Надежность режущего инструмента
Повышенное внимание к режущему инструменту определяется следующими факторами:
- примерно 1/3 сбоев и отказов происходит по вине режущего инструмента, что объясняется его невысокой надежностью;
- режущий инструмент и режимы обработки определяют производительность производственной системы;
- время на смену инструмента и его настройку уменьшает эффективный фонд времени работы оборудования;
- режимы обработки могут быть регулирующим фактором для изменения производительности обработки, например при восстановлении потерянной трудоемкости.
Надежность режущего инструмента особенно важна в автоматизированном производстве, когда резко уменьшается объём наблюдений за процессами. Оператор станков с ручным управлением, как правило, до конца использует ресурс инструмента. В автоматизированном производстве рекомендуется принудительная смена инструмента до истечения периода стойкости, поскольку с течением наработки инструмента увеличивается вероятность его разрушения (рис. 7.5).
Износ, хрупкое разрушение инструмента являются случайными процессами и определяются шестью характеристиками:
1) инструментальным материалом;
2) обрабатываемым материалом;
3) наличием и видом износостойкого покрытия;
4) конструкцией режущего инструмента;
5) условиями применения;
6) технологией изготовления и заточки.
Рис. 7.5. Зависимость износа инструмента от времени его работы
Рекомендации по повышению надежности и эффективности режущего инструмента
- Рациональное назначение методов и режимов обработки, например, применение высокопроизводительного или высокоскоростного фрезерования.
- Назначение современных инструментов, в том числе, оснащенных многогранными неперетачиваемыми пластинами (экономия времени на смену инструмента, повышение стойкости в 2 – 3 раза.
- Применение новых инструментальных материалов (таблица 7.2).
Таблица 7.2 – Теплостойкость и допустимая скорость резания
групп инструментальных материалов
| Материал | Теплостойкость, °С | Допустимая скорость при резании стали 45, м/мин |
| Углеродистая сталь | 200 – 250 | 10 – 15 |
| Легированная сталь | 350 – 400 | 15 – 30 |
| Быстрорежущая сталь | 600 – 550 | 40 – 60 |
| Твердые сплавы: | ||
| группа ВК | 900 – 930 | 120 – 200 |
| группы ТК и ТТК | 1000 – 1030 | 150 – 250 |
| безвольфрамовые | 800 – 830 | 100 – 300 |
| с покрытием | 1000 – 1100 | 200 – 300 |
| Керамика | 1200 – 1230 | 400 – 600 |
- Применение инструментальных покрытий. В качестве материалов для покрытий используют карбиды, натриды, карбонитриды, бориды и силициды тугоплавких металлов IV – VI групп периодической системы элементов (IV – титан, цирконий, гафний; V – ванадий, ниобий, тантал; VI – хром, молибден, вольфрам). Применяется также оксид алюминия Al2O3 и алмазоподобные покрытия на основе углерода. При резании сталей, в основе которых содержится железо, инструментом из быстрорежущей стали в основе которой также содержится железо целесообразнее всего наносить многослойные или композиционные покрытия у которых нижний слой, прилегающий к инструментальному материалу, обеспечивает прочное сцепление с ним, а верхний – минимальное схватывание с обрабатываемым материалом. При тяжелых условиях резания, когда наблюдаются выкрашивание и сколы на сплавах без покрытий, эффективность пластин с износостойкими покрытиями снижается.
- Выбор критериев для смены или подналадки инструментов. В качестве критериев могут быть использованы: изменение размеров, точности и шероховатости обрабатываемых поверхностей; изменение фаски износа; период стойкости; косвенные признаки (шум, силы или мощность резания).
- Рациональная конструкция инструмента: обеспечение оптимальной геометрии, жёсткости и виброустойчивости, минимальные радиальные биения для вращающихся инструментов (особенно для высокоскоростной обработки).
- Выполнение условий изготовления инструмента: термообработка, заточка.
- Контроль режущего инструмента: визуальный осмотр, ультразвуковая дефектоскопия, травление.
- Использование дублеров ответственных инструментов. Для станков с ЧПУ они размещаются в инструментальных магазинах. Для спокойной ритмичной работы рекомендуется иметь 3 комплекта инструмента: 1 – в работе, 2 – в резерве, 3 – в ремонте, настройке, заточке.
Статистика и измерения