Что влияет на стойкость резца

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

Токарное дело

Износ и стойкость резца

Резец является наиболее

употребительным режущим инструментом

при обработке деталей на токарных станках

Износ и стойкость резца. Происходящее относительное перемещение частиц металла сопровождается их трением одна о другую, вследствие чего образуется значительное количество теплоты.

Теплота образуется и вследствие трения стружки о переднюю поверхность резца, причем тем в большем количестве, чем выше скорость резания и чем больше сила резания. При трении задней поверхности резца о поверхность резания также образуется теплота.

Теплота резания распределяется между стружкой, резцом и обрабатываемой деталью; лишь очень небольшая часть ее поступает в окружающий воздух.

Примерно 70—90% всей теплоты резания образуется в стружке. Именно поэтому при работе быстрорежущими резцами струю охлаждающей жидкости, применяемой при резании, следует направлять на стружку.
Теплота резания, поступающая в резец, нагревает его, что вызывает в свою очередь понижение его твердости и сопротивляемости износу.

При обработке стали с большой площадью среза быстрорежущим резцом с самого начала резания на передней поверхности резца образуется лунка, показанная на рис.,а в увеличенном для ясности виде. По мере дальнейшей работы резца ширина лунки увеличивается. Одновременно с этим на задней поверхности резца, трущейся о поверхность резания, образуется ленточка износа, изображенная на рис., б также в увеличенном виде. В дальнейшем по мере увеличения лунки и ленточки происходит их соединение, обусловливающее затупление режущей кромки резца.

Износ резца по передней (а) и задней (б) поверхностям резца.

Резец сконструирован из головки, т. е. рабочей части, и тела, служащего для закрепления резца.

При обработке чугуна главное значение имеет износ по задней поверхности. Заметных следов износа на передней поверхности резца, а тем более образования лунки обычно не наблюдается. Это объясняется тем, что получающаяся при резании чугуна стружка надлома не скользит по передней поверхности резца. У твердосплавных резцов преобладает износ по задней поверхности.

По мере износа резца по задней поверхности изменяется размер обрабатываемой детали и ухудшается чистота ее поверхности. Кроме того, на переточку чрезмерно затупленного резца затрачивается много времени. Поэтому резец следует перетачивать раньше, чем его износ по задней поверхности (ширина b ленточки, б) достигнет допустимой величины.
Средние значения допустимой величины износа проходных1 резцов из быстрорежущей стали и из твердых сплавов указаны в табл.

Допустимые величины износа проходных резцов

Затупление резца характеризуется не только величиной его износа по задней поверхности, но и стойкостью резца.

Стойкостью резца называется период времени, в течение которого износ резца по задней поверхности достигает установленной величины.
Стойкость резца выражется в минутах (мин). Стойкость резца должна быть различной для разных случаев работы. Чем меньше стойкость резца, тем чаще производится его переточка, вследствие чего резец сравнительно быстро становится негодным для дальнейшего использования. С другой стороны, увеличение стойкости резца, которого можно достигнуть лишь понижением скорости резания, подачи и глубины резания, вызывает уменьшение производительности станка. Поэтому назначение стойкости резца является сложным вопросом и осуществляется с учетом многих условий.

Источник

Стойкость резца

Стойкостью резца называется время его непрерывной работы до затупления, т. е. между двумя переточками. Стойкость резца измеряется обычно в минутах. На стойкость резца влияют свойства обрабатываемого материала, материал резца, его углы и форма передней поверхности, скорость резания, площадь поперечного сечения среза, охлаждение.

Увеличение твердости или прочности обрабатываемого материала, а также способности его к наклепу понижает стойкость резца. Объясняется это тем, что твердый материал оказывает большое давление на резец, а с увеличением давления возрастают сила трения и количество выделяющегося тепла.

Материал резца

Стойкость резца в значительной степени зависит и от материала, из которого он изготовлен. Резцы лучше изготовлять из наиболее теплостойкого материала, который выдерживает большую температуру нагрева, не теряя при этом твердости. Для каждого материала резца существует своя наибольшая температура, при которой режущая кромка теряет твердость и быстро тупится. Такой критической (предельной) температурой является температура 200-250° С (для резцов из углеродистой стали); 560-600° С (для резцов из быстрорежущей стали); 800-900° С (для резцов с пластинками из твердого сплава); 1200иС (для резцов с минералокерамическими пластинками).

