Руйнування та надійність інструменту

11.2.1 Руйнування робочої частини інструмента

Окрім поступового зношування інструмент може виходити із ладу внаслідок руйнування його робочої частини. Руйнування може бути крихким або пластичним.

Крихке руйнування виникає під дією найбільших напружень розтягування і є наслідком зародження і розвитку тріщин. Необхідно розрізняти викришування і сколи. Викришування проявляється в відокремленні малих часток клину біля головної різальної кромки і частіше всього пов’язане з поверхневими дефектами інструментального матеріалу, неоднорідністю мікроструктури і залишковими напруженнями. Сколи представляють собою відокремлення порівняно більших об’ємів інструментального матеріалу, які перевищують об’єм клина в межах контакту поверхні зі стружкою (рис. 6.9).

Рисунок 11.9 – Руйнування леза інструменту сколюванням

а – вигляд сколів на передній поверхні леза;

б – вигляд сколів на задній поверхні леза

Величини у, у₁ близькі за розміром з шириною контакту стружки з передньою поверхнею, х, х₁ – близькі за розміром з шириною зрізу.

Сколи суттєво залежать від величини переднього кута і кута загострення. Найбільший вплив має товщина зрізу. Швидкість різання при безперервному різанні на сколи не впливає. Сколи для визначеного інструментального матеріалу і форми різальної частини інструменту залежать від межі міцності при одноосному розтягуванні і межі витривалості та ударної в’язкості при переривчастому різанні.

Швидкорізальні сталі менше піддаються крихкому руйнуванню, ніж тверді сплави. Серед твердих сплавів перевагу за цим показником необхідно віддати однокарбідним сплавам.

Силове навантаження на інструмент є не єдиною причиною крихкого руйнування. При переривчастому різанні не менш важливе значення мають термічні напруження, особливо для інструментів, оснащених пластинами із твердих сплавів.

Пластичне руйнування характеризується течією тонких шарів інструментального матеріалу переважно вздовж задньої поверхні. Пластичне руйнування при безперервному різанні наступає при визначеній швидкості різання. Внаслідок пластичного руйнування клин інструменту втрачає правильну форму і головна різальна кромка не може зрізати шар, який залишився під оброблення.

11.2.2 Надійність інструменту

Надійність – це властивість інструменту виконувати оброблення різанням, зберігаючи експлуатаційні показники відповідно до заданих на операцію вимог протягом визначеного терміну. Надійність інструменту, продуктивність оброблення і якість виготовлених деталей є взаємно пов’язаними поняттями; так із збільшенням продуктивності, як правило, зменшується надійність інструменту, а часто і якість виробів.

Надійність будь якого виробу визначається безвідмовністю, ремонтопридатністю і зберігаємістю.

Безвідмовність – властивість інструменту зберігати працездатність протягом заданого терміну без вимушених перерв. Необхідно відрізняти відмову внаслідок порушення працездатності інструмента і несправність внаслідок його невідповідності вимогам технічної документації. Відмови інструмента поділяються на конструктивні, які обумовлені похибками проектування, і технологічні, які обумовлені його невірним виготовленням і експлуатацією. Вихід інструменту із ладу визначається частковою або повною втратою його працездатності. Тому відмови бувають усувні, якщо працездатність можливо усунути переточуванням або ремонтом (зношування, викришування) і неусувні; в останньому випадку інструмент списують (сколи, руйнування пластини, розкріплення пластини, руйнування корпусу).

Тривалість безвідмовної роботи інструменту може бути виражена часом роботи t_і до будь-якої відмови, сумарним часом роботи St_і до повної неусувної відмови. В масовому виробництві більш зручно визначати ці характеристики кількістю деталей Z_д, які оброблені даним інструментом до будь-якої відмови, і SZ_д – до неусувної відмови.

Безвідмовність інструмента визначається ймовірністю його безвідмовної роботи і інтенсивністю відмов.

Ймовірність безвідмовної роботи R(t) характеризує ймовірність того, що в заданому інтервалі часу t не виникає відмов інструменту.

Інтенсивність відмов l(t) визначається ймовірністю відмови в одиницю часу після даного моменту оброблення при умові, що відмова до цього моменту не виникла; таким чином, ця характеристика дозволяє з’ясувати причину відказів.

Ремонтопридатність – властивість інструменту, яка полягає в його пристосованості до попередження, знаходження та усунення відмов і несправностей шляхом проведення технічного обслуговування та ремонтів. Час t_ві на відновлення інструмента складається із часу на його заточування, заміну, регулювання збірного інструменту, заміну і налагоджування. Ремонтопридатність інструменту оцінюється середнім часом відновлення t_ві або середнім сумарним часом відновлення St_ві.

Довговічність – властивість інструменту зберігати працездатність до кінцевого стану з необхідними перервами для технічного обслуговування і ремонтів. Довговічність інструменту Д кількісно оцінюється тими ж характеристиками, що й безвідмовність, якщо розглядати тільки неусувні відмови.

Зберігаємість – властивість інструменту зберігати свої експлуатаційні характеристики під час і після терміну зберігання і транспортування, встановленого в технічній документації.

Показник надійності набуває особливого значення в умовах гнучких автоматизованих виробництв. В цьому випадку виникає необхідність автоматизованої діагностики працездатності інструмента. Для цієї мети використовуються автоматичні діагностичні пристрої, які працюють на принципі щупання та візуальному принципі з подальшим обробленням інформації на ЕОМ (поза зоною оброблення). Під час різання діагностика стану інструменту виконується за зміною сил різання, термоелектрорушійної сили, вимірюванням зносу термопарами, з допомогою акустичних систем.