Что влияет на стойкость инструмента

Факторы, влияющие на стойкость резца.

Основными факторами, влияющими на стойкость резца, являются: скорость резания, обрабатываемый материал, материал резца, глубина резания, подача, геометрия резца, охлаждение резца, жесткость станка, приспособления, резца, заготовки.

Влияние скорости резания на стойкость резца. Скорость резания оказывает самое большое, самое резкое влияние на стойкость резца. Небольшое увеличение скорости резания приводит к резкому снижению стойкости. Зависимости между скоростью резания и стойкостью позволяют выбирать оптимальные скорости.

Влияние обрабатываемого материала на стойкость резца. Обрабатываемые материалы характеризуются в основном твердостью, прочностью, вязкостью.

Для удобства выбора скоростей резания при оптимальной стойкости резца путем ряда экспериментальных работ найдены поправочные коэффициенты, которыми и пользуются при выборе скоростей резания для обработки данного материала.

Влияние материала резца на его стойкость. Материалы, из которых изготовляют строгальные резцы, различны по своему химическому составу и физическим свойствам, основными из которых являются теплостойкость и износостойкость. Высокие теплостойкость и износостойкость материала резца позволяют работать на больших скоростях резания без снижения стойкости его.

Влияние глубины резания и подачи на стойкость резца. Увеличение глубины резания и подачи при всех прочих равных условиях вызывает увеличение работы резания, а следовательно, и рост выделяемого тепла, ведущий к снижению стойкости резца.

Многократными исследованиями установлено, что при одном и том же сечении срезаемого слоя увеличение подачи в большей степени влияет на скорость износа резца, чем увеличение глубины резания. Поэтому следует выбрать наибольшую допустимую припуском на обработку глубину резания, а затем подобрать подачу.

Влияние главного заднего угла на стойкость. Увеличение главного заднего угла до 12°, а в некоторых случаях и до 16° приводит к увеличению стойкости.

Дальнейшее увеличение главного заднего угла приводит к ухудшению отвода тепла от режущего лезвия и частичному выкрашиванию режущей части из-за малого угла заострения.

Влияние переднего угла на стойкость резца. С увеличением переднего угла уменьшается работа резанием, а следовательно, и количество образующейся теплоты, но в то же время уменьшается и угол заострения, ослабляя тем самым режущую часть резца. Рекомендуемые передние углы даны в главе шестнадцатой.

Влияние угла наклона режущей кромки λ на стойкость резца. Возрастание угла λ от 0 до +15° увеличивает стойкость резца, главным образом за счет предохранения вершины резца от ударной нагрузки при врезании.

При чистовом строгании прекрасные результаты по стойкости и чистоте обработки дают широкие резцы с углом λ=+60°.

Влияние главного угла в плане φ на стойкость резца. Практика показывает, что с уменьшением толщины срезаемого слоя стойкость резца увеличивается. Уменьшение главного угла в плане φ приводит к уменьшению толщины срезаемого слоя (рис. 116) при одновременном увеличении контакта главной режущей кромки резца с обрабатываемой поверхностью, что способствует лучшему отводу теплоты от режущей кромки.

Главный угол в плане должен быть 10—30° при строгании массивных заготовок на продольно-строгальном станке и 45° при строгании небольших заготовок.

При работе на поперечно-строгальном станке главный угол в плане должен быть около 45°.

Влияние вспомогательного угла в плане φ 1 на стойкость резца. Уменьшение вспомогательного угла в плане повышает его способность отводить тепло от режущего лезвия, а следовательно, при этом несколько возрастает его стойкость.

Вспомогательный угол в плане должен быть 5—10° при строгании резцами из быстрорежущей стали и 15—30° при строгании резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава.

Влияние радиуса при вершине резца на его стойкость. С увеличением радиуса закругления уменьшается температура резания, что повышает стойкость резца. При черновом строгании радиус при вершине резца принимают равным 1 — 2 мм, а при работе на крупных продольно-строгальных станках — 3—5 мм.

Рис. 116. Влияние глвного угла в плане φ на толщину среза а:

Влияние охлаждающей жидкости на стойкость резца. Применение охлаждающей жидкости увеличивает стойкость резца, но трудность отвода использованной жидкости не позволяет в (полной мере применять охлаждающую жидкость при строгании. При чистовом строгании иногда применяют смазку обрабатываемой поверхности, что увеличивает стойкость резца и способствует получению более чистой обработанной поверхности.

