13. Физическая природа изнашивания инструментов

Считается, что основными причинами изнашивания инструмента являются:

1. Абразивное действие обрабатываемого материала.

2. Адгезионное взаимодействие материалов инструмента и заготовки.

3. Диффузионное растворение инструментального материала в ма­териале заготовки.

4. Окислительные процессы на контактных поверхностях инструмента.

Абразивное изнашивание. Твердые включения обрабатываемого материала царапают материал инструмента, постепенно разрушая его. Абразивному изнашиванию повергаются инструменты из быстрорежущей стали, работающие при небольших (до 10...15м/мин) скоростях резания. На изношенной поверхности видны канавки, риски, царапины по направлению совпадающие с направлением вектора истинной скорости резания (на задней поверхности), с направлением вектора скорости стружки (на передней поверхности).

Адгезионное изнашивание. Явление адгезии заключается в том, что в процессе соприкосновения двух материалов происходит их местное, локальное схватывание (соединение, приваривание). Адгезия происходит в том случае, если соприкасающиеся поверх­ности очищены от окисных и масляных пленок. При повышении температуры и давления адгезия увеличивается. Так как один материал перемещается по другому, то образующееся мостики схватывания разрушаются. Он характерен для скоростей резания 20...100 м/мин. На изношенной поверхности появляются кратеры, риски.

Диффузионное изнашивание. В основе этого изнашивания лежит диффузия различных компонентов инструментального материала в обрабатываемый материал, происходящая на контактных площад­ках. Скорость диффундирования отдельных элементов инструментального материала различна. Наиболее быс­тро диффундирует углерод, медленнее вольфрам, кобальт, титан. Поскольку диффузия интенсифицируется с ростом температуры, то этот характер изнашивания особенно заметен при высоких скоростях резания.

Окислительное изнашивание. Возможность окислительного изнашивания подтверждается наличием коррозии твердых сплавов под действием кислорода воздуха и отсутствием коррозии при их нагреве в среде инертных газов.

14. Силы, действующие на контактных поверхностях токарного резца; сила резания и её составляющие.

Срезаемый слой через стружку действует на переднюю поверх­ность с нормальной силой N, вызывающей силу трения F = N, где  - коэффициент трения на передней поверхности. На задней поверхности, действует сила упругого восстановления N₁, вызывающая силу трения F₁ = ₁ N₁, где ₁ - коэффициент трения на зад­ней поверхности. Как правило   ₁

Силы, действующие на задней поверх­ности, ниже, чем силы, действующие на передней поверхности. Если N и F зависят от толщины срезаемого слоя, то силы N₁, и F₁, не зависят от неё, а определяются упру­гими свойствами обрабатываемого ма­териала. Причём чем меньше упругость материала, тем меньше си­лы N₁, и F₁. Кроме этого N₁, и F₁ прямо пропорциональны шири­не срезаемого слоя.

Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем относительно больше силы, действующие на задней поверхности. При толщинах срезае­мого слоя а > 0.1 мм силами на задней поверхности можно пре­небречь.

Складывая равнодействующую R на передней и R₁ на задней поверхностях, получим полную силу резания Р = N + N₁ + F + F₁

Если угол наклона главной режущей кромки  = 0, то сила резания Р расположена в главной секущей плоскости. С изменением условий работы меняется направление и величина силы ре­зания. Обычно рассматривают не саму силу Р, а её составляющие, направленные по трём взаимно перпендикулярным осям x, y и z:

Р = P_X + Р_Y + P_Z,

Р = ,

Р_Z - окружная сила или глав­ная составляющая силы резания. По ней подсчитывается крутя­щий момент и мощность, затрачиваемая на резание.

Р_Y - радиальная сила. Она от­талкивает резец от заготовки, в направлении, перпендикуляр­ном к оси. Реакция этой силы изгибает заготовку. Р_Z - осевая сила или сила пода­чи. Её должен преодолеть механизм подачи станка P_X < P_ст

Величина сил Р_X, Р_Y, Р_Z неодинакова и соотношение этих сил зависит от обрабатываемого материала, от отношения глуби­ны резания к подаче, от величины угла в плане.