Работоспособное состояние режущего инструмента (лезвия) («работоспособность») характеризуется таким, при котором он способен выполнять обработку резанием при установленных в нормативно-технической документации (НТД) условиях и с установленными требованиями.

Неработоспособным состоянием режущего инструмента («неработоспособность»), характеризуемого его «отказом», может быть отклонение от установленных значений хотя бы одного из параметров режущего инструмента, требований или характеристик обработки, выполняемой этим инструментом.

В процессе резания инструмент теряет свою работоспособность в результате разрушения или изнашивания лезвия.

На рис. 6.1 приведена схема современных представлений о влиянии различных условий на выход инструмента из строя.

Изучение физических закономерностей отказа инструмента позволяет сформулировать требования, предъявляемые к инструментальным материалам и определить области их эффективного применения.

При недостаточной прочности лезвия инструмента его выход из строя («внезапный отказ») происходит путем хрупкого разрушения (скалывания и выкрашивания) или в результате пластической деформации и последующего срезания поверхностного слоя лезвия.

Хрупкое разрушение лезвия является результатом постепенного развития и накопления усталостных микротрещин, которые впоследствии, с увеличением внешней нагрузки сливаются в макротрещину. Процесс зарождения и развития трещин происходит во времени, т.е. зависит от величины и продолжительности приложения нагрузки. Встречаются два вида хрупкого разрушения лезвия: выкрашивание режущих кромок; сколы режущего лезвия (рис. 6.2).

Выкрашиванием называется отделение мелких частиц режущей кромки, при котором размеры разрушений, как правило, меньше контактного участка передней поверхности со стружкой (рис. 6.2 а). Оно связано чаще всего с поверхностными дефектами, дефектами заточки, неоднородностью структуры инструментального материала, остаточными напряжениями и др. Инструмент с выкрошенной режущей кромкой может продолжать снятие стружки, однако такое резание будет предаварийным. Частным случаем выкрашивания является «осыпание» режущей кромки. Под осыпанием режущей кромки понимают частичное или сплошное разрушение ее участков размерами не более 0,3 мм.

Скалывание (сколы) – это отделение сравнительно крупных объемов режущего лезвия, которые превышают размеры контакта передней поверхности со стружкой (рис. 6.2 б). После этого резание инструментом становится невозможным.

Вероятность скалывания зависит от величины напряжений, формирующихся в режущем лезвии, которые главным образом определяются углом заострения b, передним g и задним a углами, и главным углом в плане j, так как именно эти параметры определяют как размеры сечения режущего лезвия, так и  величину давления стружки на переднюю поверхность. Из режимов резания наибольшее влияние на скалывание оказывает толщина срезаемого слоя а и в значительно меньшей мере ширина b. скорость резания может оказывать существенное влияние на этот вид хрупкого разрушения, как правило, через изменение динамического состояния технологической системы, например, при возникновении вибраций.

Для определенного инструментального материала и размеров лезвия мгновенный скол происходит при достижении толщиной срезаемого слоя некоторого предельного значения aпр (предельная толщина срезаемого слоя или ломающая подача).

Установлено, что с уменьшением угла заострения предельная толщина срезаемого слоя aпр, при которой наступает скалывание (рис. 6.3), уменьшается (независимо от свойств обрабатываемого материала), что объясняется возрастанием напряжений в режущем лезвии за счет уменьшения площади его опасного сечения.

С увеличением переднего угла g при b = const (т.е. при одновременном уменьшении заднего угла a), величина предельной толщины срезаемого слоя aпр увеличивается (рис. 6.4). Это связано с тем, что при неизменной прочности лезвия с увеличением переднего угла силы резания, а соответственно и напряжения в режущем лезвии уменьшаются.

Увеличение главного угла в плане j вызывает уменьшение предельных толщин срезаемого слоя, что связано с увеличением давления стружки на переднюю поверхность (через рост толщины срезаемого слоя при постоянной подаче), а, следовательно, и напряжений в режущей части.