Влияние жесткости резца, станка и детали на стойкость резца. Кроме перечисленных выше факторов, на стойкость резца влияет также жесткость крепления резца, отсутствие слабин в суппорте станка, жесткость крепления и сама массивность обрабатываемой детали. При недостаточной жесткости могут возникнуть вибрации при строгании, и резец быстро выйдет из строя.

Источник

Влияние элементов режима резания на стойкость инструментов и силы резания

Влияние элементов режима резания на стойкость инструментов и силы резания

Повышение режимов резания приводит к увеличению нагрузки на режущий инструмент и, в частности, к повышению температуры резания. А это влечет за собой уменьшение твердости и износостойкости рабочих поверхностей инструмента (лезвий и примыкающих к нимучастков передней и задней поверхностей) и, следовательно, ускорение его затупления. Продолжительность работы инструмента до затупления, т. е. время резания от переточки до переточки в минутах, называется стойкостью и обозначается буквой.

Наиболее сильно влияет на стойкость инструмента изменение скорости резания, так как при увеличении последней температура резания возрастает особенно значительно: при скоростях резания, применяемых для инструментов из быстрорежущей стали, удвоение скорости резания вызывает повышение температуры резания на 30—40%. Кроме того, при увеличении скорости резания соответственно возрастает длина пути, проходимого обрабатываемой поверхностью относительно лезвий инструмента в единицу времени, а это также вызывает ускорение их износа.

Если работать с различными скоростями резания, сохраняя все другие условия неизменными, и учитывать время работы инструмента до достижения износа определенной величины (т. е. соблюдать одинаковый критерий затупления), то полученные результаты, нанесенные на график, покажут закономерность изменения стойкости при увеличении скорости резания. Иногда, в частности, для твердосплавных инструментов, можно обнаружить, что сначала повышение очень низкой скорости вызывает некоторое увеличение стойкости инструмента, но затем стойкость уменьшается и это уменьшение с повышением скорости резания приобретает все более резкий характер.

Выбор отдельных элементов режима резания должен производиться с таким расчетом, чтобы инструмент имел вполне определенный, заранее заданный период стойкости. Чтобы облегчить решение этой задачи, удобно ввести понятие о скорости резания, при которой инструмент имеет определенную (постоянную) стойкость при любом изменении условий резания, в том числе и при изменении глубины резания и подачи.

Источник

Износ и стойкость инструментов

В процессе резания в результате трения стружки о переднюю поверх­ность инструмента и задней поверхно­сти о заготовку режущие поверхности инструмента изнашиваются. Независи­мо от вида и назначения инструменты изнашиваются: по задней поверхности (рис. 14,а); по передней поверхности

Рис. 14. Схема износа резцов:

а — по задней поверхности, б—по передней поверхности, в—по задней я перед­ней поверхностям

При работе инструментами из быст­рорежущей стали на малых и средних скоростях резания перемычка между краем лунки и главным лезвием сохра­няется благодаря образовавшемуся на­росту, предохраняющему переднюю грань от истирающего действия струж­ки. По мере увеличения износа край лунки может сойтись с кромкой изно­шенной задней поверхности и на окон­чательно изношенном инструменте ос­танется только часть лунки (рис. 14,в). Практически до такого износа инструмент не доводят, а перетачивают значительно раньше из-за износа по задней поверхности.

Лунка, увеличивая передний угол резца, облегчает процесс резания. На рис. 14, в показан одновременный из­нос по задней и передней поверхностям инструмента.

Виды износа. Основными видами износа являются абразивное, молеку­лярное и диффузионное изнашивание и приработочный износ.

Абразивный износ — это царапание твердыми частицами, находя­щимися в обрабатываемом материале, режущих поверхностей инструмента. Большой абразивный износ причиняют инструменту окалина и литейная кор­ка на заготовках.

Молекулярный износ про­исходит в результате действия молекулярных сил сцепления (прилипание, спекание) между материалами заго­товки (стружки), вызывающих при трении скольжения отрыв (захватывание) мельчайших частиц материала инструмента. Этот вид износа харак­терен при обработке стали и других вязких материалов.

При контакте одноименных матери­алов схватывание начинается при тем­пературах, равных (0,3—0,4) Т_пл, а при контакте разноименных материалов (0,35—0,5) Т_пл, при очень высоких температурах контактирования процесс схватывания приводит к спека­нию. Молекулярный износ можно уменьшить применением СОЖ, кото­рые создают на контактных поверхно­стях защитные пленки, уменьшающие силы прилипания.

Диффузионное изнаши­вание — это диффузионное раство­рение металла инструмента в обраба­тываемом материале при температу­рах 800—850 °С. Интенсивность проте­кания диффузионных процессов замет­но уменьшается при применении инст­рументальных материалов, химически инертных по отношению к обрабаты­ваемому материалу.

