Трение между стружкой и передней поверхностью инструмента и между его главной поверхностью и поверхностью резания заготовки вызывает износ режущего инструмента. В условиях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашивание инструмента. Высокие температуры и контактные давления вызывают следующие виды изнашивания; окислительное – разрушение поверхностных оксидных пленок; адгезионное – вырывания частиц материала инструмента стружкой или материалом заготовки вследствие их молекулярного сцепления; термическое – структурные превращения в материале инструмента.
Рассмотрим общий характер износа режущего инструмента на примере токарного резца.
При износе резца на передней поверхности (рис. 1.9, а) образуется лунка шириной b, а на главной задней поверхности – ленточка шириной h. У инструментов из разных материалов и при разных режимах резания преобладает износ передней или главной задней поверхности. При одновременном износе по этим поверхностям образуется перемычка f.
Износ резца по главной задней поверхности (рис. 1.9, б) в процессе обработки изменяет глубину резания, так как уменьшается вылет резца на величину:
и = l – lи.
Значение износа резца пропорционально времени обработки, поэтому по мере роста значения и глубина резания (t) уменьшается. Обработанная поверхность получается конусообразной с наибольшим (Dи) и наименьшим (D) диаметром.
Количественное выражение допустимого значения износа называют критерием износа. За критерий износа принимают в большинстве случаев износ инструмента по главной задней поверхности h. Допустимый износ для токарных резцов:
· из быстрорежущей стали h = 1,5 – 2 мм;
· с пластинками твердого сплава h = 0,8 – 1 мм;
· с минералокерамическими пластинками h = 0,5 – 0,8 мм.
Допустимому износу инструмента соответствует определенная его стойкость. Под стойкостью инструмента (Т) понимают суммарное время в минутах его работы между переточками на определенном режиме резания. Стойкость токарных резцов, режущая часть которых изготовлена из разных инструментальных материалов, составляет 30 – 90 мин. Стойкость инструмента зависит от физико-механических свойств материала инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента и условий обработки. Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания.
Между скоростью резания (V) и стойкостью инструмента (Т) существует зависимость:
V1T1m = V2T2m = VnTnm = const
или
v = C/Tm,
где С – постоянная величина; т – показатель относительной стойкости (для резцов т = 0,1 – 0,3).
Так как величина т мала, то стойкость резцов резко падает даже при незначительном повышении скорости резания. Поэтому обработку следует вести на расчетной скорости. Это условие легко выполнимо на станках с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя. На станках со ступенчатым регулированием частоты вращения заготовки это невозможно, и мы вынуждены вести обработку на скорости, меньше расчетной.
Износ инструмента приводит не только к снижению точности размеров и геометрической формы обработанных поверхностей. Работа затупившимся инструментом вызывает рост силы резания. Соответственно увеличиваются составляющие силы резания, что вызывает повышенную деформацию заготовки и инструмента и ещё более снижает точность и изменяет форму обработанных поверхностей заготовок. Увеличиваются глубина наклепанного поверхностного слоя материала заготовки и силы трения между заготовкой и инструментом, что, в свою очередь, увеличивает теплообразование в процессе резания.
При обработке на настроенных станках износ инструмента приводит к рассеянию размеров обработанных поверхностей заготовок, что снижает качество сборки деталей в условиях взаимозаменяемости. Уменьшить влияние износа инструмента на точность обработки можно периодической под наладкой станка.