Основные понятия и термины

Изнашивание (износ), механический износ, абразивный износ, адгезия, адгезионный износ, окислительный износ, диффузия, диффузионный износ, износ по передней поверхности, износ по задней поверхности, период приработки, период нормального износа, период катастрофического износа, линейный износ, массовый износ, критерий износа, критерий блестящей полоски, силовой критерий, критерий оптимального износа, технологический критерий, влияние V, sиtна износ, влияние СОТС на износ, размерный износ, относительный износ, период стойкости, допустимая скорость резания, обрабатываемость материала, зависимость между скоростью резания и стойкостью, показатель относительной стойкости, влияние подачи и глубины резания на стойкость, коэффициентС_V, коэффициентыК_Т ,K_М, K_и, K_, K_,K_,,K_сотс, формула для определения скорости резания.

Вопросы для самоконтроля

1. Объясните физический механизм изнашивания режущих инструментов?

2. В чем суть механического, абразивного, адгезионного, диффузионного и химического износа инструментов?

3. Какова внешняя картина изнашивания лезвий инструментов?

4. Каковы характерные периоды изменения износа резца за время его работы?

5. Какие основные критерии износа и затупления инструментов при черновой и чистовой обработках металлов вы знаете?

6. Понятие размерной стойкости режущих инструментов. Как влияет радиальный износ резца на точность размеров обработанной детали?

7. Дайте определение периода стойкости инструмента.

8. Объясните связь между скоростью резания и стойкостью инструмента.

9. Как влияют на стойкость инструмента свойства обрабатываемого и инструментального материалов, элементы режима резания, геометрические параметры инструмента, смазочно-охлаждающие технологические средства?

10. Как рассчитать скорость резания, допускаемую режущими свойствами инструмента, для конкретных условий обработки? Выполните расчёт скорости резания, используя справочные данные.

Г л а в а 7. Влияние свойств материалов на обрабатываемость резанием

7.1. Характеристики и оценка обрабатываемости материалов

Способность материалов подвергаться резанию принято называть обрабатываемостью. Понятие обрабатываемость охватывает совокупность нескольких технологических свойств материала, характеризующих его влияние на различные стороны процесса резания.

Основные параметры, характеризующие обрабатываемость следующие:

1. силы резания и потребляемая мощность;

2. легкость ломания и отвода стружки, определяемые ее деформацией и характером стружкообразования;

3. возможность получения обработанных поверхностей с минимальной или заданной шероховатостью, степенью и глубиной наклепа и другими харатеристиками качества поверхностного слоя;

4. легкость получения необходимой точности обработки при чистовых и отделочных операциях, определяемой для заданной технологической системы интенсивностью изнашивания инструмента, возникающими при резании силами и их изменением по мере затупления инструмента.

5. Скорость резания V_T, соответствующая заданному периоду стойкостиTпри износе инструмента до принятого критерия затупленияhз. НапримерV₆₀, V₁₂₀или V _hз.

6. Оптимальная скорость резания V_О, при которой наблюдается наименьшая интенсивность изнашивания инструмента и наименьший относительный поверхностный износ.

7. Экономическая скорость резания V_э, при которой достигается наименьшая себестоимость обработки условной детали при заданной стоимости станко-минуты, времени на смену затупившегося инструмента и стоимости его эксплуатации за период стойкости.

Определение параметров обрабатываемости позволяет подобрать материал, удовлетворяющий эксплуатационным требованиям, предъявляемым к детали и обеспечивающий минимальную стоимость механической обработки резанием.

Производительность и себестоимость обработки зависят главным образом от допускаемой скорости резания. В связи с этим для любого вида обработки материалов основным показателем обрабатываемости является скорость резания. Скорость резания определяется изнашивающим действием, которое обрабатываемый материал оказывает на контактные поверхности инструмента.

Обрабатываемость может сильно отличаться для таких разнородных процессов, как точение проходными резцами, зубодолбление, фрезерование, протягивание и т.д.

Известно, что лучшую обрабатываемость имеет тот материал, который допускает более высокую скорость резания. Обрабатываемость оценивается соответствующим коэффициентом (коэффициентом обрабатываемости), который можно определить как отношение скорости резания, допускаемой при резании определенного материала, к скорости резания, допускаемой материалом, принятым за эталонный. Если коэффициент обрабатываемости больше единицы, то данный материал обрабатывается лучше, чем эталонный, а если меньше единицы, то процесс резания происходит в более тяжелых условиях.

