lectures_resanie (533317), страница 9
Текст из файла (страница 9)
8.7. Адгезионное изнашивание.Приближенно закономерность адгезионного изнашивания выражается зависимостью:,Где- твердость инструментального материала;- Твердость обра-тываемого материала; L- путь, пройденный инструментом до полного затупления в течении всего периода стойкости.Диффузионное изнашивание.
При резании на высоких скоростях, когда в зоне резания развивается температура порядка 1000 , обрабатываемый материалсильно размягчается, а соотношение твердостейистановится оченьбольшим, износ режущего инструмента, однако, не только не уменьшается, ноеще больше возрастает. Дело здесь в том, что при высокой температуре становится ощутимым процесс взаимного диффузионного растворения инструментального и обрабатываемого материалов. Известно, что при комнатной температуре процесс диффузии идет неощутимо медленно, но при температурах, близких к температурам плавления, скорость процесса диффузии возрастает в миллионы раз. Поскольку при резании время контакта обрабатываемого материалас инструментальным исчисляется сотыми и тысячными долями секунды, градиент концентрации постоянно велик и диффузионный износ протекает весьмаинтенсивно.Рис.
8.8. Диффузионное изнашивание режущих инструментов. y-толщина диффузионного слоя.Количество вещества одного компонента, выраженное в молях, продиффундировавшее в другой компонент, выражается уравнением:где: Д- коэффициент диффузии;М – количество вещества;dC/dx- градиент концентрации;dB- площадь, через которую идет диффузия;d - время диффузии.где: А — предэкспоненциальный множитель, формально равный коэффициенту диффузии при температуре, равной бесконечности;Q — энергия разрыхления, необходимая для ослабления связей между атомами кристаллической решетки до возможности их миграции;R — газовая постоянная;T- абсолютная температура.Интенсивность диффузионного изнашивания может быть выражена толщиной диффузионного слоя, который зависит от времени и коэффициента диффузии.
Зависимость эта подчиняется закону параболы:где: y- толщина слоя диффузионной пленки; — время диффузии.В результате диффузии в поверхностных слоях твердого сплава образуетсяжелезо-вольфрамовый карбид, пластичная кобальтовая связка превра. Охщается в хрупкую фазу, представляющую собой двойной карбидрупчивание связки твердого сплава приводит к тому, что в процессе резания наряду с диффузионным растворением происходит хрупкое разрушение материласвязки и унос целых блоков зерен твердого сплава. В двухкарбидных сплавахкарбиды титана, растворяясь медленнее, образуют выступы и впадины, которыезаполняются материалом стружки.
Время диффузии в этих условиях увеличивается, и в результате резкого уменьшения градиента концентрации, диффузия иизнос уменьшаются.Электроэрозионное изнашивание. Происходит в результате действия электрического тока, образующегося под влиянием термоэлектродвижущей силы(ТЭДС). В связи с тем, что инструмент и обрабатываемый материал контакти-руют в отдельных точках с разной температурой, в каждой точке действуетТЭДС разной величины.
В результате в зоне резания образуется сложная система электрических цепей (контуров), при разрыве которых происходит переноскапли одного из материалов на поверхность другого в зависимости от знака заряда поверхности. При переносе капли обрабатываемого материала на поверхность инструмента она приваривается к поверхности инструмента и образуетпорог, который выламывается вместе с объемом инструментального материала.Кроме того твердая затвердевшая капля проволакиваясь между обрабатываемым материалом и инструментом царапает поверхность последнего и усиливаетабразивное изнашивание.
Такой механизм изнашивания, надо полагать, значительно усиливает изнашивание твердосплавных инструментов, работающих прибольших скоростях резания, при которых в зоне резания развиваются ТЭДС донескольких десятков милливольт, а температура находится в пределах 1000 .Твердая частица в этом случае легко выскабливает размягченную и выдавленную на поверхность кобальтовую связку, недостаток которой ослабляет соединение твердых карбидных зерен твердого сплава. Выкрашивание их приводит клавинообразному развитию изнашивания инструмента.Лекция 9.
Зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания и причины ее немонотонностиМногочисленными исследованиями, проведенными к настоящему времени,установлено, что зависимость стойкости от скорости резания носит экстремальный характер. При обработке разных материалов эта зависимость имеет различный вид.
Наиболее типичной является зависимость с двумя максимальнымизначениями стойкости при разных скоростях резания. Такая зависимость показана на рис.9.1. Здесь стойкость Т имеет максимальные значения при скоростяхрезания и .Рис. 9.1. Зависимость стойкости Т режущего инструмента от скорости резанияшироком диапазоне ее изменения ( < < ).вНесмотря на богатый экспериментальный опыт многочисленных стойкостных испытаний, причины такой немонотонной зависимости T=f( ) оставалисьне вполне ясными в течение длительного времени.В настоящее время существование «переломов» на кривых зависимостистойкости от скорости резания объясняется изменением природы и интенсивности преобладающего вида износа.
Как было отмечено выше, наиболее типичнойдля резания металлов является зависимость с двумя максимумами стойкости.Эти максимумы стойкости в зависимости от свойств инструментального и обрабатываемого материалов могут смещаться в сторону больших или меньшихскоростей. Экстремальный характер зависимости T- обусловлен наличием адгезионного и диффузионного процессов изнашивания и изменением их интенсивности при изменении скорости и температуры резания.
