0 руб
Оформить заказ5. ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Затупление режущих инструментов вызывается пластическим (вязким) разрушением, хрупким разрушением (выкрашиваением) и износом в результате трения.
Пластическая деформация металла режущей части происходит в инструментах из стали, сохраняющей высокую вязкость и пластичность в закаленном состоянии. Каждой паре обрабатываемого и инструментального материалов соответствует область режимов резания, в пределах которой происходит пластическая деформация инструмента.
При точении стали средней твердости с толщиной срезаемого слоя 0,3 мм резцы из углеродистой инструментальной стали теряют работоспособность при скорости резания свыше 0,25–0,35 м/с; из быстрорежущей — 1,35–2 м/с; из твердого сплава — 10–17 м/с.
Хрупкое разрушение режущей части инструмента происходит при толщине срезаемого слоя, превышающей предельную величину, характерную для данной пары обрабатываемого и инструментального материалов и формы инструмента.
Вид разрушения (вязкое или хрупкое) зависит от свойств инструментального материала и способа нагружения инструмента. Если предел прочности на отрыв меньше, чем на срез, то имеет место хрупкое разрушение. В противном случае происходит вязкое разрушение. Минералокерамические материалы плохо сопротивляются растяжению и разрушаются хрупко. Инструментальная сталь и твердые сплавы в зависимости от условий нагружения претерпевают разрушение либо отрывом (хрупко), либо срезом (вязко).
Износ в результате трения характерен для всех без исключения инструментов. Различают абразивный, адгезионный, химический, диффузионный износ.
Абразивный износ обычно преобладает при обработке чугуна, даже с невысокой скоростью резания, в особенности при обдирке по литейной корке, имеющей частицы свободного цементита и включения формовочного материала.
Этот же вид износа наблюдается при прерывистом резании (строгание, фрезерование), когда температура ниже, чем при непрерывном точении. Абразивный износ инструмента при обработке стали возрастает с увеличением содержания углерода и карбидообразующих легирующих элементов.
Адгезионный износ чаще происходит при обработке стали твердосплавным инструментом со скоростями, вызывающими температуру ниже 500 °С. Адгезионный износ быстрорежущей стали менее интенсивен, чем твердого сплава, вследствие меньшей хрупкости и большей циклической прочности.
Химический износ имеет решающее значение при резании стали, молибдена и других материалов инструментом из быстрорежущей стали в присутствии химически активных веществ.
При температуре свыше 500–600 °С наблюдается взаимная диффузия материалов заготовки и инструмента. В результате в поверхностных слоях инструмента происходят структурные превращения, вследствие чего уменьшается его твердость и прочность [41]. Это приводит к диффузионному износу.
Износ происходит как по передней, так и по задней поверхностям инструмента (рис. III.17). Интенсивный износ передней поверхности характерен для черновой обработки стали без охлаждения инструментами, чувствительными к высокой температуре, при большой толщине срезаемого слоя (а ≥ 0,5 мм). Глубина лунки достигает 0,6–0,8 мм и более.
Задняя поверхность резцов изнашивается в основном при обработке чугуна, точении стали с охлаждением и малой подачей, при обработке стали износостойкими твердыми сплавами, а также при обдирке литья по корке. Износ по задней поверхности преобладает при таких видах обработки, как фрезерование, протягивание, обработка резьбы, зубьев.
О степени затупления можно судить по наибольшей высоте площадки износа, которая обычно наблюдается непосредственно у вершины инструмента. При обдирке литья по корке наибольший износ наблюдается в месте контакта режущей кромки с наружной поверхностью литейной корки.
При срезании слоя толщиной 0,10…0,15 мм с малой или средней для данного инструментального материала скоростью резания износ происходит одновременно по задней и передней поверхностям. Такой износ характерен для чистовых резцов из быстрорежущей стали при работе с охлаждением резцов, оснащенных твердым сплавом, торцовых и дисковых фрез, сверл, зенкеров.
В табл. III.4–III.8 приведены значения допускаемого износа для наиболее часто применяемых инструментов.
При чистовой обработке допустимый износ определяется требуемой точностью обработки или шероховатостью обработанной поверхности и должен быть значительно меньше, чем при черновой. Период стойкости Т определяется временем работы режущего инструмента до принятой величины затупления.
Общий срок службы инструмента
ι). (III.18)
где ι — количество переточек, выдерживаемых инструментом.
