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

перемещения трущихся пар в тонком поверхностном слое обра­ зуется тепло. При этом повышение температуры может привести к местному размягчению материалов, схватыванию, диффузии,

.окислению и т. п.

Следовательно, на обстановку в зонах контакта с обрабаты­ ваемым материалом существенное влияние должны оказывать ме­ ханические свойства материала (пределы текучести и прочности, твердость, относительное удлинение и сужение и др.), а также некоторые физические свойства (теплопроводность, излучатель­ ная способность и др.). Эти свойства в значительной мере зави­ сят от химсостава обрабатываемых материалов, их структуры и фазового состава. При этом следует иметь в виду, что в процессе резания (высокоскоростного деформирования) свойства обрабаты­ ваемого материала в местах контакта могут существенно изменять­ ся как под влиянием деформации и температуры, так и под воз­ действием окружающей среды и свойств контрпары трения (инст­ рументального материала).

б) свойства инструментального материала

Вторым телом, участвующим в контакте при резании, являет-

•ся инструмент. Чтобы процесс трения проходил в более благо­ приятной обстановке, инструментальные материалы должны обла­ дать антифрикционными свойствами, быть износостойкими и жа­ ростойкими, иметь повышенную жаропрочность, теплопровод­ ность и твердость. И все-таки, если бы даже удалось создать инструментальный материал, обладающий всеми этими свойствами, он не был бы универсальным, так как в зависимости от свойств первого контактирующего тела — обрабатываемого материала — и окружающей среды свойства тончайших контактных слоев ин­ струментального материала будут существенно изменяться. По­ этому имеется целый ряд инструментальных материалов, и этот ряд постоянно пополняется новыми в связи с появлением новых конструкционных обрабатываемых материалов, обладающих теми или иными специфическими свойствами. Поэтому очень важно уметь безошибочно производить выбор наиболее благоприятной марки инструментального материала для обработки заданной де­ тали с учетом прочих параметров резания.

[в) прочие параметры резания

К прочим параметрам процесса резания относятся прежде всего элементы режима резания: скорость, подача и глубина. Скорость резания определяет скорость относительного скольже­ ния контактирующих тел. Следовательно, скорость резания в значительной степени предопределяет температуру в зонах кон­ такта, время нахождения в контакте трущихся поверхностей, плотность контакта, упрочнение и разупрочнение обрабатывае­

26

мого материала и пр. Все это делает скорость резания одним изважнейших параметров, регулирующих условия контактирования, и износа режущих инструментов и влияющих на производитель­ ность обработки.

Подача и-глубина резания, образующие площадь сечения сре­ заемого слоя, тоже существенно влияют на производительностьобработки. Эти элементы режима резания назначаются в соответ­ ствии с припуском на обработку, точностью и требованиями к качеству обработанной поверхности. Они могут также существенно* влиять на обстановку в зонах контакта, изменяя температуру* плотность контакта, направление пластического течения, нагруз­ ки. Все это находит отражение в износе режущих инструментов.-

Геометрические параметры инструментов могут существенно-- влиять на условия и характер формирования обрабатываемого ма­ териала, изменять тепловую и силовую напряженность в зонах контакта, поэтому требуют особого внимания при их назначении_ Если назначение некоторых геометрических параметров режущей части инструментов связано с конструктивными особенностями обрабатываемой детали и условиями стружкоотвода, то другие геометрические параметры должны быть призваны облегчить ус­ ловия трения в процессе резания.

Для облегчения напряженности в зонах контакта инстру­ мента с обрабатываемой деталью широко используются и другие средства: применяют смазочно-охлаждающие средства, произво­ дят подогрев зоны резания, накладывают на процесс резания виб­ рации (колебания) и др. Смазочно-охлаждающие средства оказы­ вают многостороннее воздействие на процесс трения при резания. Это уменьшение температуры контакта; пластифицирование тон­ ких прилегающих к контакту слоев; появление защитных окисных и сорбированных пленок и др. Эффективность смазочно­ охлаждающих средств зависит также от способа их подвода в зону

резания.

Подогрев зоны резания изменяет физико-механические свой­ ства обрабатываемого материала, пластифицирует тонкие контакт­ ные слои, изменяет плотность контакта, способствует появлениюзащитных пленок. Все это сказывается на облегчении процесса трения. Но увеличение температуры контакта при этом в ряде случаев может ухудшить условия трения и повысить интенсив­ ность износа инструмента. Зачастую подогрев зоны резания не­ возможен вследствие невыполнения конструктивных требований

кобрабатываемой детали.

