Файл: Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие.pdf

Т а б л и ц а 5.2

Данные лабораторных исследований (индентор Т15К6; /^=2,5 мм) и элементы механики процесса резания при точении тер­ мообработанной стали ЗОХГСА резцом Т15К6 (у=0°; a=z1=10°; <р=tp1=45°; ).=0; г=0,2мм; ( —0.2 мм- s=0,07mm/o6)

Температура резания равна температуре контактирования 0=78О’С

Рис. 5.4. Расчетная схема сил, действу ощнх па заднюю покеру, посте регша

Следовательно, приведенные в таблицах 5.1 и 5.2 значения удельных сил и коэффициентов трения при резании являются средними для номинальных площадей контакта по передней и зад­ ней поверхностям резцов.

63

Из таблиц видно, что нормальные напряжения рг в лабора­ торных исследованиях превосходят по величине средние нормаль­

ные напряжения qw и qN на контактных поверхностях резца, причем с уменьшением угла т (табл. 5.1) и повышением твердости обрабатываемого материала (табл. 5.2) разница между рг и

<7n(<7n) уменьшается.

Из-за дискретности касания контактирующих поверхностей при резании номинальная площадь контакта, к которой относят­ ся силы, существенно отличается от фактической [4,5]. Поэтому вычисляемые удельные нормальные силы получаются заниженными по сравнению с микроконтактными напряжениями. С уменьшением переднего угла и твердости обрабатываемого материала гидро­

тактных давлений возрастает.

Отсюда видно, что получаемые в лабораторных исследованиях данные более близки к микроконтактным нагрузкам, чем элементы механики процесса резания.

Из таблиц 5.1 и 5.2 следует, что хотя удельные нормальные силы qN и qN при резании меньше напряжений рг, касательные

удельные силы qF и qF в большинстве случаев превосходят напря­ жения тп. Это свидетельствует о присутствии при резании дефор­ мационной составляющей силы трения [3], которая, суммируясь с адгезионной составляющей, увеличивает удельные касательные силы и коэффициент трения.

Нахождение касательных напряжений rq от деформационной

марных касательных напряжений qp по задней поверхности рез­ ца, во втором — около 67%.

Исследованиями установлено, что с повышением степени леги­ рования обрабатываемого материала доля адгезионной составляю­ щей в суммарных касательных напряжениях возрастает.

64

Из таблиц 5.1 и 5.2 также видно, что в большинстве случаев удельные силы по задней поверхности резцов по величине более близки к данным, полученным в лабораторных исследованиях, чем силы по передней поверхности.

Таким образом, совместный анализ данных лабораторных исследований и элементов механики процесса резания позволяет в первом приближении оценить микроконтактные напряжения и произвести разделение сил трения на составляющие (адгезион­ ную и деформационную).

Прочность адгезионных связей на срез при различных температурах и давлениях

На рис. 5.5 в качестве примера (материалы: образцов — ХН77ТЮР (ЭИ437БУ), индентора — ВК8) показаны характерные зависимости нормальных напряжений рг (твердости), адгезионной составляющей fa коэффициента сил трения и прочности на срез хп адгезионных связей от температуры © контакта [9].

Для объяснения полученных зависимостей рассмотрим данные лабораторных исследований нихрома (80% Ni и 20% Сг) с индентором ВК8 при различных 0. При этом применялся метод «ис­ кусственных» подложек: на образцы из сталей разной твердости гальваническимспособом наносились пленки нихрома толщиной около 10 мкм. Это позволяло изменять величину давления рг на контакте (зависящую главным образом от твердости подлож­ ки) и получить зависимости тп = f (рг) при различных 0.

Fhc. 5.5. Влияние температуры контакта на нормальные напряжения (твердость), тангенциальную прочность адгезионных связей и адгезионную составляющую fa коэффициента трения (ЭИ437БУ'ВК8) —' ' • 1

л

Рис. 5.6. Влияние нормальных напряжений и температуры контакта на тангенциальную прочность адгезионных связей(индентор BK 8;/?i=2,5 мм)

Установлено (рис. 5.6), что величина тп линейно зависит от рг при различных 0 и подчиняется уравнению [3]

Р — коэффициент упрочнения адгезионного шва от нормаль­ ных напряжений.

Это позволяет экстраполированием прямых тп = f (рг) до

зионного шва при достижении характерной температуры 0 ХаР. что свидетельствует о достижении предельного уровня диффузион­

При повышении температуры 0 до 0 хар твердость контакта ■(величина рг) снижается, величины т0 и р практически не изменя­ ются, поэтому коэффициент fa возрастает.

Щ

При дальнейшем повышении температуры контакта адгезион­ ная составляющая fa коэффициента трения обусловливается глав­ ным образом снижающимся коэффициентом упрочнения р (фактор уменьшения fa) и продолжающими уменьшаться напряжениями рг (фактор увеличения fа). В результате при температурах контакта,

связей на срез начинает уменьшаться более интенсивно в основном за счет снижения коэффициента (3. Поэтому на зависимости тп = = f (0) при температуре ©хар имеет место характерный излом. Он связан с началом интенсивного разупрочнения адгезионного шва и свидетельствует об интенсификации диффузионных явлений.

Следовательно, прочность адгезионных связей на срез в ус­ ловиях пластического контактирования при различных темпера: турах определяется физико-механическими свойствами контакта при этих температурах (в частности, твердостью, от которой за­ висят нормальные напряжения), а также химическим и фазовым (структурным) составом контактирующих материалов, от которых зависят величины рг, т0 и р.

Влияние прочности адгезионных связей на контактные процессы, происходящие на передней поверхности режущих

инструментов

На рис. 5.7 приведена характерная кривая контактного дав­ ления в системе координат, начало которой находится на перед­ ней поверхности инструмента в точке А, удаленной от режущей кромки на расстояние С, равное ширине контакта стружки с пе­ редней поверхностью [13]. Точка А соответствует месту отрыва стружки от передней поверхности. По мере приближения к режу­ щей кромке (к точке О) контактное давление возрастает и достигает у режущей кромки максимального значения ртах.

Полная ширина С контакта разделяется на два участка [14]: участок внутреннего скольжения (зона торможения) ОВ и участок внешнего трения АВ.

В некоторой точке Вг участка внешнего трения контактное дав­ ление р (Вг) может быть таким, что деформация перейдет из упру­ гой в пластическую. Тогда на участке АВ1 происходит внешнее трение в условиях упругого контактирования, на участке ВВг — в условиях пластического контакта. При этом, как указывается в работе [31, значения нормальных напряжений рг, определяемые указанным выше способом в условиях пластического контакти­