Под разрушением или поломкой пластинки (I вид разрушения) будем понимать отделение материала толщиной, существенно превышающей длину контакта инструмента с деталью и стружкой. В этом случае разрушаются припой, державка и прочность инструмента зависит от свойств не только пластинки, но и опорной зоны державки, а также зоны их соединения. Под разрушением режущего клина или режущей части (11 вид) будем понимать скалывание слоев толщиной, близкой к длине зоны контакта; это разрушение мало зависит от свойств опорной зоны и зоны соединения инструмента. В единичном и мелкосерийном производствах неустранимые отказы из-за разрушения инструмента составляли 15—75% общего числа отказов, в серийном производстве на настроенных станках 8—50%, в массовом производстве 0—30%.
Некоторые специалисты считают, что поломки инструмента — результат его неправильной эксплуатации. Статистические данные показывают, что количество разрушений зависит главным образом от типа производства с комплексом соответствующих условий и, в частности, от требований к стабильности технологического процесса, качества обрабатываемого материала и величины припусков.
При черновом и получистовом точении наиболее характерным видом разрушения является поломка пластинки. В случаях непрерывного точения деталей из конструкционных сталей обычными резцами чаще разрушается пластинка твердого сплава по всей толщине. При увеличенной толщине пластинки или ее расположении вдоль задней поверхности во время резания материалов повышенной твердости или прерывистого резания увеличивается количество случаев разрушения пластинки не на всю толщину. При точении деталей из труднообрабатываемых материалов резко возрастают отказы в связи с выкрашиванием, которые в некоторых случаях могут превысить количество разрушений пластинки. На операциях отрезки и глубокой прорезки взаимодействие стружки со стенками канавки вызывает рост напряжений у вспомогательных режущих кромок, что приводит к их выкрашиванию; поэтому относительное количество контактных разрушений при отрезке возрастает.
Повышение прочности инструмента путем округления режущих кромок
При заточке и доводке инструмента режущие кромки не получаются абсолютно острыми. Радиус округления р кромок зависит от технологии заточки, материала режущей части, а также от заднего и переднего углов. Режущие кромки твердосплавного инструмента, обработанного алмазным кругом (р = 10—5 мкм), условно будем называть острыми, а дополнительно обработанного с целью получения увеличенного радиуса округления правильной формы — округленными. Увеличенный радиус округления повышает прочность инструмента.
С увеличением радиуса округления на определенном участке передней поверхности передний угол уменьшается до отрицательных значений, что вызывает рост сил на передней поверхности инструмента. Инструмент с дополнительным округлением режущих кромок имеет большую площадь контакта с деталью, в связи с чем возрастает сила и на задней поверхности. Увеличение сил на передней и задней поверхностях приводит к росту равнодействующей силы резания и ее составляющих. Так как уменьшение переднего угла и увеличение площади контакта по задней поверхности больше влияет на радиальную и осевую составляющие силы резания, то с ростом радиуса округления эти составляющие увеличиваются более интенсивно, чем сила PZ, поэтому отношение указанных составляющих к силе РR возрастает. С увеличением радиуса округления площадь контакта передней поверхности со стружкой уменьшается. Это несколько приближает равнодействующую силу к режущей кромке инструмента, что является неблагоприятным фактором для прочности инструмента. Однако характер распределения напряжений при увеличении радиуса округления становится более благоприятным: как нормальные, так и касательные напряжения на поверхности контакта округленного режущего клина изменяются более плавно, чем при остром клине. С ростом радиуса округления усадка стружки при относительно малых скоростях резания, при которых образуется нарост, увеличивается, а при относительно больших скоростях падает. Известное значение имеет также снижение пластичности материала вследствие его большего наклепа при предшествующем обороте детали (точение) или инструмента (фрезерование).
Рост усадки стружки для инструментов с округлением режущей кромки при относительно небольших скоростях резания связан с уменьшением нароста и соответственно фактического переднего угла, что подтверждается микрофотографиями корней стружки. Относительно малый коэффициент трения, а также форма округленного клина не способствуют удержанию нароста на передней поверхности инструмента. Уменьшение нароста повышает стабильность процесса резания и уменьшает колебания сил резания, связанные с периодическим образованием и удалением нароста. Увеличенное округление затрудняет врезание инструмента в обрабатываемый материал по нормали к плоскости резания. Это уменьшает разницу между силами резания при отталкивании и врезании и должно уменьшать интенсивность колебаний.
