Износ и стойкость фрез
В процессе фрезерования происходит износ инструмента, вызывающий изменение формы режущей кромки, геометрии инструмента, увеличение силы резания и ухудшение качества обработки.
Если инструмент вовремя не переточить, то восстановить нужную форму можно только при снятии большого слоя инструментального материала. Поэтому важно знать, как определить момент, когда следует фрезу переточить.
Износ происходит под влиянием многих причин (о них будет сказано ниже) и проявляется в виде образования площадки износа на задней поверхности и лунки на передней поверхности инструмента.
Характер износа
Характер износа бывает различным и зависит главным образом от припуска на обработку. Если инструмент срезает значительный припуск, изнашиваются передняя и задняя поверхности; при чистовой обработке с малой толщиной срезаемого слоя износ происходит в основном по задней поверхности. Катастрофический износ обычно наступает после того, как площадка износа на задней поверхности соединяется с лункой на передней поверхности инструмента. Чтобы не допустить катастрофического износа, следят за изменением износа по задней поверхности и отправляют инструмент на переточку, когда площадка износа достигает определенной ширины, предельной для данного типа фрезы.
Концевые, дисковые и другие фрезы, используемые для получения точных размеров, приходится перетачивать из-за потери размера - размерного износа.
Трение стружки
Износ режущего инструмента происходит вследствие трения стружки о переднюю поверхность и задней поверхности о поверхность заготовки в условиях больших давлений, высокой температуры, а иногда и в присутствии химически активной среды. Обычно износ инструмента представляют как износ абразивный, при котором происходит истирание, царапание поверхности инструмента частицами стружки или поверхностью заготовки. Но одновременно происходит износ другого вида. Из-за высоких давлений в зоне контакта вблизи режущей кромки происходит не только основная, но и дополнительная (вторичная) деформация слоев стружки вблизи передней поверхности (это проявляется в образовании заторможенного слоя). Процесс сопровождается весьма большими температурами, поэтому в зоне наиболее высоких давлений и температур кроме абразивного возникает еще адгезионный износ.
Сущность его заключается в схватывании между собой частиц стружки и обрабатываемого материала. В результате с поверхности инструмента вырываются мельчайшие частицы, образуются микроскопические неровности - кратеры. Появление таких неровностей способствует ускорению абразивного износа.
Температура в зоне резания
При высоких скоростях резания твердосплавным инструментом температура в зоне резания достигает таких величин, когда в контактных слоях стружки и инструмента начинается химическое взаимодействие между твердым сплавом и обрабатываемым материалом. Происходит диффузия атомов железа заготовки в твердый сплав, и, наоборот, диффузия углерода инструмента в материал заготовки. В результате наблюдается частичное обезуглероживание твердого сплава, ослабление поверхностных слоев инструмента и, как следствие, ускоряется абразивный износ. Это еще один вид износа - диффузионный.
Кроме углерода, в материал заготовки диффундируют, но более медленно, вольфрам, титан и кобальт. Интенсивный диффузионный износ начинается при температуре 900° С, причем карбиды вольфрама растворяются быстрее, чем карбиды титана; поэтому сплавы группы ТК меньше изнашиваются при работе на высоких скоростях резания, чем сплавы группы В К. Диффузионный износ увеличивается при обработке материалов, химически активных к твердому сплаву. Для инструментальных сталей, в том числе быстрорежущих, диффузионный износ не характерен, так как они теряют свои режущие способности при сравнительно невысоких температурах, когда диффузионные процессы практически отсутствуют.
Обработка жаропрочных сплавов
Наряду с этим при обработке твердосплавным инструментом жаропрочных материалов диффузионный износ начинается уже при температуре 500° С, что объясняется химическим родством этих материалов с твердым сплавом, особенно титановольфрамо-кобальтовым. По этой причине сплавы ВК могут оказаться более стойкими.
Исследования показывают, что на стойкость инструмента при обработке жаропрочных сплавов очень сильно влияет структура сплава. Так, например, механические характеристики сплавов ХН77ТЮР и ХН55ВМТФКЮ примерно одинаковы, а из-за различия структуры стойкость инструмента при обработке первого сплава в 20 раз выше, чем при обработке второго сплава.
Титановые сплавы, так же как и жаропрочные, имеют очень низкую теплопроводность, меньшую, чем у железа, в 5 раз, алюминия - в 14 раз. Кроме этого, титановые сплавы обладают высокой склонностью к упругому деформированию. В связи с этим наблюдается интенсивное упругое восстановление материала под поверхностью резания после прохода режущей кромки. На заднюю поверхность инструмента действуют большие силы, вызывающие повышенный износ, а иногда даже скалывание твердосплавной пластины в сторону передней поверхности, т. е. в направлении, обратном направлению силы резания.
Стойкость инструмента
Изучение различных видов износа позволяет выбрать наиболее рациональные области использования инструментальных материалов при конкретных условиях обработки. В производственных условиях не всегда возможно проследить за величиной износа зубьев фрезы, поэтому часто фрезу отправляют на переточку, ориентируясь на ее стойкость.
Стойкостью называют период работы инструмента между переточками, измеренный в минутах машинного времени. Зная стойкость фрезы и машинное время, затрачиваемое на обработку одной заготовки, определяют, сколько заготовок можно профрезеровать между двумя переточками. Если стойкость фрезы составляет 300 мин, а машинное время на одну заготовку 5 мин, то фрезу необходимо перетачивать после обработки 60 заготовок.
Износ и стойкость инструмента зависят от многих факторов и сильно изменяются при различной геометрии инструмента, глубине, подаче и скорости резания, свойствах обрабатываемого материала.
Стремясь повысить производительность труда, увеличивают режим резания. При этом стойкость инструмента, как правило, снижается. Его приходится часто снимать, перетачивать и снова устанавливать на станок. На это затрачивается немало времени и труда квалифицированных рабочих. Увеличивается расход инструментального материала. Затраты на переточку и восстановление режущего инструмента могут возрасти настолько, что они перекроют экономию, полученную от повышения производительности на основной операции обработки заготовки. Поэтому следует выбирать такую стойкость инструмента и соответствующий ей режим резания, при которых достигается наиболее производительная и вместе с тем экономичная обработка. Такая стойкость будет наивыгоднейшей.
