Процесс изнашивания инструмента может быть охарактеризован измене­нием характеристик износа инструмента (h3, hn) в зависимости от пути L реза­ния. В простейшем частном случае зависимости h(L) могут быть линейными, однако в общем случае параметры износа нелинейно изменяются с ростом пути резания (рис. 8.9).

Производные от параметров износа по пути резания в каждый конкретный момент времени резания (или при конкретном значении пройденного пути ре­зания) называют интенсивностями изнашивания или относительным изно­сом поверхностей инструмента

Имея зависимости параметров износа от пути резания (кривые износа) h(L), можно определить интенсивности изнашивания 5L3(L) и bLn(L) графиче­ским дифференцированием. Для экспериментального определения интенсив­ностей изнашивания в окрестности фиксированного значения параметра изно­са не требуется иметь всю кривую износа h(L). Достаточно измерить прираще-

Характеристики износостойкости инструмента определяются при достиже­нии одним или несколькими параметрами износа предельных значений — кри­териев затупления по задней /?3* либо по передней hn* поверхностям. Одной из таких характеристик является путь резания С (см. рис. 8.9). Большему пути резания, пройденному до достижения критерия затупления, соответствует бо­лее высокая износостойкость инструмента.

С практической точки зрения во многих случаях удобнее использовать не путь резания С, а связанное с ним время работы инструмента до достижения одного из критериев затупления. Это время называют стойкостью Т (или пе­риодом стойкости) инструмента. При резании с постоянной скоростью v стой­кость Т = L*/v.

Кроме стойкости Т, пути резания L’ в качестве характеристики износостой­кости применяют также площадь обработанной поверхности F* = L*S = vST [82]. Эта характеристика используется для обоснования выбора подачи и скорости резания в тех случаях, когда обрабатывают большие поверхности деталей с высокими требованиями к качеству обработанной поверхности или когда до замены инструмента необходимо обработать заданное количество деталей (т. е. заданную площадь обработанной поверхности).

Иногда в качестве одной из характеристик износостойкости используется отношение критерия затупления к пути резания, называемое средней интен­сивностью изнашивания инструмента

h his h*nS

53,cp=4- = — V. 8n, cp=-V — (8.7)

L F F

Путь резания Lстойкость T, площадь F* обработанной до затупления по­верхности и средние интенсивности изнашивания 83iCp, 5„, ср являются инте­гральными характеристиками: они зависят от изменения скорости резания, ин­тенсивностей изнашивания инструмента и критериев затупления. В связи с этим при задании характеристик износостойкости необходимо указывать кри­терии затупления, которым они соответствуют.

Опыты по изучению интегральных характеристик износостойкости инстру­ментов весьма трудоемкие, длительные и дорогие. Исследование интенсивно­стей изнашивания может быть выполнено с меньшими затратами материалов и времени. Износостойкость инструмента является одним из наиболее важных его качеств. Чаще всего уровни стойкости Т либо площади обработанной по­верхности F* задают в качестве требований к инструменту на основании техно­логических ограничений или экономической целесообразности. Эти требова­ния к износостойкости инструмента учитываются при выборе марки инстру­ментального материала, расчете допускаемых режимов резания и назначении рациональных геометрических параметров инструмента.

В интегральной форме связь между интенсивностями изнашивания, пара­метрами износа и путем резания имеет вид

їпЬг

Формулы (8.8) позволяют решить обратную задачу — по интенсивностям изнашивания инструмента интегрированием получить кривые износа h(L). При использовании ЭВМ эта задача легко решается численными методами, напри­мер методом Эйлера-Коши:

L-Ahf__± (8.9)

f^5L(hQ + iAhl)

Таким образом, информация об изнашивании инструмента может быть представлена либо кривыми износа h3(L), hn(L), либо интенсивностями изна­шивания поверхностей инструмента 8L3 (ft3 ,L), 6Ln (hn,/_).

