В процессе обработки на станках с ЧПУ, когда сталь, алюминий или другие пластичные металлы обрабатываются на низких или средних скоростях резания, на передней поверхности режущего инструмента может прилипать небольшой слой металла. Этот прилипший металл известен как нарост на режущей кромке (BUE). Но знаете ли вы, как образуется нарост на режущей кромке? И какое влияние он оказывает на процесс обработки?
Причины образования нароста на кромке (BUE)
После появления Обработка высокопрочных материалов на станках с ЧПУ Например, при резке стали в условиях относительно низкой скорости резания, когда образуется непрерывная стружка, к передней поверхности режущей кромки часто прилипает треугольная клиновидная металлическая масса. Эта прилипшая металлическая масса известна как нарост на режущей кромке (BUE), как показано на рисунке. Твердость нароста на режущей кромке чрезвычайно высока, обычно в 2–3 раза выше, чем у материала заготовки. Когда нарост на режущей кромке достигает стабильного состояния, он может временно заменить режущую кромку в процессе резания. Размер нароста на режущей кромке обычно обозначается его высотой (H_b).
В процессе резки между нижней стороной стружки и передней поверхностью инструмента возникает сильное трение. Когда контактная поверхность достигает определенной температуры при высоком давлении, материал заготовки прилипает к передней поверхности за счет адгезии, также известной как «холодная сварка». По мере того, как непрерывно движущаяся стружка проходит по прилипшему металлическому слою, если температура и давление остаются подходящими, материал на нижней стороне стружки также затрудняется. Он прилипает к ранее образовавшемуся при холодной сварке слою на передней поверхности. В результате прилипший слой постепенно увеличивается и в конечном итоге образует нарост.
Формирование и рост нароста на режущей кромке (BUE) тесно связаны со свойствами материала заготовки, а также с распределением температуры и давления в зоне резания. Материалы с более выраженной склонностью к упрочнению при деформации с большей вероятностью образуют нарост на режущей кромке. При слишком низкой температуре и давлении в зоне резания нарост на режущей кромке не образуется. И наоборот, при чрезмерно высокой температуре материал размягчается, и образование нароста на режущей кромке также подавляется. Для углеродистой стали высота нароста на режущей кромке достигает максимума при температуре в зоне резания приблизительно 300–350 °C, а при температуре выше 500 °C нарост на режущей кромке исчезает автоматически.
Когда глубина резания (a_p) и скорость подачи (f) остаются постоянными, высота навершия резания (H_b) тесно связана со скоростью резания (v_c), поскольку количество тепла, выделяемого во время резания, увеличивается с увеличением скорости резания. Как показано на рисунке:
- Регион I: Зона низкой скорости, где не образуются блоки BUE.
- Регион II: высота BUE увеличивается по мере увеличения (v_c).
- Область III: высота BUE уменьшается по мере увеличения (v_c).
- Регион IV: Формы BUE не требуются.
Влияние насыпной кромки
(1) Увеличение эффективного угла наклона граблей
Накладка BUE, приклеенная к передней поверхности инструмента, эффективно увеличивает фактический угол заточки инструмента (см. рис.), тем самым снижая силы резания.
(2) Изменение толщины резки
Передняя часть насадки BUE выступает за пределы режущей кромки, увеличивая фактическую толщину реза на величину ( Δ h_D). По мере роста BUE, ( Δ h_D) постепенно увеличивается. Как только гребень отламывается или отделяется от поверхности граблей, ( Δ h_D быстро уменьшается. Поскольку образование, рост и отрыв нароста на режущей кромке происходят циклически, колебания толщины резания неизбежно приводят к изменениям силы резания.
(3) Увеличение шероховатости поверхности
Часть нароста на режущей кромке, выступающая за ее пределы, имеет неправильную форму и высоту, что увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Кроме того, отделившиеся фрагменты нароста могут внедряться в обработанную поверхность, еще больше ухудшая ее качество.
(4) Влияние на срок службы инструмента
Стабильный нарост на режущей кромке, прилипший к передней поверхности инструмента, может временно заменить режущую кромку во время обработки, тем самым уменьшая прямой износ инструмента и продлевая срок его службы. Однако, если нарост неоднократно отслаивается от передней поверхности инструмента, он может отрывать частицы материала инструмента от самой передней поверхности — особенно в твердосплавных инструментах — что приводит к ускоренному износу и сокращению срока службы инструмента.
Меры по предотвращению образования наростов на кромке
Влияние выступающего режущего кромки (BUE) на процесс резания имеет как положительные, так и отрицательные стороны. При черновой обработке, где требования к точности размеров и качеству поверхности относительно невелики, BUE может способствовать процессу резания, выступая в качестве временной режущей кромки. Однако при чистовой обработке BUE необходимо минимизировать или полностью исключить для обеспечения точности размеров и целостности поверхности.
Для подавления образования BUE можно принять следующие меры:
- Правильно выберите скорость резки, чтобы избежать использования среднего диапазона скоростей, в котором наиболее вероятно образование нароста на режущей кромке.
- Для уменьшения трения между нижней стороной стружки и передней поверхностью инструмента используйте смазочно-охлаждающие жидкости с превосходными смазывающими свойствами.
- Увеличьте угол заточки инструмента, чтобы уменьшить давление между передней поверхностью и стружкой.
- Для снижения склонности материала заготовки к упрочнению необходимо соответствующим образом повысить его твердость.
