В статье рассмотрен процесс ударного резания материала, проведен сравнительный анализ для подбора оптимального инструментального материала.
Ключевые слова: резание металлов, прерывистое резание, ударная нагрузка, устойчивость.
Во время обработки на токарных станках нередки явления ударного резания материалов, инструмент и заготовка в этом случае подвергаются более интенсивному воздействию и циклическим нагрузкам. Причиной замены инструмента чаще является не износ, а его разрушение. Установлено, что основными проблемами при прерывистом резании являются адгезионные явления, циклические тепловые воздействия и ударные нагрузки, вследствие чего стойкость инструмента становится малопрогнозируемой и слабо управляемой. Прерывистое резание обладает целым рядом специфических особенностей, а именно: 1) цикличность механических и тепловых нагрузок; 2) наличие переходных процессов при врезании и выходе инструмента; 3) повышенный уровень вибраций [1]. Многие исследователи отмечают значительное снижение стойкости режущего инструмента, работающего в условиях прерывистого резания, и связывают это с наличием переходных процессов при врезании и выходе инструмента. Некоторые считают, что основной причиной снижения стойкости, является механические нагрузки, имеющие ударный характер в момент первоначального контакта с заготовкой и обуславливающих появление послеударных вибраций или то что основной причиной выхода из строя инструмента является перераспределение нагрузок в момент выхода инструмента из заготовки. Выход из строя инструмента происходит из-за разрушения его режущей части. Разрушение делиться на хрупкое и пластичное. Силовая нагрузка на инструмент является не единственной причиной хрупкого разрушения [1]. При прерывистом резании не менее важное значение имеют термические напряжения, особенно для инструментов, оснащенных пластинками твердых сплавов. При фрезеровании торцовыми фрезами на контактных поверхностях зубьев в период резания возникают сжимающие термические напряжения. Во время холостого хода зубьев вследствие теплопроводности и вентиляционного эффекта температура контактных поверхностей снижается до 1/3 температуры рабочего хода. В результате резкого снижения температуры поверхностные слои твердого сплава оказываются менее нагретыми, нежели внутренние, и на контактных поверхностях зубьев сжимающие напряжения заменяются растягивающими. Перемена знака напряжений имеет циклический характер с числом циклов в минуту, равным числу оборотов заготовки. Изменение знака напряжений после определенного числа циклов вызывает появление усталостных трещин, располагающихся на передней поверхности перпендикулярно главному лезвию и переходящих на заднюю поверхность. Появление трещин связано с определенными критическими скоростью и температурой резания, а также с физико-механическими свойствами твердых сплавов. Скалывание режущей части инструмента при прерывистом резании в значительной степени определяется углом заострения β и передним углом γ. Толщина среза а оказывает большее влияние на скалывание, по сравнению с шириной среза b, а скорость резания и среда влияют в меньшей степени. Исходя из этого, можно сделать предположение о том, что при данном угле заострения резцу с большим передним углом соответствует большая предельная толщина среза, так как в этом случае силы резания уменьшаются и, следовательно, уменьшаются напряжения в режущей части инструмента. При прерывистом резании периодически повторяющиеся нагрузки и разгрузки контактных поверхностей при определенных условиях сказываются на стойкость инструментов [1]. Это наблюдается при работе инструментом из твердых сплавов, для, которых в определенных условиях стойкость при прерывистом резании может быть значительно ниже. Основной причиной снижения стойкости твердосплавных инструментов при прерывистом резании является появление микрои макротрещин, у которых концентрируется износ передней и задней поверхностей. Возникновение и развитие трещин связано с циклическим охлаждением контактных поверхностей инструмента при холостом ходе лезвий. Все то, что усиливает охлаждение передней и задней поверхностей при холостом ходе, увеличивает растягивающие напряжения в поверхностных слоях твердого сплава, способствует более интенсивному образованию трещин и снижает стойкость инструмента. Степень уменьшения периода стойкости инструмента в первую очередь определяется длительностью холостого хода. Чем больше время холостого хода, тем сильнее прерывистость процесса резания уменьшает стойкость инструмента [2]. Помимо продолжительности холостого хода на снижение периода стойкости влияет и продолжительность рабочего хода, в течение которого происходит, прогрев пластинки твердого сплава. При малом времени рабочего хода внутренние слои твердого сплава не успевают достаточно прогреться, а поэтому растягивающие напряжения при холостом ходе становятся значительно меньше, что приводит к меньшей потере стойкости. Возрастание времени холостого и рабочего ходов главного лезвия не может непрерывно сопровождаться уменьшением стойкости. Увеличение продолжительности холостого и рабочего ходов будет приводить к снижению периода стойкости только до тех пор, пока сохраняются условия максимально возможного нагрева глубинных слоев и максимально возможного охлаждения поверхностных слоев пластинки твердого сплава. При дальнейшем увеличении времени холостого хода можно ожидать не снижения стойкости инструмента, а увеличения вследствие уменьшения числа циклов нагрева и охлаждения. При прерывистом резании марку твердого сплава необходимо выбирать, исходя из длительности холостого хода. Чем больше это время, тем более прочный твердый сплав необходимо применять. В настоящее время установлено, что разрушение режущей кромки твердосплавного резца при прерывистом резании может иметь место в результате чисто механического воздействия при отсутствии термических трещин. Скалывание твердосплавного инструмента в условиях прерывистого резания происходит при первых циклах в момент врезания в обрабатываемый материал и является следствием ударных сил. Влияние ударного взаимодействия инструмента и заготовки на износ и разрушение режущей части инструментов в большой мере зависит от интенсивности удара, связанной с процессом формирования начальной стружки. Интенсивность удара определяется скоростью возрастания силы резания, причем, чем она больше, тем выше интенсивность удара. От интенсивности удара, в свою очередь, зависит выкрашивание режущих кромок инструментов и вибрации. Можно сделать вывод о том, что, важнейшим показателем стойкости инструмента является физико-химическое состояние материала и его геометрия. Так же наблюдается с увеличением глубины резания увеличение стойкости пластины. Что объясняется увеличением толщины и ширины среза, а, следовательно, снижение удельной нагрузки на режущую кромку пластины. Следовательно, при правильном подборе всех этих составляющих, негативное влияние процесса прерывистого резания будет сводиться к минимуму.
Литература:
- Латыпов Р. А. Предпосылки управления качеством формируемого покрытия и соединения его с деталью при восстановлении и упрочнении деталей электроконтактной приваркой компактных и порошковых материалов. Том 98. — М.: ГОСНИТИ, 2006, с. 76–80.
- Подураев В. Н. Обработка резанием с вибрациями. — М.: Машиностроение, 2009г. C. 350