Прочность обрабатываемого материала определяет сопротивление пластической деформации при резании, т.е. уровень касательных напряжений по условной плоскости сдвига τφ. Поэтому ее повышение вызывает увеличение нормальных напряжений на передней поверхности и снижение aпр.

В качестве характеристики сопротивления хрупкому разрушению инструментального материала может служить предел его прочности при одноосном растяжении Rm. При увеличении Rm предельные толщины срезаемого слоя возрастают и наоборот. Уменьшение aпр в зависимости от марки инструментального материала имеет место в следующем порядке: быстрорежущая сталь, твердые сплавы группы ВК и ТТК, далее группа ТК, БВТС, режущая керамика и СТМ.

Экспериментально установлена приблизительно линейная зависимость между пределом прочности на растяжение Rm инструментального материала и предельной толщиной срезаемого слоя aпр, при которой происходит разрушение режущей части инструмента. Если Rm для быстрорежущей стали составляет 1800…2000 МПа, для твердых сплавов – 500…800 МПа, для режущей керамики – 150…200 МПа и для алмаза – 100…150 МПа, то при прочих равных условиях величина aпр для быстрорежущего инструмента будет в 3 раза больше, чем для твердых сплавов, в 8…10 раз больше, чем для режущей керамики, и в 15…20 раз больше, чем для алмаза. Поэтому инструменты из алмаза и режущей керамики применяют лишь для чистовых операций, когда толщины срезов малы и в режущей части инструмента преимущественно действуют напряжения сжатия.

Величина предельной толщины срезаемого слоя меняется со временем работы, так как процесс развития трещин в режущей части инструмента зависит и от времени резания (усталостное разрушение).

Силовая нагрузка на инструмент является основной причиной скалывания при непрерывном резании, при прерывистом же имеют место две дополнительные причины хрупкого разрушения:

·                        термические циклические напряжения;

·                        условия выхода инструмента из зоны резания.

Первая причина, характерная для твердых сплавов, впервые была объяснена Н.Н. Зоревым и Н.П. Вирко. Известно, что обработка при фрезеровании состоит из цикла резания и холостого хода.

Цикл резания. Поверхностные слои нагреваются, а внутренние – еще холодные (рис. 6.5), вследствие чего внешняя поверхность, стремясь расшириться, подвергается напряжениям сжатия.

Цикл холостого хода. Внутренние слои прогрелись, а внешние охлаждаются, сокращаясь. Они подвергаются напряжениям растяжения. Таким образом, за один цикл резания имеют место знакопеременные напряжения растяжения-сжатия. Это вызывает появление усталостных трещин, которые располагаются перпендикулярно режущей кромке и переходят на заднюю поверхность.

Предотвращение этих нежелательных влияний: уменьшение времени холостого хода, уменьшение температуры рабочего хода, увеличение температуры холостого хода (подогревание инструмента во время холостого хода).

Существует область условий резания, при которых свойства инструментального материала настолько изменяются, что инструмент не в состоянии срезать стружку, так как сам может подвергаться пластической деформации и срезу. Развитию этого процесса способствуют интенсивный разогрев (выше критической температуры теплостойкости) и размягчение инструментального материала при режимах резания, характеризующихся высокими силовыми и тепловыми нагрузками. Вторым фактором может быть всестороннее сжатие режущего лезвия, в результате чего пластичность материала инструмента в этой зоне существенно повышается. Пластическое течение поверхностных контактных слоев инструментального материала и их последующий срез преимущественно происходит вдоль задней поверхности (рис. 6.6).

С увеличением скорости резания твердость основной массы стружки практически не изменяется, т.к. температура в зоне стружкообразования поднимается незначительно и составляет всего 100…300 °C. В то же время в тонких контактных слоях инструментального материала температура может возрастать до величин, превышающих критическую температуру теплостойкости инструментального материала. Поэтому локальная твердость этих слоев с повышением температуры будет уменьшаться. В момент, когда соотношение твердости материалов инструментального и стружки будет ниже критического значения, начнется интенсивное пластическое деформирование поверхностных слоев режущего лезвия.

