Реферат по стойкости режущего инструмента

Обновлено: 03.07.2024

Стойкость инструмента – это его способность сохранять свое служебное назначение при работе до критериального износа.

Время работы инструмента между его двумя последовательными переточками (заменами) называется периодом стойкости (Т).

Период стойкости (для краткости – стойкость) инструмента может определяться и количеством обработанных деталей.

Период стойкости режущего инструмента зависит от его типа, свойств обрабатываемого и инструментального материала, элементов режима резания, геометрии и конструкции инструмента, СОТС, а также от типа оборудования (универсальные станки, автоматические линии, гибкие производственные системы (ГПС)).

Одним из основных факторов, определяющих период стойкости инструмента, является скорость резания. Это обусловлено тем, что в зависимости от скорости изменяется температура в зоне резания.

Чтобы получит график зависимости Т = f (V) для определенного инструмента, его используют до полного затупления при выбранных условиях. При этом все условия сохраняются постоянными, кроме V.

Изображение закономерности нарастания износа за время работы инструмента называют кривой износа. Кривые износа бывают трех видов (рис. 10.4)

Вид 1. Если инструмент изнашивается одновременно по передней и задней поверхностям, то кривая износа задней поверхности (рис. 10.4, а) состоит из трех более или менее отчетливо выраженных участков:

· участок ОА кривой с интенсивным нарастанием ширины площадки износа соответствует периоду приработки инструмента. При дальнейшей работе инструмента нарастание износа замедляется, так как это связано с уменьшением контактных касательных напряжений на площадке износа по мере увеличения ее размеров;

· участок АВ кривой соответствует периоду нормального изнашивания инструмента. По достижении некоторого значения линейный износ задней поверхности вследствие роста температуры вновь начинает резко расти и кривая износа идет круто вверх;

· участок кривой за точкой В соответствует периоду катастрофического изнашивания инструмента. В этом периоде износ нарастает настолько быстро, что если не прекратить дальнейшую работу, то это может привести к чрезмерно большому износу задней поверхности, при котором резко сократится число переточек, допускаемых инструментом, и увеличится время, затрачиваемое на переточку. Поэтому рациональная эксплуатация инструмента исключает работу в периоде катастрофического изнашивания.

При средних значениях скоростей резания период нормального изнашивания составляет 85 – 90 % периода стойкости инструмента.

По мере увеличения скорости резания период нормального изнашивания сокращается и при очень высоких скоростях резания становится настолько малым, что после периода приработки почти сразу наступает период катастрофического изнашивания. Геометрические параметры инструмента должны быть такими, чтобы максимально увеличить период нормального изнашивания и сократить или полностью устранить период приработки.

Вид 2. При изнашивание инструмента преимущественно по задней поверхности, когда износ передней поверхности незначителен, кривая износа (рис. 10.4, б) вогнута относительно оси абсцисс. В этом случае период приработки отсутствует и на участке АВ кривой износа, соответствующем периоду нормального изнашивания, износ вначале, медленно, а затем более быстро возрастает до точки В – начала периода катастрофического изнашивания.

Вид 3. Если инструмент изнашивается только по задней поверхности, кривая износа имеет вид выпуклой кривой (рис. 10.4, в). После периода приработки период нормального изнашивания продолжается значительно дольше, чем в первых двух случаях. Период нормального изнашивания в этом случае настолько велик, что, как правило, работу инструмента прекращают еще до перехода в период катастрофического изнашивания.

Величина износа передней и задней поверхностей инструмента зависит от времени работы инструмента, температуры резания и скоростей перемещения поверхности резания и стружки относительно задней и передней поверхностей.

Исходя из анализа кривых износа инструментов, получаем зависимость площадки износа от продолжительности работы инструмента (Т), скорости резания (V), толщины (а) и ширины (b) стружки:

где С_т – постоянная величина, зависящая от условий обработки.

При любых режимах резания m > n > q, т.е. на величину износа инструмента наибольшее влияние оказывает скорость резания, затем подача и наименьшее – глубина резания. Из этого следует, что интенсивность влияния параметров режима резания на величину износа задней поверхности такая же, как и на температуру резания.

Каким следует выбирать период стойкости режущего инструмента? В самом общем случае стойкость и соответствующие ей элементы режима резания должны быть такими, чтобы производительность данной операции механической обработки была максимальна при минимальной себестоимости и обеспечивала заданное качество обработки: точность размеров и шероховатость поверхности.

