Файл: Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие.pdf

Величина АЯ зависит от:

а) пластических деформаций обрабатываемого материала (ДЯПЛ); б) упругих деформаций (упругое восстановление) (ДЯупр); в) трения поверхности контакта задней грани по обработанной поверхности (ДЯтр); г) наростообразования (ДЯкар);

д) вибраций инструмента и детали (ДЯВ); е) изменения контура режущей кромки вследствие износа резца (АЯИЗ„)

иможет быть выражена уравнением

ДЯ == Д Я,1Л+ Д Яупр + Д Яхр + Д Я„ар + Д Яв + Д Янзн. (П.6)

Поскольку расчетная высота неровностей Яр находится из чисто геометрических соображений и от других параметров процесса резания не зависит, то изменение шероховатости об­ работанной поверхности связано с изменением ДЯ.

На величину ДЯ (или на Rz) оказывают влияние следующие основные факторы: скорость резания, свойства обрабатываемого материала, свойства инструментального материала, жесткость системы СПИД, СОЖ и др.

Влияние скорости резания. Известно, что при весьма низких скоростях резания порядка 1 м/мин (первая зона) образуется до­ вольно хорошая чистота поверхности (рис. 11.6). При повышении скорости резания до 20ч-30 м/мин (вторая зона) создаются усло­ вия для развитого и устойчивого нароста, который, выступая впереди лезвия и ниже линии среза, ухудшает шероховатость

Рис. 11.6. К вопросу взаимосвязи между высотой неровностей Rz, наростообразованием и коэффициентом усадки стружки К

206

поверхности. Максимуму наростообразования для этой зоны со­ ответствует наименьшее значение усадки стружки и наибольшее значение шероховатости поверхности. При резании на скоростях, соответствующих третьей зоне', наблюдается уменьшение наросто­ образования и уменьшение высоты неровностей. За пределами наростообразования высота неровностей принимает наименьшее значение. Дальнейшее увеличение скорости резания, по данным многих исследователей, не оказывает существенного влияния на шероховатость. В связи с этим А. И. Исаевым [4] введено понятие «граничной» скорости vrpatl, а А. Н. Ереминым [3] — понятие скорости озеР, после которой поверхность приобретает зеркальный блеск. Считается, что при скоростях вышеигГан и узер высота не­ ровностей перестает быть зависимой от скорости резания и оп­ ределяется чисто геометрическими факторами. В качество при­ мера на рис. 11.7 приведены данные А. И. Исаева [4], откуда вид­ но, что при точении стали ЗОХГСА после скорости 75 м/мин наблюдается стабилизация шероховатости обработанной поверх­ ности. Вместе с тем экспериментальные данные многих исследо­ ваний показывают, что кривые R z — f (с)> выражающие зависи­ мость высоты неровностей от скорости резания при обработке различных материалов инструментами, оснащенными различными марками твердого сплава, во многих случаях имеют характерные точки минимума [7—10]. На рис. 11.8 и 11.9 приведены подоб­ ного рода данные, показывающие, что на определенной скорости резания шероховатость обработанной поверхности становится ми­ нимальной. Характерным для приведенных данных является сов-

207

Рис. l l ! 8 . Влияние скорости резания на интенсивность износа (Д) и чис-

тоту гьоверхн'ости (Нс. к.) при точении молибденового сплава резцом ВК6 М

ПО]

/ion,

Рис. 11.9. Влияние скорости резания на наклеп, шероховатость поверхгности, интенсивность износа и коэффициент трения по задней поверхности

Сплав ЭИ437Б

падение точек минимума шероховатости с минимальной интенсив­ ностью износа инструмента. Данные рис. 11.9 показывают, что между интенсивностью износа, трением и шероховатостью суще­ ствует тесная взаимосвязь. На определенной (оптимальной) скорости резания минимуму коэффициента трения по задней грани соответствует минимум интенсивности износа и более высокий класс чистоты обработанной поверхности. Снижение высоты неровностей поверхности с повышением скорости резания в диапазоне V < V0 может быть объяснено снижением адге­ зионных явлений и наростообразоваиия. При скорости V > V0 наблюдается более интенсивный диффузионный износ инструмен­ та [8—111. Режущее лезвие в этом случае быстрее, чем при ра­ боте на оптимальной скорости резания, теряет свои первоначаль­ ные геометрические очертания и за счет анизотропии диффузии становится более шероховатым. В результате с ростом скорости в диапазоне V > V0 шероховатость несколько возрастает.

Из сказанного следует, что найденные ранее параметрические уравнения максимальной размерной стойкости могут быть ис­ пользованы также и для выбора скоростей резания, являющихся оптимальными по чистоте обработки.

