Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

стый перлит, истирающая способность которого тем меньше, чем меньше размеры зерен цементита. Пластинчатый перлит значи­ тельно интенсивнее изнашивает режущий инструмент, так как он обладает большой абразивной способностью в силу пилооб­ разного характера трущейся поверхности с острыми карбидными кромками. Аустенитные стали с незначительным содержанием карбидов имеют слабую истирающую способность. Трудно обра­ батываются стали мартенситного класса с высоким содержанием легирующих составляющих. Режущий инструмент особенно ин­ тенсивно изнашивается элементами (V, Mo; W, Ti), образующими твердые карбиды.

При обработке чугуна положительное значение имеет графит; он играет роль внутренней смазки, уменьшая тенденции к обра­ зованию нароста. Но наличие твердых фосфористых соединений и особенно цементита весьма сильно увеличивает истирающую способность чугуна.

Ниже приводятся значения твердостей различных компонентов стали, чугуна и сплавов, дающих представление об их истираю­ щей способности (табл. 12). Эти данные косвенно показывают также способность различных инструментальных материалов сопротивляться истирающему воздействию стружки. Надо пола­ гать, что износоустойчивость инструмента будет тем больше, чем больше его твердость в сравнении с твердостью обрабатываемого материала при определенных температурных условиях в процессе резания.

Таблица 12

Твердость компонентов стали, чугуна и сплавов

170

Адгезионный износ. Контактные поверхности стружки и пе­ редней грани резца не являются идеально гладкими, поэтому со­ прикосновение между ними происходит лишь по выступающим участкам. Это вызывает огромные удельные нагрузки, разрушаю­ щие защитные окисные пленки, в результате чего происходит холодное сваривание металла стружки и инструмента в местах истинного контакта. Это сваривание более вероятно при относи­ тельно высокой температуре, способствующей местной пластиче­ ской деформации и разрушению защитной пленки. При непре­ рывном движении стружки по резцу в местах контакта возникают напряжения среза и в результате на передней поверхности инстру­ мента вырываются мельчайшие частицы металла. Возможность отрыва мягким обрабатываемым материалом частиц более твер­ дого инструмента объясняют неоднородностью инструментального материала, имеющего на своей поверхности размягченные микро­ участки [58], и изменением соотношения твердостей обрабатывае­ мого и инструментального материалов в процессе резания при различных температурах резания.

Полагают, что подобный адгезионный износ происходит при обработке не только пластичных металлов, но и хрупких, например закаленной стали и чугуна. Иначе трудно объяснить износ красностойкого твердосплавного инструмента только абразивным истиранием, поскольку закаленная сталь и цементит чугуна усту­ пают по твердости карбидам вольфрама, титана или тантала, составляющим металлокерамические твердые сплавы.

Срез в зоне контакта двух металлических поверхностей может Происходить различным образом. Если прочность сваривания меньше прочности самих металлов, то срез осуществляется по поверхности самого соединения; при этом количество металла, вырванного с обеих поверхностей, т. е. износ, незначительно. Когда соединение прочнее обоих металлов, срез, как правило, происходит в среде одного из металлов, сравнительно менее проч­ ного. Инструментальные материалы обычно тверже обрабатывае­ мого материала и, очевидно, срез должен располагаться в толще обрабатываемого материала. Однако при этом возможны выхваты и частиц инструментального материала.

При теоретическом расчете адгезионного износа, т. е.. коли­ чества вырванного металла на пройденном пути L, принимают ориентировочно, что толщина вырванных частиц пропорциональна контактному напряжению и обратно пропорциональна твердости инструмента. При этом считают, что контактное напряжение про­ порционально твердости обрабатываемого материала в контактных слоях. Тогда закономерность износа можно было бы приближенно

171

На рис. 95 представлен в виде графика пример обработки хромоникелевой молибденовой стали. твердосплавным резцом 158]. Кривая / показывает увеличение отношения твердости инстру­ мента и обрабатываемой детали на поверхности контакта с повы­ шением температуры. Еще интенсивнее при этом возрастает стой­ кость резца (путь до затупления L) — кривая 2. Однако при тем-

Температура на задней поверхности резца, "С

Рис. 95. Соотношение твердостей инструмента и обрабатываемого материала в зависимости от температуры в процессе резания:

Hi — твердость инструмента; Н2 — твердость поверхности резания; L —

путь, пройденный инструментом до затупления

950° С, при цементации железа карбидом титана с температуры 1050° С. Поэтому можно полагать, что диффузионный износ твер­ досплавного инструмента может происходить лишь при обработке стали с высокими скоростями резания, когда температура кон­ такта стружки или поверхности резания и резца достигает 900° С и выше для однокарбидных и 1000° С для двухкарбидных твердых сплавов. При этом любопытно отметить, что по данным К. П. Бу­ нина [55], подвижность атомов углерода в 70 000 раз выше, чем атомов железа. Показано, что диффузионные перемещения угле­ рода затормаживаются сжимающими напряжениями.

Учитывая химическую инертность минералокерамики (А12 03 ), можно полагать, что минералокерамический инструмент не под­ вержен диффузионному износу и, следовательно, способен ра­ ботать при весьма больших скоростях резания, в условиях высо­ кой температуры резания.

173

40.ПРОЦЕСС ЗАТУПЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Износ режущего инструмента в процессе резания протекает весьма разнообразно в связи с различными условиями его работы. Эти условия могут резко изменяться в зависимости от обрабаты­ ваемого материала, геометрии и материала инструмента, скорости резания, величины среза, смазочно-охлаждающей среды, жестко­ сти системы СПИД. Практически можно наблюдать следующие процессы износа:

1) изнашивается преимущественно передняя поверхность и незначительно задняя поверхность резца;

2)истирается сильно задняя и слабо передняя поверхность;

3)одновременно изнашиваются передняя и задняя поверх­

ности;

4)закругляется режущая кромка.

Преимущественный износ передней поверхности происходит при обработке пластичных сталей с устойчивым наростом, защи­ щающим режущую кромку от непосредственного воздействия стружки и поверхности резания. Подобный износ имеет место при снятии крупных стружек, а также при больших скоростях резания и часто наблюдается у резцов с отрицательными перед­ ними углами.

Значителен износ задней поверхности с увеличением положи­

в частности чугуна, а также вязких аустенитных сталей и сплавов, обладающих большим упругим последействием. В этом случае резание происходит с повышенной температурой вследствие сла­ бой теплопроводности обоих металлов; притом неровная поверх­ ность резания, обладая значительными абразивными свойствами, способствует износу задней поверхности инструмента.

При обработке сталей, обладающих значительной истирающей способностью и особой склонностью к наклепу, когда в процессе деформации выделяется карбидная фаза, наблюдается сильное изнашивание одновременно передней и задней поверхностей резца.

При чистовой обработке износо- и красностойким инструмен­ том материалов, обладающих малой теплопроводностью, например пластмасс, режущая кромка инструмента плавно закругляется. Износ самой режущей кромки особенно развивается в процессе резания вязких высокопрочных материалов (аустенитных сталей). В этом случае необходимо уменьшить наклеп обрабатываемого материала путем тщательной заточки режущей кромки с малым радиусом закругления, чтобы усилить режущий эффект.

Наиболее типичный процесс износа твердосплавных резцов при скоростной обработке стали протекает примерно в такой по­ следовательности. Сначала происходит постепенное закругление режущей кромки, невидимое простым глазом, но заметное через микроскоп. На передней поверхности появляются следы будущей

174