книги / Процессы формообразования и инструменты

Таблица 5.2

Рекомендации по выбору типа пластин (+ – предпочтительно; 0 – возможно; – – не рекомендуется)

Вспомогательный угол в плане ϕ1 определяет положение вспомогательной режущей кромки. От величины угла ϕ1 зависит качество обработанной поверхности. Чем меньше угол ϕ1, тем меньше вели-

81

чина шероховатости обработанной поверхности. Однако уменьшение угла ϕ1 приводит к увеличению площади контакта вспомогательной режущей кромки с обработанной поверхностью, что приводит к увеличению силы трения и, как следствие, повышению температуры в зоне резания. В результате перегрева увеличивается износ режущей части инструмента.

чем ↓ ϕ → ↓ Ra

чем ↓ ϕ → ↑ трение → ↑ температура → ↑ износ

На практике угол ϕ1 назначают 5–15°.

Угол ϕ выбирают отталкиваясь от геометрии обрабатываемой поверхности. Если при обработке обеспечивается свободный выход для инструмента, то угол ϕ назначают минимально допустимым – 30°.

Если геометрия обрабатываемой поверхности не обеспечивает свободный выход инструмента, то угол φ берут по геометрии сопряженных поверхностей обрабатываемой детали.

5.3. Назначение радиуса при вершине инструмента

Основное правило при выборе радиуса при вершине инструмента: радиус при вершине должен быть немного меньше глубины реза-

ния [2–4].

Радиус при вершине влияет на процесс резания.

Малый радиус при вершине:

–рекомендован для небольшой глубины резания;

–повышает точность обработки;

–снижает вибрации;

–слабая режущая кромка.

Большой радиус при вершине:

–работа на высоких подачах;

–большие глубины резания;

–высокая прочность режущей кромки;

–увеличение радиальных сил резания;

–снижение точности обработки.

82

На рис. 5.5 Показано влияние геометрических параметров инструмента на величину вибрации [2–4].

Рис. 5.5. Влияние геометрии инструмента на величину вибрации

Анализ рис. 5.5 показал, что для обеспечения высокой точности обработки необходимо применять инструмент с минимальным радиусом при вершине, максимальным углом в плане и положительным передним углом.

83

Глава VI

СТОЙКОСТЬ ИНСТРУМЕНТА

Обеспечение максимальной стойкости инструмента является одной из первостепенных задач при назначении режимов обработки

[1, 4].

Для обеспечения максимальной стойкости инструмента необходимо:

1.Оптимизировать глубину резания ap (для сокращения количества резов).

2.Оптимизировать подачу S (для сокращения времени резания).

3.Уменьшить скорость резания v (для снижения количества

тепла).

На рис. 6.1 показано влияние глубины резания на стойкость инструмента.

Рис. 6.1. Влияние глубины резания на стойкость инструмента

Слишком маленькая глубина резания способствует возникновению вибраций. Затрудняется контроль над стружкообразованием. Поскольку толщина стружки минимальна, возникает чрезмерный перегрев зоны резания. Слишком глубокое резание сопровождается повышенными силами резания, что ведет к чрезмерным нагрузкам на инструмент. При высоких нагрузках возрастает вероятность поломки режущей пластины. Обработка с большими глубинами резания тре-

84

бует повышенной мощности, что делает процесс экономически неэффективным.

На рис. 6.2 показано влияние подачи на стойкость инструмента.

Рис. 6.2. Влияние подачи на стойкость инструмента

Подача является основным фактором, влияющим на производительность обработки. Слишком низкая подача способствует интенсификации износа по задней поверхности. Возрастает вероятность возникновения нароста на передней поверхности инструмента. Снижается экономическая эффективность процесса обработки. Слишком высокая подача способствует потере контроля над стружкодроблением, в связи с чем снижается качество обработанной поверхности. Наблюдается повреждение инструмента стружкой.

На рис. 6.3 показано влияние скорости резания на стойкость инструмента.

Рис. 6.3. Влияние скорости резания на стойкость инструмента

85

Скорость резания оказывает самое сильное влияние на стойкость инструмента. Слишком низкая скорость резания ведет к снижению качества обработанной поверхности. Происходит чрезмерное затупление режущей кромки. Процесс резания становится экономически невыгоден. Слишком высокая скорость резания способствует быстрому износу инструмента по задней поверхности. Снижается качество чистовой обработки.

Кроме режимных параметров на период стойкости резца Т оказывает влияние геометрия инструмента.

На рис. 6.4 показана зависимость периода стойкости от переднего угла резца.

Рис. 6.4. Влияние переднего угла на стойкость инструмента

Такая зависимость (см. рис. 6.4) объясняется действием температуры резания. При увеличении переднего угла облегчаются условия деформации в зоне стружкообразования, что приводит к уменьшению усадки, снижению количества выделяемого тепла, также снижается температура резания, уменьшается износ и увеличивается стойкость.

