Режущая кромка инструмента — это основная рабочая часть, которая непосредственно взаимодействует с обрабатываемым материалом. Эффективность и долговечность режущего инструмента напрямую зависят от состояния режущей кромки, а одним из главных факторов, влияющих на её износ, является перегрев. В этой статье подробно рассмотрим, что именно приводит к перегреву инструмента на режущей кромке, какие факторы являются ключевыми и как можно минимизировать тепловую нагрузку для продления срока службы инструмента.
Почему перегрев режущей кромки опасен?
Перегрев режущей кромки приводит к ухудшению свойств материала инструмента, уменьшению твердости и износу. Высокая температура вызывает термическое разрушение металла, снижает остроту режущей кромки и может привести к пластической деформации. Это ведет к появлению заусенцев, сколов, микротрещин и ускоряет общий износ инструмента. В итоге страдает качество обработки и возрастает риск поломки.
Основные причины перегрева режущей кромки
1. Высокая скорость резания
Скорость резания напрямую влияет на температуру режущей кромки. Чем выше скорость, тем больше тепла выделяется из-за трения и пластической деформации материала. При превышении рекомендуемых параметров скорость резания становится ключевым источником перегрева.
2. Большая подача и глубина резания
Увеличение подачи (расстояния, которое инструмент проходит за один оборот) и глубины резания ведет к увеличению объема снимаемого материала, что вызывает большую силу резания и, как следствие, повышение температуры на режущей кромке.
3. Недостаточное охлаждение и смазка
Отсутствие или недостаток подачи охлаждающей жидкости резко повышает температуру режущей кромки. Охлаждение не только снижает тепловую нагрузку, но и смазывает поверхность резания, уменьшая трение.
4. Неправильный угол заточки и форма режущей кромки
Ошибки в геометрии режущей кромки увеличивают контакт инструмента с обрабатываемым материалом и вызывают повышенное трение, что ведет к росту температуры.
5. Свойства обрабатываемого материала
Твердые, вязкие или абразивные материалы требуют больших усилий резания, вызывая выделение большего тепла. Например, резка закаленной стали или нержавейки сопровождается сильным нагревом.
6. Износ режущей кромки
Сильный износ увеличивает трение и деформацию, что дополнительно повышает температуру. Изношенная кромка хуже справляется с отводом тепла.
7. Некачественный инструментальный материал
Инструменты из менее термостойких сплавов быстрее перегреваются. Высококачественные твердосплавные или керамические материалы способны работать при более высоких температурах.
8. Недостаточная жесткость станка и закрепления
Вибрации и неплотное крепление инструмента увеличивают динамические нагрузки и трение, повышая локальный нагрев.
Механизмы выделения тепла на режущей кромке
При резании часть механической энергии преобразуется в тепловую. Источники тепла:
- Трение между режущей кромкой и стружкой
- Пластическая деформация снимаемого слоя материала
- Трение между инструментом и заготовкой (контактная поверхность)
Эффективный отвод тепла затруднен, так как тепло концентрируется в зоне режущей кромки.
Методы снижения перегрева режущей кромки
Оптимизация режимов резания
Правильный выбор скорости и подачи с учетом характеристик материала значительно снижает тепловую нагрузку.
Использование СОЖ (смазочно-охлаждающих жидкостей)
Обеспечивает отвод тепла и снижает трение. Важно выбирать подходящий тип СОЖ и подавать её в зону резания эффективно.
Совершенствование геометрии инструмента
Правильная заточка с оптимальными углами снижает силу резания и трение.
Применение современных инструментальных материалов
Твердосплавы с покрытием (TiN, TiAlN, AlCrN) и керамика имеют высокую термостойкость.
Повышение жесткости системы
Устранение вибраций и надежное крепление инструмента и заготовки минимизируют излишнее нагревание.
Контроль и своевременная замена инструмента
Регулярная проверка износа и замена инструмента предотвращают сильный перегрев.
Примеры типичных ситуаций перегрева
- Резка нержавеющей стали без охлаждения приводит к быстрому нагреву и ускоренному износу.
- Использование слишком высокой скорости при глубокой подаче на станках с невысокой мощностью.
- Нарушение технологии заточки с увеличением угла при вершине режущей кромки.
Перегрев режущей кромки — сложное явление, вызванное сочетанием множества факторов: от параметров резания до свойств материала и качества инструмента. Контроль над ключевыми факторами позволяет значительно повысить ресурс режущего инструмента, улучшить качество обработки и снизить производственные затраты. Важно комплексно подходить к выбору режимов, использовать эффективное охлаждение, следить за состоянием инструмента и применять современные материалы и технологии.