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Условия экстремума функции h3 = f (t) выполняются в точке В с минимальным значением износа /гло, при котором срок службы инструмента получается наибольшим, равным Т. Под стойкостью инструмента Т понимают время его работы между двумя переточками. Стойкость токарных резцов колеблется от 30 до 90 мин. Суммарный период полной стойкости инструмента М, с учетом числа переточек К за весь период… Читать ещё >

Износ и стойкость режущего инструмента. Параметры износа ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Износ инструмента непосредственно влияет на точность и производительность обработки. В результате износа происходит затупление режущей кромки инструмента, снижающее его режущие свойства. При затуплении нарушаются условия стружкообразования, возрастают силы резания, ухудшаются точность обработки и качество обработанной поверхности, снижается производительность.

Основные виды износа инструмента приведены на рис. 31.9. Эго износ, но передней, задней поверхностям резца, комбинированный износ и деформация режущего клина.

По механизму затупления режущей кромки условно выделяют следующие виды износа инструмента: макрои микросколы, пластическая деформация, абразивно-механический, абразивно-химический, адгезионно-усталостный и диффузионный.

Хрупкие микросколы возникают в твердосплавном инструменте из-за попадания в зону обработки крупных частиц повышенной твердости. Это может быть неустойчивая часть нароста или частицы оксидов и формовочных смесей при обработке отливок и поковок.

Микросколы режущей кромки возникают под действием изгибающих напряжений, превышающих допустимые, особенно при ударных нагрузках.

Рис. 31.9. Характер износа режущего клина:

а — износ по передней поверхности; б — износ по задней поверхности; в — износ по передней и задней поверхностям; г — пластическая деформация; 1,3 — зоны упругой деформации; 2 — зона ползучести; /, h_n — длина и глубина лунки; / — размер фаски; h_y, h_a — размер опускания передней поверхности и выпучивания, но задней поверхности; Л₃ — длина площадки износа; 7J, — трещина (скол).

Пластическая деформация. В процессе резания инструментами из быстрорежущих и углеродистых сталей наблюдается пластическое деформирование режущего клина, приводящее к опусканию передней и выпучиванию задней поверхности (рис. 31.9, г). В результате опускания передней поверхности изменяется передний угол у и, соответственно, ухудшаются условия резания.

Ползучесть и разрушение режущей кромки. Деформирование режущего клина в результате пластической деформации металла происходит в зоне изотерм, которые простираются от передней к задней поверхности инструмента (рис. 31.9, г). По этим изотермам (350—500°С) и при постоянной нагрузке на инструмент наблюдается процесс ползучести.

В результате ползучести материала в зоне 2 на границе с зонами 1 3 накапливаются высокие степени деформаций. Происходит дислокационное упрочнение, вызывающее хрупкое разрушение твердосплавного инструмента на границе зон 1 и 2. Длительность работы инструмента до скола увеличивают снижением интенсивности процесса ползучести за счет увеличения сечения режущего клина, повышения твердости кобальтовой связки при легировании вольфрамом, увеличения теплопроводности твердого сплава.

Абразивно-механический износ инструмента обусловлен микроцарапанием и разрушением передней и задней поверхностей инструмента твердыми компонентами обрабатываемого материала (карбидами, нитридами, упрочняющими интерметаллидными фазами, оксидами) и мелкими частицами периодически разрушающегося нароста. Абразивному изнашиванию подвергается инструмент из углеродистых, легированных, инструментальных, а также быстрорежущих сталей.

Абразивно-химический износ инструмента происходит, когда в составе СОЖ содержатся химически активные вещества, ослабляющие поверхностное натяжение инструментального материала. В результате облегчается процесс абразивного разрушения материала при микроцарапании.

При нагреве твердых сплавов до 600—800°С происходит поверхностное окисление кобальтовой фазы, карбидов вольфрама и титана с образованием поверхностных пленок, твердость которых в 40—50 раз меньше твердости исходного материала. Это создает условия для более интенсивного абразивно-химического изнашивания [17, "https://referat.bookap.info"].

Адгезионно-усталостное изнашивание инструмента является результатом схватывания инструментального и обрабатываемого материала с последующим вырывом частиц инструментального материала. Наиболее активно адгезионное изнашивание протекает при температуре 0,35—0,5 от температуры плавления материала инструмента и невысокой разности твердостей инструментального и обрабатываемого материалов.

Периодически повторяющиеся схватывание и разрушение адгезионных связей вызывают циклическое нагружение контактных участков инструментального материала, приводящее к его усталости. Развитие усталостных процессов ведет к последующему разрушению металла в виде выкрашивания и сколов. В этих условиях инструментальный материал, обладающий высокими значениями циклической прочности и ударной вязкости, лучше сопротивляется адгезионному изнашиванию.

