10.3.    Стойкость режущего инструмента

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 Ст – 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.