Критерии износа-затупления инструмента

При эксплуатации инструмента по мере его изнашивания наступает такой момент, когда дальнейшее резание инструментом должно быть прекращено, а инструмент отправлен на переточку. Например, при протягивании жаропрочных сплавов наблюдается повышенный износ протяжек в виде выкрашивания (рис. 106), при котором протяжку нужно отправить в переточку. Причиной выкрашивания
в данном случае является адгезионное приваривание стружки после окончания процесса резания к передней поверхности зуба протяжки. При удалении стружки удаляется часть режущей кромки.

Рис. 106. Типичный характер сцепления стружки с зубом протяжки, выкрашивания и разрушения режущих кромок твердосплавных протяжек при удалении стружки

Появление выкрашиваний на режущих зубьях протяжек приводит к резкому увеличению нагрузки на последующих зубьях и их разрушению. Постепенно происходит лавинообразное разрушение всех последующих режущих и чистовых зубьев протяжек, что вызывает значительное ухудшение шероховатости и точности протягиваемых поверхностей деталей.

Наиболее крупные выкрашивания протяжек обнаружены при низких скоростях резания. С увеличением скорости резания до оптимальных значений уровень выкрашиваний снижается, а при дальнейшем увеличении вновь увеличивается.

Когда износ передней поверхности имеет превалирующее значение, то критерием затупления будут размеры лунки. Однако если ориентироваться на какой-либо один линейный размер лунки, то при одном и том же абсолютном износе степень изношенности передней по­верхности падает с увеличением подачи. Поэтому целесообразно ввести понятие относительного износа передней поверхности, выражаемое отношением

где h _л – глубина лунки;

– расстояние до центра лунки от режущей кромки.

Допустимый относительный износ передней поверхности связан с прочностью фактического режущего клина, поэтому зависит от ин­струментального материала. Для твердосплавных резцов допустимый износ h _з= 0,3…0,4 мм;для быстрорежущих h _з= 0,1…0,2 мм.

Допустимая величина износа по задней поверхности h _з может быть достигнута при превалирующем износе по задней поверхности. При этом различают оптимальный h _з.опт и технологический h _з.техн критерии затупления. При h _з.опт обеспечивается максимальная суммарная стойкость или долговечность инструмента

Д = к Т,

где к–общее количество возможных переточек инструмента, к =
= 2/3 b / y = 2 b /3(hr /cos g + D), где b –ширина пластины;

у = р + D – укорочение пластины за период стойкости Т;

р –величина износа за период стойкости; р = hr /cos g;

D – дополнительный слой, снимаемый при переточке (D =
= 0,1…0,15 мм).

Износ (h _з.опт), при котором наблюдается максимум долговечности, называется оптимальным критерием затупления.

Это соответствует концу участка нормального износа инструмен­та. Оптимальный критерий затупления h _з.опт = f (а, t,материала металла и инструмента, геометрии режущей части, СОТС и др.).

Критерий затупления h _з.опт используется в том случае, когда на процесс резания не налагаются дополнительные требования (по шероховатости, точности и т.д.), т.е. в условиях черновой обработки
деталей. Для твердосплавных резцов при черновой обработке сталей величина допустимого износа задней поверхности принимается
в пределах h _з.опт = 0,8...1 мм,апри обработке чугунов h _з.опт = = 0,8...1,7 мм.

Применение оптимального критерия затупления возможно
не всегда. В этих случаях используют технологический критерий затупления.

Под технологическим износом понимают такой износ, при котором перестают удовлетворяться технологические требования, предъявленные к детали (изделию): точность, шероховатость, наклеп и т.д. Технологический критерий затупления используют в основном при чистовой (окончательной) обработке.

Момент затупления инструмента устанавливают с помощью критерия износа. Под критерием износа понимают сумму признаков (или один решающий признак), при которых работа инструментом должна быть прекращена. Используют несколько критериев: критерий блестящей полоски, силовой критерий, критерий оптимального износа и критерий технологического износа. В двух последних критериях за основу прини­мают линейный износ задней поверхности, так как задняя поверх­ность инструмента изнашивается всегда, при обработке любых материа­лов и при любых режимах резания, и измерение ширины площадки износа значительно проще, чем глубины лунки износа.

