Общие сведения. В результате высокого давления, температуры и скорости относительного перемещения контактные поверхности инструмента в процессе резания изнашиваются (рис

В результате высокого давления, температуры и скорости относительного перемещения контактные поверхности инструмента в процессе резания изнашиваются (рис. 32). Износ контактных площадок происходит непрерывно на протяжении всего процесса резания при всех практически возможных толщинах среза, скоростях резания и физико-механических свойствах как обрабатываемого, так и инструментального материалов. Износ трением является основной причиной затупления инструментов и имеет место во всех без исключения случаях и на всех инструментах независимо от их вида и назначения. Изнашивание инструментов, изготовленных из хрупких инструментальных материалов, например, из твердых сплавов, может сопровождаться осыпанием и выкрашиванием режущего лезвия. При резании инструментами с очень высокими силовой и тепловой нагрузками износу инструмента иногда предшествует пластическое деформирование лезвия, в результате которого часть передней поверхности опускается на расстояние h ₁, а часть задней поверхности поднимается на высоту h ₂ (рис. 32, б). В результате искривления задней поверхности на ней образуется нулевой или отрицательный задний угол, способствующий интенсивному изнашиванию инструмента.

Рис. 32. Визуально наблюдаемые признаки износа лезвий: а – износ передней и задней поверхностей; б – пластическое деформирование

В зависимости от условий резания видимые признаки износа находятся на разных участках лезвий инструмента. Износ инструмента может происходить: только по задней поверхности (рис. 33, а); одновременно по передней и задней поверхностям (рис. 33, б); только по передней поверхности (рис. 33, в). Характер износа резца рассматривается в главной секущей плоскости и зависит от многих факторов: физико-механических свойств инструментального и обрабатываемого материалов; элементов режима резания и параметров срезаемого слоя; геометрических параметров инструмента; качества поверхностного слоя лезвий, смазочно-охлаждающих технологических средств и др. [1, 2].

Рис. 33. Износ лезвия инструмента: а – только задней поверхности; б – одновременно задней и передней поверхностей; в – только передней поверхности

Износ задней поверхности инструмента оказывает существенное влияние на процесс резания: изменяются сила и температура резания, шероховатость и точность обработанных поверхностей. Для количественной оценки износа задней поверхности инструмента наибольшее применение нашла линейная мера – максимальная ширина h_{з max} изношенной поверхности (см. рис. 32, а). Обычно измерение размера h_{з max} производится лупой, оснащенной шкалой, как в приборе для измерения твердости по Бринеллю, или ручным микроскопом типа МПБ – 2.

Кривые износа

Кривые износа выражают функциональную зависимость износа задней поверхности лезвия от продолжительности резания t. Кривые износа строят в линейных координатах по результатам непосредственных измерений максимального линейного износа h_{з max} через произвольные отрезки времени. Типичная кривая линейного износа h_{з max} = f (t)показана на рис. 34. Вид кривой дает формальное основание считать, что при работе резца существует три периода с различной интенсивностью изнашивания. В начальный период резания на отрезке 0 – 1 вновь заточенный резец сначала изнашивается с очень большой интенсивностью, которая затем быстро уменьшается. Этот период называется периодом приработки или начального износа. В это время изнашиванию подвергается поверхностный слой инструмента, получивший структурные повреждения при изготовлении, в частности, при заточке. Участок 1 – 2 соответствует установившемуся процессу изнашивания (период нормального износа). На конечном участке 2 – 3 интенсивность изнашивания вновь возрастает, наступает период катастрофического износа. Это вызвано увеличением работы сил трения на изношенных контактных поверхностях лезвия, повышением температуры на них и связанными с этим структурными изменениями в приграничных слоях инструмента, контактирующих с обрабатываемым материалом.

Рис. 34. Кривая линейного износа задней поверхности резца

Критерии износа инструментов

Прекращение работы инструмента для его замены или переточки может быть вызвано различными причинами: резким возрастанием интенсивности износа, ухудшением качества обработанной поверхности, резким увеличением силы резания и т.д.

Момент затупления инструмента устанавливают с помощью критерия износа. Количественное выражение допустимой величины износа, при которой дальнейшая работа инструмента должна быть прекращена, называется критерием износа. Используют два критерия: критерий оптимального износа и критерий технологического износа. В обоих критериях за основу принимают линейный износ задней поверхности, т.к. задняя поверхность инструмента изнашивается всегда, и измерение ширины площади износа по задней поверхности h_з значительно проще, чем глубины лунки износа на передней поверхности инструмента h_л (см. рис. 33).

Под оптимальным износом h_{з опт} понимают такой износ, при котором суммарный период стойкости инструмента достигает максимальной величины. Суммарный период стойкости можно определить по формуле:

T _cум = i·Т,

где i – число переточек, допускаемых инструментом до его полной амортизации; Т – период стойкости – время резания инструментом между двумя заточками. На рис. 34 оптимальный износ соответствует времени работы инструмента до точки 2¢.

Применение критерия оптимального износа возможно не всегда. Им нельзя пользоваться в случаях, когда на кривой износа нет участка катастрофического износа (см. рис. 34) или по каким-либо причинам износ инструмента нельзя доводить до величины h_{з опт}. В этих случаях используют критерий технологического износа.

Под технологическим износом понимают такой износ, при котором работу инструмента прекращают по технологическим ограничениям: недопустимое увеличение шероховатости обработанной поверхности; потеря инструментом необходимого размера; возникновение вибраций; чрезмерный нагрев детали и т.п. Критерий технологического износа в основном используют при чистовой обработке.