4.3.2. Влияние режимов резания на микротвердость опорной поверхности

Технология конструкционных материалов. Парфеньева И.Е. Ресурс

4.3.2. Влияние режимов резания на микротвердость опорной поверхности

Парфеньева И.Е. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. М.: Учебное пособие, 2009

3. Классификация и характеристика движения резания. Режимы резания. Качество обработанной поверхности Параметры процесса резания. Общая характеристика способа точения.

3.1. Классификация и характеристика движения резания

Чтобы с заготовки срезать слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Эти относительные движения обеспечиваются рабочими органами станков, в которых заготовка и инструмент устанавливаются и закрепляются.

Движения рабочих органов станков делят на рабочие или движения резания, установочные и вспомогательные.

Рабочие или движения резания – это движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла. К ним относят главное движение резания и движение подачи.

Заглавное движение резания принимают движение, определяющее скорость деформирования металла и отделения стружки.

За движение подачи принимают движение, которое обеспечивает непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки.

Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, по своему характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают буквой V, скорость движения подачи (величину подачи) — S.

Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное расположение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала.

Вспомогательные движения – движения рабочих органов станков, не имеющие прямого отношения в процессу резания. Примерами служат: быстрые перемещения рабочих органов, переключение скоростей резания и подач и др.

Для любого процесса резания можно составить схему обработки.

На схеме условно обозначают обрабатываемую заготовку, ее установку и закрепление на станке, закрепление и положение инструмента относительно заготовки, а также движения резания.

Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют утолщенными линиями. Показывают характер движений резания.

На заготовке различают: обрабатываемую поверхность 1, с которой срезается слой металла; обработанную поверхность 3, с которой металл уже срезан; поверхность резания 2, образуемую в процессе обработки главной режущей кромкой инструмента.

Рис.1. Схемы обработки заготовки точением  и сверлением

3.2. Режимы резания

Основными элементами режима резания являются: скорость резания V, подача S и глубина резания t. Элементы режима резания рассмотрим на примере токарной обработки.

Рис.2. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя

Скорость резания V – это расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/сек.

При точении скорость резания равна:

 м/мин

где Dзаг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки в минуту.

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или один ход заготовки или инструмента.

Подача в зависимости от технологического метода обработки имеет размерность:

мм/об – для точения и сверления;

мм/об, мм/мин, мм/зуб – для фрезерования;

мм/дв.ход – для шлифования и строгания.

По направлению движения различают подачи: продольную Sпр, поперечную Sп, вертикальную Sв, наклонную Sн, круговую Sкр, тангенциальную Sт и др.

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно последней. Глубину резания относят к одному рабочему ходу инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания имеет размерность мм. При точении цилиндрической поверхности глубина резания определяется по формуле:

где d –диаметр обработанной цилиндрической поверхности заготовки, мм.

Глубина резания всегда перпендикулярна направлению движения подачи. При подрезании торца глубиной резания является величина срезаемого слоя измеренная перпендикулярно к обработанному торцу. При прорезании и отрезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом.

Глубина резания и подача являются технологическими величинами, которыми оперируют в производственных условиях (при нормировании). Для теоретических исследований имеют значение геометрические величины срезаемого слоя: ширина, толщина и площадь срезаемого слоя.

Шириной срезаемого слоя «b» называется расстояние в мм между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания.

,

где  — главный угол в плане.

Толщиной срезаемого слоя «a» называется расстояние в мм между двумя последовательными положениями поверхности резания за один оборот обрабатываемой детали, измеренное перпендикулярно к ширине срезаемого слоя

.

Площадь срезаемого слоя «f» равна

, мм2.

Эта площадь сечения срезаемого слоя называется номинальной. Действительная площадь срезаемого слоя будет меньше номинальной за счет гребешков, оставляемых резцом на обработанной поверхности. Высота и форма остающихся гребешков влияет на шероховатость обработанной поверхности.