Геометрия

Передний угол γ, главный угол в плане φ и форма передней поверхности оказывают влияние на процесс резания, на легкость схода стружки, чистоту обработанной поверхности и стойкость резца. Изменяя углы заточки и форму передней поверхности, можно добиться значительного повышения стойкости резцов и их производительности.

Углы заточки нужно выбирать в зависимости от обрабатываемого материала, материала резца, величины подачи.

Для обработки вязких металлов целесообразно применять резцы с узкой фаской и радиусной канавкой на передней поверхности. Тогда стружка легко завивается, а стойкость резца возрастает.

При обработке твердых сталей резцами с пластинками из твердого сплава нужно упрочнять их режущие кромки. Наиболее просто это достигается за счет уменьшения переднего угла. Уменьшение переднего угла также значительно увеличивает стойкость твердосплавного резца.

На стойкость резца влияют его размеры: чем массивнее резец, тем лучше отводит он тепло от режущей кромки и, следовательно, тем больше его стойкость.

Скорость резания

Особенно сильно влияет на стойкость резца скорость резания. Иногда даже самое незначительное увеличение скорости резания приводит к быстрому затуплению резца. Например, если при обработке стали быстрорежущим резцом повысить скорость резания всего на 10%, т. е. в 1,1 раза, резец затупится в два раза быстрее. Наоборот, если скорость резания при тех же условиях незначительно уменьшить, стойкость резца сильно возрастет.

На стойкость резца оказывает влияние площадь поперечного сечения среза. С увеличением последней стойкость резца понижается, но не так сильно, как при таком же увеличении скорости резания.

Вот почему токари-скоростники всегда стремятся срезать припуск за один проход при возможно большей подаче.

Стойкость резца значительно возрастает при охлаждении.

Источник

Что влияет на стойкость резца

§ 8. Износ и стойкость резцов. Скорость резания

При трении любых тел трущиеся поверхности изнашиваются. Величина износа и интенсивность его образования зависят от материала трущихся тел, действующего давления на поверхностях трения, вида смазки, температуры в зоне трения и других факторов.

При резании температура достигает 1000-1200° С, площадки контакта трущихся поверхностей инструмента, стружки и обрабатываемой заготовки небольшие, и следовательно, даже при небольших силах резания, давление на поверхностях трения довольно высокое (100-200 кГ /_{мм 2} ). Высокая температура в зоне резания является причиной структурных изменений в материале режущего инструмента. При работе резцами, оснащенными пластинками твердого сплава, высокая температура в зоне резания не вызывает структурных изменений в твердом сплаве, но является причиной приваривания (прилипания) сходящей стружки к передней поверхности инструмента. Непрерывно движущаяся стружка вырывает микрочастицы твердого сплава и с большой интенсивностью изнашивает переднюю поверхность.

Высокое давление в местах контакта режущего инструмента и обрабатываемого материала затрудняет проникновение смазочно-охлаждающей жидкости, а значит трение на контактных площадках можно считать близким к сухому трению.

В результате трения стружки о переднюю поверхность резца на последней образуется лунка глубиной h_n и шириной В (рис. 32, а). На главной задней поверхности, трущейся о поверхность резания, образуется шероховатая площадка высотой h₃, не имеющей заднего угла (α = 0).

В зависимости от вида обрабатываемого материала, его состояния и условий обработки преобладающим может быть износ по передней или задней поверхности резца. При точении деталей из пластичных (вязких) металлов (сталь, вязкая латунь) с большими скоростями резания и толщиной срезаемого слоя, превышающей 0,1-0,2 мм, преобладающим будет износ по передней поверхности резца.

При точении деталей из хрупких металлов (чугун, бронза, алюминиевокремнистые сплавы) изнашивается главным образом задняя поверхность резца, находящаяся в непрерывном контакте с поверхностью резания и подвергающаяся повышенному абразивному действию со стороны обрабатываемого материала. На переднюю поверхность действует получающаяся стружка надлома, но она не оказывает такого сильного истирающего действия как стружка скалывания или сливная, получающиеся при обработке вязких металлов.

