Трение, износ и стойкость инструмента

Трение между стружкой и передней поверхностью инструмента и между его главной поверхностью и поверхностью резания заготовки вызывает износ режущего инструмента. В условиях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашивание инструмента. Высокие температуры и контактные  давления вызывают следующие виды изнашивания; окислительное – разрушение поверхностных оксидных пленок; адгезионное – вырывания частиц материала инструмента стружкой или материалом заготовки вследствие их молекулярного сцепления; термическое – структурные превращения в материале инструмента.

Рассмотрим общий характер износа режущего инструмента на примере токарного резца.

При износе резца на передней поверхности (рис. 1.9, а) образуется лунка шириной b, а на главной задней поверхности – ленточка шириной h. У инструментов из разных материалов и при разных режимах резания преобладает износ передней или главной задней поверхности. При одновременном износе по этим поверхностям образуется перемычка f.

Износ резца по главной задней поверхности (рис. 1.9, б) в процессе обработки изменяет глубину резания, так как уменьшается вылет резца на величину:

и = l – l_и.

Значение износа резца пропор­ционально времени обработки, поэтому по мере роста значения и глубина резания (t) уменьшается. Обработанная поверхность полу­чается конусообразной с наибольшим (D_и) и наименьшим (D) диаметром.

Количественное выражение допустимого значения износа назы­вают критерием износа. За критерий износа принимают в большинстве случаев износ инструмента по главной задней поверхности h. Допустимый износ для токарных резцов:

• из быстрорежущей стали h = 1,5 – 2 мм;
• с пластинками твердого сплава h = 0,8 – 1 мм;
• с минералокерамическими пластинками h = 0,5 – 0,8 мм.

Допустимому износу инструмента соответствует определенная его стойкость. Под стойкостью  инструмента (Т) понимают суммарное время в минутах его работы между переточками на определенном режиме резания.

Стойкость токарных резцов, режущая часть которых изго­товлена из разных инструментальных материалов, составляет 30 –  90 мин. Стойкость инструмента зависит от физико-механических свойств материала инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента и условий обработки. Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания.

Между скоростью резания (V) и стойкостью  инструмента (Т) существует зависимость:

V₁T₁^m = V₂T₂^m = V_nT_n^m = const

или

v = C/T^m,

где С – постоянная величина; т – показатель относительной стойкости (для резцов  т = 0,1  – 0,3).

Так как величина т мала, то стойкость резцов резко падает даже при незначительном повышении скорости резания. Поэтому обработку следует вести на расчетной скорости. Это условие легко выполнимо на станках с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя. На станках со ступенчатым регулированием частоты вращения заготовки это невозможно, и мы вынуждены вести обработку на скорости, меньше расчетной.

Износ инструмента приводит не только к снижению точности размеров и геометрической формы обработанных поверхностей. Работа затупившимся инструментом вызывает рост силы резания. Соответственно увеличиваются составляющие силы резания, что вызывает повышенную деформацию заготовки и инструмента и ещё более снижает точность и изменяет форму обработанных поверхностей заготовок. Увеличиваются глубина наклепанного поверхностного слоя материала заготовки и силы трения между заготовкой и инструментом, что, в свою очередь, увеличивает теплообразование в процессе резания.

При обработке на настроенных станках износ инструмента приводит к рассеянию размеров обработанных поверхностей заготовок, что снижает качество сборки деталей в условиях взаимозаменяемости. Уменьшить влияние износа инструмента на точность обработки можно периодической под наладкой станка.