3.3. Качество обработанной поверхности

Качество обработанной поверхности определяется геометрическими и физическими характеристиками поверхностного слоя. Геометрические характеристики поверхности дают представление о погрешностях механической обработки. К этим погрешностям относятся:

·        макрогеометрия поверхности, характеризуемая погрешностями формы, как, например, выпуклостью или вогнутостью плоских поверхностей и конусностью, бочкообразностью, седлообразностью, овальностью и огранкой цилиндрических поверхностей;

  •         микрогеометрия поверхности (шероховатость);
  •         волнистость.

Физические свойства поверхностного слоя отличаются от физических свойств основного материала.

Это объясняется тем, что при обработке резанием поверхностный слой подвергается воздействию высоких температур и значительных сил, которые вызывают упругие и пластические деформации.

Толщина деформированного слоя составляет при шлифовании порядка 50000Ао, при полировании  15000Ао (Ао=10-7мм). Таким образом, даже при такой чистовой обработке, как шлифование, поверхностный слой толщиной более 5 мкм отличается от основного металла.

Шероховатость поверхности определяет продолжительность нормальной работы деталей и машин. От степени шероховатости поверхности зависят износостойкость поверхностей трущихся пар, антикоррозионная стойкость деталей машин, стабильность посадок.

Чем грубее обработана деталь, тем меньше ее износостойкость. Наличие микронеровностей вызывает концентрацию напряжений во впадинах гребешков, что приводит к появлению трещин и снижает прочность деталей (особенно работающих при знакопеременных нагрузках).

Шероховатость на деталях после обработки оказывает значительное влияние на коррозионную стойкость. Очаги коррозии образуются в первую очередь во впадинах. Чем чище обработана поверхность, тем выше ее коррозионная стойкость.

Шероховатость оказывает влияние на стабильность подвижных и неподвижных посадок. Значительная шероховатость изменяет расчетную величину зазора или натяга.

Высота неровностей на обработанной поверхности зависит от величины подачи, геометрии резца (радиуса резца при вершине, главного и вспомогательного углов в плане  и ). Кроме того, высота неровностей зависит от обрабатываемого материала, скорости резания, нароста, износа резца, вибраций и т.д.

Общая высота неровностей складывается из расчетной (теоретической) части шероховатостей и шероховатостей, возникающих от технологических факторов.

При обработке резцом, для которого радиус при вершине =0, теоретическая высота неровностей равна

где S – подача, мм/об; , — главный и вспомогательный углы в плане, град.

При :

.

Зависимость приближенная, так как не учитывает влияние технологических факторов. Высота неровностей возрастает с увеличением подачи, а также углов  и  и уменьшается с увеличением радиуса .

Влияние технологических факторов на шероховатость поверхности:

1.Скорость резания. В диапазоне скоростей резания, где нарост имеет максимальное значение, получается наибольшая шероховатость. Так, для стали средней твердости наибольшая шероховатость поверхности получается в диапазоне 15-30 м/мин.

2.Глубина резания непосредственно не влияет на высоту микронеровностей.

3.Чем выше вязкость обрабатываемого материала, тем больше высота шероховатостей.

4.Применение СОЖ уменьшает размеры неровностей.

На шероховатость обработанной поверхности влияет шероховатость на режущей кромке инструмента. Она копируется и непосредственно переносится на обработанную поверхность.

3.4. Параметры процесса резания

Параметры процесса резания – это переменные, используемые для описания и анализа процесса резания. К ним относят множество размеров обработанной поверхности (линейные, угловые), множество параметров шероховатости; основное время, непосредственно затраченное на резание То, стойкость инструмента Т, эффективную мощность резания, скорость резания, геометрические параметры резцов и т.д.

Основное технологическое время обработки То –это время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки.

Для токарной обработки

,

где -путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи; l –длина обработанной поверхности, мм; –величина врезания () и перебега резца (1–2), мм;

i– число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку;

n – частота вращения заготовки, об/мин;

S – подача, мм/об.

Производительность обработки Q –количество деталей, обрабатываемых за определенное время Т (смена, час)

,

где Тк время обработки детали.

Если норма выработки или производительность определяются за час, то

, шт/час.

