Какие различают виды разрушения лезвия инструмента и изнашивания, оценка линейного и массового износа? Как изменяется кривая износа с течением времени, оптимальный и технологический критерии износа?

Под воздействием факторов, действующих в зоне резания, лезвие инструмента способно разрушаться. Это разрушение может быть хрупким и пластичным.

Хрупкое разрушение происходит под действием растягивающих на­пряжений и является следствием зарождения и развития трещин. При этом хрупкое разрушение может происходить в виде выкрашивания или скола.

Выкрашивание проявляется в отделении мелких частиц материала режущего клина. Чаще всего оно связано с проявлением поверхностных дефектов, неоднородностью микроструктуры и остаточными напряжения­ми. Выкрашивание мало зависит от размеров клина и может происходить даже при очень малых толщинах срезаемого слоя.

Сколы - это отделение сравнительно крупных фрагментов инстру­ментального материала клина. Величина скола зависит от многих факто­ров, прежде всего от параметров срезаемого слоя, геометрических пара­метров лезвия, прочностных характеристик инструментального и обраба­тываемого материалов, прерывистости рабочего процесса резания. При не­прерывном резании скорость резания не оказывает влияния на появление сколов. При прерывистом резании их появление зависит от предела вынос­ливости и ударной вязкости инструментального материала.

Причиной хрупкого разрушения является не только силовая нагруз­ка, но и термические напряжения для циклически работающих инструмен­тов (фрезы). Изменяющиеся термические напряжения вызывают появление усталостных трещин. При этом лезвия, выполненные из твердого сплава, более подвержены термической усталости, чем лезвия из быстрорежущей стали.

Пластическое разрушение характеризуется течением тонких слоев инструментального материала преимущественно вдоль задней поверхно­сти. Одновременно под действием нормальных напряжений происходит опускание части передней поверхности, находящейся в непосредственной близости от кромки лезвия (рис. 6.8).

Пластическое течение и деформация лезвия происходят при опреде­ленных температурах и зависят от многих факторов, в первую очередь от физико-механических свойств инструментального и обрабатываемого ма­териалов и скорости резания.

Изнашивание лезвия инструмента является ведущим видом разруше­ния при нормально допустимых условиях и режимах эксплуатации инст­румента. Независимо от типов и назначения инструмента принято разли­чать следующие виды изнашивания лезвия:

— первый вид - по задней поверхности лезвия (рис. 6.9);

— второй вид - по передней и задней поверхностям лезвия с образо­ванием перемычки (фаски) шириной (рис. 6.10) и без образования фаски (рис. 6.11);

— третий вид - по передней поверхности (рис. 6.12).

Вид износа определяется многими факторами, важнейшими из кото­рых являются природа и механические свойства обрабатываемого мате­риала, толщина срезаемого слоя (подача) и скорость резания.

Природа материала сказывается на проявлении износа в основном через наростообразование. Так, во втором виде изнашивания (см. рис. 6.10) присутствие перемычки шириной f обусловлено именно существованием нароста на передней поверхности. При обработке пластичных материалов (сталей) изнашивание инструментов происходит по первому и второму видам. При обработке хрупких материалов (чугунов) наиболее вероятен износ первого вида.

Толщина срезаемого слоя и скорость резания оказывают одинаковое влияние на вид износа. При малых толщинах срезаемого слоя (менее 1 мм) и малых скоростях резания проявляется преимущественно первый вид из­носа, т. е. изнашивается задняя поверхность лезвия. По мере увеличения толщины срезаемого слоя и скорости резания начинает проявляться износ по передней поверхности с последующим прогрессивным ёго развитием.

Мерой изнашивания инструмента принято считать линейный и мас­совый износ.

Линейный износ для каждого вида изнашивания характеризуется линей­ными величинами, которые определяют степень разрушения поверхностей. Изнашивание по задней поверхности лезвия оценивается измерением величи­ны площадки износа шириной δ, на которой величина заднего угла а = 0°.