Количество переточек (рис. III.18), где — общая допускаемая величина стачивания (табл. III.9); — расчетная величина стачивания; здесь — минимально необходимая величина стачивания; — дополнительная величина стачивания, значения которой для различных инструментов приведены ниже:
Инструмент Δ, мм
Резцы………………………………………………………………. 0,1–0,25
Сверла……………………………………………………………… 0,2–0,3
Зенкеры……………………………………………………………. 0,1–0,2
Развертки………………………………………………………….. 0,2–0,3
Фрезы……………………………………………………………… 0,1–0,2
Метчика, плашки, резьбонарезные круглые гребенки…………. 0,05–0,1
Зубострогальные резцы…………………………………………... 0,05–0,15
Долбяки……………………………………………………………. 0,1
Протяжки………………………………………………………….. 0,05
При износе по задней поверхности , где a — задний угол по передней поверхности .
III.4. Допускаемый износ режущей части резцов
Резцы | Материал режущей части | Обрабатываемый материал | Износ при обработке | ||
черновой | чистовой | ||||
Токарные проходные, подрезные, расточные | Быстрорежущая сталь | Сталь углеродистая и легированная | 1,5–2 |
| |
Сталь жаропрочная, нержавеющая и сплавы | 1,0
| ||||
Твердый сплав | |||||
Сталь углеродистая и легированная | 1,0–1,4 | 0,4–0,6 |
| ||
Чугун серый | 0,8–1,0 | 0,6–0,8 |
| ||
Токарные резьбовые | Быстрорежущая сталь | Сталь | 2,0 | 0,3 | |
0,8 | |||||
Твердый сплав
| Чугун | 1,0 |
|
Продолжение табл. III.4
Резцы | Материал режущей части | Обрабатываемый материал | Износ при обработке | ||
черновой | чистовой | ||||
Строгальные и долбежные проходные | Быстрорежущая сталь | Сталь | 1,5–2,0 |
| |
Чугун | 3,0–4,0 0,8–1,0 | 1,5–2,0 0,6–0,8 | |||
Твердый сплав | |||||
Отрезные и прорезные | Быстрорежущая сталь | Сталь | 0,8–1,0 | ||
Чугун | 1,5–2,0 | ||||
Твердый сплав
| Сталь | 0,8–1,0 | |||
Чугун | 0,6–0,8 | ||||
Профильные | Быстрорежущая сталь | Сталь |
0,4–0,5 | ||
Твердый сплав
| Чугун |
|
III.5. Допускаемый износ режущей части сверл, зенкеров, разверток
Инструмент | Обрабатываемый материал и характер работы | Марка материала режущей части инструмента | Критерий затупления | Диаметр инструмента D, мм | Износ по задней поверхности hз, мм |
Сверла |
Сталь, с охлаждением |
Р18 |
По задней поверхности |
≤20 |
0,4–0,8 |
>20 | 0,8–1,0 | ||||
Чугун, без охлаждения | По ленточке | ≤20 | 1,0–1,2 | ||
>20 | 1,3–1,5 | ||||
По уголкам | ≤20 | 0,5–0,8 | |||
>20 | 0,8–1,2 | ||||
ВК8 | По задней поверхности на расстоянии 1,5 мм от уголка | – | 0,3 | ||
Зенкеры | Сталь с охлаждением | Р18 | По задней поверхности | – | 1,2–1,5 |
Чугун, без охлаждения | По уголкам | 0,8–1,5 | |||
Сталь и чугун | Т15К6, ВК8 | По задней поверхности | ≤20 | 1,0 | |
≤40 | 1,2 | ||||
≤60 | 1,4 | ||||
≤80 | 1,6 | ||||
Развертки машинные | Сталь с охлаждением | Р18 | По задней поверхности заборного конуса | – | 0,6–0,8 |
Чугун, без охлаждения | |||||
Сталь и чугун | Т15К6, ВК8
| – | 0,4–0,7 |
III.6. Допускаемый износ режущей части фрез
Фрезы | Материал режущей части | Обрабатываемый материал | Износ по задней поверхности, hз, мм, при обработке | |||
черновой | чистовой | |||||
Торцовые
| Твердый сплав | Сталь | 1,0–1,2 |
| ||
1,5–2,0 | 0,3–0,5 | |||||
Быстрорежущая сталь | ||||||
Дисковые | Твердый сплав | Чугун | 1,5–2,0 | |||
Быстрорежущая сталь | Сталь | 1,0–1,2 | ||||
Чугун | 0,4–0,6 | 0,15–0,25 | ||||
Цилиндрические | Твердый сплав | Сталь | 0,5–0,6 | |||
0,4–0,6 | 0,15–0,25 | |||||
Быстрорежущая сталь | ||||||
Твердый сплав | Чугун | 0,7–0,8 | ||||
Быстрорежущая сталь | 0,5–0,8 | 0,2–0,3 | ||||
Прорезные и отрезные | Быстрорежущая сталь | Сталь и чугун | 0,15–0,2 | |||
Концевые | Твердый сплав | Сталь | 0,2–0,3* | 0,3–0,5** | ||
Быстрорежущая сталь
| 0,2–0,5 |
| ||||
Профильные незатылованные затылованные |
Все материалы
|
Сталь и Чугун
|
0,6–0,7 0,3–0,4 |
0,2–0,3 0,2 | ||
|
* Фрезы с коронками.