Время обработки детали

,

где   tшт- штучное время, затрачиваемое на каждую деталь;

         tп.з. – подготовительно-заключительное время, отнесенное к одной детали.

,

где Тп.з.- подготовительно-заключительное время на обрабатываемую партию деталей; N- число деталей в партии.

,

где   to –основное (технологическое) время, затрачиваемое на резание;

         tв- вспомогательное время, необходимое для установки и снятия детали, измерения ее, управления станком и др.;

         tоб- время обслуживания станка и рабочего места, отнесенное к одной детали;

         tп- время перерывов на отдых и естественные надобности, отнесенное также к одной детали.

Отдельные составляющие штучного времени определяются по нормативно-справочным данным.

Элементы режима резания назначают следующим образом:

1. сначала выбирают глубину резания. При этом стремятся весь припуск на обработку снять на один проход режущего инструмента. Если по технологическим причинам необходимо сделать два прохода, то при этом на первом проходе снимают 80% припуска, при втором 20%;

2. выбирают величину подачи. Рекомендуют назначать наибольшую допустимую величину подачи, учитывая требования точности и шероховатости обработанной поверхности, а также режущие свойства материала инструмента, мощности станка и другие факторы;

3. определяют скорость резания по эмпирическим формулам.  Например, для точения

где    СV- коэффициент, зависящий от обрабатываемого и инструментального материалов и условий резания;

         Т – стойкость резца в минутах;

         m- показатель относительной стойкости;

         XV, YV –показатели степеней.

4. по найденной скорости определяется число оборотов шпинделя станка и по паспорту станка выбирается ближайшее меньшее

, об/мин..

Источник: http://www.micromake.ru/old/tkmbook/tkm3.htm

Влияние режимов резания на шероховатость обработанной поверхности

4.3.2. Влияние режимов резания на микротвердость опорной поверхности

При расчете высоты неровностей не считаются с физическими явлениями, происходящими в процессе образования поверхностного слоя детали, а учитывают лишь скорость резания, величину подачи и геометрические параметры режущего инструмента, участвующие в образовании неровностей (рис. 12.2).

Рис. 12.2

График зависимости высоты неровностей от скорости резания и подачи

Резание при скоростях 20-30 м/мин сопровождается образованием нароста на режущей кромке инструмента, который ухудшает состояние поверхности.

При дальнейшем увеличении скорости резания величина нароста уменьшается и при скоростях 60-70 м/мин качество поверхности улучшается, но дальнейшее увеличение скорости резания весьма незначительно понижает высоту неровностей.

В большей степени шероховатость поверхности зависит от величины подачи. При большой подаче высота неровностей пропорциональна квадрату подачи, а при уменьшении — чистота обработанной поверхности повышается.

Шероховатость поверхности оценивается путем измерения микронеровностей различными приборами: профи- лометрами, профилографами, оптическими приборами.

Принцип работы профилометров основан на измерении микронеровности поверхности путем ощупывания ее алмазной иглой.

При перемещении иглы по поверхности обработанной детали игла вследствие неровностей поверхности колеблется вдоль своей оси, причем частота и амплитуда ее колебаний соответствует шагу и высоте неровностей.

Прибор имеет электрическое устройство со специальными датчиками, с помощью которого автоматически определяет величину среднего квадратического отклонения от средней линии профиля обработанной поверхности детали.

Профилографы также основаны на принципе ощупывания поверхности алмазной иглой. Эти приборы являются оптико-механическими. При помощи оптического устройства профиль поверхности записывается на фотографической ленте в увеличенном виде.

В производственных условиях шероховатость поверхности деталей часто оценивают путем сравнения их с эталонами чистоты, представляющими собой плоские или цилиндрические образцы, изготовленные из различных материалов (сталь, латунь и др.) с шероховатостью обработанных поверхностей, соответствующей разным классам чистоты.

Наборы образцов-эталонов изготавливаются для разных видов механической обработки: точения, фрезерования, шлифования и т. д.

