книги из ГПНТБ / Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе

А. Д. МАКАРОВ, В. С. МУХИН, Л. Ш. ШУСТЕР

ИЗНОС ИНСТРУМЕНТА, КАЧЕСТВО И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

*»i

к ОЧ;

У Ф А - 1 9 7 4

В В Е Д Е Н И Е

Программа КПСС предусматривает ускоренное и опережающее развитие машиностроения как важнейшую предпосылку техниче­ ского перевооружения всего народного хозяйства. При этом учи­ тывается, что с ростом количественных показателей должны не­ пременно повышаться качество машиностроительной продукции, долговечность и эксплуатационная надежность изделий.

Обработка резанием является наиболее трудоемкой частью технологического процесса изготовления машин. Поэтому повы­ шение производительности труда всегда было одной из главнейших задач теории и практики обработки резанием. Важнейшим на­ правлением в решении этой задачи являлась разработка новых и усовершенствование существующих методов обработки. Как пра­ вило,' повышение производительности здесь достигалось путем повышения элементов режима резания (главным образом за счет применения новых, более теплостойких инструментальных мате­ риалов и совершенствования конструкций инструментов и метал­ лорежущих станков, повышающих суммарное сечение среза и скорость резания) и сокращения вспомогательного времени. За последние 60 лет средняя интенсивность режимов резания в нашей стране возросла в 20—30 раз, а число металлорежущих станков — в 28 раз [1].

Примерно половина прироста продукции механических цехов была достигнута в результате интенсификации обработки. Достиг­ нутое многообразие схем и вариантов обработки резанием позво­ лило в настоящее время сделать этот метод самым универсальным и в то же время наиболее механизированным способом обработки металлов, обеспечивающим, наивысшую точность и качество по­ верхности деталей машин. За последние шестьдесят — семьдесят лет средняя точность обработки резанием в машиностроении воз­ росла приблизительно в десять раз. Можно без преувеличения сказать, что без этих достижений в обработке резанием практиче­ ски нельзя было бы изготовить большинство современных машин.

Таким образом, наука и практика резания металлов призваны решать проблемы, связанные с развитием машиностроения. К ним относятся: повышение производительности обработки, обеспечение

3

ИЗНОС РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

ГЛАВА I

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Обрабатываемость металлов — одно из важнейших их техно­ логических свойств. Изучение проблемы обрабатываемости новых марок сталей и сплавов, обладающих повышенными прочност­ ными, антикоррозионными, жаропрочными и т. п. свойствами, весьма актуально для современного производства.

Основными показателями, характеризующими обрабатывае­ мость металлов, являются:

1)относительный уровень скоростей резания, с которыми наиболее рационально обрабатывать данный материал;

2)возможность и легкость получения необходимой точности обработки при чистовых и отделочных операциях;

3)возможность и легкость получения необходимой чистоты :и качества обработанной поверхности при отделочных операциях;

4)силы, возникающие при резании, и мощность;

5)характер образования стружки и ее деформация (усадка);

6)температура резания.

При различных видах. обработки и условиях эксплуатации инструмента на первый план могут выступать, различные показа­ тели обрабатываемости. Так, при окончательных операциях '(чистовое точение, развертывание, протягивание и т. д.) большое значение имеют чистота и качество обработанной поверхности, а при нарезании резьб в глухих отверстиях — форма стружки и

.легкость ее отвода.

Но во всех случаях, независимо от специфических особенно­ стей технологического процесса и требований к чистоте и качест­ ву обработанных поверхностей, все показатели обрабатываемо­ сти определяются главным образом интенсивностью затупления |(износа) режущих инструментов при обработке данного материала. Действительно, как показала практика, по мере затупления инст­ рументов силы резания могут изменяться до 2—3-х раз, шерохо­ ватость — колебаться в пределах 2-х классов чистоты, возможно изменение температуры резания на 100—200°С. При износе инст­ рументов существенно меняются показатели наклепа и остаточ­

5

ных напряжений в обработанных приповерхностных слоях, sa также характер стружкообразования. Продукты износа весьма денного инструментального материала и припуск, снимаемый при переточках инструмента, являются безвозвратно утерянны­ ми. Возрастание сил резания существенно повышает энергоза­ траты, расходуемые на процесс резания. Износ инструмента увеличивает простои металлорежущего оборудования в связи' с переналадкой и подстройкой инструмента, а также повышает расходы, связанные с переточкой затупившегося инструмента. Все это позволяет утверждать, что из всех показателей обраба­ тываемости резанием на первый план выступает влияние обра­ батываемого материала на интенсивность износа режущих инструментов, характеризуемое уровнями наиболее целесо­ образных скоростей резания и соответствующих им износов. Именно эти показатели являются главными факторами, опреде­ ляющими производительность оборудования и стоимость обра­ ботки. Поэтому, несмотря на то, что единой универсально# характеристики обрабатываемости резанием нет, исследованиям износа режущих инструментов уделяется большое внима­ ние.