Диффузионное изнашивание инструмента протекает при таких условиях резания, когда между обрабатываемым и инструментальным материалами устанавливаются устойчивые адгезионные связи и при температурах выше 850 °C происходит взаимная диффузия инструментального и обрабатываемого материалов. Этот вид изнашивания в большей степени характерен при обработке инструментом из твердых сплавов, металлокерамики и алмазным инструментом. При высокотемпературном контактном взаимодействии происходят следующие процессы: диссоциация карбидов и последующая диффузия их элементов (С, W, Ti) в обрабатываемый материал, т. е. прямое диффузионное растворение; встречная диффузия металлических элементов обрабатываемого материала в связующую фазу твердых сплавов, снижающая ее механические свойства.

В процессе резания с поверхностями инструмента контактируют непрерывно всегда меняющиеся новые участки стружки и обрабатываемой поверхности детали, что сохраняет исходный перепад концентраций компонентов, способствуя высокой скорости диффузионного изнашивания инструмента.

Реально на практике затупление режущего инструмента происходит в результате одновременно протекающих различных видов износа и пластического деформирования режущей кромки. Так, при резании быстрорежущим инструментом затупление происходит в результате абразивного, адгезионного износа и пластической деформации режущей кромки.

Параметры износа и стойкости режущего инструмента характеризуют степень допустимого износа инструмента и время его работы до замены или переточки. Они относятся к основным технологическим параметрам процесса резания.

За критерий оптимального износа инструмента принимают значение износа, но задней поверхности h_s (см. рис. 31.9, б), обеспечивающее максимальный срок службы инструмента при сохранении режущих свойств, он обозначается /г_з0 [мм].

Зависимость износа инструмента от времени обработки при фиксированной скорости резания приведена на рис. 31.10. Из нее следует, что износ во времени описывается нелинейной функцией и его можно разбить на три периода: участок быстрого износа режущей кромки называют периодом приработки (I); участок, при котором скорость затупления является минимальной, называют периодом нормального износа (II); участок, при котором происходит усиленный износ, заканчивающийся посадкой (затуплением) инструмента, называют периодом усиленного износа (III).

Условия экстремума функции h₃ = f (t) выполняются в точке В с минимальным значением износа /г_ло, при котором срок службы инструмента получается наибольшим, равным Т. Под стойкостью инструмента Т понимают время его работы между двумя переточками. Стойкость токарных резцов колеблется от 30 до 90 мин. Суммарный период полной стойкости инструмента М, с учетом числа переточек К за весь период эксплуатации, определяется по формуле М = ТК.

Стойкость инструмента, так же как и его износ, в наибольшей степени зависит от скорости резания, определяющей темне;

Рис. 31.10. Зависимость износа от времени обработки:

I — участок приработки; II — период нормального износа; III — период усиленного износа; h₃ — длина износа; Т — стойкость инструмента ратуру в зоне резания. Эта зависимость выражается степенным законом.

где С — эмпирическая константа; т — показатель, учитывающий материал инструмента и обрабатываемой детали.

Для твердосплавного инструмента при обработке сталей и алюминиевых сплавов т = 5; 3, а для быстрорежущих инструментальных сталей при обработке сталей, медных и алюминиевых сплавов соответственно 8; 6; 3. Если экспериментально установлена максимальная стойкость Г₀ при скорости резания vq, то стойкость при скорости v определяется из выражения (31.1):

Из формулы (31.2) следует, что увеличение скорости резания v по сравнению со скоростью ведет к существенному снижению стойкости Г инструмента. Поэтому выбор скорости резания существенно влияет на стойкость 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

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

Метчика, плашки, резьбонарезные круглые гребенки…………. 0,05–0,1

Зубострогальные резцы…………………………………………. 0,05–0,15

При износе по задней поверхности , где a — задний угол по передней поверхности .

Изнашивание – процесс разрушения поверхности твердого тела при воздействии на него другого твердого тела и (или) внешней среды.

Износ – результат изнашивания, оцениваемый в условных единицах (например, длины, объема, массы и т.п.)

Изнашивание режущего инструмента происходит в результате трения стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента и задних поверхностей лезвия о поверхность заготовки.

Механизм изнашивания очень сложен, и при изнашивании имеют место различные процессы, обусловливающие разрушение поверхности. Соответственно различают следующие виды изнашивания инструмента:

Абразивное изнашивание. Происходит в результате царапания и микрорезания отдельных участков поверхности инструмента твердыми включениями, находящимися в обрабатываемом материале, а так же частицами периодически разрушающегося нароста.

