Зношення і стійкість різального інструменту

Види зношування. Під зношуванням різального інструменту розуміють руйнування його контактних поверхонь в результаті тертя стружки об передню поверхню інструменту і задніх поверхонь його об заготовку. Значний вплив на зношування здійснює температура нагріву різального леза. Фізичні процеси, що протікають при зношуванні інструменту, аналогічні до тертя і зношуванню пар тертя, але вони проходять, зазвичай, при дуже великому тиску, великих швидкостях і високою температурою. Поверхні тертя при цьому безперервно оновляються.

Численними дослідами встановлено, що залежно від умов різання інтенсивність зношування інструменту обумовлюється різними по своїй природі процесами, хоча в реальних умовах деякі з них діють одночасно. Інтенсивне руйнування контактних поверхонь інструменту часто обумовлено наявністю в оброблюваному матеріалі достатньо твердих складових (карбідів, оксидів, поверхневої кірки), що зберігають значну твердість і при нагріванні. Вони діють як абразиви, дряпаючи поверхні тертя. Зношування тим більше, чим менша твердість різальної частини інструмента при різанні і вища твердість складових оброблюваного матеріалу.

Високий тиск і температура різання викликають адгезію на контактних поверхнях – схоплювання матеріалу інструмента з матеріалом заготовки під дією атомарних сил. При цьому частинки інструментального матеріалу безперервно вириваються і виносяться стружкою, що сходить з оброблюваної заготовки. При невисоких швидкостях різання зношування інструментів з твердих сплавів викликається саме адгезією. Більш міцна швидкорізальна сталь руйнується від її дії значно менше.

При великих швидкостях різання, коли в зоні його розвивається дуже висока температура, твердосплавний інструмент інтенсивно зношується під дією дифузії. Відбувається взаємне проникнення і розчинення структурних складових інструментального і оброблюваного матеріалів. Інтенсивній дифузії сприяє те, що в контакт з інструментом безперервно вступають всі нові ділянки оброблюваного матеріалу і стружки.

Змінні напруги, що діють на робочі поверхні інструмента при деяких видах обробки різанням, можуть зруйнувати ріжучу кромку від утомленості. За деяких умов різання зношення інструменту з швидкорізальної сталі супроводжується зміною і утворенням нової менш міцної структури зменшеної твердості, що прискорює зношування. При роботі інструментами, обладнаними металокерамічними сплавами, а особливо мінералокерамічними матеріалами, іноді частинки матеріалу відколюються і різальні кромки втрачають свою різальну здатність.

Залежно від властивостей оброблюваного і інструментального матеріалів, а також умов різання розрізняють по зовнішніх ознаках такі види зношування різального інструменту:

1) Зношування відбувається, головним чином, по задній поверхні. Знос визначають висотою стертої фаски , задній кут якої близький до нуля (рис. 2.6, а). Такий вид зносу характерний для обробки крихких матеріалів, наприклад чавуну, а також пластичних, якщо товщина шару, що зрізається, мм (при роботі деяких типів фрез, протяжок, розгорток, різьбонарізних і зуборізних інструментів).

2) Зношування відбувається переважно по передній поверхні. Величина зносу визначається глибиною і шириною лунки, що утворюється на передній поверхні від тертя стружкою, що сходить (рис. 2.6, б). Так зношуються різці при обробці сталей з високими швидкостями різання без охолоджування з товщиною шару, що зрізається, мм.

3) Зношування відбувається по передній і задній поверхнях одночасно (рис. 2.6, в). Цей вид найбільш поширений і характерний для різального інструменту при обробці з товщиною шару, що зрізається, мм і середніми для даного інструментального матеріалу швидкостями різання. Він спостерігається при обробці міцних і пластичних матеріалів, наприклад сталей. Так зношуються торцеві і дискові фрези, свердла, зенкери, різці з швидкорізальної сталі, які обладнані твердими сплавами.

Критерій затуплення. Гранично допустима величина зносу, при якій інструмент втрачає нормальну працездатність, називається критерієм затуплення. Зі збільшенням зносу задньої поверхні інструменту зростають сили різання, збільшується робота тертя, підвищується температура, збільшується шорсткість обробленої поверхні. Тому критерієм затуплення зазвичай вибирають визначену величину зносу задньої поверхні інструменту.

Величина допустимого зносу залежить від оброблюваного і інструментального матеріалів, виду різального інструменту, режиму різання, точності і шорсткості обробленої поверхні. Так, для токарних різців, оснащених пластинками твердих сплавів, при чорновому точінні сталі мм, а при точінні чавуну мм. У фрез залежно від їх типу і характеру обробки змінюється в межах мм.

При чистовій обробці різцями, фрезами, розгортками, протяжками і іншим встановлюється технологічний критерій затуплення, тобто така величина зносу задньої поверхні, перевищення якої приводить до того, що точність і шорсткість обробленої поверхні перестають задовольняти технічні умови.

На рис. 2.6, г наведена крива зносу різця по задній поверхні залежно від часу роботи Т. На ній можна виділити три ділянки: ділянка ОА – початкового зношування, АВ – нормального зношування і ВС – катастрофічного зношування. В точці С знос відповідає такому стану інструменту, при якому продовжувати процесі різання неможливо. Роботу, очевидно, треба припинити в точці В, де знос відповідає встановленому критерію затуплення. В інших умовах різання криві зносу можуть мати інший характер.

Стійкістю інструменту називають час його роботи між переточками при певному режимі різання. На стійкість впливають: оброблюваний матеріал і матеріал різального інструменту, режим різання та інші умові обробки. Стійкість має великий вплив на продуктивність і вартість обробки; її вибирають такою, щоб вартість виконаної операції була мінімальною. Складні дорогі інструменти, встановлювані на верстатах зі складною наладкою, повинні мати більший період стійкості.

Значення стійкості різних інструментів приведені в довідниках по режимах різання. Наприклад, стійкість токарних різців з швидкорізальних сталей складає 30...60 хв., твердосплавних різців 45...90 хв., фрез циліндричних – 180...240 хв. і т.д.