Знос і стійкість різального інструмента

У процесі різання ріжучий інструмент зношується і втрачає свою працездатність. Під працездатністю ріжучого інструменту розуміється таке його стан, при якому він виконує процес різання з заданими технічними вимогами або умовами (такими вимогами можуть бути - вимоги по точності обробки, за якістю обробленої поверхні, по зносу ріжучого інструменту і т.д.). Після затупления інструменту він піддається переточуванні. Час роботи ріжучого інструменту між двома його переточуваннями називається періодом стійкості (Т), яке вимірюється в хвилинах. Повний період стійкості різального інструменту визначається за такою формулою:. хв, де n - кількість переточувань.

Види зносу ріжучого інструменту

Залежно від умов різання ріжучий інструмент може піддаватися різним видам зносу, які можуть протікати одночасно або якийсь із них може переважати над іншими. Розрізняють чотири основних види зносу: абразивний, адгезійний, дифузний і окислювальний.

Абразивний знос. Механізм даного зносу полягає в тому, що тверді частинки оброблюваного матеріалу, проникаючи в контактні площадки ріжучого інструменту, дряпають їх, діючи як мікрорезци. Інтенсивність цього зносу залежить від твердості інструментального матеріалу і збільшується в міру її зменшення. Інтенсивність цього виду зносу зростає при збільшенні вмісту в сталях цементиту і складних карбідів, в чавунах цементиту і фосфидов, в жароміцних сплавах интерметаллидов, які зберігають високу твердість навіть при високих температурах різання. Контактні поверхні інструменту можуть також дряпати частки наросту. Даний вид зносу проявляється на низьких швидкостях різання і особливо при обробці матеріалів з яскраво вираженими абразивними властивостями. Абразивний знос проявляється в більшій мірі для швидкоріжучого інструменту і в меншій мірі для інструменту, оснащеного твердим сплавом, твердість якого значно вище твердості швидкорізальної сталі.

Адгезійний знос. Високі температури і навантаження, що діють на контактних майданчиках ріжучого інструменту, сприяють адгезійною взаємодії матеріалу інструменту та оброблюваної заготовки. В результаті цього на контактних майданчиках ріжучого інструменту утворюються "містки схоплювання» (ріс.79).

Ріс.79 Схема адгезійного зносу

При переміщенні стружки по передній поверхні і поверхонь заготовки щодо задньої поверхні ці «містки схоплювання» руйнуються і утворюються знову. Повторення циклів освіти і руйнування «містків схоплювання» призводить до циклічного нагружению поверхневого обсягу інструментального матеріалу і викликає місцеве утомлююча руйнування контактного шару ріжучого інструменту, що протікає у вигляді викришування окремих частинок інструментального матеріалу. Вирвані з контактних поверхонь частки інструментального матеріалу несуться сходить стружкою і поверхнями заготовки. Чим вище циклічна міцність і нижче крихкість інструментального матеріалу, тим вище його зносостійкість при рівній теплостойкости. Тому в зоні низьких температур різання, коли теплостійкість інструментального матеріалу не має вирішального значення, опірність твердих сплавів циклічним навантаженням нижче, ніж швидкорізальних сталей, що мають велику міцність. Отже, за таких умов твердосплавні інструменти в більшій мірі піддаються адгезійною зносу, ніж швидкорізальні. При високих температурах різання крихкість твердого сплаву зменшується і опірність його циклічним навантаженням зростає. Крім того, при високих температурах відбувається разупрочнение оброблюваного матеріалу і міцність «містків схоплювання» знижується. Все це разом узяте призводить до збільшення часу роботи інструменту до місцевого втомного руйнування контактних шарів інструменту (виривів частинок інструментального матеріалу) і інтенсивність адгезійного зносу твердосплавного інструменту зменшується (рис. 66).

Дифузійний знос. Високі температури і навантаження, що діють на контактних майданчиках інструменту, високі деформація прірезцових шарів стружки (шарів, прилеглих до передньої поверхні), схоплювання на контактних майданчиках ріжучого інструменту призводять до взаємного диффузионному розчиненню інструментального і оброблюваного матеріалу, яке супроводжується дифузією окремих елементів інструментального матеріалу в стружку і опрацьований матеріал і навпаки. В результаті процесів дифузії і самодифузії в контактних шарах ріжучого інструменту відбуваються структурні перетворення, які викликають їх разупрочнение і охрупчивание. В результаті цього, ослаблені дифузійними процесами, контактні шари ріжучого інструменту руйнуються і несуться сходить стружкою і поверхнею заготовки.

На ріс.80 показана залежність відносного зносу ріжучого інструменту # 916; від швидкості різання. Відносний знос ріжучого інструменту визначається за формулою:

,

де h3 - величина зносу ріжучого інструменту по задній поверхні, (мм), L - шлях ріжучого інструменту, пройдений до цієї величини зносу, (мм).

Ріс.80 Залежність відносного зносу інструменту від швидкості різання: 1-твердосплавний інструмент; 2-швидкорізальний інструмент; 3-залежність твердості оброблюваного матеріалу від температури

Як видно з малюнка, для швидкоріжучого інструменту з підвищенням швидкості різання відносний знос зростає. При цьому відбувається поступовий перехід адгезійного зносу в дифузний (ріс.80, крива 2). Для твердосплавного інструменту залежність відносного зносу від швидкості різання носить більш складний характер (ріс.80, крива 1). При обробці до швидкості різання V1 має місце адгезионное зношування інструменту, яке протікає з постійною швидкістю, про що свідчить постійна величина відносного зносу. Зниження інтенсивності адгезійного зносу для ріжучого інструменту з твердого сплаву після швидкості V1 пов'язано, як вже зазначалося раніше, зі зменшенням міцності «містків схоплювання» через разупрочнения оброблюваного матеріалу (при значенні швидкості різання V1 температура різання дорівнює 600 # 959; С, при якій починається разупрочнение матеріалу заготовки) та зменшенням крихкості твердого сплаву. Все це підвищує кількість циклів освіти і руйнування «містків схоплювання» для втомного руйнування поверхні ріжучого інструменту і знижує інтенсивність адгезійного зносу. При швидкості різання V2. коли температура дорівнює приблизно 800 ° С. починається разупрочнение твердого сплаву і адгезійний знос переходить в дифузійний. Для інструменту з швидкорізальної сталі зниження інтенсивності адгезійного зносу не відбувається, тому що при температурах близько 600 ° c починається разупрочнение самої швидкорізальної сталі.

Окислювальний знос. Окислювальним зносом називають сталою стаціонарний процес динамічної рівноваги руйнування і відновлення окисних плівок. При цьому швидкість окислення перевершує швидкості всіх інших процесів, що відбуваються на контактних поверхнях інструменту, т. Е. Окислення є переважаючим. Плівки оксидів впливають на інтенсивність зносу інструменту. У разі утворення тонких плівок і досить міцних плівок інтенсивність зносу знижується. При утворенні більш товстих і пухких плівок інтенсивність зносу різко збільшується.