Критерий оптимального износа. Инструмент считают затупившимся, когда линейный износ задней поверхности достигает значения, равного оптимальному износу. Под оптимальным износом пони­мают такой, при котором суммарный период стойкости инструмента достигает максимальной величины.

Критерий оптимального износа широко применяют в лабораторных условиях при установлении стойкостных зависимостей для инструментов, предназначенных для черновой и получистовой обработки. Применение критерия в производ­ственных условиях целесообразно при массовом производстве и при эксплуатации дорогостоящего ин­струмента.

Критерий технологического износа. Применение критерия оптимального износа, обеспечивающего максимальный суммарный срок службы инструмента, возможно не всегда. Им нельзя пользоваться в случае, когда на кривой износа нет участка катастрофического износа. Отсутствие точки перегиба не позволяет провести касательную к кривой износа и определить величину h _опт. Если по каким-либо причинам износ инструмента нельзя доводить до величины h _опт, то применение критерия оптимального износа также невозможно. В этих случаях используют критерий технологического износа. Инструмент считают затупившимся, когда линейный износ задней поверхности достигает значения, равного технологическому износу.

Под технологическим износом понимают такой, при котором работу инструмента прекращают по технологическим ограничениям: резкое увеличение шероховатости обработанной поверхности, вызы­ваемое изнашиванием инструмента; потеря инструментом
необходи­мого размера; возникновение вибраций в технологической системе; чрезмерный нагрев детали; поломка малопрочного инструмента и т.п. Критерий техно­логического износа в основном используют при исследовании и эксплу­атации инструмента, предназначенного для чистовой (окончательной) обработки.

4.3.4. Зависимость «скорость резания – стойкость
инструмента»

Скорость резания является одним из основных параметров, определяющих производительность обработки. С увеличением скорости резания возрастает производительность, но быстрее изнашивается инструмент.

Затраты времени на частые смены инструмента, частые его переточки и связанные с этим расходы могут свести на нет преимущества, полученные от применения высокой скорости резания. Поэтому для каждого отдельного случая надо выбирать допустимую скорость ре­зания, при которой обеспечивается наибольшая производительность и наименьшая себестоимость обработки.

Скорость резания зависит от целого ряда факторов. Основные из них следующие: стойкость инструмента, глубина резания и подача, геометрия инструмента, свойства обрабатываемого и инструментального материалов, СОТС и др.

Под стойкостью (или периодом стойкости) инструмента Т понимают время его работы между переточками (в мин). Суммарная стойкость инструмента – произведение стойкости на количество переточек.

Размерная стойкость инструмента – время работы инструмента, в течение которого обеспечиваются заданные размеры и шероховатость обрабатываемой детали. При этом за критерий затупления принимают радиальный износ h_r, так как радиальный износ инструмента не­посредственно влияет на точность и шероховатость обработанной по­верхности. Температура (скорость резания), при которой наблюдается наименьшая интенсивность износа инструмента, называется оптимальной температурой (скоростью) резания

При резании на скоростях (температурах) резания ниже оптимальных происходит рост интенсивности износа инструмента в результате следующих причин (физических):

– уменьшения отношения твердости Н _и/ Н _м,а следовательно, усиления явлений адгезии;

– повышения коэффициентов трения на передней и задней поверхностях инструмента;

– повышения объема пластической деформации; оно выражается в повышении усадки стружки, повышении микротвердости стружки и обработанной поверхности, увеличении удельной работы стружкообразования. Это объясняется увеличением механического
и адгезионного износа;

– улучшения условий при работе на низких скоростях резания для абразивного действия карбидов и других включений в обрабатываемый материал, которые при низких скоростяхсильнее удерживаются и чувст­вительнее царапают инструмент.