Главная | Обратная связь

Определение стойкости и критерии затупления инструмента

Стойкость инструмента и обрабатываемость — общепринятые характеристики процесса резания металлов. Если стойкость инструмента характеризует его режущие свойства, то обрабатываемость характеризует главным образом свойства обрабатываемого материала. Стойкость инструмента представляет собой период времени от начала резания до определенного момента, зависящего от принятого критерия затупления. Обрабатываемость обычно выражается определенным математическим уравнением.

В связи с отсутствием общепринятой единицы обрабатываемости она оценивается сравнением свойств одного материала с другим, принятым за эталонный. Это сравнение часто производят по стойкости инструмента при обработке резанием испытуемых материалов. Какие бы величины не использовались для определения стойкости инструмента и обрабатываемости, важно обеспечить максимальный срок службы инструмента и легкость обработки материала резанием.

Стойкость режущего инструмента между переточками (до допустимого затупления) может определяться различным способом, а именно:

1) действительным временем резания;

2) полным машинным временем (например, в случае прерывистого процесса резания);

3) длиной пути резания;

4) объемом металла, переведенного в стружку;

5) числом изготовленных деталей;

6) скоростью резания при постоянном времени работы и т.д.

Каждый из этих методов имеет определенную область применения. Несмотря на существующую взаимосвязь перечисленных методов, имеется ряд трудностей при сравнении стойкости инструмента, определенной различными методами. Эти трудности вызваны главным образом ограниченностью информации.

Признак, по которому инструмент считается затупленным (предельная величина его износа), называется критерием затупления или критерием износа. Для определения стойкости необходимо знать критерий затупления инструмента, который зависит от требований, предъявляемых к обрабатываемым деталям.

О чрезмерном увеличении износа инструментов можно также судить по быстрому росту сил резания. Такой критерий затупления называется силовым. Он может применяться в лабораторных условиях, так, как для регистрации роста сил резания требуются специальные приборы, размещение которых в цеховых условиях нецелесообразно в связи с усложнением обслуживания станков и т.д. На черновых операциях шероховатость поверхности и точность размеров не имеют большого значения, поэтому за критерий затупления инструмента можно принять предельное увеличение мощности или сил резания.

На финишных операциях, наоборот, шероховатость и точность поверхности имеют решающее значение, поэтому инструмент следует считать затупившимся, если он не обеспечивает заданного качества обработки.

У фасонного инструмента за критерий затупления принимается нарушение заданной точности его формы. Все виды затупления связаны с износом инструмента по задней поверхности.

На черновых операциях иногда доводят инструмент до пре­дельного затупления. Предельное затупление (или полное раз­рушение) инструмента может быть вызвано большими силами резания или ударной нагрузкой.

Условия для разрушения инструмента могут возникнуть при прерывистом стружкообразовании, прерывистом процессе резания, при образовании на резце лунки износа, при наличии по­грешностей в конструкции инструмента.

Предельное затупление инструмента может возникнуть в результате действия чрезмерно высокой температуры резания, размягчающей инструмент в зоне контакта с обрабатываемым материалом и приводящей его к пластическому течению.

Характерными признаками другого типа затупления являются появ­ление трещин или выкрашивание инструментального материала вблизи режущей кромки вследствие механических или термических ударных нагрузок. Такое затупление может ускорить процесс износа и привести к полному разрушению инструмента.

Таким образом, затупление инструмента определяется степенью износа инструмента и требованиями, предъявляемыми к качеству обработанной поверхности. За критерий затупления инструмента могут приниматься:

- выкрашивание или образование развитой трещины на режущем лезвии;

- размер площадки износа на задней поверхности;

- глубина, ширина или другие параметры лунки износа на передней поверхности;

- комбинация критериев, указанных в предыдущих пунктах;

- объем или вес изношенного инструментального материала;

- полное разрушение режущего инструмента;

- предельно допустимая шероховатость обработанной поверхности;

- предельно допустимое изменение размеров обра­батываемой детали;

- увеличение сил или мощности резания.