Адгезионное изнашивание. Происходит в результате действия сил молекулярного сцепления (адгезии), проявляющегося в слипании или схватывании (образования мостиков сварки) поверхностных слоев режущего инструмента с обрабатываемым материалом. Частицы материала вырываются с поверхности инструмента и уносятся со стружкой.

Диффузионное изнашивание. Происходит в результате диффузионного растворения инструментального материала в обрабатываемом. Взаимному диффузионному растворению металла инструмента и заготовки способствует высокая температура, большие пластические деформации и схватывание в контакте. При этом происходит диффузия отдельных элементов (углерода, кобальта, титана, вольфрама и т.п.), входящих в состав инструментального материала. Наиболее интенсивно диффузионное изнашивание идет при высоких скоростях резания, когда темпеартура превышает 800…850 о С.

Окислительное изнашивание. Происходит вследствие коррозии металлов в условиях активного охлаждения зоны резания и газонасыщения; при этом на поверхности образуется оксидная плёнка, которая удаляется при царапании о заготовку и стружку, материал вновь окисляется и оксидная плёнка удаляется при механическом воздействии, и процесс повторяется снова.

В условиях резания указанные виды изнашивания происходят совместно и влияют один на другой. Удельный вес каждого из этих видов зависит от свойств контактирующих материалов и условий взаимодействия (скорости резания и т.п.). При резании в условиях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашивание инструмента.

Виды износа инструмента показаны на рис.4.15. На передней поверхности токарного резца может образовываться лунка шириной b и глубиной h_л, а на главной задней поверхности – ленточка шириной h_з. В зависимости от условий обработки и свойств материала может преобладать износ по передней или по задней поверхностям. У резцов из быстрорежущей стали при срезании тонкой стружки (а ≤ 0,15 мм) преобладает износ по главной задней поверхности (см. рис.4.15, а), а при толщине срезаемого слоя а ≥ 0,5 мм на больших скоростях резания – износ по передней поверхности (см. рис.4.15, в); при средних скоростях резания и толщине 0,15

Аборт - это не право женщины, аборт - это смертная казнь невинного ребенка. © Папа Римский Франциск ==> читать все изречения.

2. Определение твёрдости поверхности по справочным данным.

3. Выбор режущего инструмента.

4. Расчёт режимов резания.

5. Расчёт нормы времени То.

6. Технико-экономическое сравнение двух методов обработки.

Современное развитие металлообрабатывающей промышленности характеризуется повышением требований к качеству обрабатываемых поверхностей, точности и размеров формы поверхностей деталей машин, производительности их изготовления. Неуклонно расширяется номенклатура конструкционных материалов, обладающих повышенными физико-механическими или специальными свойствами.

Развитие научных представлений о резании металлов осуществляется во многих направлениях. Весьма перспективным является совершенствование инструментальных материалов, предназначенных для оснащения режущей части инструментов. Интенсивные работы ведутся над твердыми сплавами. Следует отметить разработку безвольфрамовых твердых сплавов на никель-молибденовой сварке типа НТМ и МНТ, которые в определенных условиях резания не уступают стандартным маркам групп ВК и ВТК, но более дешевы и менее дефицитны. Разрабатываются новые марки металлокерамики типов В и ВОК, которые показывают более высокие режущие свойства, чем твердые сплавы. Совершенствуется и группа сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора, где появилась серия композитов: Эльбой – Р, белбор , гексанит – Р, исмит и др.

Ведутся работы по повышению работоспособности инструментов за счет специальной упрочняющей обработки его режущей части. Среди этих методов наиболее перспективно нанесение износостойких покрытий различных составов, композиций и методов нанесения, которые позволяют повысить стойкость инструментов в 2 – 5 раз.

В расчетах курсового проекта использовалась новая специальная литература по расчету режимов резания. Выбранная геометрия резца и материал режущей части твердый сплав Т30К4 позволяют вести обработку на высоких режимах резания.

1.Выбор технологического оборудования.

Для обработки заготовки ø250мм. и L=700мм. выбираем токарновинторезный станок 1А62.

Паспортные данные станка 1А62:

Высота центров – 200мм;

расстояние между центрами – 750 мм;

высота от опорной поверхности резца до линии поверхности

мощность электродвигателя N_эл.дв. = 7 кВт;

Мощность на шпинделе по приводу с учетом КПД N_ш = 4,5…6,0 кВт;

Наибольшее усилие, допускаемое механизмом продольной подачи

Число оборотов шпинделя в минуту n, максимальный крутящий момент по мощности электродвигателя станка М_кр , продольные подачи S (см.в табл.1).

Читайте также: