Износ режущего инструмента: виды, причины и как помогает СОЖ

Нормальный износ режущего инструмента выглядит как ровная фаска на задней поверхности, которая растёт медленно и предсказуемо. Лунка, сколы, трещины поперёк кромки, налипший металл и смятая вершина говорят о другом: инструменту не подходят режим, марка сплава, геометрия или охлаждение. Ниже разобрано, как прочитать кромку, когда менять инструмент и где СОЖ продлевает стойкость, а где разрушает кромку.

Как осмотреть кромку и когда менять инструмент

Кромку осматривают через лупу или под микроскопом после партии деталей или по счётчику, не дожидаясь поломки. Смотрят три зоны: заднюю поверхность под кромкой, переднюю, по которой сходит стружка, и вершину с радиусом.

Главная мера износа: ширина фаски на задней поверхности, VB (в отечественных справочниках hз). Для твердосплавного инструмента стандарт испытаний токарных резцов ISO 3685 называет самыми распространёнными критериями конца стойкости среднюю ширину фаски VB = 0,3 мм при равномерном износе или наибольшую VBmax = 0,6 мм при неравномерном. Mitsubishi Materials в программе подбора пластин считает стойкость до VB = 0,3 мм для сталей, нержавейки, чугуна и жаропрочных сплавов и до 0,1 мм для закалённых материалов.

В цехе предел часто наступает раньше, и подсказывает его деталь:

• размер уходит из допуска, коррекцию на износ приходится вводить всё чаще;
• растёт шероховатость, на выходе инструмента появляется заусенец;
• меняется звук резания, появляется вибрация;
• растёт нагрузка на шпиндель, на ЧПУ её видно по индикатору.

Работать до скола невыгодно. ISCAR называет износ сверх меры перед поворотом пластины одной из причин разрушения кромки, а разрушенная кромка портит деталь.

Износ по задней поверхности: нормальный, если не слишком быстрый

Фаска на задней поверхности появляется от истирания о твёрдые включения в материале заготовки. Sandvik Coromant называет этот износ самым распространённым и предпочтительным: он даёт предсказуемую стойкость. Тревожный признак не сама фаска, а её быстрый рост. Причины по данным производителей инструмента:

• слишком высокая скорость резания. Из трёх параметров режима скорость влияет на стойкость сильнее всего: по данным Mitsubishi, прибавка скорости на 20 % сокращает стойкость вдвое, а на 50 % в пять раз;
• недостаточно износостойкая марка сплава для этого материала;
• слишком малая подача: кромка трётся, а не режет, поэтому Mitsubishi и Sandvik советуют подачу поднять;
• малый задний угол, а при съёме закалённого слоя слишком малая глубина, на которой кромка трётся о твёрдую корку.

СОЖ здесь помощник, а не главное средство. ISCAR при таком износе на точении советует поднять давление охлаждения и проверить, куда направлено сопло. Когда жидкость уже точно попадает в зону резания, начинают со скорости и марки сплава. Обороты под новую скорость удобно пересчитать в калькуляторе режимов резания.

Лунка и пластическая деформация: кромка перегрелась

Лунка образуется на передней поверхности, там, где по пластине сходит горячая стружка. Sandvik Coromant объясняет её химической реакцией между материалом заготовки и инструментом, которая усиливается с ростом скорости резания. Глубокая лунка ослабляет кромку, и та ломается. Против лунки снижают скорость, затем подачу, берут более износостойкий сплав с покрытием из оксида алюминия (Al2O3) и более позитивную геометрию.

Пластическая деформация выглядит как просевшая, оплывшая вершина пластины. Она появляется, когда температура резания слишком высока для выбранной марки: сплав размягчается, и кромку сминает давлением стружки. Mitsubishi называет причинами мягкий сплав, высокую скорость, большие подачу и глубину. Помогают более твёрдый сплав с толстым покрытием, снижение скорости и подачи, пластина с большим радиусом при вершине.

Здесь СОЖ работает в полную силу: причина в температуре. ISCAR при лунке и деформации советует поднять давление и расход охлаждения, а Sandvik при точении аустенитной нержавейки требует всегда работать с СОЖ, чтобы уменьшить лунку и пластическую деформацию. Жидкость направляют в зону схода стружки, а не на корпус державки.

