Тема_7-3. Износ лезвий металлорежущих инструментов
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
Лекция 7 Износ лезвий металлорежущих инструментов 2 В процессе резания передняя и задняя поверхности лезвия инструмента подвергаются давлению и находятся в состоянии подвижного контакта с обрабатываемым материалом. Давление на локальных контактных площадках колеблется от 2 до 70 ГПа и на 2…3 порядка превышает давление на трущихся поверхностях деталей машин. Трение лезвий инструмента при высоком давлении на малых контактных площадках в условиях интенсивного нагрева вызывает повышенный износ этих лезвий. 3 7.1. Общие сведения. Признаки и параметры износа. Кривые износа. Норма износа 4 7.1. Общие сведения. Признаки и параметры износа. Кривые износа. Норма износа Высокое давление на контактных площадках препятствует проникновению на них жидкостей, поэтому скольжение происходит в условиях сухого внешнего трения. При высоких температурах возможны изменения механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов, что может изменить условия взаимного скольжения и износа контактных площадок лезвий инструмента. Эти условия могут характеризоваться коэффициентом трения, который изменяется в пределах от 0,2 до 0,8, в зависимости от условий резания (прочность материала, скорость резания и др.). Уже в начале работы у инструментов заметны признаки изнашивания: вдоль главной режущей кромки появляется узкая светлая полоска шириной 0,05…0,1 мм. В дальнейшем изнашивание продолжается, и размеры полоски увеличиваются. По размерам износа лезвий принимается решение о работоспособности инструмента — возможности дальнейшей работы инструмента. 5 7.1. Общие сведения. Признаки и параметры износа. Кривые износа. Норма износа При чистовой обработке резанием ( S < 0,1 мм/об) более интенсивному износу подвергается задняя поверхность резца (рис. 29). Износ по задней поверхности определяется линейной мерой максимальной высотой фаски износа hзmax. При предварительной обработке ( S < 0,1…1,0 мм/об.) изнашивается и передняя и задняя поверхности. Износ передней поверхности измеряется глубиной hлmax и шириной aл изношенного углубления, называемого лункой износа. Обработка металлов с большими подачами ( S > 0,1 мм/об.) приводит к условиям, когда износ по передней поверхности намного выше, чем по задней. Рис. 29. Износ резца по задней и передней поверхности 6 7.1. Общие сведения. Признаки и параметры износа. Кривые износа. Норма износа При шлифовании, одним их характерных видов износа является появление площадок на вершинах абразивных зёрен (рис. 30). Часть зерен выкрашивается, в результате чего образуются новые острые кромки — происходит «самозатачивание» абразивного инструмента. Количественно износ можно определить объемными или массовыми величинами, что не совсем удобно в производственных условиях, поэтому обычно пользуются линейными величинами, то есть измерением hз и hл или aл . Рис. 30. Площадка износа на вершине абразивного зерна 7 7.1. Общие сведения. Признаки и параметры износа. Кривые износа. Норма износа При исследовании износа инструментов используют кривые износа, выражающие функциональную зависимость износа лезвия от продолжительности времени резания тау или от длины пути резания L (рис. 31, а). Выделяют характерные зоны: 1 — приработка, 2 — нормальный износ, 3 — интенсивный износ. Интенсивность изнашивания зависит не только от времени, но и от других факторов (скорость, подача, задний угол, физико-механические свойства обрабатываемого и инструментального металлов). Рис. 31. Изменение износа по задней поверхности во времени: характерные зоны (а) 8 7.1. Общие сведения. Признаки и параметры износа. Кривые износа. Норма износа Чем, например, скорость резания больше, тем кривая износа круче (рис. 31, б), V3 < V2 < V1. Если установить для группы одновременно работающих с разными скоростями инструментов равновеликий износ по задней поверхности, то такой износ называется критерием равного износа. Но при этом остаются неиспользованными резервы режущих свойств инструментов, работающих с большими скоростями. Поэтому в автоматизированном производстве целесообразно применять критерий оптимального износа, как более экономичный с точки зрения использования инструментов. Рис. 31. Изменение износа по задней поверхности во времени: влияние скорости резания (б) 9 7.1. Общие сведения. Признаки и параметры износа. Кривые износа. Норма износа При достижении износа по задней поверхности допустимого значения максимальной величины hз max работу этим инструментом прекращают. Норма износа многогранных пластинок, которые обычно не перетачиваются, равна значению допустимого максимального линейного износа каждой её вершины. Нормой износа перетачиваемого инструмента является нормированная толщина стачиваемого слоя (рис. 32): Рис. 32. Норма износа перетачиваемого инструмента 10 7.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа 11 7.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа В процессе резания из-за разной продолжительности взаимодействия в трущейся паре (инструмент-заготовка) изнашиваемым телом всегда является инструментальный материал, а истирающим — стружка и обработанная поверхность на заготовке. Износостойкость представляет собой количественное выражение способности инструментального материала сопротивляться изнашиванию стружкой и обрабатываемой поверхностью в конкретны условиях их взаимодействия как трущейся пары. Износостойкость зависит от таких факторов как скорость, площадь контакта, коэффициент трения, давление, температура и другие. Поэтому износостойкость не является неизменным свойством, а определяется конкретными условиями. 12 8.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа Под износостойкостью понимается отношение затраченной на превращение в продукты износа изнашиваемого тела, работы Wт сил трения Fт к массе mт продуктов износа в конкретных условиях взаимодействия: На графиках (рис. 33) показаны кривые износостойкости. Рис. 33. Кривые износостойкости 13 7.