В заключение следует также отметить, что скорости резания огран и озер по своим значениям совпадают со скоростями о0, являющимися оптимальными как по интенсивности износа инст­ румента, так и по шероховатости поверхности.

Влияние свойств обрабатываемого материала. Обрабатывае­ мый материал, его физико-механические свойства и структура ока­ зывают существенное влияние на характер и высоту неровностей обработанной поверхности. Влияние это осуществляется через следующие факторы процесса резания: интенсивность деформаций, трение на поверхностях контакта, наростообразование, вибрации, упругое восстановление поверхности резания, изменение величины ДДИЗН, характеризующее изменение геометрии режущей части инструмента вследствие его износа.

Более вязкие и пластичные металлы, склонные к пластиче­ ским деформациям, дают при их обработке грубые и шерохо­ ватые поверхности. С увеличением твердости обрабатываемого

оптимальными по интенсивности износа скоростями резания. Видно также, что равным оптимальным температурам 0 О соот­ ветствует примерно равное значение R z. В работе 112] приведено

209

Рис. 11.10. Влияние твердости стали ЭХВГ и скорости резания на шероховатость поверхности. Резец Т30К4.

материалов находится в пределах одного класса. Если сравнивать шероховатость при произвольно выбранной постоянной скорости, то отличия по чистоте могут быть существенными.

Влияние свойств инструментального материала. Различные инструментальные материалы при одной и той же геометрии ин­ струмента и тех же режимах резания могут дать обработанные поверхности с различной шероховатостью. Это объясняется различием в силах адгезионного взаимодействия и условиях тре­ ния на поверхностях контакта и разной способностью различ­ ных инструментальных материалов сохранять режущую кромку.

склонностью твердого сплава к адгезии и чистотой обработанной поверхности, а также интенсивностью износа существует прямая и тесная связь. Исследования показывают, что инструментальные материалы, имеющие меньшую величину относительного износа, дают и меньшую высоту неровностей обработанной поверхности

(рис. 1 1 .1 1 ).

Влияние марки инструментального материала на шерохова­ тость обработанной поверхности следует устанавливать не при произвольно выбранных и постоянных для всех твердых сплавов

210

Рис. 11.11. Зависимость начального и относительного износа резца и высо­ ты неровностей обработанной поверхности от марки инструментального материала при чистовом точении осевой стали. Для Р18 о = 116 м/мин; для твердых сплавов v = 250 м/мин [8 ]

скоростях резания, а при оптимальных — для каждого сплава. В этом случае будет выдержано постоянство таких условий реза­ ния, при которых для каждого сплава обеспечивается минималь­ ная интенсивность размерного износа.

Оценка влияния марки твердого сплава на высоту неровностей при оптимальной скорости резания более правильна, так как срав­ нение при v =const в ряде случаев может привести к ошибочным заключениям в силу того, что высота неровностей при произвольно выбранных постоянных скоростях резания может принадлежать для различных твердых сплавов разным фазам кривой Rz = f (v). Так, при точении стали 1Х18Н9Т резцами ВКЗ и Т14К8 на оп­ тимальных скоростях резания (соответственно 52 и 133 м/мин) были получены довольно близкие величины поверхностных относи­ тельных износов hono и практически совпадающие значения высоты неровностей R z (рис. 11.12). Если же резцы сравнивать при по­ стоянной скорости резания 52 м/мин, то резец ВКЗ оказывается более износостойким и дающим менее шероховатую поверхность, так как для него скорость резания 52 м/мин является оптимальной, а для резца Т14К8 указанная скорость находится в зоне усилен­ ного адгезионного износа. И, наоборот, скорость резания 133 м/мин для резца Т14К8 является оптимальной, тогда как резец

211

™ 4 o 3CH*

в

Рис. 11.12. Интенсивность износа инструмента (а) и высота неровностей обработанной поверхности (б) при точении с различнымискоростями резания; /= 0,5 мм; s = 0,3 мм/сб [6 ]

ВКЗ при этой скорости резания подвергается интенсивному диф­ фузионному износу.

Влияние марки твердого сплава на высоту неровностей обрабо­ танной поверхности при точении стали 1Х18Н9Т на оптимальных, но различных для каждого твердого сплава скоростях резания приведено на рис. 11.13. Марки твердого сплава расположены в порядке возрастания величин /гопо. Рис. 11.13 показывает, что по величине Rz твердые сплавы расположились в той же последо­ вательности.

Таким образом, путем выбора соответствующей марки инст­ рументального материала можно в некоторых пределах регулиро­ вать не только стойкость инструмента, но и характеристики ка­ чества обработанной поверхности [151.

212