Механизмы изнашивания инструмента

Существует 5 основных механизмов изнашивания инструмента:
• Абразивное изнашивание - это наиболее распространенный механизм изнашивания для большинства операций обработки металлов резанием. Такой механизм имеет место при трении двух поверхностей друг о друга. Твердые частицы - карбиды, содержащиеся в большинстве обрабатываемых материалов, действуют на материал инструмента как при шлифовании абразивным кругом. Чем выше твердость режущего материала, тем выше его сопротивление абразивному изнашиванию.
• Диффузионное изнашивание - это химический процесс взаимодействия между режущим и обрабатываемым
материалами в зоне резания при высокой температуре и давлении. Интенсивность диффузионного изнашивания определяется химическими свойствами взаимодействующих материалов, при этом твердость практически значения не имеет. Способность материала инструмента оставаться при высоких температурах химически инертным к материалу заготовки будет определять интенсивность процесса изнашивания в зоне контакта стружки с передней поверхностью инструмента, обычно приводящих к образованию лунки.
• Окислительное (химическое) изнашивание также является результатом воздействия высоких температур и давления, но, в отличие от диффузионного процесса, этот процесс нуждается в доступе воздуха. Обычно он происходит там, где режущая кромка только начинает контактировать с внешней частью снимаемого припуска, а в эту зону воздух, как правило, имеет свободный доступ. Как и при диффузионном изнашивании, существуют материалы, склонные к этому виду разрушения в большей или меньшей степени. Окислительное изнашивание обычно приводит к образованию глубокой выемки на той части режущей кромки, которая контактирует с внешней частью снимаемого материала заготовки.
• Усталостное изнашивание наблюдается, если режущий материал не выдерживает колебаний температуры совместно с изменениями нагрузки, что приводит к образованию трещин и разрушению режущей кромки. Некоторые инструментальные материалы более подвержены такому изнашиванию, чем другие. Неправильное применение охлаждения, особенно во время фрезерования, когда режущая кромка то нагревается, находясь в зоне резания, то охлаждается вне ее, приводит к повышению усталостного изнашивания.
• Адгезионное изнашивание обычно имеет место при относительно низких температурах. Чаще всего его причиной становится слишком низкая скорость резания. При этом, недостаточно разогретый материал заготовки, вместо того, чтобы скользить по поверхности инструмента, как это происходит при высоких температурах, прилипает и приваривается к режущей кромке. Образуется нарост на режущей кромке, изменяющий ее геометрию. Он создает дополнительное трение и ухудшает процесс резания. Такое изнашивание часто наблюдается на инструменте, используемом на устаревшем оборудовании с недостаточной частотой вращения шпинделя. Нарост увеличивается до тех пор, пока не начинает срываться проходящей стружкой вместе с частью приваренного материала передней поверхности пластины или даже с частью режущей кромки. Некоторые режущие инструменты очень подвержены такому типу изнашивания. Например, при обработке низкоуглеродистых сталей, нержавеющих сталей и алюминия. При увеличении скорости резания этот тип изнашивания часто уменьшается или полностью исчезает.
Износ режущего инструмента. Износ по задней поверхности и лункообразование.

Износ по задней поверхности. Это наиболее распространенный вид износа и, как показывает название, его величина (VB) измеряется по задней поверхности режущего лезвия. Основная причина такого вида износа - это абразивный механизм процесса изнашивания. Умеренный износ по задней поверхности характеризует оптимальный процесс обработки. При чистовой обработке при увеличении износа по задней поверхности ухудшается шероховатость обработанной поверхности, возрастает трение, количество выделяемого тепла, поскольку уменьшается задний угол. При черновой обработке увеличенный износ по задней поверхности, приводя к изменению геометрии, может вызвать вибрации, повышенное потребление мощности и повышает вероятность поломки режущей кромки.
Износ режущего инструмента. Пластическая деформация и наростообразование.

• Пластическая деформация. В ряде случаев высокая температура и давление могут привести к пластической деформации материала инструмента, когда вершина опускается и материал режущей части деформируется либо в направлении обработки, либо в направлении задней поверхности. Это приводит к увеличению трения и, соответственно, увеличению выделяемого тепла, изменяется геометрия режущей кромки, нарушается процесс формирования стружки, что создает критическую ситуацию для процесса резания. При чистовой обработке пластическая деформация приводит к ухудшению шероховатости обрабатываемой поверхности и вызывается недостаточной красностойкостью материала инструмента.
Показатели износа инструмента.

Каковы признаки того, что режущая кромка изнашивается тем или иным способом? Регулярные осмотры с помощью увеличительного стекла - важный способ изучения развития и вида износа, дающие основание для изменения одного или нескольких параметров операции.
1. Износ по задней поверхности следует измерять через определенные промежутки времени, в которые пластина реально участвовала в процессе резания, пока износ не достигнет допустимой величины.
2. Другим показателем износа инструмента является увеличение потребляемой мощности. Поэтому надо внимательно следить за показаниями прибора, измеряющего мощность.
3. 4. На чистовых операциях лимитирующими факторами являются шероховатость и точность обработанной поверхности. Выход размеров за поле допуска или ухудшение чистоты обработки свидетельствуют об износе режущего инструмента.
5. Образование заусенцев, особенно при обработке нержавеющей стали, говорит о затуплении режущей кромки. Чрезмерный износ по задней поверхности, нарост, пластическая деформация могут привести к затуплению режущей кромки и, соответственно, образованию заусенцев при обработке.
6. Усиление нагрева говорит об износе инструмента, в результате которого трение возрастает и выделяется большее количество тепла.
7. Выкрашивания и поломки инструмента могут быть замечены и без лупы. Они говорят о серьезных проблемах
при резании, требуют анализа всех
технологических параметров операции и, в первую очередь, жесткости. Вибрации могут послужить причиной плохого качества обработки, а также поломки пластины. Возникновение вибраций может быть вызвано целым рядом причин, поэтому устранить их бывает довольно сложно.
8,9. Цвета побежалости, неудовлетворительное формирование стружки являются следствием чрезмерного износа, в результате чего нарушается процесс распределения тепла между деталью, инструментом и стружкой, а также процесс стружкодробления.
10. Повышенный уровень шума служит верным признаком того, что есть какие-то нарушения в процессе обработки. Часто причиной шума являются вибрации, вызванные износом инструмента. Опытный оператор по звуку может определить, как идет процесс резания и не затупился ли инструмент.
11. Следы вибраций на обработанной поверхности, наряду с ухудшением чистоты обработки, свидетельствуют об износе инструмента.
12. Стойкость инструмента определяется периодом, в течение которого инструмент способен выполнять свои функции с достаточной надежностью при обработке деталей, удовлетворяющих предъявляемым требованиям. Вопрос предварительной оценки гарантированной стойкости инструмента особенно важен при обработке на станках с ЧПУ так как плановая замена инструмента в соответствии с гарантированной стойкостью позволит уменьшить вмешательство оператора в процесс обработки или даже запрограммировать прекращение обработки при достижении предельного износа.
Чрезмерный износ инструмента
При чрезмерном износе возможна поломка режущей пластины, опорной пластины, корпуса, обрабатываемой детали и даже элемента станка. Однако, самым неприятным последствием катастрофического износа являются частые непредвиденные простои оборудования для замены инструмента в случае его поломки, а в результате - снижение производительности.
Правильно выбранный и применяемый инструмент позволяет достичь высокой производительности, использовать все потенциальные ресурсы и сделать любую операцию экономически эффективной. Высокая производительность гарантируется с высокой степенью надежности.