Износ и стойкость фрез

В результате периодических динамических и тепловых нагрузок происходит износ зубьев фрез. Характер износа фрез несколько отличен от износа резцов в силу того, что толщина срезаемого слоя при фрезеровании небольшая. В связи с этим износ происходит в основном по задним поверхностям h_з (рис. 5.5) и является лимитирующим.

Рис. 5.5. Износ зубьев фрез

 

Фрезы разного назначения имеют свои места наибольшего износа: угловые фрезы – по уголкам наибольшего диаметра, фасонные фрезы – в местах с наименьшими углами a, цилиндрические фрезы – в середине контакта, торцовые сборные фрезы – по вершинам ножей и т. д.

На рис. 5.5 стрелками показаны участки, где происходит наиболее интенсивный износ зубьев фрез. При черновом фрезеровании со сравнительно большими подачами на зуб (S_Z > 0, 1 мм/зуб) наблюдается также и износ по передней поверхности с образованием лунки износа.

Для всех типов фрез критерием износа служит величина фаски износа h_з, находящаяся в пределах 0, 3...1, 2 мм, в зависимости от условий резания и свойств материалов.

По физической природе износ фрез чаще всего бывает адгезионным и усталостным. При отсутствии корки оксидов на поверхности заготовки попутное фрезерование сопровождается менее интенсивным износом, чем встречное, и поэтому стойкость фрез в 2...4 раза выше.

Кроме постепенного изнашивания зубья фрезы могут выходить из строя из-за их хрупкого и пластического разрушения. Хрупкое разрушение происходит под действием наибольших растягивающих напряжений и является следствием зарождения и развития трещин. При этом различают выкрашивания и сколы. Выкрашивание проявляется в отделении мелких частиц вблизи режущей кромки и обычно связано с поверхностными дефектами инструментального материала, неоднородностью микроструктуры и остаточными напряжениями. Оно мало зависит от угла заострения b и может происходить даже при малых подачах на зуб S_Z. Режущая способность фрезы с выкрошенными зубьями восстанавливается после ее заточки. Скалывание – отделение крупных объемов зуба, превышающих объем клина в пределах контакта передней поверхности со стружкой, происходит при резании с чрезмерно большими значениями S_Z и недостаточными углами b, а также малыми пределами выносливости и вязкости материала зубьев.

При возникновении сколов режущая способность фрез не восстанавливается. Наиболее часто хрупкое разрушение бывает у твердосплавных фрез и фрез с зубьями из СТМ. Пластическое разрушение наблюдается при работе быстрорежущими фрезами и характеризуется течением тонких слоев инструментального материала вдоль задней поверхности и опусканием вершины зуба. Оно возникает при чрезмерно высоких скоростях резания и очень высоких температурах.

Допустимая величина износа h₃ зависит от свойств материалов заготовки и фрезы, требований к точности обработки и качеству поверхности слоя и находится в пределах h₃ = 0, 3...1, 2 мм. При фрезеровании жаропрочных и титановых сплавов h₃ = 0, 5 мм.

Стойкость фрез Т изменяется в широких пределах и зависит от свойств обрабатываемого материала, скорости резания, типа и диаметра фрезы, вида обработки (черновая, чистовая). Например, период стойкости торцовых твердосплавных фрез T = 90...240 мин.

Для восстановления режущих свойств фрез применяют заточку их на универсально-заточных станках. Для фрез с многогранными и круглыми неперетачиваемыми пластинами восстановление режущих свойств производится заменой изношенных или сколотых пластин. На рис. 5.6 показаны схемы заточки фрез с затылованными (а) и остроконечными зубьями (б).

Рис. 5.6. Схемы заточки фрез с затылованными (а) и остроконечными зубьями (б)

 

На эксплутационные показатели фрез большое влияние оказывают условия окончательного формообразования поверхностей их режущих зубьев, которое выполняется затачиванием. Для восстановления режущих свойств применяют шлифовальные круги. Обработке подвергаются передние и задние поверхности зубьев, расположенные как на цилиндре, так и на торце фрезы. Для большинства фрез лимитирующим является изнашивание фрезы по задней поверхности. Это объясняется тем, что фрезы работают в зоне тонких стружек, имеющих толщину не более 0, 3 мм (чаще не более 0, 1 мм). Допустимый износ m устанавливается в пределах, приведенных в табл. 5.2.

 

Таблица 5.2 – Допустимый износ фрез

Фреза	Материал режущей части фрезы	Износ m при обработке стали, мм	Износ m при обработке чугуна, мм
Цилиндрическая	Быстрорежущие стали Р6МЗ, Р12, Р6М5	0, 4 – 0, 6	0, 5 – 0, 8
Торцовая	1, 5 – 2, 0	1, 5 – 2, 0
Трехсторонняя	0, 4 – 0, 6	0, 4 – 0, 6
Концевая	0, 3 – 0, 5	0, 3 – 0, 5
Цилиндрическая	Твердые сплавы Т5К10, Т15К6, ВК8	0, 5 – 0, 6	0, 6 – 0, 7
Торцовая	1, 0 – 1, 2	1, 5 – 2, 0
Трехсторонняя	1, 0 – 1, 2	1, 0 – 1, 2
Концевая	0, 4 – 0, 5	0, 3 – 0, 5

 

Число возможных повторных заточек фрез:

 

, (5.6)

 

Число периодов стойкости новой фрезы:

 

, (5.7),

 

где М – величина допустимого стачивания зуба,

q – величина стачивания зуба при одной заточке,

1 – период стойкости новой фрезы.

Величина допустимого стачивания зуба М зависит от конструкции фрезы и ее определяют для цельных, сборных и твердосплавных фрез по-разному. Для цельных фрез величина М зависит от высоты зуба Н:

 

. (5.8)

 

У цилиндрических сборных фрез ножи за счет их перестановки на шаг рифлений имеют возможность изменять вылет Н в радиальном направлении. У этих фрез величина допускаемого стачивания по цилиндру:

 

, (5.9),

 

где L – глубина паза под нож.

Торцовые сборные фрезы снабжаются, как правило, ножами, оснащенными твердосплавными пластинками. Величина допускаемого стачивания у этих инструментов (также как и у других твердосплавных фрез) зависит от размеров твердосплавных пластинок ножей. Для этих фрез величину допустимого стачивания принимают равной:

 

(по цилиндру) (5.10),

(по торцу) (5.11),

 

где b и I – соответственно ширина и длина твердосплавной пластинки на ноже.

Величина стачивания при заточке для рассматриваемых конструкций фрез:

 

(5.12)

 

где m – износ фрезы по задней поверхности (мм);

a – задний угол (главный или вспомогательный);

0, 1...0, 2 – дополнительно снимаемый слой (мм).

При выполнении лабораторной работы за расчетное значение m следует принимать величину критерия затупления по табл. 5.2.