** Фрезы с напаянными пластинами.
III.7. Допускаемый износ режущей части зуборезных инструментов
Инструмент | Износ по задней поверхности, hз, мм при обработке | |
черновой | чистовой | |
Модульные дисковые фрезы Модульные червячные фрезы при обработке: стали чугуна Долбяки Гребенки зуборезные с
Резцовые головки Червячные шлицевые фрезы | 0,8–1,0
1,0–1,5 0,6–0,8 0,8–1,0
0,4–0,5 0,8 0,8–1,2 0,7–0,8 | 0,2
0,2–0,4 0,2–0,4 0,10–0,15
– – 0,2–0,4 0,2–0,4 |
III.8. Допускаемый износ режущей части резьбонарезных инструментов
Инструмент
| Вид обработки | Износ по задней поверхности hз, мм | ||
Резцы и гребенки резьбовые | Черновая | 0,8–1,7 | ||
Чистовая | 0,3–0,4 | |||
Фрезы резьбовые, групповые | Обработка стали | s ≤ 1,25 | 0,1–0,2 | |
s ≤ 1,75 | 0,2–0,3 | |||
s > 1,75 | 0,3–0,6 | |||
Обработка ковкого чугуна | s ≤ 1,25 | 0,15–0,25 | ||
s ≤ 1,75 | 0,25–0,4 | |||
s > 1,75 | 0,4–0,8 | |||
Плашки | круглые | Обработка стали | 0,1d0,5 | |
тангенциальные | На болторезных станках | 0,8–2,0 | ||
машинные | Обработка стали | 0,125d | ||
Обработка чугуна | 0,07d | |||
гаечные автоматные | Обработка гаек | горячекатаных | 0,125d | |
холодноштампованных и горячекатаных травленых, сверленых | 0,5d | |||
Резцы с пластинами из твердого сплава | Черновая | 0,8–1,0 | ||
Чистовая | 0,3–0,4 | |||
Резцы с пластинами из твердогосплава к вращающимся головкам | Обработка неточной резьбы и предварительная | 0,8–0,1 | ||
Обработка точной резьбы за один проход
| 0,3–0,4 |
Потребное количество инструмента определяется по формуле
,
где — основное технологическое время обработки одной заготовки, мин; n — расчетное количество заготовок, шт.; — коэффициент случайной убыли, равный 1,05–1,3.
Зависимость периода стойкости от скорости резания имеет экстремальный характер. Во многих случаях применяемые режимы резания соответствуют нисходящей ветви кривой, для которой справедливы формулы
; (III.19)
, (III.20)
где Т — период стойкости, мин; С — коэффициент пропорциональности, который зависит от условий резания; z — показатель относительной скорости, зависящий от вида обработки и инструментального материала; m = 1/z — показатель относительной стойкости (см. гл. VIII).
