Виды износа режущего инструмента

В зависимости от условий резания режущий инструмент может подвергаться различным видам износа, которые могут протекать одновременно или какой-то из них может преобладать над другими. Различают четыре основных вида износа: абразивный, адгезионный, диффузионный и окислительный.

Абразивный износ. Механизм данного износа заключается в том, что твердые частицы обрабатываемого материала, внедряясь в контактные площадки режущего инструмента, царапают их, действуя как микрорезцы. Интенсивность данного износа зависит от твердости инструментального материала и увеличивается по мере ее уменьшения. Интенсивность данного вида износа возрастает при увеличении содержания в сталях цементита и сложных карбидов, в чугунах цементита и фосфидов, в жаропрочных сплавах интерметаллидов, которые сохраняют высокую твердость даже при высоких температурах резания. Контактные поверхности инструмента могут также царапать частицы нароста. Данный вид износа проявляется на низких скоростях резания и особенно при обработке материалов с ярко выраженными абразивными свойствами. Абразивный износ проявляется в большей степени для быстрорежущего инструмента и в меньшей степени для инструмента, оснащенного твердым сплавом, твердость которого значительно выше твердости быстрорежущей стали.

Адгезионный износ. Высокие температуры и нагрузки, действующие на контактных площадках режущего инструмента, способствуют адгезионному взаимодействию материала инструмента и обрабатываемой заготовки. В результате этого на контактных площадках режущего инструмента образуются «мостики схватывания» (рис.79).

При перемещении стружки по передней поверхности и поверхностей заготовки относительно задней поверхности эти «мостики схватывания» разрушаются и образуются вновь. Повторение циклов образования и разрушения «мостиков схватывания» приводит к циклическому нагружению поверхностного объема инструментального материала и вызывает местное усталостное разрушение контактного слоя режущего инструмента, протекающее в виде выкрашивания отдельных частиц инструментального материала. Вырванные с контактных поверхностей частицы инструментального материала уносятся сходящей стружкой и поверхностями заготовки. Чем выше циклическая прочность и ниже хрупкость инструментального материала, тем выше его износостойкость при равной теплостойкости. Поэтому в зоне невысоких температур резания, когда теплостойкость инструментального материала не имеет решающего значения, сопротивляемость твердых сплавов циклическим нагрузкам ниже, чем быстрорежущих сталей, имеющих большую прочность. Следовательно, при таких условиях твердосплавные инструменты в большей степени подвергаются адгезионному износу, чем быстрорежущие. При высоких температурах резания хрупкость твердого сплава уменьшается и сопротивляемость его циклическим нагрузкам возрастает. Кроме того, при высоких температурах происходит разупрочнение обрабатываемого материала и прочность «мостиков схватывания» снижается. Все это вместе взятое приводит к увеличению времени работы инструмента до местного усталостного разрушения контактных слоев инструмента (вырывов частиц инструментального материала) и интенсивность адгезионного износа твердосплавного инструмента уменьшается (рис. 66).

Диффузионный износ. Высокие температуры и нагрузки, действующие на контактных площадках инструмента, высокие деформация прирезцовых слоев стружки (слоев, прилегающих к передней поверхности), схватывание на контактных площадках режущего инструмента приводят к взаимному диффузионному растворению инструментального и обрабатываемого материала, которое сопровождается диффузией отдельных элементов инструментального материала в стружку и обрабатываемый материал и наоборот. В результате процессов диффузии и самодиффузии в контактных слоях режущего инструмента происходят структурные превращения, которые вызывают их разупрочнение и охрупчивание. В результате этого, ослабленные диффузионными процессами, контактные слои режущего инструмента разрушаются и уносятся сходящей стружкой и поверхностью заготовки.

На рис.80 показана зависимость относительного износа режущего инструмента Δ от скорости резания. Относительный износ режущего инструмента определяется по формуле:

,

где h3 – величина износа режущего инструмента по задней поверхности, (мм), L – путь режущего инструмента, пройденный до данной величины износа, (мм).

Как видно из рисунка, для быстрорежущего инструмента с повышением скорости резания относительный износ возрастает. При этом происходит постепенный переход адгезионного износа в диффузионный (рис.80, кривая 2). Для твердосплавного инструмента зависимость относительного износа от скорости резания носит более сложный характер (рис.80, кривая 1). При обработке до скорости резания V₁ имеет место адгезионное изнашивание инструмента, которое протекает с постоянной скоростью, о чем свидетельствует постоянная величина относительного износа. Снижение интенсивности адгезионного износа для режущего инструмента из твердого сплава после скорости V₁ связано, как уже отмечалось ранее, с уменьшением прочности «мостиков схватывания» из-за разупрочнения обрабатываемого материала (при значении скорости резания V₁ температура резания равна 600 ^οС, при которой начинается разупрочнение материала заготовки) и уменьшением хрупкости твердого сплава. Все это повышает количество циклов образования и разрушения «мостиков схватывания» для усталостного разрушения поверхности режущего инструмента и снижает интенсивность адгезионного износа. При скорости резания V₂, когда температура равна примерно 800°С, начинается разупрочнение твердого сплава и адгезионный износ переходит в диффузионный. Для инструмента из быстрорежущей стали снижения интенсивности адгезионного износа не происходит, т.к. при температурах около 600°c начинается разупрочнение самой быстрорежущей стали.

Окислительный износ. Окислительным износом называют установившейся стационарный процесс динамического равновесия разрушения и восстановления окисных пленок. При этом скорость окисления превосходит скорости всех других процессов, происходящих на контактных поверхностях инструмента, т. е. окисление является преобладающим. Пленки окислов влияют на интенсивность износа инструмента. В случае образования тонких пленок и достаточно прочных пленок интенсивность износа снижается. При образовании более толстых и рыхлых пленок интенсивность износа резко увеличивается.