Если режущее лезвие инструмента формоустойчиво до температур плавления обрабатываемого материала, то в этом случае скорость резания не ограничивается по критерию пластической прочности. Обработка меди, латуни и бронзы твердосплавными, а алюминия быстрорежущими инструментами может быть реализована практически с любой скоростью резания. Высокая «горячая» твердость и отсутствие химического сродства кубического нитрида бора с железоуглеродистыми сплавами позволяет на порядок увеличивать скорости резания в сравнении с твердыми сплавами.

Для прерывистых процессов резания предельные по пластической прочности скорости резания имеют более высокие значения вследствие охлаждения инструмента при холостом ходе.

При обработке сталей, жаропрочных, титановых сплавов и других труднообрабатываемых материалов, имеющих низкую теплопроводность, скорость резания чаще всего ограничивается пределом пластической прочности инструментальных материалов. Поэтому резервом роста производительности обработки таких материалов является повышение предела пластической прочности (твердости при нагреве и теплопроводности) инструментального материала.

В процессе резания в результате взаимодействия стружки и поверхности резания с режущим лезвием контактные площадки на передней и задних поверхностях инструмента изнашиваются. Износ этих площадок происходит непрерывно, на протяжении всего процесса резания, практически при всех возможных условиях резания. Поэтому наряду с достаточной прочностью режущая часть инструмента должна обладать высокой износостойкостью.

Независимо от типа и назначения все инструменты могут изнашиваться преимущественно по задней поверхности (первый вид износа) (рис. 6.7 а), по задней и передней поверхностям одновременно (второй вид износа) (рис. 6.7 б). В некоторых случаях черновой обработки в условиях устойчивого наростообразования нарост предохраняет заднюю поверхность от контакта с поверхностью резания и от износа, поэтому рассматривают третий вид износа –  преимущественно по передней поверхности (рис. 6.7 в).

При изнашивании по первому виду на задней поверхности инструмента образуется площадка износа шириной hз. Очертания площадки износа в сечении главной секущей плоскостью приблизительно напоминают форму поверхности резания. Вдоль главной режущей кромки ширина площадки износа в общем случае неодинакова. Как правило, максимальная ширина площадки наблюдается у вершины инструмента (рис. 6.7 а, б). В некоторых случаях обработки заготовок с загрязненной или упрочненной поверхностной коркой локальный износ в виде проточины наблюдается в зоне контакта корки и режущей кромки (рис. 6.7 а).

При изнашивании по второму виду наряду с износом задней поверхности имеет место и износ передней поверхности в виде лунки. При наличии нароста лунка начинается на некотором расстоянии от режущей кромки (см. рис. 6.7 в), при его отсутствии – и фаска по задней поверхности, и лунка начинаются от режущей кромки.

Для оценки меры изношенности инструмента используются четыре параметра: линейный, размерный, массовый и относительный износ.

Линейный износ hз представляет собой максимальную ширину площадки износа по задней поверхности без учета места ее расположения (см. рис. 6.7) или глубину лунки. Применяется в виде рекомендаций при назначении величины перетачивания инструмента.

При чистовых режимах определяющим становится размерный износ – hр, который измеряется в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности детали (рис. 6.8). Он определяет увеличение (наружное точение) или уменьшение (растачивание) исполнительного размера обрабатываемой детали.

С физической точки зрения более правильно оценивать величину износа через массу изношенной части инструмента в миллиграммах – массовый износ, который пропорционален работе сил трения при изнашивании.

Графическое изображение закономерности изменения износа за время работы инструмента называют кривой износа (рис. 6.9). Для задней поверхности кривые износа принято строить для максимального значения ширины фаски износа на задней поверхности hз в зависимости от времени работы инструмента t или пути резания L.