Нарост на кромке: почему налипают алюминий и нержавейка

Нарост образуется, когда стружка под давлением приваривается к кромке. Он меняет геометрию: размер уходит, поверхность получается рваной. Отрываясь, нарост уносит частицы покрытия и сплава, после чего кромка начинает выкрашиваться.

К наросту склонны вязкие материалы: малоуглеродистая сталь, нержавейка, алюминий. По данным ISCAR, Sandvik и Mitsubishi, нарост растёт, когда в зоне резания слишком холодно: скорость низкая, геометрия отрицательная или кромка затуплена. У алюминия есть ещё одна причина, сродство к покрытиям с высоким содержанием алюминия: Harvey Tool не рекомендует фрезы с покрытием AlTiN для алюминиевых сплавов именно из-за налипания. У аустенитной нержавейки, по данным Sandvik, нарост и размазывание металла обычное дело. Что меняют:

• поднимают скорость резания: для стали Ck45, аналога стали 45, Mitsubishi приводит ориентир 80 м/мин;
• берут острую позитивную геометрию и инструмент с гладкой поверхностью, обработанной после нанесения покрытия;
• выбирают покрытие с низким сродством к материалу. Mitsubishi называет пластины с покрытием и кермет, для алюминия производители фрез предлагают инструмент без покрытия, с DLC или TiB2. В каталоге для алюминия есть трёхзубые твердосплавные фрезы OCT-ALU с покрытием DLC, о выборе покрытия под материал в статье фрезы по металлу: виды и выбор;
• подают СОЖ обильно и в рабочей концентрации. ISCAR при наросте советует заметно увеличить подачу охлаждения, а Sandvik при чистовом фрезеровании нержавейки и алюминия рекомендует жидкость, чтобы частицы металла не размазывались по поверхности.

На алюминии, по словам Sandvik, СОЖ работает в первую очередь на вынос стружки, поэтому важны расход и направление струи. Разбавленная эмульсия хуже смазывает, и при наросте концентрацию проверяют первой. Жидкости для алюминиевых сплавов собраны в разделе СОЖ для алюминия.

Сколы, выкрашивание и проточина

Выкрашивание кромки и сколы говорят о механической перегрузке. Sandvik Coromant перечисляет причины: удары стружки о кромку, слишком большие подача или глубина, песок и твёрдые включения в заготовке, нарост, вибрации, чрезмерный износ. Mitsubishi добавляет слишком твёрдый и хрупкий сплав, слабую кромку и нежёсткую державку. Лечат это более вязким сплавом, кромкой с упрочняющей фаской вместо скругления, меньшей подачей, державкой большего сечения и меньшим вылетом.

Отдельная причина сколов на фрезе: повторное резание стружки. Sandvik советует убирать её сжатым воздухом или обильной СОЖ, лучше через инструмент.

Проточина, то есть выработка на линии глубины резания, появляется там, где кромка встречает необработанную корку, отбелённый слой чугуна, закалённую поверхность или металл, упрочнённый предыдущим проходом. Sandvik связывает её с налипанием стружки и наклёпом, это типичный износ на нержавейке, титане и жаропрочных сплавах. Помогают разная глубина резания на проходах, малый угол в плане или круглая пластина и более износостойкий сплав. На токарных операциях ISCAR добавляет к этому повышение давления СОЖ.

Термотрещины: когда СОЖ вредит

Термотрещины выглядят как мелкие трещины поперёк режущей кромки. Их причина в том, что кромку попеременно нагревают и охлаждают. При фрезеровании так происходит на каждом обороте: по данным Sandvik Coromant, температура кромки колеблется между примерно 1000 °C в резе и холодом вне его, и перепад растёт на каждом входе и выходе зуба. Холодная жидкость делает перепад больше: Sandvik пишет, что трещины связаны с прерывистым резанием и усиливаются от СОЖ, Mitsubishi называет их особенно характерными для фрезерования. Рекомендации производителей:

• черновое фрезерование твердосплавными пластинами вести всухую, так звучит правило Sandvik для черновых операций;
• если СОЖ всё же нужна, подавать её обильно и без перерывов: Sandvik формулирует это как «обильно или совсем не подавать», Mitsubishi советует при мокрой обработке заливать заготовку жидкостью;
• на прерывистом точении, с ударом, ISCAR советует выключать охлаждение и вообще обходиться без него, где это возможно;
• при появлении трещин брать более вязкий сплав, стойкий к термоудару, и снижать скорость.