Резец по времени изнашивается не­равномерно. В начале работы быстро истираются неровности, шероховатости режущей кромки и обезуглероженный слой инструмента, появившийся при его термической обработке. Этот износ называется приработочным.

Стойкость инструмента. На рис. 15 процесс износа изображен графически.

Рис. 15. Зависимость износа резца по задней поверхности от продолжительности работы: зоны: 1 — приработки, 2— нормального износа, 3— разрушения; Т — период стойкости резца

На износ и стойкость инструмента влияют скорость резания, физико-меха­нические свойства обрабатываемого и инструментального материала, состояние поверхности режущих кромок инструмента, жесткость технологической системы станка (СПИД), свойства применяемой СОЖ. элементы режима резания, углы резца и др.

Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания. Чем скорость выше, тем больше энергии расходуется на процесс резания, тем больше выделяется тепла, тем интенсивнее происходит износ трущих­ся поверхностей режущей части инструмента и тем меньше период стойкости. Исследованиями и практикой установлено, что небольшое приращение скорости резания вызывает значительное изменение стойкости резца. Например, если скорость резания при работе твердосплавным резцом увеличивается в два раза, то стойкость резца уменьшится в 32 раза.

В процессе работы все виды инст­рументов изнашиваются. Обслуживающий персонал — мастера, наладчики должны знать, до какого предела затупления (износа) можно доводить инструмент и когда изношенный или затупившийся инструмент снять для переточки или замены новым. Если до­водить износ до точки b (рис. 15), та­кой износ будет неэкономичен, так как резец придется слишком часто перетачивать. Если доводить резец до слиш­ком большого износа (до точки с), то при переточке придется удалять слиш­ком много металла, инструмента. Кроме того, при работе с затуплен­ным инструментом увеличиваются силы резания, ухудшается чистота обработки, повышается температура резания и усиливается сам процесс изнашивания.

Существует несколько способов определения износа инструментов.

Критерии блестящей по­лоски—при появлении на поверх­ности резания блестящей полоски (при обработке стали), а при обра­ботке чугуна — темных пятен резец считается затупившимся. Появление блестящей полоски соответствует на­чалу третьего периода износа (зона 3, рис. 15). Этот способ не применяют при работе сложным и дорогостоя­щим инструментом и при чистовых работах.

Силовой критерий (критерий Шлезингера) — резец считается затупленным, когда начинается за­метное увеличение сил резания. Пока­зание амперметра, включенного в цепь якоря мотора, может служить критерием износа. г»тог способ приме­няется при исследовательских рабо­тах, когда станки оснащены специ­альными приборами для измерения сил резания. Современные станки 16К20, 1К62, 1А16 и другие имеют на щитках управления амперметры. Ам­перметр покажет при затуплении ин­струмента резкое возрастание расхо­дуемой мощности на резание.

Критерий оптимального износа подразумевает износ, при котором общий срок службы инстру­мента получается наибольшим. Об­щий срок службы резца М (в мин) определяется как произведение коли­чества переточек К на время работы (стойкость) Т, за которое этот износ образовался:

М = КТ.

Этот способ оценки износа приме­няется при исследовательских рабо­тах. Он может быть использован в массовом производстве и при работе сложного и дорогого инструмента.

Технологический крите­рий—в серийном и массовом произ­водстве заранее устанавливают, сколько деталей должно быть качест­венно обработано до износа инстру­мента на допускаемую величину, и после обработки установленного ко­личества инструмент принудительно снимают и отдают в переточку.

В современных станках и автома­тических линиях встроены специаль­ные автоматические устройства, сле­дящие за работой каждого инстру­мента. Когда подходит время снятия инструмента на переточку, сначала на щите управления дается предупреди­тельный сигнал — в ячейке для дан­ного инструмента загорается лампа красного цвета, после которого, если не будет снят инструмент, в течение обработки последующих 50—100 де­талей (это количество устанавливает­ся заранее) автоматическая линия или отдельная цепочка линии автома­тически останавливается.

Из рассмотренных способов оцен­ки износа инструмента наибольшее распространение имеют критерии оп­тимального износа и технологический.

Источник

Электронная библиотека

Стойкость инструмента – это его способность сохранять свое служебное назначение при работе до критериального износа.

Время работы инструмента между его двумя последовательными переточками (заменами) называется периодом стойкости (Т).

Период стойкости (для краткости – стойкость) инструмента может определяться и количеством обработанных деталей.