Первый вид износа показан на рис. 6.9 а. Начальный участок кривой износа ОА характеризует интенсивный износ и называется участком приработки (І – период приработки). На этом участке площадь контакта задней поверхности лезвия с поверхностью резания относительно мала, вследствие чего на ней развиваются значительные удельные нагрузки, приводящие к интенсивному износу. Острозаточенный инструмент, интенсивно изнашиваясь, как бы «приспосабливается» к условиям работы. С появлением площадки контакта шириной hз = 0,05…0,1 мм действующие на нее напряжения снижаются и далее износ переходит в стадию рабочего (или нормального) изнашивания – участок АВ (ІІ – период нормальной работы). При достижении принятого значения износа (критерия износа) процесс обработки прекращают и производят замену изношенного лезвия. Время работы инструмента до этого момента называется периодом стойкости Т .

Если инструмент изнашивается одновременно по задней и по передней поверхности (см. рис. 6.7 б), то на кривой износа появляется участок ВС (рис. 6.9 б), называемый участком «катастрофического» износа (ІІІ – период катастрофического износа). В данном случае расширение и углубление лунки износа на передней поверхности и ширины площадки на задней могут приводить как к тепловому разупрочнению (потере твердости) и пластическому разрушению («смазыванию») режущей кромки лезвия за счет повышения температуры в этой зоне, так и к хрупкому разрушению – сколам и выкрашиванию.

Продолжение эксплуатации инструмента в зоне катастрофического износа нецелесообразно из-за значительного увеличения объемов разрушения лезвия, приводящих к уменьшению ресурса инструмента. Поэтому при достижении износа, величина которого приближается к его предельному значению, производят либо переточку инструмента, либо замену режущей кромки (при использовании сменных неперетачиваемых многогранных пластин).

Принципиальной особенностью условий контактирования (трения) при резании является наличие тонкого слоя обрабатываемого материала, заторможенного (прилипшего) на некоторой части контактных поверхностей инструмента. Причем с увеличением скорости резания (увеличением температуры) толщина этого слоя уменьшается и при очень высоких температурах резания он может переходить даже в жидкое состояние. Таким образом, контактирование обрабатываемого материала с инструментальным происходит, как правило, через взаимодействие с заторможенным слоем. Заторможенный слой может находиться в устойчивом состоянии схватывания с инструментальным материалом или (чаще всего) в неустойчивом состоянии, когда наблюдается его перемещение относительно инструментального материала. В условиях устойчивого состояния, когда нет относительного перемещения на границе «инструментальный материал–заторможенный слой», износ на этих участках отсутствует.

В условиях неустойчивого состояния, когда в заторможенном слое продолжаются пластические деформации сдвига и он, разрушаясь, перемещается по контактной поверхности инструментального материала, наблюдаются процессы, приводящие к изнашиванию в виде:

·постепенного усталостного вырывания микрочастиц;

·переноса (диффузии) химических компонентов, входящих в состав инструментального материала;

·взаимного растворения с контактным слоем обрабатываемого материала;

·образования жидкой фазы из более легкоплавких новых соединений, полученных в результате химического синтеза компонентов инструментального и обрабатываемого материалов, и газов из окружающей контакт среды.

Исходя из этого, природу изнашивания лезвий режущих инструментов можно объяснить следующими физическими явлениями (износами): абразивным, адгезионно-усталостным, диффузионным, окислительным и износом оплавлением (эвтектическим).

Абразивное изнашивание (абразивный износ). Механизм абразивного износа состоит в том, что твердые включения в обрабатываемом материале, внедряясь в контактные поверхности инструмента, царапают эти поверхности, оставляя риски. Однако микрорезание со снятием стружки в данном случае происходит не всегда. Чаще всего возникновение рисок на инструментальном материале происходит в результате его пластического оттеснения в стороны при движении более твердой частицы. Таким образом, чем больше в составе обрабатываемого материала будет твердых фаз, тем большее число контактов с поверхностью лезвия инструмента произойдет при их взаимном перемещении. При каждом новом контакте будет происходить очередное «резание – царапание» или «оттеснение» инструментального материала, в результате чего поверхность трения в микрообъемах инструментального материала будет подвергаться процессам пластического передеформирования. Особенно сильно изнашивается из-за абразивного воздействия задняя поверхность, на которой появляются углубления в виде рисок и канавок, параллельных движению резания.

