Характер износа режущих инструментов

Характер износа режущего инструмента, то есть распределение его по рабочим поверхностям инструмента, зависит от многих конкретных условий, в которых производится резание. Износ режущего инструмента выражается в появлении лунки на передней поверхности, площадок износа на главной и вспомогательной задних поверхностях и в уменьшении вылета вершины резца или режущего лезвия иного инструмента.

Рис. 1. Распределение износа по поверхностям инструмента:

а- общий вид режущей части инструмента со следами износа;
б- износ по задней поверхности;
в- износ по передней поверхности.

Износ режущего инструмента только по задней поверхности наблюдается при обработке хрупких материалов, при резании которых образуется стружка надлома, не представляющая собой сплошного прочного тела. Износ по задней поверхности является также превалирующим в случае резания с малыми толщинами среза, при малых значениях задних углов и при обработке сталей и сплавов, обладающих ярко выраженным упругим последствием и сильным обработочным упрочнением.

Износ режущего инструмента только по передней поверхности происходит в случае обработки вязких металлов с большими сечениями среза, когда образуется устойчивый нарост, исключающий контакт задней поверхности с обрабатываемым материалом. В большинстве же случаев практики резания металлов инструмент изнашивается как по передней, так и по обеим задним поверхностям (рис. 2 и рис. 3).

Рис. 2. Параметры износаещего инструмента

Рис. 3. Износ резцов из быстрорежущей стали Р18 при точении стали 40Х: (а) по задней, (б) передней поверхностям; твердого сплава ВК8 при точении коррозионно-стойкой стали: (в) по задней, (г) передней поверхностям

Изнашивание передней поверхности происходит, как правило, на некотором удалении от главной режущей кромки. Образующаяся лунка с течением времени работы резца углубляется и незначительно расширяется в сторону от режущей кромки. Износ инструмента полностью характеризуется указанными ниже параметрами.

Ширина фаски на задней поверхности h_з, исключая период начального изнашивания, растет пропорционально времени резания. Ширина лунки В изменяется очень мало, а ширина полки f_n на передней поверхности уменьшается. Установлено, что работоспособность режущего инструмента в значительной мере определяется наличием полки на его передней поверхности. Разрушение ее приводит к потере режущей способности инструмента и его катастрофическому разрушению – посадке. На рис. 4 показаны наиболее характерные зависимости величины износа резца из быстрорежущей стали от времени резания при точении стали 40Х

Рис. 4. Характерные зависимости износа режущего инструмента от времени резания. Глубина резания – 1,5 мм, подача – 0,25 мм/об, скорость резания –35 м/мин

Критериями затупления инструмента и необходимости его переточки наряду с указанными также могут быть: ухудшение качества обработанной поверхности, образовании фаски износа на задней поверхности инструмента, появление на ней светлых полос, вибрации, увеличение потребляемой мощности и другие.

Обычно за критерий затупления принимается величина (ширина) площадки износа на задней поверхности режущего инструмента как наиболее легко обнаруживаемая и измеряемая

При выполнении различных исследований или оценке эффективности какого-либо технического мероприятия износ режущего инструмента может оцениваться в относительных единицах величиной относительного износа. Относительный износ выражается величиной износа по любому из перечисленных выше критериев, отнесенной к показателю выполненного объема работы: пройденному при заданном режиме пути резания, площади обработанной поверхности, объему или весу срезанного материала. Наиболее часто относительный износ выражают отношением величины износа по задней поверхности ( ) к величине пройденного (L) пути резания.

Время работы режущего инструмента до затупления по выбранному и принятому критерию называется стойкостью, или периодом стойкости, обозначающимися прописной буквой Т латинского алфавита.

Марка Стали – Сталь 20

Мпа = 282

Мпа = 435

НВ = 156

HRC = 1

= 45,2

= 100

= 98

= 300

= 4

Для заданных условий рассчитываются параметры процесса резания в следующей последовательности:

Коэффициент трения -

=

где - температура резания (для твердосплавного инструмента , для быстро режущего - )

– основание натурального логарифма

Угол трения - = 0,25 = 13,9

- главный передний угол инструмента, назначим 5

Угол сдвига -

== 35,5

Усадка стружки -

=

Длина контакта стружки с передней поверхностью –

где - толщина среза:

=

Для t<3 мм, D от 100 до 400 мм и =4 значение подачи S=1,3 мм/об и главный угол в плане =45°

Коэффициент неравномерности распределения контактных напряжений

Сила нормального давления на передней поверхности – N

где - предел текучести:

b – ширина среза: , где t = 2 мм

m – коэффициент упрочнения: m=1.25

Сила нормального давления на главной задней поверхности -

где - длинна контакта по главной задней поверхности (силу и следующие параметры – n9-13 рассчитать для двух значений - острый инструмент и - затупленный инструмент).

Острый инструмент:

Затупленный инструмент:

Сила нормального давления на главной задней поверхности -

Для острого инструмента:

Н

Затупленный инструмент:

Н

Сила трения на передней поверхности инструмента –

Сила трения на главной задней поверхности инструмента

Для острого инструмента:

Н

Затупленный инструмент:

Н

Вертикальная составляющая силы резания -

Для острого инструмента:

Н

Затупленный инструмент:

Н

Радиальная составляющая силы резания -

Для острого инструмента:

Н

Затупленный инструмент:

Н

Отношение сил резания , , в том числе при разных величинах износа.

Для острого инструмента:

Затупленный инструмент:

Вывод: с износом режущего инструмента возрастает вертикальная составляющая силы резания - и радиальная составляющая силы резания -