MACHINE-TOOLS

Износ и стойкость резцов. Наиболее нагретыми участками режущей части резца являются площадки контакта передней поверхности со стружкой и задней поверхности с обрабатываемой деталью. В этих местах резца помимо высокой температуры наблюдается и наиболее интенсивное истирание поверхностей. Потеря же сильно нагретым резцом твердости еще более усиливает истирание и затупление его поверхностей.

При строгании наблюдается износ резца по передней поверхности с образованием на ней лунки износа 1 и но задней поверхности с образованием так называемой фаски износа 2 (рис. 12, а).

Существует понятие о предельном износе режущего инструмента, при достижении которого дальнейшая работа им уже не рекомендуется. Такой износ называют критерием затупления режущего инструмента. Для строгальных резцов в качестве критерия затупления принята величина фаски износа по задней поверхности h₃ (см. рис. 12, а). 
При строгании стали, ковкого и серого чугунов быстрорежущими проходившими и подрезными резцами средние величины допустимого износа режущей части составляют h₃ = 0,3 - 0,5 мм. 
Величина допусти износа устанавливается с учетом требований к чистоте обработанных поверхностей. Чем меньше должна быть шероховатость поверхности после строгания, тем ниже допустимый износ.

Во всех других случаях величина допустимого износа определяется и на основе соображений экономического характера. При каждой заточке инструмента стачивается определенный слой дорогостоящего режущего материала (пластинок быстрорежущей стали или твердого сплава). Чем сильнее затуплен резец, тем больше толщина стачиваемого слоя, тем меньшее количество переточек он выдерживает до полного износа и тем ниже его долговечность.

Количество допустимых заточек i можно определить по следующей формуле:

i = M/Δ,

где М - общая величина допустимого стачивания материала режущей части; 
Δ - толщина слоя, снимаемого за одну заточку инструмента.

С понятием об износе связано и понятие о стойкости резца. Стойкостью, или периодом стойкости, резца называется время (в минутах) непрерывной его работы между двумя переточками. Обозначается оно буквой Т. Период стойкости зависит от вели вины износа, допустимого для данного резца (критерия затупления), а износ и, следовательно, стойкость очень сильно зависят от скорости резания.

Износ инструмента протекает неравномерно и по времени делится на три периода: начального, нормального и катастрофического износа (рис. 12, б).

В начальный период износ происходит интенсивно, однако период этот продолжается очень недолго. В период нормального износа истирание инструмента осуществляется значительно медленнее; этот период занимает 90 - 95% от всего времени работы инструмента до очередной переточки. В период катастрофического износа величина его резко увеличивается, и если вовремя не прекратить строгание, то в течение последних 2 - 3 минут износ возрастет в несколько раз и резец окончательно выйдет из строя.

Явление катастрофического износа объясняется тем, что при затупленной режущей кромке увеличиваются трение и сопротивление резанию, больше тепла поступает в инструмент и температура его режущей части повышается. А все это приводит к еще более интенсивному износу резца вплоть до выхода его из строя. При заточке инструмента с таким износом приходится удалять большой слой металла, т. е. неэкономно расходовать дорогой материал. Однако повышенный расход материала режущей части резца имеет место и в тех случаях, когда его перетачивают при недостаточном затуплении. Таким образом, для каждого типа резцов должен быть установлен оптимальный износ.

Оптимальным называют такой износ, при котором суммарная стойкость резца (общая продолжительность его службы) будет наибольшей, а следовательно, расход инструмента наименьшим.

Оптимальный износ выбирается в зависимости от характера кривой износа и вида обработки. Критической точкой, определяющей оптимальный износ, будет точка Б на кривой II (рис. 12, б). Эта точка является началом резкого увеличения износа. Ордината этой точки - нормативный критерий затупления h₃ а абсцисса - период стойкости Т. 
Скорость резания, допустимая резцом. При прочих равных условиях, на величину износа и стойкость инструмента очень сильно влияет скорость резания. Чем выше скорость резания, тем быстрее износ достигает предельной величины и тем меньше стойкость инструмента. Эту зависимость выражают следующей формулой:

υ₁/υ₂= (T₂/T₁)^m (16)

где υ₁ и υ₂ - значения скоростей резания;
T₂ и T₁ - соответствующие им значения стойкости инструмента;
m - показатель относительной стойкости.