Следует при этом отметить, что оценка обрабатываемости1 всегда имеет относительный характер. Обрабатываемость каждого1 данного металла может существенно измениться при изменениирежущего инструментального материала, а также конструктивных особенностей режущих инструментов,вследствие применения сма­ зочно-охлаждающих средств и прочих факторов.

Из них лишь только элементы режима резания непосредст­ венно отражаются на производительности и себестоимости об­ работки. Поэтому влияние остальных факторов должно оцени­ ваться через допускаемые элементы режимов резания. Причем из них глубина резания и подача чаще всего ограничиваютсядругими дополнительными условиями (припуском на обработку, показателями качества обработанной поверхности и пр.). Таким1 образом, из элементов режима резания в основном только ско­ рость резания является независимой переменной. Поэтому влия­ ние прочих параметров резания на износ инструмента следует рассматривать в совокупности со скоростью резания.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Развитие науки о резании металлов. М., «Машиностроение», 1967,

6

ГЛАВА II

ЭЛЕМЕНТЫ ИЗНОСА, КРИВЫЕ ИЗНОСА И КРИТЕРИИ ЗАТУПЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА. ПОКАЗАТЕЛИ ИЗНОСА. ГЕОМЕТРИЯ ИЗНОСА РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА

В процессе резания в результате взаимодействия обрабаты­ ваемого материала с инструментальным контактные площадки ла передней и задних поверхностях инструмента изнашиваются. Износ контактных площадок инструмента происходит непрерывно на протяжении всего процесса резания при всех практически воз­ можных условиях резания и физико-механических свойствах как инструментального, так и обрабатываемого материалов.

Элементы износа

В зависимости от условий резания и свойств инструменталь кого и обрабатываемого материалов превалирующий износ наблю­ дается на главной задней поверхности (рис. 2.1 а), на передней поверхности (рис. 2. Г в) и на вспомогательной задней поверхности •(рис. 2.1 г). Иногда величины износа передней и задней поверх­ ностей одновременно достигают предельных значений (2.1 б). При износе инструментов происходит также изменение радиуса -округления режущей кромки (рис. 2.2).

Превалирующий износ задних поверхностей инструментов наблюдается чаще всего при малой толщине среза, особенно в условиях чистовой обработки малопластичных материалов.

Превалирующий износ передней поверхности имеет место в том случае, когда задняя поверхность предохраняется от износа наростом или когда температура передней поверхности значитель­ но превышает температуру задней поверхности.

Особенностью Износа передней поверхности является образо­ вание лунки на некотором расстоянии от режущей кромки. По мере износа ширина и глубина лунки увеличиваются, а радиус -ее кривизны уменьшается. В результате износа на задней поверх­ ности появляется фаска постоянной или переменной ширины. При «одновременном износе передней и задней поверхностей инстру-

7

Рис. 2.1. Геометрия износа режущего инструмента по поверхностям:-

характеризуется кривыми, представлен­ ными на рис. 2.3 а.

На рис. 2.3 б представлено влияние времени (пути) резания на износ резца, оснащенного твердым сплавом, при обработке .стали. Износ минералокерамических резцов происходит в основном по»

задним поверхностям.

При чистовых и отделочных операциях наибольшее влияниена точность и шероховатость обработанной поверхности оказы-

8

Рис. 2.3. Изменение параметров износа по времени при обработке сталей {hn — глубина лунки; В — ширина лунки; — длина лунки; h3 — ши­ рина площадки износа по задней поверхности; f — ширина фаски): а —

быстрорежущего резца; б — твердосплавного резца

вает радиальный износ hr, измеряемый в направлении, нормаль­ ном к обработанной поверхности, так называемый размерный из­ нос (см. рис. 2.1 б).

Изучение размерного износа показало, что изменение hr не подчиняется линейному закону (рис. 2.4). Первый период рабо­ ты (П) режущего инструмента сопровождается повышенным из­ носом. Это участок приработочного износа. Повышенная интен­ сивность износа инструмента на этом участке вызвана микросколами, дефектами от предшествующей заточки и пр. Третий период (К) характеризуется повышенной интенсивностью износа инст­ румента за счет повышения температуры на контактных поверх­ ностях, сил резания, вибраций и т. п. Второй период (Н) соответ­ ствует нормальному износу.

Относительное время работы инструмента на участке прира­ ботанного износа в большинстве случаев непродолжительно, а путь резания составляет десятые доли от общего пути резания. Поэтому наибольший научный и практический интерес представ­ ляет зона нормального износа. Кривая износа на этом участке в; большинстве случаев прямолинейна и проходит под относитель­ но небольшим углом наклона к оси абсцисс. Подобный характер кривой износа дал возможность ввести понятие относительного

•износа, т. е. износа, отнесенного к определенному пути резания {в зоне нормального износа).

Критерии затупления

Прекращение работы инструмента для его замены может быть вызвано различными причинами: резким возрастанием интенсив­

9,