Зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания

Экстремальный характер зависимости T = f(V) обусловлен наличием адгезионного и диффузионного процессов изнашивания и изменением их интенсивности при изменении скорости и температуры резания.

Два вида изнашивания конкурируют между собой по интенсивности и преобладанию. Изнашивание от остальных видов изнашивания (абразивно-механического, электроэррозионного и др.) слабо зависит от температуры и, следовательно от скорости резания.

Изнашивание характеризуется относительным износом.

Относительный износ - это износ, приходящийся на единицу пути резания. Его представляют суммой адгезионного и диффузионного изнашивания.

При увеличении скорости резания от до температура в зоне резания возрастет, соотношение твердостей инструментального и обрабатываемого материалов увеличится, а интенсивность адгезионного изнашивания, подчиняющегося закону:

резко снижается и относительный износ за счет этого уменьшится, и будет уменьшаться с ростом скорости до

- сумарный относительный износ,

- доля адгезионного износа,

- доля диффузионного износа.

Рис. 9.2. Зависимость стойкости режущего инструмента Т и его относительного износа от скорости резания.

Начиная со скорости , начинает проявляться диффузионное изнашивание. При дальнейшем увеличении скорости резания диффузионный износ интенсифицируется и начиная со скорости становится преобладающим.

Адгезионный износ уменьшается и не играет существенной роли в интенсивности суммарного износа. Суммарный износ увеличивается за счет резкого увеличения интенсивности диффузионного изнашивания. Стойкость режущего инструмента при этом уменьшается.

Такой приближенной схемой описывается немонотонный характер зависимости стойкости режущего инструмента от скорости резания.

Безусловно, эта схема требует дальнейшей проработки и количественных оценок интенсивности того и другого видов изнашивания. Требуется количественное сопоставление и в различных диапазонах скоростей резания, но в настоящее время еще нет для этого необходимых экспериментальных данных, не хватает еще накопленной, экспериментальной подтвержденной, достоверной информации. Представленная схема в какой-то мере объясняет причины немонотонной зависимости стойкости режущего инструмента от скорости резания и определяет направление дальнейших исследований в этой области.

Основой закон стойкости

Немонотонная зависимость T - наблюдается при изменении скорости резания в широком диапазоне. Однако, если учесть, что каждый инструментальный материал предназначен для работы в определенном диапазоне скоростей резания, свойственных этому материалу, то можно эту зависимость для ограниченного диапазона скоростей считать и представить монотонной.

Рис.10.1. Зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания.

Действительно, на скоростях, свойственных резанию быстрорежущим инструментом, твердый сплав не используется, из-за низкой эффективности, а на скоростях порядка сотен метров, свойственных резанию твердосплавным инструментом, быстрорежущие инструменты не применяются из-за недостаточной температуры красностойкости быстрорежущих сталей. На таких скоростях быстрорежущие инструменты работать не могут.

В ограниченном диапазоне скоростей резания зависимость стойкости режущего инструмента от скорости резания является монотонной, графически выражается прямой линией в логарифмических координатах.

Такая зависимость представлена на рис.10.1. Эта зависимость может быть представлена выражением

откуда или ,

где: v – скорость резания (м/мин), соответствующая стойкости режущего инструмента Т;

Т – стойкость режущего инструмента, мин;

С – константа, зависящая от свойств обрабатываемого материала;

m – показатель относительной стойкости.

Величина показателя относительной стойкости изменяется в узких пределах ( от 0,15 до 0,35) в зависимости от свойств инструментального материала и вида обработки.

Зависимость называется основным законом стойкости.

Эта зависимость является основной частью, а лучше сказать – основой, всех эмпирических формул, по которым производится расчет скорости резания для всех видов механической обработки металлов резанием.

Оптимальной скоростью резания называется скорость, обеспечивающая максимальную производительность при наименьшей стоимости обработки.

Формулы, по которым производится расчет оптимальной скорости резания для разных видов обработки резанием, имеют различный вид, поскольку в них кроме основного закона стойкости входят остальные элементы режима резания и другие показатели, характерные для данного вида обработки.

Формулы для разных видов механической обработки резанием.

Точение: ;

Здесь в формулу введены глубина резания t, подача s и коэффициент K_v, учитывающий конкретные условия резания.

Сверление: ; Фрезерование: ;

В формулу для расчета скорости резания при фрезеровании введены диаметр фрезы D_фр, подача на зуб s_z, ширина фрезерования B и число зубьев фрезы z.