Это объясняется тем, что при толстых стружках, наряду с большим давлением на переднюю поверхность, температура на ней выше, чем на задней.

Рассмотренный характер износа при обработке стали характерен для резцов из быстрорежущих сталей и с пластинками из твердых сплавов. Однако вследствие хрупкости твердых сплавов износ по задней поверхности у них больше, чем по передней; особенно это относится к работе на малых скоростях резания, когда износ по лунке почти отсутствует. На износ резцов с пластинками из твердых сплавов оказывает влияние и род обраба-тываемого металла: титано-вольфрамовые сплавы, например, меньше изнашиваются при обработке стали и больше – при обработке чугуна.

Резцы, оснащенные минералокерамическими пластинками, изнашиваются в основном по задней поверхности; на передней поверхности образуется незначительная лунка.

На износ резца большое влияние оказывает шероховатостьповерхностей заточки резца. Чем менее шероховаты передняя и задняя поверхности резца, тем меньше трение между поверхностями контакта. На рис. 6.4 даны зависимости износа резца с пластинкой из твердого сплава Т15К6 при обработке стали от времени работы. При одинаковой величине износа (h_з = 0,8 мм) только заточенный резец (с более шероховатыми поверхностями), имеет меньшую стойкость, чем тот же резец, но заточенный и доведенный (Т₁  Т₂).

Установлено, что при увеличении угла резания износ по передней поверхности усиливается. В то же время, чем большерадиус округления  режущей кромки, тем больше износ по задней поверхности.

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей в процессе резания уменьшает износ резцов (особенно по передней поверхности), что объясняется облегчением процесса стружкообразования, снижением сил трения на поверхностях скольжения и уменьшением температуры нагрева инструмента.

Для количественной оценки износа используются линейная или массовая мера. Линейный износ лезвий инструментовh_зиl_л измеряют с помощью микроскопов с точностью до 0,01...0,05 мм. Для измерения глубины лунки пользуются индикатором. В производственных условиях иногда ограничиваются значениемh_з, определяемым с точностью до 0,1 мм. При использовании массовых мер учитывают массу продуктов износа лезвия за период его работы, которую определяют взвешиванием или расчетом объема изношенной части резца по результатам обмеров.

Практическое значение имеют не только абсолютный износ и характер кривой , но и интенсивность изнашивания

или , (6.1)

где h_з – износ задней поверхности резца;L_peз – путь резания;m – масса изношенных участков режущего лезвия.

Анализ формы кривых интенсивности изнашивания показывает, что они зависят от скорости резания и пары обрабатываемый – инструментальный материалы. Например, при точении сталей и чугунов твердыми сплавами группы ТК зависимости I=f(V) имеют нелинейный характер с ярко выраженным минимумом, а сплавами группы ВК – зависимости монотонны (рис. 6.5). На значениеIвлияют также толщина среза, условия охлаждения, геометрия режущего клина и другие параметры. Характер этого влияния позволяет установить наиболее рациональные условия работы инструментов.

Рис. 6.5. Зависимость интенсивности изнашивания от скорости резания: 1 – Т15К6 – сталь; 2 – ВК6 – чугун

Величина износа передней и задней поверхностей инструмента (ширина площадки износа и глубина лунки) зависит от времени работы инструмента, температуры резания и скоростей перемещения поверхности резания и стружки относительно задней и передней поверхностей.

В результате обработки опытных данных были составлены эмпирические формулы, описывающие связь между величиной износа и факторами режима резания для периода нормального изнашивания инструмента, которые имеют вид

(6.2)

В частности, при точении детали из стали с _в = 820 Н/мм², резцом из твердого сплава Т5К10

h_з = С_h Т^0,7 V ^5,3 s^3,2 t^0,5. (6.3)

Величины показателей степени в зависимости от вида обработки, обрабатываемого и инструментального материалов колеблются в широких пределах. Но во всех случаях и при любых режимах резания m_h  n_h  q_h, т.е. на величину износа наибольшее влияние оказывает скорость резания, затем подача и наименьшее – глубина резания. Таким образом, степень влияния параметров режима резания на величину износа задней поверхности такая же, как и на температуру резания.