ТОКАРНОЕ ДЕЛО

Износ и стойкость резцов

По закону сохранения энергии энергия, затраченная на процесс резания, не может исчезнуть: она превращается в другой вид —в тепловую энергию. В зоне резания возникает теплота ре­зания.

В процессе резания больше всего нагре­вается стружка (75% тепла), так как она претерпевает значительную дефор­мацию. До 20% выделяемого тепла воспринимает резец, около 4% —обра­батываемая поверхность и около 1% расходуется на нагрев окружающей атмосферы (радиация). При затуплении резца схема распреде­ления тепла резания изменяется: резец и заготовка нагреваются в большей сте­пени. Стальная стружка, сходя по пе­редней поверхности резца, успевает пе­редать ему большую часть своего тепла, поэтому инструмент, нагреваясь от тре­ния и получая дополнительный нагрев от стружки, может перегреться и поте­рять свои режущие свойства. Режущая кромка такого перегретого инструмен­та приобретает синий оттенок и оплав­ляется. Оплавление режущей кромки — результат неправильного выбора режи­мов резания.

Но если резец не доведен до аварийно­го разрушения (оплавления) режущей кромки, перегрев приводит к размягче­нию трущихся поверхностей инструмен­та и ускорению износа. Износ (истирание) резца происходит по передней или по задней поверхности или одновременно по обеим поверхнос­тям (рис. 294, а, б, в,). На передней поверхности стружка «вы­рабатывает» углубление (лунку) глу­биной Л„. При дальнейшем износе лун­ка растет и может дойти до режущей кромки, вызвав ее разрушение. Однако практически такое разрушение кромки маловероятно, так как инструмент пе­ретачивают раньше из-за износа по зад­ней поверхности. Лунка, увеличивая

СХЕМЫ ИЗНОСА РЕЗЦОВ

А — по задней поверхности, б — по пе­редней поверхности, в— по задней и пе­редней поверхностям

В)

Hn

Передний угол резца, облегчает процесс резания и относительно даже полезна. Трение по поверхности резания приво­дит к износу задней поверхности резца, здесь образуется площадка, характери­зуемая высотой Л3. Чем больше высота площадки, тем больше трение, соответ­ственно больше нагрев и быстрее про­текает дальнейший износ: размер пло­щадки увеличивается, и это вновь при­водит к ускорению нагрева и истирания инструмента. Такой «лавинообразный» рост износа по задней поверхности яв­ляется опасным для резца и допуска­ется только в определенных пределах (допускаемый износ). Физический износ объясняется двумя причинами:

Первая — непосредственным царапани­ем твердыми частицами обрабатывае­мого металла поверхности инструмента Такой износ называется абразив­ным. Он характерен для обработки чу­гуна, который обладает абразивной способностью — твердыми кристаллами карбидов интенсивно истирает поверх­ность инструмента:

Вторая — при нагреве поверхности ин­струмента размягчившиеся частички металла прилипают к сходящей струж­ке и к поверхности резания. Этому при­липанию («адгезии») способствует вы­сокое давление между трущимися по­верхностями. Имеет значение также

Химическое сродство обрабатываемого металла с материалом инструмента (например, при обработке стали прили­пание к резцу из быстрорежущей стали интенсивнее, чем к твердосплавному). Чем выше нагрев, тем интенсивнее про­текает прилипание и износ инструмен­тов из-за выноса частичек металла ин­струмента. Такой вид износа часто на­зывают тепловым. Он характерен для обработки стали и других вязких ме­таллов.

Износ резца происходит неравномерно. В первые минуты работы инструмента быстро истираются шероховатости на режущей кромке и обезуглероженный в процессе закалки тонкий слой. Это так называемый приработочный износ. Если изобразить процесс износа графи­чески (рис. 295), т. е. по горизонталь­ной оси откладывать время работы ин­струмента Т, а по вертикальной — вели­чину износа /г3 по задней поверхности, то приработочный износ будет изобра­жен в виде кривой 1, идущей вверх под углом 45° к оси времени. Затем насту­пает период нормального износа; с тече­нием времени высота площадки h3 рав­номерно растет (участок 2). Когда эта высота достигает определенной макси­мальной величины mnx, дальнейший

7qc зависимость износа по задней поверхности от продолжи­тельности работы:

Зоны: ! — приработки, 2 — нормального износа, 3 — разрушения: Т — период стойкости резца