В рассматриваемом случае пластических деформаций с образованием рисок (следов деформации) наиболее вероятно проявление механизма малоцикловой усталости. Поэтому более точным названием для абразивного изнашивания является абразивно-усталостное изнашивание.

Интенсивность абразивно-усталостного изнашивания возрастает при увеличении содержания в сталях цементита (100 НV) и сложных карбидов, в чугунах – цементита и фосфидов, в силуминах – карбида кремния, в жаропрочных сплавах – интерметаллидов, которые сохраняют высокую твердость даже при высоких температурах резания.

Из всех структурных составляющих стали наименьшей истирающей способностью обладает феррит (8 HV). За ним следует зернистый перлит (15¼20 HV), истирающая способность которого тем меньше, чем меньше размеры зерен цементита. Пластинчатый перлит (20..35 HV) значительно интенсивнее изнашивает режущий инструмент, так как он обладает большой абразивной способностью в силу пилообразного характера трущейся поверхности с острыми карбидными кромками. Аустенитные стали с незначительным содержанием карбидов имеют слабую истирающую способность. Трудно обрабатываются стали мартенситного класса с высоким содержанием легирующих составляющих. Режущий инструмент особенно интенсивно изнашивается элементами, образующими твердые карбиды (VС, МоС; WС, ТiС).

При обработке чугуна графит играет роль внутренней смазки, уменьшая тенденции к образованию нароста. Но наличие твердых фосфористых соединений и особенно цементита весьма сильно увеличивает истирающую способность чугуна.

Контактные поверхности инструмента могут также царапаться частицами периодически разрушающегося нароста, твердость которого значительно (в 2–3 раза) превосходит твердость материала, из которого он образован.

Абразивное изнашивание усиливается при резании в химически активных средах (например, в четыреххлористом углероде), ослабляющих сопротивляемость контактных поверхностей инструмента царапанию. Абразивное действие обрабатываемого материала становится тем сильнее, чем меньше отношение HVи/HVм. Вследствие этого абразивное изнашивание заметнее проявляется при работе инструментами из углеродистых и быстрорежущих сталей (65¼70 HV), чем при работе твердосплавными инструментами, так как их твердость значительно выше (130¼140 HV).

Этот вид износа может играть решающую роль при обработке заготовок с резко выраженными абразивными свойствами (чугунное литье, силумин, сварные швы, поковки со штамповочной коркой и др.). Абразивному износу подвергаются в основном режущие инструменты, работающие при относительно низких скоростях и температурах резания (протяжки, метчики, плашки и т.п.).

Адгезионно-усталостное изнашивание (адгезионный износ). Под адгезионным износом инструмента понимается отрыв удерживаемых силами адгезии («схватывания», холодного сваривания) мельчайших частиц инструментального материла в процессе его перемещения относительно обрабатываемого материала. Благоприятные для адгезии условия на контактных поверхностях инструмента создаются вследствие высоких давлений и образования ювенильных (химически чистых) поверхностей. Напряжения, возникающие при однократном разрыве адгезионной связи, как правило, недостаточны для разрушения микрообъема инструментального материала. Поэтому разрушения преимущественно возникают в отдельных зонах, где уже имеется значительное количество усталостных трещин, появляющихся в результате циклических нагрузок при создании и разрушении адгезионных мостиков сваривания. Таким образом, отрыв частиц инструментального материала силой адгезии является всего лишь заключительным этапом разрушения, совершающимся тогда, когда прочность связи частиц с основой снижается вследствие возникновения и развития усталостных явлений в поверхностном слое инструментального материала.

Адгезионно-усталостный износ частиц режущего инструмента может происходить либо путем отрыва, либо пластического среза, и соответственно механизм износа имеет либо хрупкую, либо пластическую природу.

Масса инструментального материала, удаляемого с контактных поверхностей инструмента на единицу пути резания, зависит от прочности и твердости обрабатываемого материала. При прочих равных условиях, чем меньше отношение твердостей HVи/HVм, тем интенсивнее изнашивание инструмента.

