6.3. Критерии износа и затупления режущих инструментов

Период работы резца должен быть оптимальным по экономическим параметрам и по параметрам качества обрабатываемой поверхности, так как при большом износе увеличиваются силы резания, повышается температура резания, появляются вибрации, увеличивается шероховатость обработанной поверхности, снижается точность обработки. Критерий износа инструмента, характеризующий максимально допустимое значение износа режущего лезвия, после достижения которого наступает его отказ, называется критерием затупления. Разработан ряд таких критериев.

Критерий блестящей полоски. Когда при обработке стали на поверхности резания появляется блестящая полоска, а при обработке чугуна – темные пятна, то резец считается изношенным и его надо отдавать в переточку. В данный момент отдельные точки режущей кромки уже начинают выкрашиваться; в этих местах резец производит смятие отдельных участков поверхности резания и как бы полирует их. Появление блестящей полоски соответствует началу третьего периода износа. При дальнейшей работе в течение 1–2 мин произойдет полное разрушение режущей кромки и резец окончательно выйдет из строя. Следовательно, этот критерий нельзя применять для чистовых работ, а также при работе сложным и дорогим инструментом.

Силовой критерий.Резец считается затупленным, когда начинается резкое увеличение сил резания, особенно силP_y иP_x. При использовании этого критерия необходимо иметь на станке специальные приборы для измерения сил резания.

Критерий оптимального износа. При оптимальном износе инструмента полный период его стойкости получается наибольшим. Полный период стойкостиМинструмента определяется как произведение количества переточек, допускаемых пластинкой при данном износеK, на время работы, за которое этот износ образовался, т.е.

М = KТ [мин], (6.4)

где Т – машинное время работы (период стойкости) инструмента, соответствующее данному износу.

Количество переточек, допускаемых пластинкой при ее износе по передней поверхности:

K₁ = (2C/3)/x = (2C/3)/(h_л + ), (6.5)

где С – высота (толщина) пластинки в мм; x – слой, удаляемый при переточке по передней поверхности в мм;  – допуск на заточку.

Пластинки обычно перетачиваются не до основания, что и отражено в формуле коэффициентом 2/3. Количество переточек, допускаемых шириной пластинки при ее износе по задней поверхности:

K₂= (2В/3)/y, (6.6)

где В– ширина пластинки, в мм, в направлении, перпендикулярном к главной режущей кромке;у– слой, удаляемый при переточке по задней поверхности, измеряемый вдоль ширины пластинки, в мм.

На рис. 6.6 показана зависимость полного периода стойкости резца от величины допустимого износа по задней поверхности: В = 15 мм (ширина пластинки);= 12;= 10. Оптимальное значение допустимого износа по задней поверхностиh_{з опт} = 1,3 мм, соответствующее 40 мин резания.

Рис. 6.6. Зависимость общего срока работы резца от износа по задней поверхности

Из рассмотренного примера следует, что оптимальный износ соответствует точке В (см. рис. 6.2), т.е. концу второго периода.

Критерий оптимального износа находит применение в исследовательских работах по определению режущих свойств инструмента, предназначенного для предварительных (черновых) и получистовых работ. Он может быть использован и в производственных условиях для инструмента, предназначенного для обработки деталей массового производства, а также для инструмента дорогого и сложного в производстве.

Технологический критерий.Данный критерий целесообразно применять к инструменту, предназначенному для чистовой (окончательной) обработки. Сущность его заключается в том, что инструмент считается изношенным (затупленным), когда обработанная поверхность перестает отвечать техническим условиям к ней. По этому критерию инструмент нуждается в переточке при износе, меньшем, чем при всех других критериях.

Размерная стойкость и относительные износы режущих инструментов. Большое значение, особенно в автоматизированном производстве, имеетразмерная стойкость инструмента, под которой понимают способность инструмента обеспечивать получение деталей с определеннойточностью. Например, при точении износ задней поверхности резца сопровождается увеличением диаметра обрабатываемой детали на удвоенный радиальный износh_р инструмента (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Изменение размеров обработанной детали при радиальном износе резца

Экспериментально h_рможно определить с помощью микроскопов, микрометрических инструментов или датчиков положения вершины инструмента.

Размерную стойкость инструментов можно характеризовать продолжительностью их работы без подналадки или замены, количеством обработанных деталей, длиной пути резания, площадью обработанной поверхности и объемом снятого металла. Все перечисленные характеристики являются частными и в общем случае не пригодны для выбора оптимальных условий ведения автоматических процессов обработки резанием, поскольку не учитывают скорость резания, подачу и допустимое затупление.

Более объективными можно считать такие показатели износа, как:

– относительный радиальный линейный износ (мкм/м)

; (6.7)

– скорость размерного износа (мкм/мин)

; (6.8)

– относительный радиальный поверхностный износ (мкм/10³ см²)

; (6.9)

– относительный радиальный объемный износ (мкм/10³ см³)

, (6.9)

где – соответственно предельный радиальный износ и начальный радиальный износ (после периода приработки);L, L_н– пути резания и приработки;Т, Т_н – периоды размерной стойкости и приработки; П – площадь обработанной поверхности;Q – объем снятого металла.

В нормативно-справочной литературе имеются сведения о начальных и относительных износах (таблица 6.1)

Таблица 6.1 – Справочные данные по размерному износу инструмента

Обрабатываемый материал детали	Материал резца	Режимы резания			Начальный линейный износ hрн, мкм	Относительный линейный износ hол, мкм/км
		t, мм	S, мм/об	V, м/мин
Сталь легированная термообработанная σв = 1100МПа (110 кгс/мм2)	Т15К6	2	0,3	100	13	10
	Т30К4	2	0,3	150	7	6
Сталь легированная σв = 920МПа (92 кгс/мм2)	Т60К6	0,5	0,21	135	2	2
	Т30К4				2	3,5
	Т15К6				4	8,5
	ВК3				5	9,5
	Т15К10				6	12
	ВК4				6	30
	ВК9				10	65
	ВК12				10	140
Серый чугун, 187 НВ	ВК4	0,5	0,2	90	3	8,5
	ВК8				5	13
	ВКЗ				5	9
Легированный чугун 230 НВ	ВКЗ	0,5	0,1	90	4	2,5
				120	6	3,5
				240	25	11
Сталь 45	Т60К6				3	2,5
	Т30К4А	0,3	0,1	485–465	4	3
	Т30К4				4	2,8
	Т15К6Т				5	20

На рис. 5.6 представлены результаты исследований зависимости относительного линейного износа от скорости резания н h_олз=f(V) при точении титанового сплава ВТ14 резцами ВК6М с применением различных смазочно-охлаждающих сред. Графики показывают, что увеличение скорости резания свыше 100…120 м/мин приводит к резкому увеличению интенсивности износа (h_олз), причем каждому составу СОЖ соответствует определенная оптимальная скорость резания.