Период стойкости режущего инструмента зависит от его типа, свойств обрабатываемого и инструментального материала, элементов режима резания, геометрии и конструкции инструмента, СОТС, а также от типа оборудования (универсальные станки, автоматические линии, гибкие производственные системы (ГПС)).

Одним из основных факторов, определяющих период стойкости инструмента, является скорость резания. Это обусловлено тем, что в зависимости от скорости изменяется температура в зоне резания.

Чтобы получит график зависимости Т = f (V) для определенного инструмента, его используют до полного затупления при выбранных условиях. При этом все условия сохраняются постоянными, кроме V.

Изображение закономерности нарастания износа за время работы инструмента называют кривой износа. Кривые износа бывают трех видов (рис. 10.4)

Вид 1. Если инструмент изнашивается одновременно по передней и задней поверхностям, то кривая износа задней поверхности (рис. 10.4, а) состоит из трех более или менее отчетливо выраженных участков:

· участок ОА кривой с интенсивным нарастанием ширины площадки износа соответствует периоду приработки инструмента. При дальнейшей работе инструмента нарастание износа замедляется, так как это связано с уменьшением контактных касательных напряжений на площадке износа по мере увеличения ее размеров;

· участок АВ кривой соответствует периоду нормального изнашивания инструмента. По достижении некоторого значения линейный износ задней поверхности вследствие роста температуры вновь начинает резко расти и кривая износа идет круто вверх;

· участок кривой за точкой В соответствует периоду катастрофического изнашивания инструмента. В этом периоде износ нарастает настолько быстро, что если не прекратить дальнейшую работу, то это может привести к чрезмерно большому износу задней поверхности, при котором резко сократится число переточек, допускаемых инструментом, и увеличится время, затрачиваемое на переточку. Поэтому рациональная эксплуатация инструмента исключает работу в периоде катастрофического изнашивания.

При средних значениях скоростей резания период нормального изнашивания составляет 85 – 90 % периода стойкости инструмента.

По мере увеличения скорости резания период нормального изнашивания сокращается и при очень высоких скоростях резания становится настолько малым, что после периода приработки почти сразу наступает период катастрофического изнашивания. Геометрические параметры инструмента должны быть такими, чтобы максимально увеличить период нормального изнашивания и сократить или полностью устранить период приработки.

Вид 2. При изнашивание инструмента преимущественно по задней поверхности, когда износ передней поверхности незначителен, кривая износа (рис. 10.4, б) вогнута относительно оси абсцисс. В этом случае период приработки отсутствует и на участке АВ кривой износа, соответствующем периоду нормального изнашивания, износ вначале, медленно, а затем более быстро возрастает до точки В – начала периода катастрофического изнашивания.

Вид 3. Если инструмент изнашивается только по задней поверхности, кривая износа имеет вид выпуклой кривой (рис. 10.4, в). После периода приработки период нормального изнашивания продолжается значительно дольше, чем в первых двух случаях. Период нормального изнашивания в этом случае настолько велик, что, как правило, работу инструмента прекращают еще до перехода в период катастрофического изнашивания.

Величина износа передней и задней поверхностей инструмента зависит от времени работы инструмента, температуры резания и скоростей перемещения поверхности резания и стружки относительно задней и передней поверхностей.

Исходя из анализа кривых износа инструментов, получаем зависимость площадки износа от продолжительности работы инструмента (Т), скорости резания (V), толщины (а) и ширины (b) стружки:

где С_т – постоянная величина, зависящая от условий обработки.

При любых режимах резания m > n > q, т.е. на величину износа инструмента наибольшее влияние оказывает скорость резания, затем подача и наименьшее – глубина резания. Из этого следует, что интенсивность влияния параметров режима резания на величину износа задней поверхности такая же, как и на температуру резания.

Каким следует выбирать период стойкости режущего инструмента? В самом общем случае стойкость и соответствующие ей элементы режима резания должны быть такими, чтобы производительность данной операции механической обработки была максимальна при минимальной себестоимости и обеспечивала заданное качество обработки: точность размеров и шероховатость поверхности.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Источник

Изнашивание и стойкость режущего инструмента

Изнашивание – процесс разрушения поверхности твердого тела при воздействии на него другого твердого тела и (или) внешней среды.

Износ – результат изнашивания, оцениваемый в условных единицах (например, длины, объема, массы и т.п.)

Изнашивание режущего инструмента происходит в результате трения стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента и задних поверхностей лезвия о поверхность заготовки.

