Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

ки. В результате остаточной пластической деформации в поверх­ ностном слое возникают остаточные напряжения, повышаются прочностные характеристики металла в наклепанном слое.

Механические и некоторые физические свойства упрочненно­ го поверхностного слоя определяются взаимодействием двух одновременно протекающих процессов при пластической дефор­ мации упрочнения и разупрочнения (отдыха).

Все технологические факторы, способствующие повышению температуры в зоне пластической деформации или увеличению

Рис. 122. Влияние скорости резания на глубину наклепа (а) и силы резания на степень наклепа (б)\

І — сталь Х18Н10Т; 2 — сплав ХН77ТЮР; 3 — сталь 40Х; параметры режущей части рез­ ца: у — 7°; а = 10°; ф = фі =» 45°; f = 0°; г = I мм

продолжительности теплового воздействия, приводят к сниже­ нию упрочнения.

Факторы, уменьшающие продолжительность отдыха (увели­ чение скорости деформации) или снижающие температуру де­ формируемого металла (улучшение охлаждения, повышение теплопроводности металла, уменьшение трения), способствуют повышению степени упрочнения.

Наклеп поверхностного слоя наблюдается при всех видах обработки резанием. Повышение твердости поверхностного слоя после обтачивания зависит от твердости стали до обработки. Для мягких сталей повышение твердости составляет до 100%, для твердых не превышает 25%. При исследовании с помощью рентгеновских лучей микроструктуры металла, обработанного

снятием стружки, обнаружено сильное искажение кристалличе­ ской решетки и раздробление кристалликов металла. Последова­ тельное удаление тонких слоев металла с обработанной поверх­ ности травлением в кислоте п исследование микроструктуры металла с помощью рентгеновских лучей позволяет определить толщину наклепанного слоя.

Склонность металла к наклепу в процессе обработки сняти­ ем стружки зависит от его физико-механических свойств [23]. На рис. 122 показана зависимость глубины наклепа h от скоро-

Рис. 123. Влияние скорости реза­ ния на степень (а) и глубину на­ клепа (б)

Снорость резания

S)

сти резания ѵ, а также зависимость степени наклепа е от силы резания Рх при точении (глубина резания 1,5 мм, подача 0,3 мм/об) образцов из разных сталей резцами, оснащенными пластинками из твердого сплава ВК.8. Для каждого материала существует критическая скорость резания, после которой увели­ чения глубины и степени наклепа может не быть. В случае уве­ личения скорости резания за пределы зоны наростообразования степень и глубина наклепа уменьшаются. Зависимость степени наклепа е от силы резания Рг на основании экспериментальных данных имеет вид

ппО ,082

е= С і Р 2’

Расположение всех точек на одной прямой (рис. 122, б) по­ казывает, что степень пластической деформации обработанной поверхности зависит от пластической деформации, вызываемой силой Рг. С увеличением Рг степень наклепа изменяется незна­ чительно, так как 80—90% ее затрачивается на деформацию срезаемого слоя. Влияние скорости резания на степень и глуби­ ну наклепа показано на рис. 123.

Зависимость между глубиной резания и степенью наклепа при обработке на различных режимах резания некоторых марок

гие свойства поверхностных слоев деталей машин. Оценивать качество поверхности нужно с учетом главным образом влияния доминирующих факторов. Ниже приведены некоторые количе­ ственные данные влияния технологических факторов на глуби­ ну и степень наклепа стали СтЗ при обработке проходными рез­ цами с режущей кромкой из сплава Т15К6. Влияние скорости резания на глубину наклепа выражается уравнением неравно­ бокой гиперболы

h = Сѵѵ° •2.

При s = 0,08 мм/об Сѵ = 692, а при s = 0,2 мм/об Сѵ = 851. Зависимость степени наклепа е от скорости резания ѵ анало­ гична указанной, но возрастание степени наклепа е идет мед­

леннее, чем глубина наклепа h.

Зависимость h = f(s, t) можно записать как уравнение пло­ скости

h — Hs -P Bt -Ь С.

Увеличение скорости резания ѵ уменьшает степень влияния подачи s и глубины резания t на глубину наклепа h и при боль­

незначительно (на 10—13%) возрастает при увеличении пода­ чи s.

Экспериментальные данные влияния подачи на глубину и степень наклепа при точении стали 40Х приведены на рис. 125.

Геометрия режущего инструмента также оказывает влияние на упрочнение поверхностного слоя. Влияние радиуса закругле­ ния режущей кромки и главного угла в плане на глубину на­ клепа h и микротвердость Япо поверхностного слоя при обра­ ботке стали СтЗ дано на рис. 126. Изменение переднего угла при его положительных значениях не оказывает существенного влияния на глубину и степень наклепа. Переход к отрицатель­ ным углам приводит к существенному повышению глубины на­ клепа и, кроме того, менее интенсивно повышается степень на­ клепа. Увеличение заднего угла а от 0 до 8° сопровождается интенсивным уменьшением глубины и степени наклепа. Воспри­ имчивость металлов к наклепу зависит не только от химического состава и физико-механических свойств, но и в значительной степени зависит от их микроструктуры.

Наиболее восприимчивой к наклепу является наименее на­ пряженная структура перлита, полученная в результате отжига. Переход к более напряженным и мелкозернистым структурам (сорбитообразный перлит, полученный после нормализации, сорбит, троостит и мартенсит) вызывает понижение степени на­

клепа. В процессе обработки резанием в поверхностном слое происходят структурные изменения, глубина распространения

которых после шлифования может колебаться в пределах 0,02—0,2 мм.

Косновным причинам возникновения остаточных напряжений

вповерхностных слоях деталей, обрабатываемых резанием, от­

носятся: пластическая деформация поверхностного слоя, связан­ ная с увеличением удельного объема наклепанного поверхност­ ного слоя металла; неравномерная пластическая деформация

Рис. 126. Зависимость глубины упрочнения h и микротвердости H aQ на обработанной поверхности от:

а — радиуса закругления р режущей кромки (при обработке с глубиной резания 2 мм и скоростью 200 м/мин); 1—2 — подача 0,2 и 0,08 мм/об; б — главного угла в плане <р

(при обработке с глубиной резания 2 мм, подачей 0,2 мм/об); 1 — 2 — скорость резания соответственно 31 и 200 м/мин