Визуальную оценку шероховатости поверхностей деталей, обработанных отделочными методами, при сравнении их с поверхностью эталонов следует производить с помощью лупы с пятикратным или большим увеличением.

Оценку шероховатости поверхности методом сравнения с эталоном можно выполнить более точно, пользуясь сравнительным микроскопом, позволяющим просматривать одновременно обе поверхности — эталона и проверяемой детали.

Page 3

От качества профилограмм в значительной степени зависит точность полученных значений характеристик микрогеометрии поверхности. Профилограммы снимаются с нескольких (не менее пяти) участков поверхности. Определение радиусов кривизны вершин неровностей и выступов требует снятия профилограмм в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Профилограмму желательно получать такую, чтобы средняя линия записанного профиля была горизонтальной. При выборе вертикального увеличения записи необходимо исходить из возможности наиболее полного использования ширины диаграммной бумаги. Выбор горизонтального увеличения обусловливается обеспечением четкой записи отдельных неровностей профиля.

Профилометр предназначен для измерения в цеховых контрольных пунктах шероховатости поверхности изделий, сечение которых в плоскости представляет прямую линию. Техническая характеристика профилометра представлена в таблице 12.1.

Таблица 12.1

Техническая характеристика профилометра модели 171621

Наименование показателяЗначение
1. Измеряемый параметр шероховатостик
2. Диапазон измерений Яа, мкм0,02-10
3. Верхние пределы поддиапазонов, мкм0,1; 1; 10
4. Отсечка шага, мм0,25; 0,8; 2,5
5. Скорость трассирования датчика, мм/с1
6. Длина трассы ощупывания при измерении, мм1,5; 3; 6
7. Предел допускаемой основной погрешности профилометра0,03Я„ш1 +0,06/?,,, где Ram — верх- иий предел поддиапазона; Ra — измеряемое значение

Источник: https://ozlib.com/821451/tehnika/vliyanie_rezhimov_rezaniya_sherohovatost_obrabotannoy_poverhnosti

Влияние режимов резания на шероховатость поверхности при чистовомточении

4.3.2. Влияние режимов резания на микротвердость опорной поверхности

Технические науки/3. Отраслевоемашиностроение

К.т.н.Жуков Э. Л.

Санкт-Петербургскийгосударственный политехнический университет, Россия

К.т.н.Любомудров С. А.

Санкт-Петербургскийгосударственный политехнический университет, Россия

К.т.н.Макарова Т. А.

Санкт-Петербургскийгосударственный экономический университет, Россия

Влияние режимов резания на шероховатость поверхности причистовом точении

I. Введение

Известно, что качество деталей вмашиностроении и приборостроении определяется допусками на размер, форму,взаимное расположение элементов детали и шероховатостью поверхности.

В современном машиностроениирезко возрастает роль поверхности в функциональном назначении детали. Состояниеповерхности определяют многочисленные свойства детали: усталостная прочность,адгезионные свойства, светоотражательная способность, плотность соединения,износоустойчивость, контактная жесткость, маслоемкость и др.

Высота неровностей поверхностей влияет нанеопределенность выполняемого размера детали. При общей тенденции ужесточениядопусков на размер и форму деталей возрастает доля влияния шероховатости иволнистости в указанных допусках [4].

Во время обработки наповерхности заготовки под действием процесса резания появляются следы обработки– неровности поверхности.

Детали с геометрически идеальными поверхностями(номинальными) не могут быть выполнены, а детали, поверхность которых близка ксовершенству, становятся очень дорогими.

Таким образом, наличие неровностей наповерхностях деталей является неизбежным, а часто и необходимым для обеспеченияфункциональных свойств поверхности.

Требования к поверхностиустанавливаются с целью обеспечения требуемых функциональных свойствповерхности.

В современноммашиностроении часто детали окончательно получают чистовым точением, точностьстанков это позволяет [1], поэтому вопрос получения требуемой шероховатостиповерхности при чистовом точении является актуальным.

