Износ и стойкость резца

Размещено на http://www.allbest.ru/

Износ и стойкость резца

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 передне^ 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.

Рис.1 Износ резца по передней (а) и задней (б) поверхностям 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.

Таблица 1. 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.

Так, например, чем сложнее форма резца, т. е. чем выше стоимость изготовления, тем больше должна быть его стойкость. При назначении стойкости резца в некоторых случаях следует принимать во внимание стоимость его материала и изготовления. Очевидно также, что стойкость резцов, используемых при работе на настроенном станке, когда замена каждого затупившегося резца отнимает много времени, должна быть выше, чем при обычной работе. Если заточка резцов в данных условиях централизована и снабжение ими рабочих организовано хорошо, можно назначать меньшую стойкость резца по сравнению с той, которую должны иметь резцы, используемые при плохо организованной заточке. Отметим, что таблицы скоростей резания при различных условиях токарной обработки, приводимые в справочниках и в этой книге, составлены в большинстве случаев исходя из стойкости резца 60 мин. Скорости резания, соответствующие другим периодам стойкости, находятся по тем же таблицам путем умножения табличных значений скоростей резания на поправочные коэффициенты.

Износ резцов и их оптимальная геометрия

Во время работы резца выделяется большое количество теплоты. Она распределяется между стружкой, резцом, обрабатываемой деталью и окружающей средой. В резец поступает около 20% всей теплоты, которая, как увидим дальше, играет определённую роль. Режущая кромка резца во время работы всё больше затупляется и, наконец, наступает момент, когда резание становится невозможным. Затопление вызывается в основном двумя причинами. Первая причина -- истирание режущей кромки вследствие трения стружки о переднюю грань резца и трения детали о заднюю грань резца. Вторая причина -- поступление в резец теплоты, о которой говорилось выше. При её недостаточном отводе эта теплота делает резец более мягким. По этой причине затопление резца идёт более быстро и он в конце концов становится непригодным для дальнейшей работы. При малой скорости резания, когда в резец поступает небольшое количество теплоты, он работает долгое время, постепенно разрушаясь от истирания. При большой скорости резания, когда выделяется большое количество теплоты, затопление резца наступает быстро: резец, как говорят, теряет стойкость.

Резцы могут подвергаться всем рассмотренным выше видам износа. Момент затупления резцов при различных условиях работы характеризуется следующими признаками: ухудшением чистоты обработанной поверхности и изменением ее диаметра; появлением или возрастанием вибраций; изменением цвета и формы стружки; заметно усиливающимся искрением (при скоростном резании); повышением температуры резания; увеличением составляющих сил резания.

Установление момента затупления резца и своевременная его смена имеет большое практическое значение. Это особенно важно для станков-автоматов и автоматических линий. Поэтому имеются специальные приспособления, сигнализирующие о затуплении инструмента.

При снятии тонких стружек особое значение приобретает изменение радиуса округления лезвия в процессе износа инструмента. С увеличением радиуса возможность устойчивого резания уменьшается.

Результатами исследований установлено, что в начале работы резца радиус интенсивно увеличивается, а затем его величина несколько стабилизируется, колеблясь относительно некоторого среднего значения. Значительное увеличение радиуса в первоначальный период работы можно объяснить процессом приработки, когда происходит истирание неровностей рабочих поверхностей резца. Колебания величины радиуса округления лезвия, очевидно, объясняются увеличением площадок износа передней и задней поверхностей, примыкающих к округленной его поверхности, вследствие чего происходит самозатачивание, т. е. уменьшение радиуса р. В результате этого лезвие ослабляется и снова происходит увеличение радиуса и этот процесс повторяется.

До начала работы радиус округления лезвия составлял 8 мкм. Для снижения интенсивности роста радиуса р в период приработки необходимо, чтобы класс чистоты рабочих поверхностей инструмента был как можно выше, порядка И-12. Этого можно достичь применением более мелкозернистого абразива при доводке инструмента.

При резании труднообрабатываемых материалов с тонкими стружками, когда износ резца сопровождается опусканием его лезвия, критерием допустимого износа может быть высота ступеньки, так как передняя поверхность изнашивается более интенсивно, чем задняя.

При тонком точении титанового сплава допустимый износ hc = 45 ч 60 мкм, а радиальный износ резца при s = 0,062 * 10~3 м/об и радиусе закругления вершины резца г = 0,4 * 10~3 м равен 10 мкм.

Плоскую форму без фаски используют при обработке хрупких металлов (чугуна, бронзы и др.) и твердых сталей (высоколегированных и закаленных) с пределом прочности ав > 1180 МПа.

Плоскую форму с фаской применяют при обработке ковкого чугуна, стали и стального литья сов< 800 МПа, а также сав> 800 МН/м2 при недостаточной жесткости системы СПИД.

Резцом криволинейной формы без фаски обрабатывают стали малой и средней твердости при а < 0,2 * 10~3 м; с фаской -- стали малой и средней твердости с толщиной среза а > 0,2 * 10~3 м.

Передняя поверхность плоская без фаски может быть расположена под положительным или отрицательным передним углом. Фаска как у плоской, так и у криволинейной формы передней поверхности также может иметь положительный или отрицательный передний угол.

Криволинейная форма передней поверхности способствует уменьшению дополнительной усадки стружки, так как с увеличением переднего угла уменьшается трение.

