загрузка...
 
1.2.2. Пластичне руйнування леза
Повернутись до змісту

1.2.2. Пластичне руйнування леза

Існує область режимів різання, при яких інструмент не в змозі зрізати стружку, тому що сам може піддаватися пластичній деформації й зрізу у результаті процесу пластичної плинності контактних шарів. Розвитку процесу пластичної плинності контактних шарів і деформації леза сприяють інтенсивний розігрів і розм'якшення інструментульного матеріалу при режимах різання, що характеризуються високими силовими і тепловими навантаженнями, а також всебічний стиск різальної кромки, у результаті якого пластичність матеріалу інструменту в цій зоні істотно підвищується.

Пластична плинність поверхневих контактних шарів інструментульного матеріалу і їхній подальший зріз переважно відбуваються уздовж задньої поверхні (рис. 1.14а). У деяких випадках він може спостерігатися й уздовж передньої поверхні леза. За певних умов (при великих питомих навантаженнях інструменту) процес різання може супроводжуватися пластичним деформуванням (опусканням) леза (рис. 1.14б).

Разом з тим при відносно високих швидкостях різання пластичне опускання різальної кромки може спостерігатися не тільки у різців із швидкорізальних сталей (рис. 1.14а), а також і у різців, оснащених твердим сплавом (рис. 1.14б).

Формостійкість різального леза (його здатність не деформуватися при навантаженні у процесі стружкоутворення, тобто зберігати геометрію) прийнято оцінювати відношенням твердості матеріалу інструменту до твердості стружки оброблюваного матеріалу . Твердість стружки вище твердості оброблюваного матеріалу, що обумовлено деформаційними процесами й зміцненням матеріалу зрізуваного шару у зоні стружкоутворення. Експериментально доведено, що для запобігання деформації різальної кромки при зрізанні стружки повинне дотримуватися співвідношення  ? 1,4.

Рисунок 1.14 - Пластична плинність поверхневих контактних шарів на задній поверхні (а) та пластичне деформування (опускання) леза (б)

При зміні умов різання (особливо швидкості різання) змінюються й температура різання (середня контактна температура на передній і задній поверхнях інструменту), а отже, і ступінь її впливу на твердість оброблюваного й інструментульного матеріалів. Зі збільшенням температури різання твердість стружки практично не змінюється, тому що температура в зоні стружкоутворення піднімається незначно і становить лише 100 - 300°С, що не може приводити до істотного зменшення твердості стружки. У той самий час у тонких контактних шарах інструментульного матеріалу температура може збільшуватися до дуже високих значень і досягати температур плавлення оброблюваного матеріалу. Тому твердість інструментульного матеріалу в тонких контактних шарах з підвищенням температури буде зменшуватися. У момент, коли співвідношення твердості матеріалів інструментульного і стружки буде нижче критичного значення, почнеться інтенсивне пластичне деформування різальної кромки.

Таким чином, пластична міцність інструментульного матеріалу залежить від його здатності зберігати твердість при високих температурах, тобто від його теплостійкості.

Для оцінки здатності інструментульного матеріалу пручатися пластичному руйнуванню використовують коефіцієнт запасу пластичної міцності, що визначається з формули

,                 (1.9)

де HVі – твердість інструментульного матеріалу в контактних шарах при температурі різання;

tф – напруження зсуву у зоні стружкоутворення;

tк – напруження зсуву у контактних шарах оброблюваного матеріалу;

HVстр – твердість стружки;

HVк – твердість пластично деформованих контактних шарів оброблюваного матеріалу уздовж задньої поверхні при температурі, що розвивається біля різальної кромки.

З виразу (1.9) видно, що пластична міцність інструментульного матеріалу визначається, головним чином, температурними залежностями твердості інструментульного і оброблюваного матеріалів у зоні їхнього контакту при різанні. На рис. 1.15а наведені температурні залежності твердості різних інструментульних матеріалів, з яких видно, що інструментульні матеріали за «гарячою» твердістю можна розташувати в такій послідовності: алмаз, кубічний нітрид бору (ельбор), карбід кремнію, електрокорунд (різальна кераміка), твердий сплав групи ТК, твердий сплав групи ВК, швидкорізальна сталь і вуглецева інструментульна сталь.

 

    а)                                                    б)

Рисунок 1.15 - Температурні залежності твердості (а) і коефіцієнта запасу пластичної міцності (б) різних інструментульних матеріалів (оброблюваний матеріал - сталь 40Х):

а) 1 - алмаз; 2 - ельбор; 3 - карбід кремнію; 4 - електрокорунд;

5 - Т15К6;  6 - ВК8; 7 - Р18; 8 - В12

б)  1 - ЦМ332; 2 і 3 маловольфрамові тверді сплави; 4 - ВК8;

5 - Т15К6; 6 - безвольфрамові тверді сплави; 7 - Р18

Розрахунок коефіцієнта запасу пластичної міцності за формулою (1.9) дозволяє визначити області раціонального використання інструментульних матеріалів за пластичною міцністю залежно від температур різання (рис. 1.15б) і від швидкості різання при обробці різних матеріалів (рис. 1.16).

На цих рисунках в області, у якій коефіцієнт запасу пластичної міцності нижче 1 (заштрихована зона) - різання неможливе через пластичну деформацію різальної частини інструменту.

Рисунок 1.16 - Залежність коефіцієнта запасу пластичної міцності від швидкості різання при обробці різцем зі сплаву Т15К6 різних матеріалів:

1 - сталь 40; 2 - 12Х18Н9Т;

3 - ШХ15; 4 - ХН70ВМТЮ;

5 - ХН55ВМТКЮ

Якщо різальна частина інструменту формостійка до температур плавлення оброблюваного матеріалу, то в цьому випадку швидкість різання не обмежується за критерієм пластичної міцності. Оброблення міді, латуні, алюмінію та бронзи твердосплавним і швидкорізальним інструментуми може бути реалізована практично з будь-якою швидкістю різання. Висока «гаряча» твердість і відсутність хімічної спорідненості кубічного нітриду бору із залізовуглецевими сплавами дозволяє на порядок збільшувати швидкості різання в порівнянні із твердими сплавами. Таким чином, для кожної пари «інструментульний - оброблюваний» матеріали є гранична швидкість різання Vгр (див. (1.10)), при якій розвиваються такі контактні температури, які приводять до пластичного деформування різального леза.

Розігрів різальної частини інструменту при різних схемах оброблення істотно відрізняється. Наприклад, для переривчастих процесів різання граничні за пластичною міцністю швидкості різання мають більш високі значення.

При обробці сталей, жароміцних і титанових сплавів, інших важкооброблюваних матеріалів швидкість різання найчастіше обмежується межею пластичної міцності інструментульних матеріалів. Тому для підвищення продуктивності оброблення таких матеріалів необхідно підвищувати межу пластичної міцності  інструментульного матеріалу, тобто вибирати матеріали для леза, які мають більші твердість при нагріванні й температуропровідність.



загрузка...