II. Постановка задачи

На шероховатость поверхности обработанной детали оказывают влияниемногие технологические факторы. При обработке резанием величина, форма инаправление микронеровностей зависят от методов, режимов и схемы обработки. Изпараметров режимов резания наиболее существенное влияние на величинушероховатости поверхности оказывают скорость резания и подача инструмента.

Влияние скорости резания на шероховатость поверхности зависит отнаростообразования на режущей кромке инструмента, а также от захвата и отрываслоев, расположенных под режущей кромкой резца.

Влияние подачи инструмента на шероховатость можно приближенноопределить из сопоставления двух смежных положений резца, смещенных на величинуподачи по формуле (1).

  (мкм),                                             (1)

где Rz – параметр шероховатости (средняя высотапрофиля по 10 точкам); S – величина подачи на оборот; r – радиус при вершине резца [2].

Для скорости резания подобные рекомендации отсутствуют.

Кроме того, на величину шероховатости влияет наличие колебаний, которыечасто возникают во время резания. Наличие колебаний и их величина зависят отскорости резания [5]. Конкретные рекомендации по выбору оптимальной скоростирезания, исходя из получения минимальных значений параметров шероховатостиповерхности, в литературе отсутствуют.

Исходя из выше изложенного, представляется важным проведениеисследований влияния скорости резания и других параметров технологическогопроцесса на величину параметров шероховатости поверхности с целью определениязоны устойчивого резания, в которой значения параметров шероховатостиповерхности являются минимальными.

III. Результаты исследования

На кафедре «Технология машиностроения» СПбГПУ были проведеныисследования по определению изменения параметров шероховатости поверхности отскорости резания титанового сплава ВТ1-00 при обработке резцом с пластинойтвердого сплава VCGX160404-AL H10, при подаче S= 0,1 мм/об и глубине резания t= 0,3 мм. Исследования велись на токарном станке 16Б16КА. Параметрышероховатости Ra и Rz измерялись спомощью профилометра-профилографаМ 400 фирмы Mahr.

Зависимости изменения параметров шероховатости поверхности от скоростирезания Vприведены на рис.1.

Из графиков видно, что оптимальная скорость резания для обеспеченияшероховатости поверхности при точении титанового сплава около 420 м/мин.

Значительная разница между параметрами Ra и Rz при малых скоростях резания, говорит о том, что шероховатость носитнерегулярный характер.

При устойчивом резании соотношение между параметрами Ra и Rz постоянно ивыдерживается примерное соотношение 4Ra  » Rz.

В зоненаростообразования, которая возникает при малых скоростях, параметр Rz значительно превышает Ra.

Рис.1. Зависимость высотных параметров шероховатости поверхности от скоростирезания при точении титанового сплава

Вершина нароста, выступая впередилезвия резца и ниже линии реза, увеличивает шероховатость лез­вия, формирующегообработанную поверхность, оставляет на поверхности среза глубокие борозды иразрывы, которые влияют на Rz больше чем на Ra.

При высоких скоростях резания величинашероховатости начинает увеличиваться в связи с возникновением колебаний в зонерезания. Колебания ухудшают шероховатость поверхности. Соотношениепараметров  Ra и Rz меняется мало.

Исследования, проведенные по точениюалюминиевого сплава САС-400 резцами из кубического нитрида бора далианалогичный результат.

Точение велось при следующих режимах: глубинарезания 0,1 мм, подачи 0,02 мм/об, скорость резания соответственно менялась ипринимала значения 100 м/мин, 200 м/мин, 300 м/мин, 400 м/мин и 600 м/мин.

После обработки на профилографе-профилометре измерялись параметры Ra и Rz в десятиточках по длине детали и нахо­дился средний размер указанных параметров.Зависимости значений параметров шероховатости от скорости резания приведены нарис. 2.

Изменение размерного износа инструмента, как оказалось, влияет нашероховатость обрабатываемой поверхности [3]. До достижения определеннойвеличины износа шероховатость меняется мало, а после достижения этой величинырезко возрастает.