Значение стойкости режущего инструмента будет зависеть от принятого критерия затупления. При сравнении стойкости инструментов или ссылке на нее важно иметь представление о критерии затупления, при котором определялась стойкость.

Если к выполняемой операции не предъявляются высокие тре­бования точности и шероховатости обработанной поверхности, целесообразно доводить инструмент до такой степени износа, при которой общий срок его службы наибольший. Такой износ называется оптимальнымили наивыгоднейшим, а критерий – оптимально-экономическим.

Оптимальным следует считать износ инструмента, соответствующий ординате точки А кривой износа, с которой начинается резкое нарастание его величины или начало участка III (рис. 4.2, 4.3).

На участках I и II происходит соответственно приработка инструмента и нормальный его износ. Затупление или степень износа инструмента может ограничиваться требованиями обеспечения необходимых параметров шероховатости и точности обработанной поверхности. В этом случае сте­пень затупления режущего инструмента характеризуется технологическимкритерием. Так, при износе резца по задней поверхности на некоторую величину hз (технологическая стойкость), ухудшается шероховатость обработанной поверхности. При этом в случае очень интенсивного износа или длины обрабатываемой поверхности на детали формируется прямой конус и наблюдается увеличение диаметра обработанной детали на удвоенную величину радиально­го износа Нл (рис. 4.5).

Стойкость инструмента, соответствующая некоторой величине радиального износа, называется размерной стойкостью. Высокую размерную стойкость должны иметь инструменты, предназначен­ные для чистовой или окончательной обработки, а также инструменты, устанавливаемые на автоматизированных станках и автоматических линиях.

Рис. 4.5. Изменение размеров обработанной де­тали при наличии радиального износа резца

Процесс изнашивания режущих инструментов имеет следую­щие особенности:

- высокая твердость инструментального мате­риала по сравнению с обрабатываемым;

- большие удельные дав­ления на инструмент;

- высокая температура контакта трущихся поверхностей инструмента и детали;

- постоянное обновление трущихся поверхностей и удаление продуктов износа.

Процесс износа инструмента из твердых сплавов, работающих при высоких скоростях резания, значительно сложнее. Основную роль в износе передней поверхности таких инструментов играют явления диффузионного растворения зерен карбидов вольфрама в стальной стружке. Протекание диффузионного процесса обусловлено высокими температурами контактных слоев (1173...1473 К). Наряду с диффузионным твердые сплавы подвергаются также молекулярному и абразивному износам. Молекулярный износ в результате адгезии между твердым сплавом и обрабатываемым металлом наблюдается при температурах контактных поверхностей ниже 1173 К. Абразивный износ заключается в воздействии цементита и карбидов обрабатываемого материала только на мягкую составляющую твердого сплава — цементирующую кобальтовую связку. В результате ее износа зерна карбидов вольфрама и титана как бы оголяются и облегчается их удаление из связующего материала инструмента.

Диффузионные процессы играют главную роль в износе передних поверхностей твердосплавных инструментов, работающих с высокой скоростью. Молекулярный и абразивный виды износа обычны при сравнительно невысоких скоростях, а следовательно, и при сравнительно невысоких температурах резания. Чаще всего эти явления отмечаются при наличии износа инструмента по задним поверхностям.

Стойкость инструмента, т.е. способность сохранять режущие свойства во времени, является основной характеристикой инструмента.

На интенсивность износа режущего инструмента оказывают влияние следующие основные факторы: скорость резания, подача, материал инструмента и обрабатываемой детали, геометрия инструмента.

, (4.1)

 

или формула Тейлора

, (4.2)

где - константа;

- глубина резания;

- подача;

– произведение поправочных коэффициентов (от обрабатываемого материала, материала инструмента, угла в плане, размера резца, СОЖ, формы и конструкции резца, жесткости системы и т.д.).

Процесс износа инструмента сопровождается изменением размера обрабатываемой детали.