3.4.3. Общий характер зависимости стойкости от скорости резания

Исходя из анализа кривых износа РИ, получена зависимость [43] величины площадки износа от продолжительности работы РИ τ, ско­рости резания v, толщины а и ширины b срезаемого слоя:

(3.36)

Пусть а = const и b = const; кроме того, критерий затупления hз= ∆ = const. Тогда hз =C"x_aVp. Отсюда

(3.37)

82

Получим

(3.39)

где С_г и C_v — постоянные величины для данных условий резания, за­висящие от материала инструмента, обрабатываемого материала, се­чения среза, геометрии инструмента, условий охлаждения и т. д.; μ= 1/ m или m = 1/ μ; m — показатель относительной стойкости, ха­рактеризующий интенсивность изменения скорости резания в зави­симости от изменения стойкости РИ.

Графическая зависимость T = f(v) представлена на рис. 3.52 [78]:

(3.40)

Значение m не является постоянной величиной. На нее влияют как свойства инструментального материала, так и все другие условия процесса резания и особенно величина скорости резания. При очень малых скоростях резания эта величина может быть меньше или больше единицы. Следует иметь в виду, что уравнение(3.41)

Рис. 3.52. Зависимость

83

справедливо только для того диапазона скоро­стей резания, в котором проводились экспери­менты. Лишь в этих границах допустимо поль­зоваться постоянными величинами т, иначе можно получить неправильные результаты.

О бщая закономерность изменения т такова: чем тяжелее условия работы инструмента в отношении высоких температур, сильного ис­тирания и чем хуже инструмент сопротивляется износу, тем меньше показатель относительной стойкости. Например, величины т для не­которых случаев обработки: 1) точение стали резцами из быстрорежу­щей стали без охлаждения — т = 1/8... 1/10; 2) то же, с охлаждени­ем — т = 1/5; 3) точение чугуна — т— 1/10... 1/12; 4) точение стали и чугуна твердосплавными резцами — т= 1/3... 1/5.

Полученная зависимость T = f(v) имеет большое значение, так как позволяет при изменении v определять стойкость Т. Кроме того, эта зависимость дает возможность решать ряд практических задач. В частности, она позволяет при знании скорости резания v₁ и стойкости инструмента Т₁ определить путем расчета Т₂ или v₂ при сохранении прочих условий резания:

(3.42)

Следовательно,

(3.43)

На стойкость инструмента влияет не только скорость резания, но и многие другие факторы. Обычно выясняют влияние различных факторов не на стойкость, а на скорость резания при постоянной стойкости, т. е. вместо функциональной зависимости

раскрывают зависимость

(3.47)

Часть этой зависимости, касающаяся Т, уже раскрыта, поэтому рассмотрим зависимость

(3.48)

Характер и степень влияния на скорость резания v_T толщины сре­за а и ширины b среза можно установить теоретическим путем, ис­пользуя уже известные данные. Общая зависимость износа инстру­мента от различных факторов имеет вид

(3.49)

Разделив обе части последнего уравнения на v₁^μ T₂, получим

(3.44)

или

(3.45)

Тогда

(3.50) (3.51)

Устанавливают критерий затупления hз = ∆ при τ = Т= const. -

отсюда

где

Скорость резания, допускаемая РИ, зависит от его режущих свойств и является скоростью при определенной, заранее обуслов­ленной стойкости РИ. Такая скорость при постоянной стойкости обозначается v_T. Тогда пишут v₂₀, v₆₀, v₉₀. Это означает, что скорость резания соответствует стойкости Т= 20, 60, 90 мин. Для проходных резцов обычно Т = 60 мин. Зная v_T, можно определить частоту враще­ния детали

(3.46)

84

Обозначим

Например, при обработке стали 40ХН [20]

(3.52)

(3.53)

(3.54) 85

При точении проходными резцами

где

(3.55)

Кроме того, зависимость vr-f {a, b) можно получить экспери­ментальным путем. При постоянном обрабатываемом материале ин­тенсивность изнашивания РИ изменяется в зависимости от режимов резания и температуры @_рез [78].