Рис. 2.Зависимость высотных параметров шероховатости поверхности от скорости резанияпри точении алюминиевого сплава

Для проверки этой гипотезы были проведены эксперименты по определению изменениявеличины параметра шероховатости Ra от размерного износа резца.

Точение велось при глубинерезания 0,1 мм, подаче 0,02 мм/об  и скорости резания 405 м/мин. Размерный износизмерялся с помощью специального приспособления расположенного в задней бабкестанка.

Зависимость параметра Ra от размерного износа u приведена на рис. 3.

Из графика видно, что шероховатость поверхности практически не меняетсядо достижения износа инструмента определенной величины. Резкоеухудшение шероховатости происходит при достижении раз­мерного износа резца изкубического нитрида бора величины 9 мкм. Параметр Raизменился с 0,18 мкм до 0,43 мкм.

Характер раз­мерного износа послеэтого не изменился, но на задней грани появилась четко различимая в микроскопефаска.

Рис. 3.Зависимость параметра Ra от размерного износа инструмента при обработке алюминиевого сплава

Этот момент резкого ухудшения шероховатости целесообразно считатьграницей стойкости инструмента.   

IV.Выводы по работе

Приведенные выше данные позволили сделать следующие выводы.

Зависимость высотных параметров шероховатости поверхности от скоростирезания имеет выраженный минимум, соответствующий зоне устойчивого резания,когда отсутствуют наростообразование и колебание технологической системы. Вэтой зоне скоростей резания и рекомендуется проводить обработку.

В зонах неустойчивого резания наблюдается большая разница междупараметрами Ra и Rz и изменения их соотношения, в зонеустойчивого резания это соотношение минимально и остается постоянным. Опираясьна это соотношение можно судить об устойчивости процесса резания.

Параметры шероховатости поверхности от размерного износа резцапрактически не зависят до определенного момента. При появлении на задней гранирезца четко различимой фаски шероховатость резко ухудшается. Моментрезкого ухудшения шероховатости можно считать границей стойкости инструментапри чистовом точении.   

Литература

1. Анухин В. И., Макарова Т. А., Любомудров С. А. Оценка точностныхвозможностей токарных станков. Журнал Вестник ИНЖЕКОНА. Серия техническиенауки. Выпуск 3. Санкт-Петербург. 2005, 108 – 111 с.

2. Жуков Э. Л. [и др.] Основы технологии машиностроения. Этапы проектирования и точностьтехнологических процессов : учеб. пособие /; под общ. ред. С. Л.Мурашкина. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – 408 с.

3.Любомудров С.А., Макарова Т. А. Обеспечение качества обработки специальныхалюминиевых сплавов при тонком точении. //Управление качеством:проблемы, исследования, опыт. Сборник научных трудов. Вып. 5. – СПб.: СПбГИЭУ,2007 г. 86-97 с.

4. Табенкин А. Н., ТарасовС. Б., Степанов С. Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт /Под редакцией к.т.н. Н. А. Табачниковой, СПб.: Изд-во Политехн. ун-та  2007, 136 с.

5. Технологиямашиностроения, Колебания и точность при обработке материалов резанием: Учеб.пособие / С. Л. Мурашкин, А. Г. Схиртладзе, А. М. Соловейчик, Э. Л. Жуков, И.И. Козарь, Б. Я. Розовский В. В. Дегтярев. Под редакцией С. А. Мурашкина СПб.:Изд-во СПбГПУ, 2003, 280 с.

Источник: http://www.rusnauka.com/32_PRNT_2013/Tecnic/3_148970.doc.htm

9.2.2. Микротвердость, микроструктура и остаточные напряжения обработанной поверхности

4.3.2. Влияние режимов резания на микротвердость опорной поверхности

Нарядус шероховатостьюповерхностныйслой обработанной поверхностихарактеризуется такжемикротвердостью,микроструктурой и остаточныминапряжениями.

Микротвердость обработанногоповерхностного слояотличаетсяот микротвердости основного материалаизделия.

Это объясняется в основномтем, что при обработке деталей резаниемпод действием прилагаемых усилий вметалле поверхностного слоя происходитпластическая деформация, изменяющаяего механические и физические свойства.