Для определения момента снятия режущего инструмента со станка и отправки его в переточку существуют принятые признаки затупления (критерии износа):

В производственных условиях о затуплении резца судят по оптимальному износу и состоянию обработанной поверхности.

Оптимальным износом считается такой износ, при котором общий срок службы режущего инструмента будет максимальным.

Общий срок службы резца

Определение оптимального износа производится по графикам зависимости величины износа от времени работы инструмента.

На рис. 32, б показана кривая зависимости величины износа по задней поверхности инструмента h₃ от времени его работы Т. В начале работы износ быстро увеличивается до точки 1 (время работы T₁, величина износа h₁), а далее интенсивность образования износа уменьшается и остается почти постоянной (линейной), до точки 2 (Т₂ и h₂), при дальнейшей работе интенсивность образования износа резко возрастает, инструмент теряет свою режущую способность и его нужно переточить.

Период работы инструмента Т₁ называют периодом начального износа и величина его обычно не превышает 5-10 мин. Быстрое увеличение износа в этот период объясняется приработкой трущихся поверхностей инструмента, с которых срываются наиболее выступающие участки и дефектный поверхностный слой, получающийся в результате заточки. Время работы инструмента от Т₁ до Т₂ называют периодом нормального износа. Этот период составляет примерно 90% от всего периода времени работы инструмента между переточками.

Время работы от Т₂ до Т₃ называют периодом усиленного (катастрофического) износа. Резкое возрастание износа в этот период является следствием ухудшения процесса резания из-за увеличения коэффициента трения на трущихся поверхностях, повышения давления и температуры в местах трения.

В точке 2 происходит резкий перегиб кривой * в сторону увеличения износа h₃; следовательно, работать со стойкостью, большей чем Т₂, нецелесообразно, так как увеличится расход режущего материала при переточках и уменьшится количество переточек.

* ( При обработке инструментами с твердосплавными пластинками нет резко выраженной точки, характеризующей начало катастрофического износа, хотя износ достиг такой величины, что инструмент необходимо отправить в переточку.)

Но прекращение работы инструмента в период нормального износа (между точками 1 и 2) не обеспечивает максимального срока службы Т_общ, так как уменьшение величины h₃ будет незначительно, а стойкость резца резко уменьшится. Таким образом, оптимальным износом будет величина h₃, близкая к величине h₂, которая и обеспечит максимальный срок службы инструмента.

На основе теоретических и опытно-статистических данных созданы и рекомендуются величины оптимального износа для различных инструментов и условий обработки. Например, для токарных проходных и подрезных резцов в качестве признака затупления рекомендуется следующая величина износа по задней поверхности:

От качества режущей кромки и задней поверхности инструмента зависит шероховатость обработанной поверхности, следовательно, признаком затупления может служить та величина h₃, при которой шероховатость обработанной поверхности изготовляемой детали перестает удовлетворять требованиям чертежа. От величины износа резца по задней поверхности зависит и точность обработки, причем необходимо знать величину износа, измеренного в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. Эту величину износа принято называть размерным износом (h_p на рис. 32, а), так как он непосредственно влияет на точность получаемого размера. Если за определенный период времени величина размерного износа достигла значения h_р, то диаметр обрабатываемой поверхности получит приращение 2h_p. Измерение размерного износа чрезвычайно затруднено из-за его малости. Наиболее распространенным является метод измерения износа по задней поверхности с последующим пересчетом на размерный износ по формуле

(из треугольника АСЕ на рис. 32, а),

У резцов, применяемых для окончательного точения, в зависимости от требуемых точности и шероховатости обработанной поверхности допускается h₃ = 0,2÷0,6 мм.

Скорость резания является одним из основных элементов режима резания, от величины которой во многом зависит производительность станка и качество обработанных поверхностей деталей.

На скорость резания влияют следующие основные факторы: заданная стойкость резца, физико-механические свойства обрабатываемого материала, материал и геометрические параметры режущей части резца, глубина резания и подача, смазочно-охлаждающая жидкость и др.

В диапазоне практически применяемых скоростей увеличение скорости резания v влечет за собой снижение стойкости резца Т. Эта зависимость выражается формулой

Для токарных резцов m = 0,1÷0,3 (в зависимости от режущего материала резца и условий обработки).