Поскольку в общем случае заранее неизвестно, какой из критериев затуп­ления будет достигнут первым, необходимо отдельно рассматривать зависи­мости характеристик износа от пути резания для задней и передней поверхно­стей инструмента:

С помощью уравнений (8.10) могут быть рассчитаны характеристики изно­состойкости инструмента как при постоянной, так и при изменяющейся по за­данному закону скорости резания. При постоянной в течение всего периода стойкости скорости резания формулы (8.10) могут быть записаны как

L* =min

°Ln

Определение стойкости инструмента по критерию затупления основано на осреднении интенсивности изнашивания инструмента за период стойкости.

При точении никелевого сплава резцом ВК8 с тонкими срезами (рис. 8.11) осреднение интенсивностей изнашивания и предположение о постоянстве ин­тенсивности изнашивания привело бы к потере информации и в конечном сче­те к ошибкам.

Рис. 8.11. Зависимости ширины фаски износа (а) и интенсивности из­нашивания задней поверхности (б) от пути резания при точении сплава ЭП742 ВД, ВК8, г=Ю°, <р=45°, R=l мм, f=1,5 мм, S=0,067 мм/об:

1 — v=0,1 м/с, 2 — v=0,5 м/с

Ошибки обычно возникают при экстраполяции осредненных результатов за пределы исследованной области, в частности при изменении критериев затуп­ления инструмента. Так, при критерии затупления /?*=0,5 мм пройденный путь резания для скоростей 0,1 м/с и 0,5 м/с одинаков и равен 200 м. Средние ин­
тенсивности изнашивания также одинаковы: 6L3=2,5 Ю’6. Экстраполяция на критерий затупления /7*=1 мм при той же средней интенсивности изнашивания привела бы к пути резания 400 м. Фактические же пути резания оказались: для скорости 0,1 м/с -1000 м, а для скорости 0,5 м/с — 300 м.

В связи с тем, что стойкость инструмента и площадь обработанной поверх­ности не являются элементарными функциями и, кроме того, являются инте­гральными характеристиками, в общем случае они не могут быть непосредст­венно связаны с режимами резания какими-либо эмпирическими функциями. Так, например, очевидно, что при работе с изменяющейся в течение периода стойкости скоростью резания время работы инструмента до достижения кри­терия затупления необходимо определять с учетом закона изменения скоро­сти, т. е. с помощью интегрирования.

Исключение операции интегрирования, замена ее какими-либо эмпириче­скими функциями в данном случае были бы неэффективными и некорректны­ми. Но кроме изменения скорости резания на стойкость инструмента в течение периода стойкости оказывает влияние изменяющаяся интенсивность изнаши­вания инструмента. Поскольку действительные законы изменения интенсивно­стей изнашивания инструмента в течение периода стойкости инструмента не всегда известны, принимались допущения о постоянстве или об использова­нии средней интенсивности изнашивания.

Если исключить области условий резания, где интенсивности изнашивания претерпевают наибольшие изменения, то такое допущение может быть при­емлемым. Однако необходимо иметь в виду, что в общем случае это может привести к большим ошибкам, аналогичным тому, как если бы при работе с переменной скоростью резания принимались допущения о ее постоянстве.

Таким образом, задача поиска вида функций, связывающих стойкость ин­струмента с параметрами, характеризующими условия резания и обеспечения требуемой точности аппроксимации за счет эмпирического определения неко­торых констант, строго говоря, некорректна.

Решение такой задачи может быть получено в два этапа. На первом этапе должны быть установлены эмпирические функциональные связи интенсивно­стей изнашивания поверхностей инструмента с температурами и другими характеристиками процесса стружкообразования, на втором — определены характеристики износостойкости инструмента путем интегрирования интенсив­ностей изнашивания и законов изменения скорости резания до достижения критериев затупления инструмента для передней и задних поверхностей режущего лезвия.