Внешнее проявление изнашивания

В результате высокого давления, температуры и скорости относительного перемещения контактные поверхности инструмента в процессе его эксплуатации изнашиваются. Независимо от типа и назначения все инструменты изнашиваются только по задней поверхности (первый вид износа) или по задней и передней поверхностям одновременно (второй вид износа). Оба вида износа имеют место при работе с режимами резания, используемыми в производстве. При работе инструментами из быстрорежущих сталей со скоростями резания, превышающими допускаемые их теплостойкостью, возможен третий вид износа, при котором изнашивается только одна передняя поверхность. Однако практического значения этот случай не имеет.

Рис. 1. Виды износа инструментов

При изнашивании по первому виду (рис. 1, а) на задней поверхности инструмента образуется площадка износа шириной d. Очертания площадки износа в сечении главной секущей плоскостью приблизительно копируют форму поверхности резания. Вдоль главного лезвия ширина площадки износа в общем случае неодинакова. Как правило, максимальная ширина площадки износа наблюдается на переходной задней поверхности или в месте перехода главного лезвия во вспомогательное (рис. 2, а). В некоторых случаях в точке главного лезвия, соответствующей обрабатываемой поверхности, наблюдается локальный износ в виде узкого языка (рис. 2, б).

Рис.2. Износ инструментов вдоль лезвий

При изнашивании по второму виду к износу задней поверхности добавляется износ передней поверхности. Износ передней поверхности выглядит по-иному. Под действием сходящей стружки на ней образуется лунка износа шириной l_л и глубиной d_л (рис. 1, б). Края лунки располагаются приблизительно параллельно главному лезвию инструмента, а длина лунки b_л равна рабочей длине главного лезвия. В зависимости от скорости резания, с которой работает инструмент, изменяется расстояние между краем лунки и главным лезвием. При работе с малыми и средними скоростями резания (инструменты из быстрорежущих сталей при резании конструкционных сталей) между главным лезвием и краем лунки остается расстояние (перемычка) f, уменьшающееся по мере развития лунки. Это связано с наростом, предохраняющим часть передней поверхности, прилегающей к главному лезвию, от истирающего действия стружки. При работе с высокими скоростями резания (инструменты из твердых сплавов), когда нарост отсутствует, край лунки сливается с изношенной задней поверхностью (рис. 1, в), и на окончательно изношенном инструменте остается только часть лунки.

Рекомендуемые материалы

Изнашивание твердосплавного инструмента может сопровождаться осыпанием и выкрашиванием вершины режущего клина. Под осыпанием понимают частичное или сплошное разрушение лезвий размером, не превышающим 0,3 мм. Под выкрашиванием понимают частичное или сплошное разрушение лезвий и поверхностей инструмента размером от 0,3 до 1 мм. Более крупные повреждения лезвий (сколы) относятся к контактному разрушению режущей части инструмента.

При резании инструментами из твердых сплавов с очень высокими силовой и тепловой нагрузками износу инструмента иногда предшествует пластическое деформирование вершины режущего клина. Формоизменение клина заключается в опускании части передней поверхности, примыкающей к главному лезвию, на расстояние h₁ и выпучивании задней поверхности с высотой h₂ (рис. 3). В результате искривления задней поверхности на ней образуется нулевой или отрицательный задний угол, способствующий интенсивному изнашиванию инструмента.

Рис.3.

Вид износа определяется главным образом родом материала обрабатываемой детали, толщиной срезаемого слоя (подачей) и скоростью резания. При обработке пластичных материалов (сталей) изнашивание инструментов по первому и второму видам износа встречается одинаково часто. При обработке хрупких материалов (чугунов) инструменты по первому виду износа изнашиваются значительно чаще, чем по второму.

Толщина срезаемого слоя и скорость резания оказывают одинаковое влияние на вид износа. При малых толщинах срезаемого слоя (менее 0,1 мм) и низких скоростях резания преимущественному изнашиванию подвергается задняя поверхность. По мере увеличения толщины срезаемого слоя и скорости резания помимо задней начинает изнашиваться и передняя поверхность, причем чем больше а и v, тем передняя поверхность изнашивается больше, а задняя меньше. Например, при точении без СОЖ детали из стали 45 резцом из твердого сплава Т15К6 в диапазоне скоростей резания 50 - 210 м/мин при подаче 0,08 мм/об доля износа задней поверхности составляет 60 - 80%, а доля износа передней поверхности – 10 - 15% в общем износе резца. С увеличением подачи до 0,46 мм/об доля износа передней поверхности увеличивается до 60 - 90%, а задней поверхности уменьшается до 5 - 7%. При подаче 0,24 мм/об и диапазоне скоростей резания 80 - 150 м/мин доли износа передней и задней поверхностей приблизительно одинаковы.