Стойкость инструмента устанавливается в зависимости от сложности его конструкции, стоимости переточки и трудоемкости его установки на станке. Например, для обычных токарных резцов, оснащенных пластинками твердого сплава, рекомендуется Т = 60÷90 мин, для червячных фрез (сложный инструмент для обработки зубчатых колес) рекомендуется Т = 200÷300 мин.

Наибольшее влияние на скорость резания оказывают твердость обрабатываемого материала, его структура и состояние. Как правило, с увеличением твердости обрабатываемого материала выделяется больше тепла в процессе резания, интенсивнее изнашивается режущий инструмент, следовательно, для получения заданной стойкости должна быть снижена скорость резания. При обработке заготовок, имеющих окалину или литейную корку, также снижается скорость резания (точение стальных поковок, чугунных отливок, горячекатаного проката).

Мелкозернистые стали обрабатываются легче, чем крупнозернистые, и допускают большие скорости резания. Цветные сплавы могут обрабатываться на значительно больших скоростях резания, чем стали.

Резцы, обладающие более высокой режущей способностью (высокой теплостойкостью и износостойкостью), допускают более высокие скорости резания и, следовательно, являются более производительными. Например, резцы, оснащенные пластинками сплава ВК6 или Т15К6, могут работать на скоростях резания, в 10 раз больших, чем резцы из углеродистой стали.

Резцы, оснащенные пластинками из минералокерамического материала ЦМ-332, могут работать при скоростях резания, в 15 раз больших, чем резцы из углеродистой стали, и в 5 раз больших, чем из быстрорежущей стали.

С увеличением переднего угла у уменьшаются деформации обрабатываемого материала, меньше будут силы, действующие на резец, меньше тепловыделение, следовательно, больше будет скорость резания при данной стойкости резца. Такая закономерность справедлива только до так называемой оптимальной величины угла у, соответствующей определенному обрабатываемому материалу и материалу резца. Например, при обработке стальных деталей резцами из быстрорежущих сталей оптимальным будет γ= 15÷20°. С увеличением переднего угла за оптимальные значения скорость резания уменьшается, так как начинает сказываться ухудшение теплоотвода из-за уменьшения угла заострения β (уменьшается масса головки резца).

С увеличением заднего угла α до определенных пределов увеличивается скорость резания, так как уменьшается трение резца о заготовку и повышается его стойкость. При дальнейшем увеличении α начинает выкрашиваться режущая кромка из-за уменьшения угла заострения β; для сохранения заданной стойкости приходится снижать скорость резания.

Наибольшее влияние на скорость резания из всех углов резца оказывает главный угол в плане φ. С уменьшением угла φ увеличивается длина контакта главной режущей кромки с заготовкой (см. рис. 23, а, в), улучшается теплоотвод, увеличивается скорость резания *

* ( Здесь, как и в дальнейшем, имеется в виду изменение скорости резания для обеспечения рекомендуемой стойкости резца или другого режущего инструмента.)

Влияние вспомогательного угла в плане φ₁ на скорость резания примерно такое же, как и угла φ.

С увеличением глубины резания и подачи увеличиваются силы, действующие на резец, и температура в зоне резания, вследствие чего для сохранения заданной стойкости надо уменьшить скорость резания. Увеличение подачи влияет в большей степени на уменьшение скорости резания, чем увеличение глубины резания.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости облегчает образование стружки, уменьшает трение и температуру в зоне резания, что дает возможность повысить скорость резания. При предварительной обработке деталей из сталей быстрорежущими резцами правильно подобранная охлаждающая жидкость при подаче 8-12 л/мин позволяет повысить скорость резания на 20-30%.

Эффективно применение жидкости, предварительно охлажденной до 2-4° С, а также распыленной, подаваемой непосредственно в зону резания (распыление производится сжатым воздухом при давлении 2-3 кГ /_{см 2} ).

Применение распыленной жидкости увеличивает стойкость режущих инструментов в 2-3 раза.

Скорость резания определяется после выбора глубины резания, подачи и рекомендуемой (оптимальной) стойкости резца.

Скорость резания, допускаемая режущими свойствами резца,

Скорость резания v, силу резания P_z и мощность N_e, необходимую на резание, можно выбрать из нормативов по режимам резания, где они даются в подсчитанном виде в зависимости от нормативной стойкости инструмента и установленных глубины резания и подачи.

Источник