Для строгальных резцов из быстрорежущей стали m=0,12; для твердосплавных m=0.2.


В связи с тем что показатель степени m в формуле (16) намного меньше единицы, даже незначительное повышение скорости резания приводит к заметному снижению стойкости режущего инструмента. И наоборот: повышение периода стойкости резца неизбежно вызывает необходимость резкого снижения скорости резания.

В таблицах режимов резания стойкость инструмента учитывается как главнейший фактор. Обычно она принимается равной 60 мин. Однако и определенных конкретных условиях работы прибегают к изменению величины стойкости. Так, при работе фасонными строгальными резцами, а также при сложной установке инструмента стойкость увеличивают до 90 и даже до 120 мин. При хорошо поставленной централизованной заточке резцов может оказаться выгодным снижать их стойкость до 30 и даже до 20 мин.

Итак, стойкость режущего инструмента является главнейшим фактором, влияющим на допустимую, при прочих равных условиях, величину скорости резани.

Значительное влияние на допустимую скорость резания оказывают и свойства обрабатываемого материала. С повышением механических свойств материала на резание требуется затратить больше работы что вызывает увеличение выделения тепла и, следовательно, более интенсивный износ резца. В таких случаях при сохранении постоянной стойкости инструмента скорость резания должна быть уменьшена.

Еще более заметное влияние на υ_{допуст.} оказывают свойства материала режущей части инструмента. Различные инструментальные материалы при нагревании их до высоких температур обладают разной способностью сохранять режущие свойства.

С увеличением подачи и глубины резания возрастают толщина и ширина среза, повышается сила резания и больше выделяется тепла. Это приводит к ускорению износа резца и снижению его стойкости, а следовательно, вызывает необходимость уменьшить скорость резания. При увеличении подачи скорость резания приходится уменьшать в большей мере, чем при возрастании глубины резания.

Наиболее существенное влияние на допускаемую резцом скорость резания оказывает главный угол в плане. 

С уменьшением угла φ при постоянных глубине резания и подаче уменьшается толщина среза и увеличивается активная длина режущей кромки, что приводит к повышению периода стойкости резца и позволяет при постоянной стойкости увеличить скорость резания. Чем меньше главный и вспомогательный углы в плане, тем в общем случае большую скорость резания можно допустить при строгании. 
Увеличение переднего угла вызывает уменьшение деформаций при резании, снижение сил резания и тепловыделения и, следовательно, способствует повышению стойкости резца, Однако это наблюдается лишь в определенных узких пределах. Увеличение угла у связано с ослаблением режущего клина, что вызывает резкое снижение стойкости инструмента. Существуют наиболее выгодные для данных условий работы значения переднего и заднего углов, при которых и скорость резания имеет оптимальные значения.

С увеличением радиуса при вершине резца тепловая напряженность лезвия уменьшается, что позволяет использовать несколько более высокую скорость резания.

Применение смазочно-охлаждающих жидкостей способствует уменьшению тепловыделения в процессе резания, а это дает возможность повысить скорость резания. Эффективность охлаждения зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, применяемой смазочно-охлаждающей жидкости, интенсивности охлаждения и от способа подачи жидкости.

При резании вязких металлов, связанном с повышенными деформацией и тепловыделением, применение охлаждения оказывается наиболее эффективным. При обработке чугунов, бронз и других хрупких металлов оно не дает заметного эффекта. При обдирке использовать охлаждение с целью повышения скорости резания более целесообразно, чем при чистовом строгании.

Помимо перечисленных факторов на допустимую скорость резания могут оказывать влияние также жесткость крепления резца и обрабатываемой детали, ее массивность, отсутствие зазоров в суппорте станка. При недостаточной жесткости крепления при строгании могут возникнуть вибрации, и резец быстро выйдет из строя.