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа Скорость нарастания изношенной массы mт изнашиваемого тела в процессе его взаимодействия с истирающим телом называется интенсивностью изнашивания: На графиках (рис. 34) приведены кривые интенсивности изнашивания. Рис. 34. Кривые интенсивности изнашивания 14 7.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа При составлении кривых износостойкости и интенсивности изнашивания видно, что первые имеют максимум для тех скоростей скольжения, при которых интенсивность изнашивания минимальна. Подобная взаимосвязь предопределяет характер зависимости стойкости резца от скорости резания T(V), то есть стойкость имеет максимум при той же скорости резания, когда достигается максимальная износостойкость и минимальная интенсивность изнашивания. Процесс изнашивания режущего инструмента имеет следующие особенности: высокая твердость инструментального материала по сравнению с обрабатываемым; большие удельные давления на инструмент; высокая контактная температура; постоянное обновление трущихся поверхностей и удаление продуктов износа. 15 7.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа Сложность, а зачастую и невозможность непосредственных наблюдений за процессом изнашивания лезвий инструментов, привела к появлению гипотез, объясняющих природу износа. Гипотеза об абразивном изнашивании базируется на изнашивании лезвия инструментов микроцарапанием твёрдыми частицами, содержащимися в обрабатываемом материале (цементит и карбиды). Хорошо согласуюсь с фактами при обработке заготовок, имеющих поверхностную корку, гипотеза не объясняет физическую природу и интенсивность изнашивания лезвии. Гипотеза об окислительной природе изнашивания основана на разрушении тонких слоев оксидов, образующихся на инструментальном материале в условиях нагретой газовой среды в зоне резания. При повышении температуры интенсивность процессов окисления увеличивается в несколько раз. 16 7.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа Гипотеза адгезионного изнашивания основана на «схватывании» твёрдых тел под действием адгезионных (молекулярных) сил в экстремальных условиях зоны резания. Образуются так называемые «мостики связи» между материалами заготовки и инструмента. Про- исходящее разрушение в точках «схватывания» приводит к износу лезвия инструмента. Гипотеза о диффузионной природе изнашивания говорит о не- прерывном диффузионном переносе углерода и вольфрама пограничного слоя инструмента в обрабатываемый металл. По мере увеличения скорости и температуры (до 900…1200 °С) диффузионный перенос становится основным фактором, определяющим механизм износа лезвий. 17 7.2. Износостойкость и интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Гипотезы износа Различные виды изнашивания проявляются одновременно, но какой из них преобладает, зависит в большей степени от температуры (рис. 35). При некотором критическом значении температуры, которая в свою очередь зависит от скорости резания, износ становится интенсивным. 18 7.3. Стойкость режущих инструментов. Зависимость скорости резания от стойкости инструмента и других режимных параметров 19 7.3. Стойкость режущих инструментов. Зависимость скорости резания от стойкости инструмента и других режимных параметров Режимы резания могут быть разработаны на основе установленного допустимого равного износа для всех скоростей резания и оптимального износа для каждого значения скорости резания. Продолжительность резания до момента, когда максимальный линейный износ лезвия достигает допустимого значения либо равного, либо оптимального износа, называется стойкостью режущего инструмента (T) и выражается в минутах. Экспериментальные исследования связи скорости резания и стойкости показывают, что в зоне малых скоростей скорость резания увеличивается с увеличением стойкости, а при больших скоростях наблюдается противоположная зависимость (рис. 36). Рис. 36. Влияние скорости резания на стойкость инструмента 20 7.3. Стойкость режущих инструментов. Зависимость скорости резания от стойкости инструмента и других режимных параметров Рационально вести обработку в пределах второй скоростной зоны, со скоростями, обеспечивающими наибольшую стойкость. Скорость резания, обеспечивающая заданную стойкость инструмента, определяется рядом факторов, главными из которых являются глубина резания, подача и свойства обрабатываемого материала. Обработка экспериментальных данных частных функциональных зависимостей позволяет вывести обобщённое уравнение зависимости скорости резания от основных параметров процесса резания: 21 7.4. Влияние режимных параметров на стойкость инструмента. Ресурс режущего инструмента 22 7.4. Влияние режимных параметров на стойкость ин- струмента. Ресурс режущего инструмента В ряде случаев возникает необходимость расчета фактической ожидаемой стойкости режущего инструмента от режимных параметров. Для вывода эмпирического уравнения применяется математическая обработка экспериментальных данных частных зависимостей T(v), T(S), T (t), представленных на графиках (рис. 37). Обобщенное уравнение выглядит следующим образом: Рис. 37. Влияние подачи (а) и глубины резания (б) на зависимость стойкости от скорости резания 23 7.4. Влияние режимных параметров на стойкость ин- струмента. Ресурс режущего инструмента Ресурсом режущего инструмента является мера, равная или пропорциональная суммарному количеству годной продукции, обработанной режущим инструментом за срок его эксплуатации. Исследование влияния параметров резания на ресурс инструмента позволяет определить оптимальные значения этих параметров, учитывая, что с увеличением скорости, глубины резания и подачи ресурс инструмента снижается. 24 Спасибо за внимание !!!!! 25 Спасибо за внимание!!!!! |