Впроцессе резания могут возникать периодические колеба­

ния отдельных элементов системы СПИД большой частоты, назы­ ваемые вибрациями. Возникновение вибраций при обработке ре­ занием характеризуется возмущающими силами и свойствами уп­ ругой системы; соотношение между этими параметрами определяет как возможность возникновения вибраций, так и их амплитуду к частоту. Изменяя плотность контакта и температуру, вибрации

27

ГЛАВА IV

МЕХАНИЗМ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Изучение механизма и физической природы износа режущих инструментов постоянно привлекало и привлекает внимание ис­ следователей, занимающихся в области резания металлов. Вы­ двинутые гипотезы и теории износа относились вначале в основ­ ном к инструментам из углеродистых и быстрорежущих сталей, затем — к твердым сплавам, алмазу, минералокерамике и другим инструментальным материалам.

В настоящее время большинство исследователей считает, что режущий инструмент подвергается различным по природе видам износа — адгезионному, абразивному, диффузионному, химическо­ му и др. В зависимости от условий резания доминирующим может быть один вид износа, или же инструмент может подвергаться одновременно действию различных видов износа.

Для установления закономерностей изменения суммарного износа необходимо иметь представление о механизме всех основ­ ных видов износа.

Адгезионный износ

Под адгезионным износом обычно понимают отрыв или срез силами адгезии мельчайших частиц инструментального материала в процессе трения инструмента с обрабатываемым материалом. Силы адгезии возникают как результат межмолекулярного взаи­ модействия между твердыми телами.

Известно, что металлам присущ особый вид так называемой металлической связи, обусловливаемой обобществлением валент­ ных электронов. Взаимодействие этих электронов с ионизирован­ ными атомами в узлах кристаллической решетки обеспечивает прочную связь между атомами металла. При сближении трущих­ ся поверхностей на расстояния, соизмеримые с параметрами решет­ ки, также происходит объединение валентных электронов и обра­ зование общего электронного облака, взаимодействующего с ато­ мами обеих металлических поверхностей. Это и является основой

29

прочного соединения двух тел, осуществление которого возможно' в том случае, если в контакт войдут ювенильные (чистые) поверх­ ности. Именно такой контакт и имеет место при трении обрабаты­ ваемого материала и сходящей стружки о поверхности инструмен­ та. Высокие давления также способствуют сближению участков, поверхностей трения на расстояние, соизмеримое с параметрами решетки, а температуры, возникающие от трения и деформации в зоне стружкообразования, значительно повышают энергию ато­ мов и создают дополнительную активность.

Таким образом, создается возможность обмена электронами между элементами трущейся пары, результаты которого можно попытаться объяснить, исходя из представления о модели твердо­ го тела [1], сущность которой состоит в следующем. При образо­ вании кристалла из изолированных атомов валентные электроны последних частично локализуются у остова атома, частично ухо­ дят в коллективизированное состояние. Локализованная часть валентных электронов образует конфигурации различной энерге­ тической устойчивости, статистический набор которых и энерге­ тическая устойчивость определяют степень трудности возбужде­ ния вещества при физических и химических процессах. Если кон­ тактируют вещества, имеющие высокий статистический вес атомов со стабильными электронными конфигурациями, то требуются бо­ льшие энергетические затраты для термического возбуждения, а образующееся при этом адгезионное соединение имеет относитель­ но высокую прочность и требует соответственно больших затрат механической энергии для разрушения этого соединения [2].

Отмеченный в работе [3] факт влияния на адгезию дополнитель­ ной механической активации сводится, по существу, к облегче­ нию электронного обмена благодаря тому, что в местах концен­ трации дефектов на поверхности деформированных металов имеют­ ся ненасыщенные связи.

Следовательно, можно считать установленным, что имеется глубокая физическая связь между характером адгезионного взаи­ модействия и особенностями электронного строения контактирую­ щих пар металлов, а также параметрами термической и механи­ ческой активации.

При скольжении одной поверхности по другой в процессе резания происходит непрерывный процесс возникновения и сре­ зания адгезионных связей. Поверхность инструмента по отдель­ ным точкам истинного контакта находится под действием срезаю­ щих напряжений, в результате чего частицы материала местами отрываются с поверхности. Обычно такой отрыв значительнобольше со стороны мягкого металла, но методом радиоактивных изотопов доказано [4], что одновременно всегда имеет место неко­ торый перенос частиц и более твердого материала на более мяг­ кий.

Так как в процессе резания на контактных поверхностях отдельные адгезионные пятна срезаются и вновь возникают, то-

30