Фаска увеличивает механическую прочность и теплоустойчивость резца. Хрупкие инструментальные материалы (твердый сплав, минералокерамика) плохо сопротивляются деформации изгиба, но значительно лучше сопротивляются деформации сжатия. При наличии фаски, когда угол > 90°, вершина резца работает на сжатие. Это увеличивает механическую прочность резца. Теплоустойчивость его повышается за счет увеличения угла заострения.

При работе резцами с фаской силы резания и усадка стружки не возрастают, так как последняя скользит по участку передней поверхности, который имеет положительный передний угол. Это условие соблюдается, если ширина фаски меньше длины контакта стружки с резцом. Обычно ширина фаски колеблется в пределах (0,2 : 1,0) * 10-3 м. Чем больше толщина среза, тем шире фаска. В среднем можно принять = (1,0 -- 2,0) а, где а -- толщина среза. Для минералокерамических резцов рекомендуется ширину фаски принимать равной = 0,5 * аК, где К -- коэффициент усадки стружки. Если ширина фаски будет соизмерима с длиной линии контакта стружки с резцом, то форма передней поверхности с фаской переходит в форму передней поверхности без фаски. В этом случае усадка стружки и силы резания будут зависеть от переднего угла на фаске.

Износ и заточка резцов

Рис. 2. Точильно-шлифовальный станок. а-общий вид, б-установка подручника: 1-станина, 2-резервуар для воды, 3-шлифовальный круг, 4-шпиндельная головка, 5-щиток, 6-защитный кожух, 7-регулируемый подручник, 8-поворотный сегмент, 9-поворотный столик, 10-пульт управления

В результате трения стружки о переднюю, поверхность резца, а задних поверхностей резца о заготовку, рабочая часть резца изнашивается. Работать изношенным резцом нельзя, так как снижается производительность труда, ухудшается точность и качество обработки.

Изношенный (затупленный) резец перетачивают. Для заточки резцов используется точильно-шлифовальный станок.

На рис. 2, а показан точильно-шлифовальный станок ЗБ634. Основной узел точильно-шлифовального станка -- шпиндельная головка 4. представляющая собой двухскоростной встроенный электродвигатель, на обоих концах его вала (шпинделя) установлены абразивные круги 3. Шлифовальный круг из электрокорунда предназначен для заточки резцов из быстрорежущей стали, шлифовальный круг из зеленого карбида кремния предназначен для заточки резцов, оснащенных пластинками из твердого сплава. Устойчивое положение затачиваемого резца обеспечивается при помощи подручника (рис. 2. б). Сегментом 8 и поворотным столиком 9 регулируется положение резца по отношению к центру круга и под необходимым углом к рабочей плоскости круга. По высоте резец устанавливают так. чтобы его вершина находилась на уровне центра круга или немного выше его (но максимум на 10 мм). При заточке (рис. 2) резец чуть-чуть придавливают затачиваемой плоскостью к движущемуся кругу, а чтобы износ круга следовал равномерно, и чтобы затачиваемая поверхность получалась плоской, резец все время перемещают по рабочей плоскости круга. Сначала затачивают главную и вспомогательную поверхности, затем переднюю, поверхность и вершину резца. После заточки осуществляют доводку резца. Доводка заключается в притирке передних и задних плоскостей, на менее широких областях по режущей кромке, что дает возможность выполнить увеличение уровня стойкости резца и спрямление кромки. Доводку резца осуществляют на алмазных доводочных кругах.

Геометрию резца после заточки проверяют специальными шаблонами, угломерами или приборами.

Резцы должен затачивать рабочий, получивший соответствующий инструктаж по технике безопасности. При работе на заточном станке необходимо руководствоваться следующими требованиями безопасности:

перед тем как приступить к заточке инструмента, убедиться в полной исправности всех механизмов станка, в наличии и исправности ограждения круга и правильности направления вращения круга (круг должен вращаться на резец);

проверить правильность установки подручника: зазор между рабочей поверхностью круга и подручником не должен превышать 3 мм (см. рис.2, б);

перестановка подручника допускается только после полной остановки круга; запрещается работа без подручника и без ограждения круга;

во время заточки следует закрыть зону заточки прозрачным экраном тцш надеть зашитые очки.

Рис. 3

Необходимо соблюдать следующие правила пользования резцами:

перед включением подачи резец отвести от детали; это предохранит режущую кромку от выкрашивания;

рекомендуется периодически заправлять резец мелкозернистым абразивным бруском, непосредственно в резцедержателе, что удлиняет время работы резца;

не допускать значительного затупления резца по задней поверхности;

перетачивать резец до наступления разрушения режущей кромки, т. е. при ширине изношенной площадки на главной задней поверхности резца 1 -1.5 мм;

не использовать резцы в качестве подкладок;

сдать в кладовую твердосплавный резец, если пластинка из твердого сплава отделилась от державки;

нельзя складывать резцы в инструментальном шкафчике беспорядочно («навалом»), необходимо следить, чтобы кромки резцов не касались стенок ящика.

криволинейный усадка заточной резец

Список литературы

Лахтин Ю.М Леонтьева В.П. Материаловедение. М 1972, 1980.

Гуляев А.П. Металловедение. М 1986. 3. Антикайн П.А. Металловедение. М 1972.

Резцы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.) -- СПб., 1890--1907.

Эйдензон М. А., Режущие материалы, М., 1969; Тихонов В. Н.

Резцы, М., 1979. С. И. Дракин. П. М. Чукуров.

Размещено на Allbest.ur