Меньшее влияние на вид износа оказывают передний угол инструмента и применяемая СОЖ. При увеличении переднего угла и использовании СОЖ, обладающей высокой теплопроводностью, толщина срезаемого слоя и скорость резания, при которых первый вид износа переходит во второй, сдвигаются в область их больших значений.

Мерой изношенности (затупления) инструмента могут служить линейный и массовый износы. Принимая за показатель линейный износ, об изношенности задней поверхности судят по максимальной ширине d площадки износа, а передней поверхности - по максимальной глубине d_л лунки износа. При чистовой размерной обработке изношенность инструмента удобно оценивать линейным размерным износом d_р (рис. 4), характеризующим смещение вершины или переходного лезвия инструмента в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности, в результате износа его задних поверхностей. Величина размерного износа определяет увеличение или уменьшение размера обрабатываемой детали по мере изнашивания инструмента.

Рис. 4

Если за меру изношенности инструмента принят линейный износ, то при этом измеряется только его максимальная величина и не учитывается ни местоположение максимального износа на лезвии инструмента, ни то, что во время его работы в результате местного выкрашивания инструментального материала максимальный износ может перемещаться вдоль лезвия. Максимальный линейный износ может быть достаточно надежной характеристикой при разработке промышленных норм допускаемых износов и норм расхода инструмента на переточки. Для исследования же физической природы изнашивания инструментов более объективной характеристикой является массовый износ - масса изношенной части инструмента в мг, которой пропорциональна работа сил трения, затрачиваемая на превращение инструментального материала в продукты изнашивания.

Масса изношенной части инструмента равна произведению объема W изношенной части и плотности r_и инструментального материала, т. е. М = Wr_и. Объем изношенной части задней поверхности может быть вычислен на основании рис. 5. В сечении главной секущей плоскостью площадь mph сечения истираемой части режущего клина равна площади треугольника тпр (рис. 5, а).

Рис.5. Схема для определения массы изношенной части задней поверхности

При линейном износе d задней поверхности

Основание треугольника

а высота

Подставляя, получим

Линейный износ вдоль главного лезвия в общем случае переменный, увеличивается или уменьшается по мере удаления от вершины инструмента (рис. 5, б). Если линейный износ на вершине инструмента обозначить через d_о, то кривую изменения величины линейного износа вдоль главного лезвия можно аппроксимировать уравнением

d = d_о ± cbⁿ,

где b - расстояние точки главного лезвия от вершины инструмента. Показатель степени п и постоянную c находят по измеренным с помощью микроскопа значениям линейного износа d_о, d₁, d₂ … d_n в точках изношенной части главного лезвия с абсциссами b_о, b₁, b₂ ... b_n. Знак «плюс» в уравнении соответствует увеличению линейного износа при удалении от вершины инструмента, а знак «минус» - уменьшению. С учетом переменности линейного износа объем изношенной части инструмента определится выражением

Произведя интегрирование выражения и подставляя плотность r_и, получим формулу для определения массы изношенной части

В том случае, когда линейный износ вдоль лезвия постоянен (с = 0 и п = 0), формула принимает вид

Лекция "Консультативная беседа" также может быть Вам полезна.

.

При исследовании влияния различных факторов процесса резания на интенсивность изнашивания инструмента полезно пользоваться так называемым относительным износом. Под относительным износом понимают отношение линейного, размерного или массового износа к какому-либо показателю, характеризующему производительность инструмента до момента его затупления. Такими показателями могут быть путь, пройденный инструментом, площадь обработанной поверхности, объем срезанного слоя и т. п. Наиболее часто абсолютный износ относят к пути L, пройденному инструментом, при этом относительный линейный износ D определяют по формуле

D = d/L

Путь резания равен L = vT [м]. При точении путь резания в метрах можно подсчитать по формуле

L = pDl/1000s,

где l - длина обработанной поверхности.