5 Знос ріжучих інструментів
5.1 Загальні відомості про знос ріжучих інструментів
Знос є складним процесом, що супроводжується фізико-хімічними явищами в місцях контакту інструмента зі стружкою і оброблюваної заготівлею. При зносі змінюється геометрія інструменту, що впливає на величину пластичної деформації, температуру різання і сили різання.
Знос ріжучого інструменту протікає в більш важких умовах, ніж знос деталей машин. Так, знос інструменту відбувається при високих температурах і питомих тисках в умовах сухого і напівсухого тертя. При різанні питомий тиск може перевищувати нормальний тиск в деталях машин в 300-400 разів, а температура може бути вище температури деталей машин в 15-20 разів і більше. При зносі інструменту по задній поверхні, що труться розташовані під кутом один до одного, що призводить до концентрації високих тисків і температур на невеликих площах контакту. Верхні шари труться інструменту можуть піддаватися пластичної деформації. Все це сприяє тому, що інструмент зношується значно інтенсивніше, ніж деталі машин.
Знос інструменту, як і знос деталей машин, супроводжується втратою ваги, так як відбувається видалення частинок матеріалу з його поверхні.
Залежно від умов різання можуть мати місце різні види зносу. При відносно невисоких швидкостях різання знос відбувається в основному внаслідок тертя стружки об передню поверхню інструменту і оброблюваної деталі-о задні поверхні. При цьому робочі поверхні інструменту стираються. Такий вид зносу називається абразивним. Інструменти з інструментальної сталі в більшій частині піддаються абразивного зносу.
При високих температурах також може відбуватися окислення верхніх шарів, що труться інструменту. Окислені плівки, володіючи крихкістю, руйнуються, оголюючи нижні шари, які в свою чергу піддаються руйнуванню. Цей вид зносу називається окислювальним.
У інструментів з крихких матеріалів (твердого сплаву, мінералокераміки), крім стирання робочих поверхонь, відбувається фарбують частинок. Знос, що полягає в викрашування, називається крихким.
Помітну роль в зносі інструменту грає вплив адгезії (злипання). Через високі температур і тисків, а при низьких температурах різання внаслідок тільки високого тиску, відбувається злипання стружки з передньою поверхнею, і внаслідок чого частки матеріалу інструменту вириваються з поверхні і несуться сходить стружкою. Такий вид зносу називається адгезійние.
При роботі твердосплавним інструментом з високими швидкостями різання, коли температура досягає 900 ° С, превалюючим зносом може бути дифузний. При обробці жароміцних сталей і сплавів дифузійним знос інструменту може мати місце при більш низьких температурах порядку 500-550 ° С. Це пояснюється хімічною спорідненістю оброблюваного та інструментального матеріалів, так як титан є компонентом і жароміцного матеріалу, і твердого сплаву (групи ТК, ТТК) . При спорідненості оброблюваного та інструментального матеріалу великою мірою проявляється процес адгезії.
При дифузійному зносі внаслідок високої температури в зоні контакту відбувається сильне розм'якшення поверхневих шарів. Це сприяє заповненню нерівностей і встановленню контакту між матеріалом інструменту, матеріалом стружки і оброблюваної деталлю. Цей контакт, висока температура і великі пластичні деформації викликають дифузний процес. Знос інструменту при цьому полягає в тому, що атоми інструментального матеріалу проникають (дифундують) в стружку і в верхні шари оброблюваної деталі. В результаті цього процесу змінюється хімічний склад і фізико-механічні властивості поверхневих шарів інструменту, що призводить до зниження його зносостійкості.
Знос інструменту при обробці важкооброблюваних сталей і сплавів відбувається в більш важких умовах, ніж при обробці звичайних конструкційних сталей. Це пояснюється наступними причинами:
1) більш високою температурою різання;
2) більш високими питомими тисками на ріжучої частини інструменту;
3) високої стирається здатністю оброблюваного матеріалу (стирається здатність аустенітних сталей в 10 разів вище стирається здатності ферріто-перлітною стали 45);
4) в більшій мірі проявляються явища адгезії і дифузії;
5) здатністю оброблюваного матеріалу до більш високого зміцнення, що викликає збільшення сил різання і посилення вібрацій;
6) більш високим значенням коефіцієнтів тертя на робочих поверхнях інструменту.
Певний вплив на знос інструменту (особливо твердосплавного і мінералокераміческого) надає ударне навантаження, що виникає при переривчастому різанні або нерівномірному припуску і супроводжується втомним явищами інструментального матеріалу, які викликають підвищення інтенсивності зносу.
