Износ и затупление инструмента

Если известны законы износа инструмента, то его лучше вовремя заменить. Износ влияет на качество, точность, экономику и т.д.

Износ – это комплекс сложных физических явлений:

1) адгезионное схватывание (молекулярное схватывание);

2) диффузионное взаимодействие (взаимное проникновение материалов детали и инструмента друг в друга);

3) химические явления – образование пленок и окислов;

4) механический отрыв под действием сил и напряжений – выкрашивание и т.п.;

5) электроэрозия от термо-ЭДС и под воздействием электрического тока.

Только эти пять видов разрушения показывают, что явления износа и затупления инструмента весьма сложные. Поэтому принимают пока что экспериментальные методы исследования.

7.1. Методы исследования износа

Износ бывает по передней поверхности – и по задней поверхности –(рис 7.1).

Рис. 7.1. Формы износа режущего клина: - на передней поверхности;- на задней поверхности

На рис. 7.2 приведены: участок – время неорганизованного трения; участок– время износа по линейному закону, откуда можно сделать заключение, что износ происходит за счет истирания и адгезии. Износ здесь прямо пропорционален затраченной работе трения:

мм³/Дж,

где – объем изношенного материала инструмента.

Работа может быть представлена формулой:

Дж,

где – сила трения на задней поверхности;– скорость резания.

Рис. 7.2. Графики зависимости величин износа иот времениработы инструмента:и- износ и время приработки;- теоретическая стойкость

Известно, что

Для изношенного резца , тогда

,

где – износ по задней поверхности,– предел прочности материала инструмента.

В этом случае получим, что

где - ширина среза.

Рис. 7.3. Схема для расчета объема изношенного материала при

Из геометрических соображений (рис. 7.3) получим объем износа по эскизу:

.

Приравняв значения :

найдем, что износ на участке

.

В общем виде с учетом износа и временем приработки можно записать, что

.

В результате обработки результатов экспериментального исследования износ можно представить степенной зависимостью:

,

где – глубина резания, мм;– величина подачи, мм/об;– скорость резания, м/мм;– время, мин;– коэффициент, учитывающий другие факторы при резании.

Если допустимое значение износа , то оно по последней формуле соответствует времени– стойкости инструмента (время работы инструмента до затупления). В этом случае

,

откуда стойкость инструмента

.

Если все параметры процесса известны (кроме ), то междуисуществует связь:

. (20)

Относительно это выражение примет вид:

или

.

Поскольку доминирующее влияние на скорость резания оказывает стойкость инструмента, то, обозначив через , получим, что

, (21)

где – показатель относительной стойкости; чем меньше, тем сильнеевлияет на, поскольку.

В теории резания выражение (21) называют законом «стойкость – скорость» (–). Показатели во всех этих формулах – величины не постоянные даже для одного и того же обрабатываемого материала.

Рис. 7.4. График зависимости стойкость – скорость (-)

Немонотоность зависимости –(рис. 7.4) связана с целым рядом явлений и, прежде всего, с наростом, который периодически возникает на малых скоростях.

Если нужно перейти на новую скорость для желательной стойкости , то это можно сделать, так как

.

Из выражения

(22)

можно ответить на вопрос, как лучше работать: на максимальной скорости или на максимальной подаче (силовое или скоростное резание). Известно, что

мин,

или

.

Здесь не видно, чему отдать приоритет, так как при увеличении или скорости, или подачи прямо пропорционально уменьшится производительность.

Если свернуть выражение (22) в вид , имея в виду, что длясоответствует, то из соотношения, где, можно сделать соответствующий вывод: в пределах технологических возможностей выгодно работать с наибольшими возможными подачами, а затем подбирать скорость, соответствующую заданной стойкости инструмента.