Определим размерность интенсивности изнашивания. В отли­чие от ГОСТ 27674—88 «Трение, изнашивание и смазка» и руково­дствуясь БСЭ, т. 10, 1972, с. 933—934, а также определениями из дру­гих источников, касающихся интенсивности звука, отказов, эксплуа­тации изделия, радиации, осадков, ощущений и т. д., полагаем, что размерностью интенсивности изнашивания должны быть м/с, км/ч, шт./ч и т. д. В настоящей работе в качестве размерности интенсивно­сти изнашивания принято мм/мин, т. е. количество удаленного с по­верхности РИ материала (в мм) в минуту (или же количество в мг уда­ленного с поверхности трения материала в течение заданного време­ни) [61].

При повышении ©р_ез ускоряются структурные превращения в бы­строрежущей стали, приводящие к уменьшению ее износостойкости. Для твердосплавного РИ износостойкость также уменьшается с по­вышенном 0_Рез, хотя и значительно медленнее, чем для инструментов из быстрорежущей стали. При неизменном обрабатываемом мате­риале и материале РИ режимы резания, соответствующие одинако­вой стойкости, являются режимами с одинаковой температурой реза­ния, т. е.

Тогда, зная

можно определить

(3.56)

При обработке стали 40ХН [20]

(3.57)

Из этого уравнения следует:

(3.58)Из этих примеров можно сделать выводы: 1) показатели степени при а и b близки по своей величине; 2) оба показателя степени мень­ше единицы; 3) показатель степени при а больше, чем при Ь, пример­но в 2,5 раза. Это значит, что на v_T гораздо сильнее влияет толщина среза, чем ширина. Таким образом, при снятии слоя металла с задан­ной площадью поперечного сечения среза стойкость инструмента и допустимая скорость резания тем выше, чем больше ширина (глуби­на) резания и чем меньше толщина (подача) среза.

Установлено [78], что при точении резцами из быстрорежущей стали

Видно, что показатели x_v и y_v в данных формулах достаточно близ­ки ктем, которые найдены теоретическим путем. Показатели степени x_v и y_v, так же как и показатель относительной стойкости т, не явля­ются постоянными величинами, а изменяются в зависимости от ус­ловий резания. Показатель степени y_v при толщине среза увеличива­ется с ростом абсолютных значений а и Ъ, но уменьшается с увеличе­нием отношения а/Ь. Показатель степени при ширине среза также увеличивается с возрастанием абсолютных значений а и Ъ, но умень­шается с увеличением b/а. Таким образом, показатель степени увели­чивается при относительном уменьшении соответствующего пара­метра.

Показатели x_v и y_v зависят также от свойств обрабатываемого ме­талла — с увеличением его пластичности увеличиваются; от свойств инструментального материала — для твердосплавных инструментов они меньше, чем для РИ из бысторежущих сталей.

87

П ри прямых стружках, если b/а > 1, значение показателей степе­ней y_v > x_v; на скорость резания, допускаемую инструментом, толщи­на среза влияет больше, чем его ширина, т. е. увеличение толщины среза (или подачи) сказывается на уменьшении скорости резания сильнее, чем увеличение его ширины (или глубины резания). Такой характер влияния а и b на Vj аналогичен их влиянию на температуру резания и вызывается теми же причинами, т. е. при увеличении тол­щины среза возрастает количество выделяемой теплоты, а длина ак­тивной части режущей кромки остается неизменной. При увеличе­нии ширины среза наряду с возрастанием количества выделяемой те­плоты 0_Рез активная часть режущей кромки становится длинней и усиливается отвод теплоты. В последнем случае тепловая нагрузка на единицу длины режущей кромки будет меньше и, следовательно, ниже ©_рез. Поэтому увеличение ширины среза в меньшей степени сказывается на повышении интенсивности изнашивания инструмен­та и снижении его стойкости, чем увеличение толщины среза.

Таким образом, при снятии слоя материала поперечного сечения среза заданной площади стойкость РИ и допускаемая скорость реза­ния тем выше, чем меньше толщина и больше ширина среза [78].