8.3. Критерии затупления режущих инструментов

Если износ резца доводить до точки А (см. рис. 8.2) и затем отдавать резец в переточку, то такой износ не будет экономичным, так как резец придется перетачивать слишком часто. С другой стороны, невыгодно доводить резец и до слишком большого, катастрофического износа, соответствующего точке С, так как тогда при переточке резца придется удалить большой слой металла. Доводить резец до большого износа нельзя и потому, что при достижении определенной величины износа по задней поверхности увеличиваются силы резания, повышается температура резания, увеличивается шероховатость обработанной поверхности, снижается точность обработки, появляются вибрации, что особенно недопустимо при чистовой обработке.

Возникает вопрос: когда необходимо закончить работу данным резцом и отдать его в переточку? Иначе говоря, - какой следует установить критерий износа резца?

Критерий отказа инструмента, характеризуемый максимально допустимым значением износа режущего лезвия, после достижения которого наступает его отказ, называется критерием затупления. Критерии зависят от характера обработки и обрабатываемого материала.

Критерий блестящей полоски. Резец считается изношенным и его надо отдавать в переточку, когда при обработке стали на поверхности резания появляется блестящая полоска (рис. 8.8), а при обработке чугуна – темные пятна. В данный момент отдельные точки режущей кромки уже начинают выкрашиваться; в этих местах резец производит большое смятие отдельных участков поверхности резания и как бы полирует их. Появление блестящей полоски соответствует началу третьего периода износа. При дальнейшей работе в течение 1 – 2 мин произойдет полное разрушение режущей кромки и резец окончательно выйдет из строя. Следовательно, этот критерий нельзя применять для чистовых работ, а также при работе сложным и дорогим инструментом. При работе резцами с твердосплавными пластинками заметить блестящую полоску бывает трудно; требуется также усиленное внимание, чтобы обнаружить темные пятна на поверхности резания и при обработке чугуна.

Рис. 8.8. Блестящая полоска на поверхности резания

Силовой критерий (критерий Шлезингера). Резец считается затупленным, когда начинается резкое увеличение сил, особенно сил P_y и P_x. К недостаткам этого критерия относится необходимость иметь на станке специальные приборы для измерения сил, действующих при резании, а потому в цеховых условиях он неприменим.

Критерий оптимального износа. Под оптимальным износом инструмента подразумевается такой износ, при котором полный период его стойкости получается наибольшим. Полный период стойкости М инструмента определяется как произведение количества переточек, допускаемых пластинкой при данном износе, на время работы, за которое этот износ образовался, т.е.

М=КТ мин,

где К - количество переточек, допускаемых пластинкой при данном износе;

Т - машинное время работы (период стойкости) инструмента, соответствующее данному износу.

Количество переточек, допускаемых пластинкой при ее износе по передней поверхности (рис. 8.9)

К₁=(2C/3)/x=(2C/3)/(h_л+),

где С – высота (толщина) пластинки в мм;

x – слой, удаляемый при переточке по передней поверхности, в мм;

 - допуск на заточку (для удаления слоя, несколько большего, чем глубина лунки);  = 0,1…0,2 мм.

Пластинки обычно перетачиваются не до основания, что и отражено в формуле коэффициентом 2/3.

Рис. 8.9. Элементы износа и заточки резца

Количество переточек, допускаемых шириной пластинки при ее износе по задней поверхности (см. рис. 8.9, а),

К₂ = (2В/3)/y,

где В – ширина пластинки в мм в направлении, перпендикулярном к главной режущей кромке;

у – слой, удаляемый при переточке по задней поверхности, измеряемый вдоль ширины пластинки, в мм.

В свою очередь,

у =р+.

Из рис. 8.9, б

р = а/cos ; а = h_зtg .

тогда

р = h_зtg /cos ; у = h_зtg /cos +; К₂ = (2В/3)/ (h_зtg /cos +),

где среднее значение  = 0,15 мм.

На рис. 8.10 показана зависимость полного периода стойкости резца от величины допустимого износа по задней поверхности; условия работы: ширина пластинки В = 15 мм; =12;  = 10. Оптимальное значение допустимого износа по задней поверхности h_{з опт} = 1,3 мм, соответствующее 40 мин резания.

Из рассмотренного примера следует, что оптимальный износ соответствует точке В (см. рис. 8.2), т.е. концу второго периода.

Критерий оптимального износа находит применение в исследовательских работах по определению режущих свойств инструмента, предназначенного для предварительных (черновых) и получистовых работ. Он может быть использован и в производственных условиях для инструмента, предназначенного для обработки деталей массового производства, а также для инструмента дорогого и сложного в производстве.