Совокупность явлений, сопровождающихпроцесс пластической деформацииполикристаллов, вызывает общее упрочнение(наклеп) деформируемого металла,характеризующегося обычно микротвердостъю

В результате упрочнения при пластическойдеформации повышаются все характеристикисопротивления деформации (пределтекучести, предел прочности, твердостьи др.), понижается пластичность (уменьшаетсяотносительное удлинение при разрыве иотносительное сужение и т.д.), а такжеизменяются некоторые физические свойстваметалла.

Холодная пластическая деформацияметалла, вызывающая смещение атомов сположений их устойчивого равновесия,соответствующих наиболее плотномуразмещению атомов в кристаллическойрешетке, приводит к уменьшению плотностиметалла.

Удельный вес пластическидеформируемого металла снижаетсяпропорционально увеличению степенипластической деформации.

Увеличениеудельного объема металла в результатеего пластического деформирования инаклепа может достигать 0,3-0,8%.

Одновременно с упрочнением (наклепом)в металле поверхностного слоя происходитразупрочнение (отдых, возврат), частичновозвращающий металлу его первоначальныесвойства.

Скорость отдыха в значительной мереопределяются температурой нагреваметалла и степенью упрочнения. Очевидно,что чем сильнее упрочнен металл, т.е.чем больше он удален от состоянияравновесия, тем быстрее и полнее долженпротекать его отдых.

При обработке точениемнаклепповерхностного слоя увеличивается сувеличением подачи, глубины резания,радиуса округления режущего лезвия ипри переходе от положительных переднихуглов резца к отрицательным .

Во всех указанных случаях увеличениенаклепа связано с увеличением степенипластической деформации в связи свозрастанием усилий резания.

Влияние скорости резания чаще всегопроявляется через изменение тепловоговоздействия и изменение продолжительностивоздействия сил и нагрева на металлповерхностного слоя. При ее увеличенииуменьшается продолжительность воздействиядеформирующих сил на металл, что приводитк уменьшению глубины наклепа.

При фрезерованиианалогично точению,увеличение подачи и глубины резанияповышает степень наклепа. Значительноувеличивается наклеп при износе режущегоинструмента. При встречном фрезерованиинаклеп оказывается больше, чем припопутном.

Общие закономерности возникновениянаклепа сохраняются и при абразивнойобработке.

При шлифовании наклепповерхностного слоя возрастает приувеличении нагрузки на абразивноезерно, вызванной увеличением глубинышлифования, скорости вращения изделия(или продольной подачи стола при плоскомшлифовании), увеличением размера ирадиуса округления абразивных зерен.

При увеличении скорости вращения кругауменьшается нагрузка на абразивныезерна; одновременно увеличиваетсяколичество тепла, выделяющегося в зонешлифования, снимающего наклеп и упрочнениеповерхностного слоя уменьшается.

С увеличением числа ходов выхаживания,в связи с продолжительным трениемабразивных зерен и обрабатываемойповерхности, вызывающим пластическуюдеформацию металла поверхностногослоя, его наклеп возрастает.

При возникновении вибраций шлифовальногокруга увеличивается фактическая глубинашлифования, возрастает нагрузка наотдельное абразивноезерно и общее усилие шлифования. Этоприводит к увеличению степени пластическойдеформации металла во впадинах волн, ик соответствующему повышению степениего наклепа и шероховатости поверхности.

При доводкеразличными методамипроисходит наклеп металла поверхностногослоя, особенно значительный при доводкев режиме полирования (до 45%),при глубине распространения наклепа впределах 15-20 мк.

Микроструктура, а следовательно исвойства приповерхностных слоев послеобработки также отличается от структурыосновного материала заготовки. Этоособенно важно при заключительноймеханической обработке – шлифовании.

Так в поверхностном слое закаленнойили не закаленной заготовки при шлифованиипри температурах, которые превышаюткритические точкиАсз,происходят фазово-структурные превращения– образуютсяаустенитныеструктуры и при быстром охлаждениипроисходит закалка. Это явление назвалиприжогами поверхности.