Найбільш поширеним методом визначення та дослідження зносу інструменту є лінійний метод, т. Е. Вимір розмірів зношених майданчиків поверхонь інструменту. При дослідженні зносу інструменту застосовують також метод радіоактивних ізотопів, коли в матеріал досліджуваного інструменту вводять радіоактивні ізотопи або утворюють ізотопи на поверхні готового інструменту шляхом відповідного опромінення ядерними частинками. Знос інструменту визначається непрямим способом за кількістю радіоактивного ізотопу (продуктів зносу), який перейшов від інструменту в стружку і оброблювану деталь. Знос інструменту тим більше, чим вище радіоактивність стружки і оброблюваної деталі. Дослідами встановлено, що, близько 90% радіоактивних речовин, що містяться в продуктах зносу інструменту, залишається в стружці, а близько 10% -на обробленої поверхні деталі.
Метод радіоактивних ізотопів дозволяє швидко і точно досліджувати знос інструменту. Лінійний метод вимагає великої витрати оброблюваного матеріалу, дуже трудомісткий і дорогий. Однак метод радіоактивних ізотопів не виключає лінійного методу. Геометрія зношених майданчиків інструменту може бути визначена тільки за допомогою лінійного методу.
Залежно від умов обробки інструмент може зношуватися наступним чином:
1) переважно по задній поверхні і незначно-за передньої (рис. А),
2) переважно по передній поверхні і незначно-за задньої (рис. Б);
3) одночасно по передній і задній поверхнях (рис. 35, в),
Малюнок 5.1 - Види зносу інструменту
4) округляється лезо (рис. Г). Інструменти зношуються по задній поверхні переважно при обробці пластичних матеріалів з товщиною зрізу менше 0,1 мм, а також при обробці тендітних металів, коли утворюється стружка надлому (сипуча стружка). При малій товщині зрізу великий вплив на знос надає пружна деформація поверхневого шару металу, що знаходиться в контакті з задньою поверхнею. При зносі на задній поверхні утворюється майданчик з нульовим заднім кутом. Знос задньої поверхні h вимірюється уздовж зношеної майданчика.
Інструменти зношуються по передній поверхні переважно при обробці пластичних металів з товщиною зрізу більше 0,5 мм. При цьому на передній поверхні виробляється лунка, яка поступово збільшується, і, коли ширина перемички f досягає нуля, настає повний знос різця. Цей випадок зносу особливо характерний при утворенні наросту, коли захищено лезо. Знос по передній поверхні вимірюється глибиною лунки Bл. При утворенні лунки зменшується кут різання.
Знос одночасно по передній і задній поверхнях відбувається при обробці пластичних металів з товщиною зрізу 0,1-0,5 мм.
Останній випадок зносу зустрічається при чистової обробки матеріалів, що володіють низькою теплопровідністю, зокрема, пластмас. При цьому під впливом високої температури лезо швидко розм'якшується і притупляється. Цей знос також буває при обробці в'язких високо-міцних металів (наприклад, аустенітних сталей). Слід зазначити, що округлення леза відбувається при будь-якому зносі, але в останньому випадку інтенсивність округлення вища.
Знос по задній поверхні є основною причиною затуплення інструменту. Тому критерієм зносу зазвичай служить розмір hз зношеної майданчика на задній поверхні. Крім того, знос на задній поверхні легше виміряти, ніж на передній. Величина hз, при якій подальша робота інструменту повинна бути припинена, може бути названа допустимим зносом або нормою зносу. При чистової обробки від величини зносу інструменту залежить чистота і точність обробленої поверхні. Для таких інструментів встановлений технологічний критерій затуплення-така величина зносу, при перевищенні якої чистота і точність оброблюваної деталі перестають задовольняти заданим технічним умовам. Характерна крива зносу інструменту, зношується одночасно по передній і задній поверхнях, показана на рис. Найбільш інтенсивно протікає знос в початковий період роботи інструменту (ділянка кривої ОА). Ділянка АВ відповідає нормальному періоду зносу. Після досягнення певної величини hз (точка В) інтенсивність зносу (ділянка ВС) починає різко збільшуватися, і якщо не припинити роботу, то інструмент дуже швидко втратить свої початкові геометричні параметри. Величина зносу hз, відповідна початку прискореного зносу (точка В), буде критерієм зносу.
Малюнок 5.2 - Крива зносу інструменту
Знос в великій мірі залежить від геометричних параметрів інструменту. Тому обрані значення кутів і форма ріжучої частини інструменту повинні бути такі, щоб його знос був мінімальним. Геометрія інструмента, що забезпечує найменший його знос, називається оптимальною.