III.9. Допускаемая величина режущей части инструмента
Инструмент
| Эскиз | Размер, лимитирующий число переточек | , мм | |
Резцы призматические |
из быстрорежущей стали
|
| Толщина пластины c |
(0,7–0,9) с |
из твердого сплава
|
(0,6–0,7) с |
Продолжение табл. III.9
Инструмент
| Эскиз | Размер, лимитирующий число переточек | , мм | |
|
затачиваемые по задней поверхности
|
|
Ширина пластины b |
(0,6–0,7) b |
Резцы дисковые из быстрорежущей стали
|
|
Длина окружности |
0,83πD | |
Фрезы цельные | цилиндрические дисковые |
|
Высота зуба H | 1H |
концевые | 0,6H | |||
угловые | (0,5–2)H | |||
Фрезы со вставными ножами |
из быстрорежущей стали
|
|
Ширина ножа b |
(0,6–0,7) b |
из твердого сплава
|
Ширина пластины b |
(0,5–0,7) b | ||
|
шпоночные
|
|
Длина рабочей части l Длина пластины l |
(0,5–0,7) l |
с затылованным зубом |
|
Толщина зуба b |
(0,7–0,8) b | |
Сверла винтовые
|
|
Длина рабочей части l Длина пластины l |
(0,6–0,8) l | |
Зенкеры |
с коническим хвостовиком
|
|
Длина рабочей части lо
|
(0,5–0,6) lо |
цельные насадные
|
|
Длина отверстия до выточки l1 |
0,7 l1 | |
с ножами из быстрорежущей стали
|
|
Длина ножа l |
0,7l | |
с пластинами из твердого сплава
|
|
Длина пластины l |
(0,5–0,6) l | |
Развертки
|
цельные
|
|
Длина калибрующей части lо |
(0,6–0,7) lо |
с пластинами из твердого сплава |
|
0,5lо | ||
С вставными ножами
|
|
Ширина ножа b |
(0,3–0,6) b |
Продолжение табл. III.9
Инструмент
| Эскиз | Размер, лимитирующий число переточек | , мм | ||
Метчики
|
машинные
|
|
Длина калибрующей части l |
(0,6–0,7) l | |
для конической резьбы |
|
Ширина пера b |
(0,5–0,7) b | ||
Плашки |
круглые
|
|
Ширина пера b |
(0,5–0,7) b | |
тангенциальные
|
|
Длина плашки l |
(0,6–0,65) l | ||
Гребенки круглые к винторезным головкам
|
|
Длина окружности |
0,75πD | ||
Фрезы резьбовые гребенчатые
|
|
Величина первой затыловки a
|
1a | ||
Резцы зубострогальные
|
|
Длина режущей части резца l
|
0,7l | ||
Фрезы червячные |
модульные
|
|
Толщина зуба b |
0,7b | |
для шлицевых валов
|
Длина первой затыловки l
|
1l | |||
Долбяки |
дисковые чашечные
|
| Высота зуба долбяка H |
(0,6–0,7)H | |
хвостовые
|
(0,46–0,5)H | ||||
Шеверы дисковые для цилиндрических зубчатых колес
|
| Глубина канавки a |
0,6a | ||
Протяжки круглые, шлицевые, шпоночные
|
| Длина спинки зуба b |
0,6b | ||
Пилы круглые сегментные для металлов |
| Высота сегмента H |
| ||
В ряде случаев стойкость инструмента исчисляется количеством изделий, объемом срезаемого слоя, площадью поверхности, обработанной инструментом за период стойкости, которые определяются по формулам
;
;
,
где A — коэффициент из формулы (VI.3).
Путь, проходимый инструментом в металле за период стойкости,
. (III.21)
Зависимость периода стойкости от непрерывно изменяющейся скорости резания выражается формулой
(III.22)
где и — соответственно начальная (бóльшая) и конечная (меньшая) скорость резания.
Оптимальный период стойкости выбирается по производительности или себестоимости обработки. Период стойкости при наибольшей производительности отвечает наименьшему времени обработки:
. (III.23)
Экономический период стойкости соответствует минимальной себестоимости обработки:
(III.24)
где — время на замену и подналадку инструмента в связи с затуплением; z — показатель относительной скорости; S — затраты, связанные с эксплуатацией инструмента за период его стойкости; E — стоимость одной минуты машинного времени, включая зарплату рабочего.
В основу расчета режимов резания положены нормативные периоды стойкости T режущих инструментов, которые соответствуют некоторым средним значениям экономического периода стойкости. Рекомендуемые нормативные периоды стойкости рассматриваются в гл. VIII.
При многоинструментной наладке расчетный период стойкости выбирается таким образом, чтобы замена и подналадка затупившихся инструментов выполнялись во время перерывов в работе. Рекомендуемые периоды стойкости при многоинструментной обработке приводятся в табл. III.10 и III.11.