Существуют различные методы определения обрабатываемости. В основе «классического» метода» лежит нахождение зависимости V =f(Т).Если сравнивают обрабатываемость двух материалов А и Б, то для них при одинаковых условиях обработки экспериментально находят связь между периодом стойкости и скоростью резания. При немонотонной зависимостиV =f(Т) находят отношение скоростей резанияV_AиV_Б, допускаемых материалами А и Б при определенном значении периода стойкости инструмента, являющееся коэффициентом обрабатываемости при выбранном периоде стойкости. Если зависимостьV =f(Т) монотонна и ее можно аппроксимировать степенной функцией, то находят две зависимости

V = C_A / T^{m А}и V = C_Б / T^{m Б}, (7.1)

где С – постоянная величина для данных условий резания, зависящая от материала инструмента, обрабатываемого материала, геометрии инструмента, условий охлаждения и т.д., m- показатель относительной стойкости, характеризующий изменения скорости резания в зависимости от изменения стойкости инструмента.

Например, задаваясь периодом стойкости Т= 60 мин, определяют соответствующие ему скорости резанияV_60AиV_60Б .Коэффициент обрабатываемости

K_о = V_60А / V_60Б . (7.2)

Классический метод является наиболее точным и объективно отражающим влияние обрабатываемого материала на изнашивание инструмента. Но он очень трудоемок и связан с большим расходом обрабатываемого материала и инструмента. Поэтому разработан ряд ускоренных методов, таких как метод «торцового точения» и «метод А.С. Кондратова».

Метод торцового точения детали типа диска диаметром D=300…350 мм с определенной очень прост [3] , не требует больших затрат по времени на проведение экспериментов и может быть легко осуществим как в лаборатории, так и в производственных условиях. Диск устанавливают в патроне токарного станка (рис.7.1). В нем предварительно просверливают отверстие диаметромD₀

Для ввода проходного резца, устанавливаемого на глубину резания t=2 мм. Шпиндель приводится во вращение с определенной частотой вращенияn и подачей s=0,3 мм/об. По мере перемещения резца скорость резания непрерывно возрастает по линейному закону, и при какой-то скорости Vз, соответствующей диаметру затупленияDз, резец вследствие износа выходит из строя. Резец в опытах доводят до полного затупления, характеризуемого резким свистом и почти мгновенным уменьшением глубины резания. Частота вращения диска должна быть такой, чтобы диаметр затупления был больше 2 D₀и меньше диаметра дискаD. Чем лучше обрабатываемость материала, тем больше будет диаметр затупления Dз и соответствующая ему скорость резания. Производя точение двух дисков их эталонного материала А и испытуемого Б, находят скорости резания при затуплении инструмента Vз_А иVз_Б, по которым судят об относительной обрабатываемости материалов деталей.

Рисунок 7.1 Схема торцового точения

При использовании этого метода, помимо качественной оценки обрабатываемости можно найти значения постоянной Cи показателя относительной стойкостиmв вышеприведенных зависимостях. Производя точение двух дисков из эталонного материала А и испытуемого Б, находят скорости резания при полном затуплении инструментовVз А иVзБ, по которым и судят об относительной обрабатываемости. Принимаяm=1/m₁, после соответствующих математических преобразований, получам уравнение следующего вида:

1000Vз ^m₁⁺¹=C ^m₁2πn²s(m₁+1). (7.3)

Уравнение содержит два неизвестных Cи m₁. Его можно решить, производя точение диска при двух частотах вращения детали n₁и n₂. Для получения надежных значенийCи m необходимо, чтобы отношение частот вращения было достаточно велико (n₂/ n₁≥ 8). Решая совместно уравнения для частот вращения n₁и n_2,, получим:

(7.4)

Имея значения Cи m, для исследуемых материалов определяют скорости резания, соответствующие периоду стойкостиТ= 60 мин, V_60AиV_60Би по ним находят коэффициент обрабатываемости.

Общая закономерность изменения mтакова: чем тяжелее условия работы инструмента отношении высоких температур и сильного истирания и чем хуже инструмент сопротивляется износу, тем меньше показатель относительной стойкости. Примерные значения для некоторых случаев резания имеют следующие значения: точение стали резцами с пластинками из быстрорежущей стали с охлаждением- m=1/8…1/10; точение чугуна резцами с пластинками из быстрорежущей стали с охлаждением- m=1/10…1/12; точение стали и чугуна резцами с твердосплавными пластинками- m=1/3…1/5; нарезание резьбы, протягивание- m=1/3…1/5 и даже больше 1.

Улучшить обрабатываемость можно за счет подбора рациональных составов технологической среды (СОТС), подвода в зону резания дополнительной энергии, регулирование микроструктуры за счет подбора режимов термической обработки, а также за счет введения в состав обрабатываемого материала специальных присадок, способствующих улучшению обрабатываемости (сера, свинец, сульфид марганца и т.д). Известны два механизма действия присадок, способствующих улучшению обрабатываемости материалов. В первом случае снижается коэффициент трения на контактных площадках и интенсивность изнашивания, поскольку присадки образуют в металле твердые смазочные вещества ( сульфиды, селениды, сульфоселениды и др.). Во втором случае- присадки, являясь концентраторами напряжений, способствуют охрупчиванию обрабатываемого материала, снижают силы резания и уровень температур.