Резание материалов

Износ и стойкость инструмента

Под влиянием трения поверхности режущей части инструмента изнашиваются, изменяется его геометрия, что влияет на величину пластической деформации, температуру резания и силы резания, а следовательно, на качество и точность обработанной поверхности.

В зависимости от условий резания износ различают:

абразивный - при относительно невысоких скоростях резания износ происходит в основном в следствие трения стружки о переднюю поверхность и обрабатываемой детали о заднии поверхности;

термический - при высоких скоростях резания и под влиянием температуры резания (более 600 0С) мартенситная структура быстрорежущего инструмента может перейти в аустенито-мартенситную или троостито-мартенситную;

окислительный - при высоких температурах может проходит окисление верхних слоев трущихся поверхностей. Окисленные пленки, обладая хрупкостью, разрушаются, уступая место нижележащим слоям, с которыми происходит то же самое;

хрупкий - у инструментов из хрупких материалов, кроме истирания рабочих поверхностей, происходит выкрашивание его частиц;

адгезийный - из-за высоких температур и давлений, и при низких температурах резания происходит слипание стружки с передней поверхностью, в результате чего частицы материала инструмента местами вырываются с поверхности и уносятся сходящей стружкой;

диффузионный - при работе твердосплавным инструментом с высокими скоростями резания, когда температура достигает 900 0С, в зоне контакта происходит сильное размягчение поверхностных слоев, и начинается диффузия атомов этих поверхностей

Определенное влияние на износ инструмента оказывает ударная нагрузка, имеющая место при прерывистом резании или неравномерном припуске. В этом случае возникают усталостные явления инструментального материала, называющее повышение интенсивности износа.

В зависимости от условий обработки износ может протекать следующим образом:

изнашивается преимущественно задняя поверхность и незначительно передняя (рисунок 5.12, а);

изнашивается преимущественно передняя поверхность и не изнашивается задняя (рисунок 5.12. б);

одновременно изнашиваются обе поверхности (рисунок 5.12, в);

округляется лезвие (рисунок 5.12, г).

а) по задней поверхности; б) по передней поверхности;

в) по передней и задней поверхностям; г) округление режущей кромки (лезвия)

Рисунок 5.12 - Схемы износа инструмента

Инструменты изнашиваются по задней поверхности преимущественно при обработке пластичных материалов с толщиной среза меньше 0,1 мм, а также при обработке хрупких материалов, когда образуется стружка надлома. Износ по задней поверхности является основной причиной затупления инструмента. Поэтому за меру величины износа обычно принимают размер hз изношенной площадки на задней поверхности. Кроме того, износ на задней поверхности легче измерить, чем на передней поверхности. Величина hз, при которой дальнейшая работа инструмента должна быть прекращена, называется допустимой величиной износа или нормой износа (нормальный износ).

Инструмента изнашиваются по передней поверхности преимущественно при обработке пластичных материалов с толщиной срезаемого слоя больше 0,5 мм. При этом на передней поверхности вырабатывается лунка, которая постепенно увеличивается, и, когда ширина перемычки f достигает нуля, наступает полный износ резца. Износ по передней поверхности измеряется глубиной лунки hл (рисунок 5.12), и при этом уменьшается угол резания.

Если измерять глубину лунки через равные промежутки времени и данные наносить на график (рисунок 5.13), то получим кривую, характеризующую износ поверхности:

1 участок - период начального износа. Он продолжается недолго.

2 участок - период нормального износа, в течение которого износ инструмента происходит значительно медленнее.

3 участок - период усиленного износа. Здесь за небольшой отрезок времени износ резко увеличивается

1 - период начального износа; 2 - период нормального износа;

3 - период усиленного износа

Рисунок 5.13 - Кривая износа

Износ одновременно по передней и задней поверхностями происходит при обработке пластических металлов с толщиной среза от 0,1 до 0,5 мм, в частности, при обработке пластмасс.

Интенсивность износа - отношение величины износа ко времени работы инструмента.

Оптимальная геометрия - геометрия инструмента, обеспечивающая наименьший износ.

Стойкость инструмента - время непрерывной работы инструмента от заточки до заточки. При каждой заточке стачивается определенный слой режущего материала. Количество переточек, допустимое инструментом, А, равно

,

где М ? величина допустимого стачивания инструмента;

у ? толщина слоя, снимаемого при переточке.

Таким образом, общая продолжительность работы инструмента до его полного естественного износа, называется суммарной стойкостью, Тсум, мин, составляет

,

где Т - стойкость инструмента, т.е. время работы инструмента без переточки.