Hj, MM; і

Перегрев резца вызовет лавинообраз­ное увеличение высоты площадки и раз­рушение режущей кромки. На графике зона аварийного износа показана кри­вой 3, идущей круто вверх. Чтобы не допускать аварийного разру­шения кромки резца, его перетачивают раньше, т. е. когда величина износа сос­тавит /із. доп - Величины допускаемого из­носа приводятся в справочных табли­цах. Например, для проходного твердо­сплавного резца сечением 16X25 мм2 допускаемый износ Л3.дОІГ=2 мм по стали и 4 мм по чугуну; для чистовых проходных, отрезных и резьбовых рез­цов Лз-доп — 0,5 мм и т. д. (рис. 296). Время работы инструмента до износа на величину Л3.доп называется перио­дом стойкости (стойкостью) Тмин. Иначе говоря, стойкостью называ­ется машинное время работы резца до переточки. Переточка инструмента при износе на заданную допускаемую вели­чину Лз-доп называется принуди­тельной переточкой. Она обеспе­чивает наиболее правильную эксплуа­тацию режущего инструмента. Непосредственный контроль величины износа Л3 с помощью оптического при­бора осуществляют в лабораториях, а на производстве применяют другие спо­собы оценки состояния инструмента (так называемые критерии износа). В качестве критерия износа может слу­жить скачок стрелки амперметра, вклю­ченного в цепь якоря мотора. Современ­ные станки (например, 16К20, 1К62, 1А616) имеют на электрическом щите такой амперметр. Скачок стрелки ам­перметра означает повышение расходу­емой мощности на процесс резания, что возникает прн повышенном износе инструмента. Критерием износа может служить также появление на обрабо­танной поверхности блестящей желтой полоски.

В серийном и массовом производстве, когда изготовляют большие партии одинаковых деталей, предварительно устанавливают, сколько деталей долж­но быть изготовлено до износа инстру­мента на допускаемую величину и пос­ле обработки такой партии снимают ин­струмент для переточки. Оценка износа инструмента по величине партии дета­лей называется технологическим критерием. Стойкость режущего инструмента зависит от многих факто­ров: от инструментального материала, от обрабатываемого материала, от гео­метрии инструмента, режимов резания, качества СОЖ и др. Наибольшее влияние на стойкость ока­зывает скорость резания. Чем выше скорость резания, тем больше энергии расходуется на процесс резания, боль­ше выделяется тепла, интенсивнее про­исходит износ трущихся поверхностей (тепловой и абразивный) и быстрее падает стойкость.

Связь между скоростью резания и стой­костью выражается формулой

V = —— м/мин,

•рт '

Где т — показатель степени, характе­ризующий интенсивность па­дения стойкости при увели­чении скорости; для быстро­режущих резцов т — 0,125, для твердосплавных т=0,2.

Пример. При обточке стальной заготовки резцом Р18 со скоростью резания vi—25 м/мин стойкость резца составляла Ті =60 мин. Какая будет стойкость резца Тг при скорости резания f2=30 м/мин?

Решение:

С

V = м/мин - vTm = С; vj»' = «,7»; Т™ — *

Я" г 30 У 6

— 24 мин.

Как видно из примера, увеличение ско­рости резания на 20% (с 25 до 30 лфшк) вызвало падение стойкости на 60% (с 60 до 24 м/мин), т. е. почти в три ра­за. Отсюда следует важный закон реза­ния: небольшому приращению скорос­ти резания соответствует несоизмеримо большее падение стойкости. Таким образом, если повышать произ­водительность резца за счет увеличе­ния скорости резания, то это может вы­звать снижение стойкости инструмента, увеличенный расход инструмента, что, в конечном итоге, вызовет ухудшение экономических показателей производ­ства (себестоимость детали из-за увели­чения расхода инструментов повыша­ется).

Снижение стойкости (ускоренный из­нос) также вызывает повышение себе­стоимости изделия.

Скорость резания принимают с учетом экономических факторов. Скорость ре­зания, при которой себестоимость изго­товленных деталей является минималь­ной, называется экономической скоростью резания vaK (табл. 20). Стойкость инструмента, соответствую­щая экономической скорости резания, называется экономической стой­костью 1 эк

(табл. 21)

Повышение стойкости против норма­тивной потребует снижения скорости резания, а значит и производительно­

Сти, что в свою очередь приведет к рос­ту себестоимости изделия. Рациональная эксплуатация режущих инструментов заключается в назначе­нии таких режимов резания, при кото­рых инструмент выдерживал бы задан­ную норму экономической стойкости.