Количество станков Коэффициент
или агрегатов увеличения
периода
стойкости
2…………………………………………………………………………………. 1,4
3…………………………………………………………………………………. 1,9
4…………………………………………………………………………………. 2,2
5–6………………………………………………………………………………. 2,6
7 и более ………………………………………………………………………... 3,1
При выборе периода стойкости необходимо учитывать влияние количества станков, обслуживаемых рабочими-станочниками.
Экономическая скорость резания соответствует экономическому периоду стойкости , скорость при наибольшей производительности — периоду стойкости при наибольшей производительности , нормативная скорость резания — нормативному периоду стойкости .
III.10. Рекомендуемые периоды стойкости TМ, мин, для многоинструментных наладок токарных станков
Группа наладок
| Характеристика группы | Число инструментов в наладке, шт. | ||||||
3 | 5 | 8 | 10 | 15 | 20 | Св. 20 | ||
Наладки с равномерной загрузкой инструментов | Диаметры обтачиваемых поверхностей отличаются не более чем в 1–2 раза; количество фасочных и подрезных резцов не более 20 % от общего количества инструментов наладки | 150 | 200 | 300 | 350 | 400 | – | – |
Наладки средние по равномерности загрузки инструментов | Все наладки, не относящиеся к 1 и 3-й группам | 100 | 120 | 150 | 180 | 230 | 260 | 300 |
Наладки с большой разницей по загрузке инструментов | Диаметры обтачиваемых поверхностей отличаются более чем в 2 раза; количество фасочных и других малонагруженных инструментов составляет свыше 50 % от общего количества инструментов | 70 | 90 | 110 | 130 | 150 | 170 | 180 |
III.11. Рекомендуемые периоды стойкости TМ, мин, для многоинструментных наладок сверлильных станков
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки D, мм | Число инструментов в наладке, шт. | ||||
3 | 5 | 8 | 10 | 15 и более | |
10 | 50 | 80 | 100 | 120 | 140 |
15 | 80 | 110 | 140 | 150 | 170 |
20 | 100 | 130 | 170 | 180 | 200 |
30 | 120 | 160 | 200 | 220 | 250 |
50 | 150 | 200 | 240 | 260 | 300 |
П р и м е ч а н и е. В случае применения зенкеров и резцовых головок диаметром более 60 мм = 300 мин (в зависимости от сложности наладки).
Отношение фактической скорости резания к нормативной называется коэффициентом использования инструмента по стойкости:
. (III.25)
При инструмент используется на 100 %; при период стойкости меньше нормативного.
Так как , то работа со скоростью, соответствующей наибольшей производительности, приводит к сильной перегрузке инструмента, расход которого на единицу продукции возрастает в 4–5 раз и более. При этом существенно повышается себестоимость продукции. Поэтому работа на режимах наибольшей производительности может применяться лишь в исключительных случаях, когда решающую роль играет фактор времени.
При заданном периоде стойкости зависимость скорости резания от размеров сечения срезаемого слоя выражается эмпирической формулой
, (III.26)
где a и b — толщина и ширина срезаемого слоя; — коэффициент, учитывающий влияние всех факторов процесса резания, за исключением параметров a и b; и — показатели степени, определяемые экспериментально .
Формула (III.26) справедлива для всех лезвийных инструментов.
Коэффициенты пропорциональности действительны для строго определенных условий обработки. При изменении этих условий вводится поправочный коэффициен
Количество частных поправочных коэффициентов зависит от вида обработки, типа и материала инструмента. Так, при течении стали быстрорежущими инструментами , стали и чугуна твердосплавными резцами , где главный угол в плане учитывается коэффициентом ; форма передней поверхности — ; состояние поверхности заготовки — ; механические свойства материала заготовки — ; вид обработки (обтачивание, растачивание и т. п.) — ; вспомогательный угол в плане — ; радиус переходной режущей кромки — ; сечение державки резца — ; состояние стали (прокат горячекатаный, холоднотянутый и т. д.) — ; наличие охлаждения — ; марка инструментального материала —.
Рекомендуется также вводить поправку на скорость резания в зависимости от качества заточки и доводки режущих инструментов. При централизованной заточке и безалмазной доводке резцов ; при алмазной заточке . При отсутствии централизованной заточки скорость резания следует снижать на одну ступень.