Вибрации при резании

Вибрации - колебания системы станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД).

Вибрации при резании являются вредным явлением, так как они увеличивают износ инструмента, ухудшают качество обрабатываемой поверхности, ускоряют износ станка, приводят к снижению производительности труда.

В зависимости от плоскости действия вибрации делятся на:

горизонтальные (в горизонтальной плоскости) ? действуют в направлении силы РY, совершаются в основном за счет колебаний обрабатываемой детали;

вертикальные (в вертикальной плоскости) - действуют в направлении силы РZ,, совершаются в основном за счет колебаний резца;

обрабатываемая деталь и резец могут одновременно совершать колебания в двух плоскостях.

Обработанная поверхность при вибрациях представляет собой волнистую линию.

В зависимости от рода происхождения различают вибрации:

вынужденные колебания - когда имеется налицо внешняя периодически действующая возбуждающая сила. Возникают из-за дисбаланса частей станка или вращающейся обрабатываемой детали, пульсации жидкости в трубопроводе в станках с гидроприводом и т.п. Меры борьбы - устранение причин, вызывающих возбуждающую силу.

автоколебания - незатухающие колебания системы, которые сами являются источниками этих колебаний, причем амплитуда и период колебаний определяются свойствами самой системы.

Для возникновения автоколебаний необходим возбудитель, т.е. первоначальный толчок. При наличии возбудителя сила резания, постоянная при устойчивом резании, превращается в переменную силу, поддерживающую колебательное движение.

Как известно, пластической деформации подвергаются слои металла, лежащие впереди резца и за ним. При первоначальном врезании (рисунок 5.14) резец углубляется в «свежий» металл, затем вследствие наклепа металла, прилегающего к стружке, он внедряется в более глубокие слои металла - твердый металл, отталкивается. В результате этого изменяется толщина среза и сила резания. Во время выхода резца из металла, т.е. в начале в начале отталкивания обрабатываемой детали от резца (точка А на рисунке 5.14), сила резания будет больше при внедрении резца в металл, т.е. в начале сближения обрабатываемой детали с резцом (точка В на рисунке 5.14).

Рисунок 5.14 - Схема врезания и отталкивания резца при колебаниях

Таким образом, сила резания - величина переменная, а поэтому она будет поддерживать колебания.

Влияние наклепа на автоколебания подтверждаются тем, что вибрации тем интенсивнее, чем большую склонность к наклепу имеет обрабатываемый материал. Наиболее сильные вибрации возникают при обработке пластичных сталей и значительно слабее при обработке чугуна

Из элементов режима резания влияние на вибрации оказывают:

скорость резания - вибрации не возникают при малых и высоких скоростях резания, т.е. в границах отсутствия нароста (хотя имеются исключения). К тому же, при высоких скоростях уменьшается степень наклепа обрабатываемого материала, что так же способствует снижению вибраций.

глубина резания - интенсивность вибраций увеличиваются почти пропорционально глубине резания при t>s. С увеличением глубины резания вибрации повышаются, т.к. возрастают силы резания, которые оказывают влияние на жесткость системы СПИД.

подача - с увеличением подачи вибрации уменьшаются. Это объясняется тем, что с повышением подачи в меньшей мере сказывается влияние округление лезвия на процесс резания, а так же уменьшается действительный задний угол, т.к. увеличивается задний угол движения. Чем меньше задний угол, тем затруднительнее врезание резца.

С увеличением главного угла в плане вибрации снижаются, т.к. уменьшается сила РY. С увеличением переднего угла в области его положительных значений вибрации уменьшаются, т.к. создаются более благоприятные условия для образования нароста, а также снижается степень наклепа. С увеличением радиуса закругления вершины резца вибрации возрастают, т.к. уменьшается угол в плане на закругленном участке лезвия.

С повышением износа инструмента вибрации увеличиваются, т.к. возрастают силы, действующие на резец, и особенно сила задней поверхности. Поэтому, при опасности появления вибраций инструмент не следует доводить до большого износа.

В качестве искусственных сопротивлений могут применяться специальные приспособления - виброгасители, которые вводятся в систему СПИД.

Гашение вибраций также возможно путем включения в упругую систему демпферов, поглощающих и рассеивающих энергию колебания за счет внутреннего трения. В качестве демпфера можно использовать резину, пластмассу, мягкую латунь, медь и т.п. Например, при точении прокладка из указанного материала устанавливается между державкой резца и резцедержателем.

Размещено на Allbest.ru