Для закаленныхдеталей в слоях металла, которые находятсяглубже распространениятемператур Ас1- Ас3,т.е. находятся под влиянием температуротпуска, происходит превращение собразованием структур сорбита, тростита,мартенсита отпуска.

Таким образом, вдеталях поверхностный слой, которыйлежит на мягких слоях, имеет твердуюмартенситную структуру и ведет кповышенному износу поверхностей трения.

Остаточные напряженияметаллаповерхностного слоя возникают приокончательной обработке и сохраняютсяв детали в результате охлаждения.Основными причинами их возникновения являются пластические деформации ифазовые и структурные изменения.

Так, при воздействиирежущего инструмента на поверхностьобрабатываемого металла в его поверхностномслое протекает пластическая деформация,сопровождающаяся упрочнением и изменениемнекоторых физических свойств металла.

Пластическая деформация металла вызываетуменьшение его плотности, удельноговеса, а следовательно, и увеличениеудельного объема, достигающего0,3‑0,8от удельного объема допластической деформации.

Увеличениеобъема металла распространяется толькона глубину проникновения пластическойдеформации и не затрагивает слоевметалла, лежащих ниже.

Увеличению объема пластическидеформированного металла поверхностногослоя препятствуют связанные с нимнедеформированные нижележащие слои, врезультате чего в наружном слое возникаютсжимающие, а в нижележащих слоях-растягивающие остаточные напряжения.

Изменение видов и режимов обработкименяет характер напряженного поля взоне резания и удельное значение теплав составе причин, влияющих на образованиеостаточных напряжений. Поэтому изменяетсякак величина, так и знак остаточныхнапряжений металла поверхностногослоя.

В большинстве случаев изменение методовобработки и режимов резания, приводящеек увеличению влияния силового поля иповышению степени пластическойдеформации, вызывает увеличениеостаточных напряжений сжатия и снижениерастягивающих напряжений.

Изменение режимов резания и условийобработки, влекущее за собой повышениемгновенной температуры нагрева металлаповерхностного слоя и усиливающее этимвлияние теплового фактора (повышениескорости резания, увеличение засаливанияабразивного круга при шлифовании,снижение теплопроводности обрабатываемогометалла и режущего инструмента, увеличениедлительности соприкосновения отдельныхучастков обрабатываемой поверхностис режущим инструментом, являющимсяисточником нагревания металлаповерхностного слоя, ухудшение условийохлаждения и т.п.) ведет к росту остаточныхнапряжений растяжений, уменьшениюостаточных напряжений сжатия или кпревращению сжимающих остаточныхнапряжений в растягивающие.

Знак остаточных напряжений определяетсяполнотой протекания фазовых превращенийи соотношением удельных объемовструктурных составляющих смежных слоевметалла поверхностного слоя.

При этомочень большое значение для формированияостаточных напряжений имеют химическийсостав металла и его способность кструктурным изменениям, пластичность,упругость, теплопроводность итемпературопроводность и другиемеханические и физические свойстваобрабатываемого металла.

При точении, фрезеровании, строгании,сверлении и других методах обработкиметаллов металлическими или твердосплавнымиинструментами в поверхностном слоеметалла возникают остаточные напряжения,которые формируются под влиянием техже основных причин.

Остаточные напряжения первого родаподразделяются на напряжения сжатияи растяжения. Сущность их при механическойобработке заключается в степенипластической деформации и интенсивностинагрева поверхностных слоев при резании.

Состояние поверхностного слоя оказываетбольшое влияние на износостойкость иусталостную прочность деталей машин.

В некоторых случаях совершенно одинаковыепо своей точности и шероховатостиповерхности детали машин, изготовленныепо одному и тому же чертежу, принятые иоцененные техническим контролем каксовершенно равноценные, могут иметьрезко различные эксплуатационныекачества в зависимости от технологическойнаследственности, приобретенной деталямив процессе их изготовления.

Источник: https://studfile.net/preview/5154580/page:27/

Scicenter1
Добавить комментарий