Ещё чувствительнее к термоудару керамика. Фрезеруют ею всухую, а на точении решение зависит от вида керамики и материала, это разобрано в статье керамические пластины: где применяют и как выбрать. В каталоге есть керамические пластины для точения и канавок.

Сухое фрезерование подходит не всегда. Sandvik называет случаи, где жидкость нужна: чистовая обработка нержавейки и алюминия, жаропрочные сплавы на низкой скорости, чугун (связать пыль), тонкостенные детали, которые поведёт от нагрева. Последнее слово за паспортом инструмента: в карточках монолитных фрез OCT500, OCT560 и OCT-ALU указано, что максимальный ресурс они дают только с СОЖ. Значит, её подают постоянно, без пульсаций и перерывов. Когда фрезеруют всухую, а когда с поливом, подробно в статье СОЖ для фрезерного станка.

Признак, причина и что менять: сводная таблица

Что проверить в СОЖ, если стойкость упала

Когда инструмент стал изнашиваться быстрее на тех же режимах и том же материале, проверьте охлаждение раньше, чем менять марку пластин.

1. Концентрация. Испарение воды и долив без замера постоянно уводят её от паспортной. Замерьте рефрактометром и пересчитайте показание по коэффициенту концентрата, порядок описан в статье как измерять концентрацию СОЖ. Бедная эмульсия хуже смазывает, и первым это видно по наросту.
2. Направление струи. После смены инструмента или вылета сопло снова наводят в точку резания, а не на корпус фрезы или державки.
3. Непрерывность подачи. Пульсирующая струя на твёрдом сплаве и керамике даёт термотрещины. Причиной бывают низкий уровень в баке и подсос воздуха насосом.
4. Напор и фильтры. Через забитый фильтр или шланг жидкость идёт слабо, и стружка остаётся в пазу или отверстии. Сколько бар и литров в минуту нужно при подаче через инструмент, разобрано в статье «давление и расход СОЖ при подаче через инструмент».
5. Тип жидкости. Вязким материалам нужна жидкость с хорошей смазывающей способностью. Составы для токарной и фрезерной обработки собраны в разделе СОЖ для токарно-фрезерных работ.

Частые вопросы

При каком износе менять пластину?

Стандарт испытаний ISO 3685 для твердосплавных пластин называет самым распространённым критерием среднюю ширину фаски на задней поверхности 0,3 мм или наибольшую 0,6 мм при неравномерном износе. На чистовых операциях пластину меняют раньше, когда размер или шероховатость выходят из допуска.

Откуда трещины поперёк кромки на фрезе?

Это термотрещины: при каждом входе в металл и выходе из него кромка нагревается и остывает, а холодная СОЖ усиливает перепад. На черновом фрезеровании твёрдым сплавом работайте всухую, а если охлаждение нужно, подавайте его обильно и без перерывов.

Как убрать нарост на кромке при обработке алюминия?

Поднимите скорость резания, возьмите острую фрезу без покрытия или с покрытием DLC либо TiB2 и подавайте СОЖ обильно, в рабочей концентрации. Покрытие AlTiN для алюминия не подходит из-за налипания.

Продлевает ли СОЖ стойкость инструмента?

На точении, сверлении и чистовом фрезеровании вязких материалов продлевает: снижает температуру, уменьшает лунку, пластическую деформацию и нарост. На черновом фрезеровании твердосплавными пластинами и керамикой производители советуют работать всухую: СОЖ усиливает термоудар.

Почему задняя поверхность быстро изнашивается на малой подаче?

При слишком малой подаче кромка не срезает стружку, а трётся о поверхность детали. Mitsubishi Materials и Sandvik Coromant в таком случае советуют подачу поднять, а скорость резания снизить.

Подберём СОЖ под ваш материал и операции и подскажем, как подавать её на точении и фрезеровании, чтобы инструмент изнашивался равномерно. Звоните +7 (495) 135-25-88 или выбирайте жидкость в каталоге СОЖ, а фрезы в разделе монолитные твердосплавные фрезы. Доставляем по России.