Округление режущих кромок не влияет на размеры режущего клина в том месте, где происходит поломка пластинки, но изменяет его форму и конструктивную прочность в непосредственной близости от кромки. Значение последней особенно велико при резании некоторых труднообрабатываемых материалов и прерывистом резании. ления. При округлении режущих кромок уменьшается их шероховатость.
Прочность и стойкость инструмента с различными радиусами округления режущих кромок проверялись в широком диапазоне условий обработки. С увеличением р до определенной величины прочность инструмента возрастает. Время работы до разрушения при форсированных испытаниях увеличивается в 1,5—10 раз, разрушающая подача — на 10—50%, а в отдельных случаях — на 100%. Большой эффект в указанных пределах достигается при тяжелых условиях работы (обработка высокопрочных материалов, прерывистое резание, низкая жесткость СПИД, ослабленная рабочая часть инструмента).
При определенных радиусах округления прочность инструмента становится максимальной. Дальнейшее увеличение округления снижает прочность, что может быть объяснено как ростом силы резания, так и средних контактных напряжений. Очевидно при больших р действие этих факторов становится более сильным, чем положительных факторов, тем более что, начиная с определенного значения р, его влияние на шероховатость кромки и наростообразование ослабевает.
Увеличение округления кромки повышает степень наклепа и глубину наклепанного слоя под поверхностью резания и обработанной поверхностью, что может усиливать износ инструмента. Рост площади контакта задней поверхности инструмента с деталью и сил резания при увеличении р также способствует повышению интенсивности изнашивания инструмента; в некоторых случаях этому может способствовать и уменьшение нароста.
С ростом радиуса округления кромок начинают также действовать факторы, уменьшающие износ инструмента. К их числу следует отнести уменьшение коэффициента трения, более благоприятное распределение контактных напряжений и их меньшие колебания а также повышение прочности кромок и уменьшение их шероховатости.
Температура резания минимальна при определенном радиус округления инструмента, что может быть объяснено уменьшением касательных сил, вызванных снижением коэффициента трения усадки стружки. При увеличении р стойкость инструмента сначала будет повышаться в связи с уменьшением коэффициента трения, температурь резания и других изменений, а затем будет падать вследствие рост сил, температуры резания и наклепа обрабатываемого материала Максимум стойкости инструмента в зависимости от условий работы будет соответствовать различным значениям р.
У резца с округленной режущей кромкой в течение длительного времени износ развивается так, что между изношенными участками на задних и передней поверхностях остается округленная поверхность, но в середине или конце периода стойкости участки износа на режущих поверхностях соединяются (рис. 66), причем в последнюю очередь округленная поверхность изнашивается у вершины резца. Новый радиус округления инструмента определяется условиями изнашивания.
Тот факт, что величина округления у инструментов без округления и с округлением режущей кромки к концу периода стойкости становится одинаковой, не исключает эффективности округления в эксплуатации по следующим причинам. Во-первых, большое число поломок происходит в начале работы, когда разница в величине р для острых и округленных инструментов значительна. Во-вторых, шероховатость специально округленной кромки меньше, чем кромки, округленной в результате износа.
Во всех случаях увеличенный радиус округления уменьшает интенсивность отказов в связи с поломками, приводит к росту средней стойкости до разрушения и среднего числа периодов стойкости резцов.
В условиях благоприятного распределения напряжений, возникающих в процессе резания, и уменьшенных колебаний сил резания при работе инструментом с округлением режущих кромок влияние на прочность инструмента крупных пор в твердом сплаве, остаточных растягивающих напряжений, полученных при пайке и заточке и других дефектов уменьшается, поэтому округление особенно важно для нового инструмента.
Средняя стойкость всех резцов, т. е. время работы до наступления любого из отказов, во всех случаях выше для резцов с округленными режущими кромками, что наряду с увеличенным К привело к резкому росту суммарной стойкости (в 1,8—2,05 раза).
Особенностью резцов с увеличенным р является способность снижать
число и размеры выкрашиваний режущих кромок сходящей стружкой вне зоны резания.