Адгезионный износ инструмента можно уменьшить, применяя жидкости, создающие на контактных поверхностях «защитные» пленки (окисные, масляные и др.), которые существенно уменьшают силы адгезии и препятствуют схватыванию обрабатываемого и инструментального материалов.

Окислительное изнашивание. Гипотеза окислительного изнашивания основывается на известном факте коррозии твердых сплавов при нагреве их в среде кислорода и при неизменности свойств поверхностных слоев сплавов при нагреве их в инертных газах (аргоне, азоте, гелии). Согласно этой гипотезе при температурах резания 700…800 °C кислород воздуха вступает в химическую реакцию с твердым сплавом, причем из всех возможных составляющих (фаз) в нем (кобальт, карбиды вольфрама, титана, тантала) наиболее сильно окисляется кобальт. Карбид титана образует более прочную пленку окисла по сравнению с карбидом вольфрама. Вследствие значительной пористости металлокерамических твердых сплавов окислительным процессам подвергаются не только сами контактные поверхности инструмента, но и зерна твердого сплава, лежащие на некоторой глубине от этих поверхностей. Продуктами окисления кобальтовой фазы являются окислы Со3О4 и СоО, а карбидов – WO3 и TiO2. Их твердость в 40–60 раз ниже средней твердости твердых сплавов. В результате значительного размягчения кобальтовой связки нарушается «монолитность» сплава за счет ослабления связей между зернами карбидов. Это создает благоприятные условия для вырывания карбидных зерен силами трения и адгезии, действующими на передней и задней поверхностях лезвия, и резкого повышения интенсивности изнашивания этих поверхностей.

Вместе с тем в случае образования тонких и достаточно прочных окисных пленок адгезия происходит между пленками, что предохраняет инструмент от более интенсивного износа путем вырывания частиц инструментального материала. При образовании более толстых и рыхлых окисных пленок интенсивность износа лезвия резко увеличивается, так как такие пленки легко разрушаются при его взаимодействии с контактными поверхностями обрабатываемой детали и стружкой.

Склонность твердых сплавов к окислению определяется их химическим составом. Однокарбидные сплавы окисляются сильнее, чем двухкарбидные. С увеличением содержания кобальта в твердом сплаве интенсивность и скорость окисления возрастают. Развитию коррозионных явлений в значительной степени препятствует применение при резании инертных газовых сред, например, аргона, гелия, азота, что существенно уменьшает интенсивность изнашивания инструмента.

Диффузионное изнашивание. При температурах резания выше 800…850 °C изнашивание инструмента может преимущественно происходить в результате диффузионного растворения инструментального материала в обрабатываемом.

Интенсивному диффузионному растворению материалов инструмента и обрабатываемой детали при резании способствуют следующие факторы:

·     высокие температуры, превышающие температуру начала химического взаимодействия твердого сплава с обрабатываемым материалом;

·     большие пластические деформации контактных слоев, приводящие к полному контакту поверхностей по всей номинальной поверхности;

·     ювенильность поверхностей детали и частично инструмента.

Различные компоненты твердого сплава диффундируют в обрабатываемый материал с разной скоростью. Наиболее быстро диффундирует углерод, медленнее – вольфрам, кобальт и титан. В результате неодинаковой скорости растворения между инструментом, стружкой и поверхностью резания образуется три диффузионных слоя. Наиболее удаленным от контактных поверхностей является науглероженный слой. Ближе к границе раздела расположен слой белого цвета, представляющий собой твердый раствор углерода и вольфрама или углерода, вольфрама и титана в g-железе. Третий слой является интерметаллидом в виде железовольфрамового или более сложного карбида. Структурные превращения в этом слое, расположенном практически на границе раздела твердого сплава с обрабатываемым материалом, происходят в результате обеднения контактных поверхностей инструмента углеродом и диффузии в твердый сплав железа из обрабатываемого материала.