Только эти два видаизнашивания конкурируют между собой по интенсивности и преобладанию.Интенсивность других видов изнашивания (абразивно-механического, электроэррозионного и др.) слабо зависит от температуры и, следовательно от скоростирезания. Поэтому относительный износ ( износ приходящийся на единицу пути резания) можно представить как сумму адгезионногои диффузионногоизнашивания.При увеличении скорости резания отдо температура в зоне резаниявозрастет и соотношение твердостей инструментального и обрабатываемого материалов увеличится настолько, что интенсивность адгезионного изнашивания,подчиняющегося закону:резко снизится и относительный износ за счет этого уменьшится, и будет далее уменьшаться с ростом скорости до .- сумарный относительный износ,- доля адгезионного износа,- доля диффузионного износа.Рис.
9.2. Зависимость стойкости режущего инструмента Т и его относительного износаот скорости резания.Однако, начиная со скорости , начинает проявляться диффузионное изнашивание. При дальнейшем увеличении скорости резания диффузионный износинтенсифицируется и начиная со скорости становится преобладающим. Адгезионный износ уменьшается и не играет существенной роли в интенсивностисуммарного износа.
Суммарный износ увеличивается за счет резкого увеличения интенсивности диффузионного изнашивания. Стойкость режущего инструмента при этом, естественно, уменьшается. Такой приближенной схемой описывается немонотонный характер зависимости стойкости режущего инструмента от скорости резания.Безусловно, эта схема требует дальнейшей проработки и количественныхоценок интенсивности того и другого видов изнашивания. Требуется количестив различных диапазонах скоростей резания, но ввенное сопоставлениенастоящее время еще нет для этого необходимых экспериментальных данных,не хватает еще накопленной, экспериментальной подтвержденной, достовернойинформации. Представленная схема в какой-то мере объясняет причины немонотонной зависимости стойкости режущего инструмента от скорости резания иопределяет направление дальнейших исследований в этой области.Лекция 10.
Основой закон стойкостиНемонотонная зависимость T- наблюдается при изменении скорости резания в широком диапазоне. Однако, если учесть, что каждый инструментальныйматериал предназначен для работы в определенном диапазоне скоростей резания, свойственных этому материалу, то можно эту зависимость для ограниченного диапазона скоростей считать и представить монотонной.Действительно, на скоростях, свойственных резанию быстрорежущим инструментом, твердый сплав не используется, из-за низкой эффективности, а наскоростях порядка сотен метров, свойственных резанию твердосплавным инструментом, быстрорежущие инструменты не применяются из-за недостаточнойтемпературы красностойкости быстрорежущих сталей.
На таких скоростях быстрорежущие инструменты работать не могут.Таким образом, в ограниченном диапазоне скоростей резания зависимостьстойкости режущего инструмента от скорости резания является монотонной,графически выражающейся прямой линией в логарифмических координатах.Рис.10.1. Зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания.Такая зависимость представлена на рис.10.1. Здесь видно, что при приятыхзначениях скорости резания v1, v2, v3 соответствующие им значения стойкостирежущего инструмента будут Т1, Т2, Т3.
Эта зависимость стойкости режущегоинструмента от скорости резания может быть представлена выражениемоткудаили,где: v – скорость резания (м/мин), соответствующая стойкости режущего инструмента Т;Т – стойкость режущего инструмента, мин;С – константа, зависящая от свойств обрабатываемого материала;m – показатель относительной стойкости.Величина показателя относительной стойкости изменяется в узких пределах( от 0,15 до 0,35) в зависимости от свойств инструментального материала ивида обработки.Представленная выше зависимость;называется основным законом стойкости. Эта зависимость является основной частью, а лучше сказать – основой, всех эмпирических формул, по которымпроизводится расч¨т скорости резания для всех видов механической обработкиметаллов резанием. Оптимальной скоростью резания называется скорость, которая обеспечивает максимальную производительность при наименьшей стоимости обработки.Формулы, по которым производится расч¨т этой оптимальной скорости резания для разных видов обработки резанием имеют различный вид, поскольку вних кроме основного закона стойкости входят остальные (кроме скорости резания) элементы режима резания и другие показатели, характерные для данноговида обработки.
В качестве примеров ниже приведены формулы для разных видов механической обработки резанием.Точение:;Здесь в формулу введены глубина резания t, подача s и коэффициент Kv,учитывающий конкретные условия резания.Сверление:Фрезерование:;;В формулу для расч¨та скорости резни при фрезеровании введены диаметрфрезы Dфр, подача на зуб sz, ширина фрезерования B и число зубьев фрезы z.Посмотрите внимательно на эти формулы, и вы увидите, что основой всехэтих различных по внешнему виду формул является основной закон стойкости,с него начинается написание всех формул, по которым рассчитываются величина оптимальной скорости резания для всех видов механической обработки, всехвидов резания металлов.Лекция 11. Роль внешней среды при резании металлов11.1. Действия внешних сред в зоне резанияНапряженность процесса резания, интенсивность изнашивания режущегоинструмента и качество обработанной поверхности зависят от свойств тойвнешней среды, в которой осуществляется резание.
Окружающий зону резанияатмосферный воздух является активной естественной внешней средой, благотворно влияющей на процесс резания. Кислород воздуха активно участвует вобразовании пленок оксидов на поверхностях инструмента и обрабатываемогоматериала. Эти пленки экранируют силы молекулярного взаимодействия и предотвращают адгезионное схватывание и образование мостиков холодного сваривания инструментального и обрабатываемого материалов. Резание в вакууме,без кислорода, практически невозможно, вместо образования привычного видастружки происходит комкование срезаемого слоя металла на передней поверхности инструмента; резание происходит неустойчиво с большими колебаниямисилы резания, рывками и грубой вибрацией. Для улучшения трибологическойобстановки в зоне резания применяют искусственные технологические среды.Направленное изменение свойств этих сред является одним из путей управленияпроцессом резания и изнашивания режущих инструментов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