Рис. 8.10. Зависимость общего срока работы резца от износа

по задней поверхности

Технологический критерий. Этот критерий применяется к инструменту, предназначенному для чистовой (окончательной) обработки. Сущность его заключается в том, что инструмент считается изношенным (затупленным), когда обработанная поверхность перестает отвечать техническим условиям на нее. По этому критерию инструмент нуждается в переточке при износе, меньшем, чем при всех других критериях. В зависимости от обрабатываемого материала, наряду с ограничениями шероховатости и точности обработки, учитываются и другие. Например, при сверлении пластмасс устанавливают дополнительный технологический критерий затупления сверл по образованию сколов и отслоений материала на входе и выходе сверла из отверстия, появлению прижогов на поверхностях инструмента и обрабатываемой детали, обильному выделению газов.

Размерная стойкость режущих инструментов. Относительные износы. Для анализа вопросов, связанных с работой инструмента в автоматизированном производстве, важное значение имеет его размерная стойкость, под которой понимают способность инструмента обеспечивать получение деталей с определенной точностью. Например, при точении износ задней поверхности резца сопровождается увеличением диаметра обработанной детали на удвоенный радиальный износ h_р инструмента (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Изменение размеров обработанной детали

при радиальном износе резца

Для резца с острозаточенной вершиной значение h_р можно найти по формуле

.

Экспериментально его можно определить с помощью микроскопов или датчиков положения вершины инструмента.

Размерную стойкость инструментов можно характеризовать продолжительностью их работы без подналадки или замены, количеством обработанных деталей, длиной пути резания, площадью обработанной поверхности и объемом снятого металла. Все перечисленные характеристики являются частными и в общем случае не пригодны для выбора оптимальных условий ведения автоматических процессов обработки резанием, поскольку не учитывают уровни скорости резания и допустимого затупления. Например, по периоду стойкости нельзя судить о размерной стойкости сравниваемых инструментов, если последние работали при различных скоростях резания и подачах и были доведены до разной степени затупления.

Более объективными можно считать такие показатели износа, как:

относительный радиальный линейный износ (мкм/м)

;

скорость размерного износа (мкм/мин)

;

относительный радиальный поверхностный износ (мкм/10³см²)

;

относительный радиальный объемный износ (мкм/10³см³)

,

где - соответственно предельный радиальный износ и начальный радиальный износ (после периода приработки);

L, L_H - пути резания и приработки;

Т, Т_н - периоды размерной стойкости и приработки;

П - площадь обработанной поверхности;

Q - объем снятого металла.

В нормативно-справочной литературе отсутствуют сведения об относительных износах. Поэтому их определяют экспериментальным путем, для чего находят параметры математической модели вида h₀ = f(V, s, t). Например, для относительного поверхностного износа при точении стали марки ЗОХГСА получена модель h_оп = 0,286/s^1,25мкм/10³см².

На рис. 6.10 представлены результаты исследований зависимости относительного линейного износа от скорости резания h_олз =f(V) при точении титанового сплава ВТ14 резцами ВК6М с применением различных смазочно-охлаждающих сред [21]. Графики показывают, что увеличение скорости резания свыше 100…120 м/мин приводит к резкому увеличению интенсивности износа (h_олз), причем каждому составу СОЖ соответствует своя, строго определенная оптимальная скорость резания, а именно: при резании всухую V_о = 93 м/мин; при точении с СОЖ, подаваемыми в зону резания распыливанием и поливом: маслом «Индустриальное 20» - V_о = 97…100 м/мин; 1,5%-й эмульсией ЭТ-2 - V_о = 103…108 м/мин; водным раствором йодистого натрия - V_о = 111…117 м/мин. Напомним, что все эти оптимальные скорости резания имеют место при постоянной оптимальной температуре резания _опт = 870^о С.

Ключевые слова и понятия

Изнашивание (износ)	Период нормального износа
Механический износ	Период катастрофического износа
Абразивный износ	Влияние V, s и t на износ
Адгезия	Влияние СОЖ на износ
Адгезионный износ	Критерий износа
Диффузия	Критерий блестящей полоски
Диффузионный износ	Силовой критерий
Окислительный износ	Критерий оптимального износа
Износ по передней поверхности	Технологический критерий
Износ по задней поверхности	Размерный износ
Период приработки	Относительный износ

Контрольные вопросы

1. Каковы основные физические причины изнашивания режущих инструментов?

2. В чем суть механического, абразивного, адгезионного, диффузионного и химического износа инструментов?

3. Какова внешняя картина изнашивания лезвий инструментов?

4. Охарактеризуйте изменения износа резца за время его работы.

5. Назовите критерии затупления инструментов при черновой и чистовой обработках металлов.

6. Что такое период стойкости инструмента?

7. Размерная стойкость режущих инструментов. Как влияет радиальный износ резца на точность размеров обработанной детали?