При чистовой размерной обработке изношен­ность инструмента принято оценивать линейным размерным износом δ_р, который характеризуется смещением вершины или переходного лезвия в на­правлении, перпендикулярном к обработанной по­верхности в результате износа его задних поверхно­стей (рис. 6.13). При оценке линейного износа изме­ряется только его максимальная величина и не учи­тывается характер и местоположение площадки из­носа.

Кроме абсолютного значения линейного износа δ, используют отно­сительный линейный износ:

ΔL=δ/L

где L- путь, за который произошел износ лезвия инструмента по задней поверхности на величину δ.

Массовый износ является более объективной характеристикой. При­нято использовать абсолютный массовый износ т, а также относительный массовый износ:

Δm=m/M

где т - потеря массы инструмента, изношенной за контрольное время; М- первоначальная масса инструмента, определенная до резания.

Таким образом, контактные процессы и трение в рабочей зоне реза­ния приводят к различным видам разрушения лезвия инструмента, из ко­торых преобладающим является изнашивание.

Изображение характера износа, изменяющегося с течением временя принято называть кривой износа. Например, характер кривой износа зад­ней поверхности лезвия (рис. 6.14) свидетельствует о том, что происходит интенсивный износ до некоторого значения, после чего величина износа остается постоянной и эксплуатация инструмента продолжается достаточ­но долго. Другая кривая износа (рис. 6.15) показывает, что износ развива­ется непрерывно в возрастающем темпе и если не остановить эксплуата­цию инструмента, то произойдет его катастрофическое разрушение.

Работа многих деталей машин и механизмов, а также большинство процессов резания протекают с изнашиванием инструмента, характеризуе­мым кривой нормального износа (рис. 6.16). Здесь на участке 1 износ проте­кает одновременно по задней и передней поверхностям лезвия, кромка осы­пается, а режущий клин принимает устойчивую формует, е. происхо­дит приработка лезвия инструмента (или контактируемых поверхностей деталей механизмов). Участок 2 со­ответствует установившемуся изно­су, поэтому он называется участ­ком нормального изнашивания и соответствует периоду эксплуата­ции инструмента до переточки лез­вия. С накоплением элементов из­носа, после изменения условий или форсирования режимов кривая износа испытывает подъем (участок 3), на котором может произойти разрушение лезвия по хрупкому или пластическому виду, поэтому инструмент следует отправить на переточку.

На износ влияет множество факторов и условий рабочего процесса. Выражение для определения величины износа лезвия инструмента при ве­дущем виде изнашивания по задней поверхности имеет вид

δ=C_δ·T^p·V^m·s^p·t^q (6.9)

где между показателями степеней существует следующая зависимость: р > т > п >q.

При эксплуатации инструмента по мере его изнашивания наступает момент, когда инструмент уже не обеспечивает качественную обработку поверхности или решение других задач обработки резанием (участок 3 на рис. 6.16); Этот момент устанавливается с помощью критерия износа - суммы признаков (или одного решающего признака), при которых работа инструмента должна быть прекращена.

Существуют два критерия износа: оптимальный и технологический. В обоих критериях за основу принимают линейный износ по задней по­верхности, поскольку задняя поверхность лезвия изнашивается при обра­ботке любых материалов и при любых режимах резания.

Под оптимальным износом понимают такой износ, при котором сум­марный период стойкости инструмента достигает максимальной величины:

Т_∑=Т·n=T_max

где Т - время между двумя заточками лезвия инструмента, оптимальное с технической и экономической точек зрения; п - число переточек, допус­каемых инструментом.

Технологический износ - это износ, при котором работу инструмента прекращают по технологическим ограничениям (невыполнению технических требований): увеличению шероховатости, потере точности обработки, усиле­нию вибраций в системе ЗИПС, чрезмерному нагреву и другим отклонениям.

Таким образом, в зависимости от условий эксплуатации инструмента и режимов резания характер и скорость износа лезвия с течением времени могут иметь различный характер, а по принятому критерию оптималь­ного или технологического износа назначается момент переточки лезвия или прекращения его работы в системе «заготовка- инструмент-приспособление-станок» .