Механизм изнашивания очень сложен, и при изнашивании имеют место различные процессы, обусловливающие разрушение поверхности. Соответственно различают следующие виды изнашивания инструмента:

Абразивное изнашивание. Происходит в результате царапания и микрорезания отдельных участков поверхности инструмента твердыми включениями, находящимися в обрабатываемом материале, а так же частицами периодически разрушающегося нароста.

Адгезионное изнашивание. Происходит в результате действия сил молекулярного сцепления (адгезии), проявляющегося в слипании или схватывании (образования мостиков сварки) поверхностных слоев режущего инструмента с обрабатываемым материалом. Частицы материала вырываются с поверхности инструмента и уносятся со стружкой.

Диффузионное изнашивание. Происходит в результате диффузионного растворения инструментального материала в обрабатываемом. Взаимному диффузионному растворению металла инструмента и заготовки способствует высокая температура, большие пластические деформации и схватывание в контакте. При этом происходит диффузия отдельных элементов (углерода, кобальта, титана, вольфрама и т.п.), входящих в состав инструментального материала. Наиболее интенсивно диффузионное изнашивание идет при высоких скоростях резания, когда темпеартура превышает 800…850 о С.

Окислительное изнашивание. Происходит вследствие коррозии металлов в условиях активного охлаждения зоны резания и газонасыщения; при этом на поверхности образуется оксидная плёнка, которая удаляется при царапании о заготовку и стружку, материал вновь окисляется и оксидная плёнка удаляется при механическом воздействии, и процесс повторяется снова.

В условиях резания указанные виды изнашивания происходят совместно и влияют один на другой. Удельный вес каждого из этих видов зависит от свойств контактирующих материалов и условий взаимодействия (скорости резания и т.п.). При резании в условиях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашивание инструмента.

Виды износа инструмента показаны на рис.4.15. На передней поверхности токарного резца может образовываться лунка шириной b и глубиной h_л, а на главной задней поверхности – ленточка шириной h_з. В зависимости от условий обработки и свойств материала может преобладать износ по передней или по задней поверхностям. У резцов из быстрорежущей стали при срезании тонкой стружки (а ≤ 0,15 мм) преобладает износ по главной задней поверхности (см. рис.4.15, а), а при толщине срезаемого слоя а ≥ 0,5 мм на больших скоростях резания – износ по передней поверхности (см. рис.4.15, в); при средних скоростях резания и толщине 0,15

Рис.4.15. Основные виды износа режущего инструмента: по задней поверхности (а), по задней и передней поверхностям (б), по передней поверхности (в).

Кинетическая кривая изнашивания инструмента показана на рис.4.16. Предельно допустимая величина износа, при которой инструмент теряет нормальную работоспособность, называется критерием затупления. За критерий затупления обычно принимают определенную величину износа задней поверхности инструмента h_з, так как с увеличением износа задней поверхности возрастают силы резания и температура резания, возрастает работа трения, увеличивается шероховатость обработанной поверхности. Кривую изнашивания можно разбить на три периода: I – приработка; II – нормального (установившегося) изнашивания и III – катастрофического изнашивания.

Обработку резанием, очевидно, надо прекратить в точке В, в которой износ соответствует критерию затупления инструмента. Для восстановления соответствующей геометрической формы лезвия инструмент затачивают повторно.

Рис.4.16. Кинетическая кривая изнашивания инструмента.

Стойкость инструмента Т_с – время его работы между переточками при определенном режиме резания (т.е. время до достижения износом критерия затупления).

Стойкость инструмента зависит от материалов инструмента и заготовки, а также параметров режима резания. Наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания, при этом

,

где сonst – постоянная, зависящая от условий обработки и материала заготовки и резца, n – показатель степени, равный 3…10.

Стойкость оказывает большое влияние на производительность труда П, затраты на изготовление и эксплуатацию инструмента И и себестоимость обработки С (рис.4.17).

Стойкость выбирают обычно такой, чтобы себестоимость обработки была минимальной (Т_с = Т_себ). Однако в ряде случаев выгодно работать при Т_с = Т_П, т.е. при максимальной П. При работе станков-автоматов для обеспечения бесперебойной работы автоматических линий целесообразно работать при минимальной V резания, т.е. при Т_с = Т_И.

Рис.4.17. Зависимость производительности, себестоимости обработки и затрат

на изготовление инструмента.

Рекомендуемые значения стойкости:

· Для резцов из быстрорежущей стали Т_с = 30 …60 мин;

· Для резцов с твердым сплавом Т_с = 45…90 мин;

· Для минералокерамических резцов Т_с = 30…40 мин;

· Для резьбовых и фасонных резцов Т_с = 120 мин.

Источник