По сравнению с основным массивом твердого сплава третий слой является более хрупким и разупрочненным, что приводит к его срезу движущимися стружкой и поверхностью резания. Следовательно, диффузионный износ зависит не только от непосредственного переноса атомов инструментального материала в деталь и стружку. В результате диффузионных процессов в поверхностных слоях инструмента происходят структурные превращения, приводящие к охрупчиванию и разупрочнению рабочих поверхностей лезвия инструмента, которые срезаются и уносятся обрабатываемым материалом и стружкой. Таким образом, диффузионный износ необходимо рассматривать как результат двух процессов: собственно диффузионного растворения и диспергирования (измельчения) и разрушения разупрочненных контактных поверхностей.

При резании инструментами из однокарбидных сплавов в их диффузионном изнашивании в той или иной степени участвуют оба указанных процесса. Изнашивание же инструментов из двухкарбидных сплавов происходит несколько иначе. Титано-вольфрамовые карбиды в обрабатываемом материале растворяются значительно медленнее, чем вольфрамовые. Поэтому на контактных поверхностях образуются микровыступы еще не полностью растворившихся зерен из титано-вольфрамовых карбидов. Впадины между этими зернами заполняются обрабатываемым материалом из контактных слоев стружки или поверхности резания, создавая очаги застоя, что увеличивает время диффузии и замедляет диффузионное растворение. При высоких скоростях (температурах) резания двухкарбидные сплавы имеют большую износостойкость, чем однокарбидные. Вместе с тем при температурах резания q < 800 °C, когда диффузионное растворение практически незначимо, износостойкость однокарбидных твердых сплавов мало отличается от износостойкости двухкарбидных, а иногда и превосходит ее. Интенсивность протекания диффузионных процессов заметно уменьшается при применении инструментальных материалов или износостойких покрытий, химически инертных по отношению к обрабатываемому материалу.

Изнашивание оплавлением (эвтектическое). Такой механизм изнашивания довольно часто проявляется при обработке с высокими скоростями и температурами резания. Например, при обработке сталей инструментом из поликристаллов кубического нитрида бора температура резания может достигать значений 1200 °C и выше. В этом случае процесс резания сопровождается образованием на контактных поверхностях инструмента тонкого слоя соединений, температура плавления которых ниже, чем температуры плавления обрабатываемого и инструментального материалов. В результате этого контакт инструмента со стружкой и поверхностью резания происходит через слой расплавленной фазы, т.е. в зоне контакта реализуется механизм контактно-реактивного плавления. Это предположение подтверждается тем, что, например, эвтектика Fe–Fe2B плавится при температуре 1177 °C, а эвтектики CrB3 и Fe4N при 1000–1100 °C. Учитывая, что в контакте могут образовываться более сложные соединения, например тройные, температура их плавления может быть еще ниже. Дополнительной причиной образования жидкой фазы на контактных поверхностях инструмента является окисление инструментального материала, размягчение и плавление борного ангидрида, имеющегося в составе КНБ.

С одной стороны, образование жидкой фазы сопровождается уменьшением коэффициента трения, что способствует уменьшению относительного износа, а с другой – жидкая фаза, состоящая из химических элементов, входящих в состав инструментального и обрабатываемого материалов и компонентов окружающей контакт газовой среды, выносится из зоны контакта и оседает в виде «налета» на поверхностях инструмента вблизи контактных зон, а также распыляется в окружающую среду в виде мельчайших капель. То есть образование жидкой фазы сопровождается разрушением контактных зон поверхностей лезвия и увеличением износа инструмента.

При эксплуатации инструмента по мере его изнашивания наступает момент, когда дальнейшее резание должно быть прекращено и требуется его замена. Характеристикой неработоспособного состояния режущего инструмента (лезвия) является «отказ режущего инструмента». Критерий отказа режущего инструмента (лезвия) определяется в зависимости от требований к обработке при выполнении конкретной технологической операции.

Частным случаем критерия отказа является достижение критерия затупления режущего инструмента (лезвия), под которым понимают сумму признаков (или один решающий признак), при которых работа инструментом должна быть прекращена. Чаще всего в качестве критерия отказа режущего инструмента принимается максимально допустимое значение износа задней поверхности лезвия, после достижения которого наступает его отказ. Время работы инструмента до достижения им критерия отказа называется периодом стойкости – Т.