Но при увеличении угла γ снижается массивность режущего клина, что приводит к концентрации тепла в меньшем объеме инст-

86

румента, в результате чего происходит перегрев инструмента, увеличивается его износ и снижается стойкость.

При увеличении главного заднего угла (рис. 6.5) уменьшается зона контакта поверхности инструмента с поверхностью резания. Следовательно, снижается трение и количество выделяемого тепла, уменьшается износ и увеличивается период стойкости инструмента.

При увеличении главного заднего угла происходит уменьшение массивности режущего клина, что негативным образом сказывается на прочности инструмента.

На рис. 6.6 показана зависимость между главным углом в плане и стойкостью инструмента.

Несмотря на то, что при увеличении главного угла в плане уменьшается усадка стружки, сила резания и количество выделяемого тепла, происходит возрастание концентрации температуры в инструменте из-за изменения массивности клина.

87

Глава VII

ИЗНОС ИНСТРУМЕНТА

В процессе резания из-за больших контактных давлений и высоких температур резания лезвие инструмента теряет свою режущую способность. Это вызвано износом контактных поверхностей инст-

румента [1, 4, 10, 14].

Различают несколько процессов износа:

1.Изнашивается преимущественно задняя поверхность инструмента (рис. 7.1, а).

2.Изнашивается преимущественно передняя поверхность инструмента и слабо задняя (рис. 7.1, б).

3.Изнашиваются задняя и передняя поверхности инструмента

(рис. 7.1, в).

Рис. 7.1. Износ инструмента

Лунка образуется в точке с максимальной температурой.

Вмомент, когда поверхность лунки на передней поверхности соприкоснется с поверхностью износа на задней поверхности, инструмент придет в негодность.

Впроцессе резания пластинами из твердого сплава наблюдается выкрашивание режущих кромок. Такой вид износа обусловлен цик-

88

лическими нагрузками, действующими на режущую кромку, и превышением изгибающих нагрузок, действующих на переднюю поверхность.

При обработке заготовок из труднообрабатываемого материала твердосплавным инструментом наблюдается пластическое деформирование режущей кромки.

Мерой износа инструмента выступают линейные размеры площадок и лунок износа.

Существует четыре гипотезы, объясняющие механизм изнашивания инструмента:

1)абразивное действие, оказываемое обрабатываемым материалом (абразивное изнашивание);

2)адгезионное взаимодействие между инструментом и обрабатываемым материалом (адгезионное изнашивание);

3) диффузионное растворение инструментального материала

вобрабатываемом (диффузионное изнашивание);

4)химические процессы, происходящие на передней и задней поверхностях (окислительное изнашивание).

7.1. Абразивное изнашивание

Сущностью абразивного износа является царапание контактных поверхностей инструмента твердыми включениями обрабатываемого материала. В результате этого контактные поверхности меняют свою геометрическую форму и размеры. В составе любого обрабатываемого материала содержатся компоненты, твердость которых намного превосходит твердость основного состава. В стали такими компонентами могут быть цементит, карбиды и т.д.

Чем меньше отношение твердости инструмента к твердости обрабатываемой заготовки, тем сильнее абразивное изнашивание.

Абразивное изнашивание усиливается при резании в химически активных средах.

89

7.2.Адгезионное изнашивание

Впроцессе резания на контактных поверхностях инструмента создаются условия для сближения контактирующих тел, при этом параметр сближения равен размеру кристаллической решетки материалов. В таких условиях возникают межмолекулярные связи, под действием которых создаются мостики сварки.

При возникновении мостиков сварки на выступах шероховатости поверхности инструмента остаются частицы стружки.

Впоследующем при движении стружки вновь возникают мостики сварки и опять происходит вырывание частиц стружки.

Процесс образования и разрушения носит циклический характер. В результате этого выступ шероховатости поверхности инструмента циклически разрушается, и эта частица уносится стружкой.

7.3.Диффузионный износ

При температуре резания свыше 800 °С наблюдается диффузионный износ. При такой температуре и больших контактных давлениях в местах контакта стружки с инструментом происходит временная диффузия молекул инструментального и обрабатываемого материала. В результате этого на контактных поверхностях инструмента создается пограничный слой с другими физикомеханическими характеристиками, прочность которых меньше прочности инструментального материала.

7.4. Окислительный износ

При температуре 700–800 °С возникает окислительный износ, при таких температурах кислород из воздуха активно вступает в химическую реакцию с поверхностями инструмента, в результате чего создаются окислы, прочность которых в 30–40 раз меньше прочности основного инструментального материала.

Наиболее активно окисляется кобальт в твердых сплавах. В результате целые блоки карбидов вырываются с поверхностей.

90