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

скоростей резания отличаются от величин, рассчитанных по этой зависимости, не более чем на 30%. Однако для аустенитных ста­ лей и алюминиевых сплавов скорости резания, рассчитанные по зависимости (10.3), в 2-г-4 раза больше фактических.

В связи с изучением причин низкой обрабатываемости при относительно небольшой твердости НВ и пределе прочности ств аустенитных сталей в работах Н. Н. Зорева [51 и Н. И. Ташлицкого [61 исследовано влияние низкой теплопроводности аусте­ нитных сталей и хромоникелевых сплавов на их обрабатываемость при точении быстрорежущими резцами.

Н. И. Ташлицким было впервые установлено [71, что влияние механических свойств сталей на их обрабатываемость при точении быстрорежущими резцами следует оценивать не по твердости НВ и пределу прочности ств стали, а по ее действительному пределу прочности SB:

где X— коэффициент теплопроводности.

Формула (10.4) справедлива для оценки обрабатываемости дефопмированных сталей и сплавов на ферритной, аустенитной и хромо­ никелевой основах твердостью НВ 100—350 кг/мм2, при испыта­ нии которых на растяжение перед разрывом образуется шейка.

Повышение обрабатываемости металлов при увеличении их теплопроводности, очевидно, связано с увеличением отвода тепло­ ты из областей, примыкающих к изнашиваемым участкам режущего инструмента, и снижением температуры резания.

Снижение обрабатываемости металлов при увеличении их действительного предела прочности связано в первую очередь с увеличением удельного количества теплоты, образующейся в гра­ ничном слое стружки, и, следовательно, с увеличением темпера­ туры резания.

Обрабатываемость сталей на ферритной и аустенитной осно­ вах улучшается в результате отжига и отпуска, которые при вы­ делении из твердого раствора и коагуляции карбидов снижают действительный предел прочности SB.

При точении резцами, оснащенными твердым сплавом ВК8, жаропрочных сталей и сплавов твердости НВ 130—300 кг/мм2 на ферритной основе с высоким содержанием хрома, а также на аустенитной и хромоникелевой основах, скорости резания могут быть приближенно рассчитаны с погрешностью 35% по зависимости

у которой постоянная С для жаропрочных сталей и сплавов с интерметаллидным упрочнением на 30% меньше, чем для высоко­ хромистых сталей на ферритной и аустенитной основах.

160

Возможность приближенного определения скоростей резания по величине S„ (без учета теплопроводности) обусловлена тем, что обычно с увеличением SB сталей и сплавов на ферритной, аустенитной и хромоникелевой основах их теплопроводность уменьшается (главным образом за счет упрочнения при механи­ ческой обработке).

Для сравнительной оценки обрабатываемости зачастую исполь­

Расчеты по формуле (10.6) для жаропрочных и титановых сплавов в ряде случаев [81 близки с опытными данными и могут быть использованы как приближенные.

Скорость резания для сталей и сплавов, имеющих аустенитную и хромоникелевую основы (13—25%Сг, 7—80%Ni и до 0,5%С, 2%Si, 9%Мп, 5%W, 2%V, 7%Мо; 2%Nb; 20%Co; 2%Ti, 2%А1),

согласно работам [9, 10] определяется следующей зависимостью:

•где 5i... Эк—процентное содержание различных легирующих эле­ ментов, кроме титана, вместо которого берется ео-

независимом влиянии легирующих элементов на обрабатывае­ мость. В действительности влияние одних элементов может сильно зависеть от содержания других элементов. Это обстоятельство отчасти отражено, например, в одной из приведенных зависи­ мостей в форме определения свободного, не связанного с углеро­ дом титана. Но для большинства элементов еще не выявлены пре­ делы, в которых проявляется существенное взаимное влияние.

Следует заметить также, что зависимость типа (10.8) не от­ ражает влияния термообработки материала на обрабатываемость -его резанием. Например, в процессе термообработки деформируе­ мых сплавов на никелевой основе выделяется упрочняющая у'-фаза Ni3 (Ti, А1), процентное содержание которой может су­ щественно сказаться на обрабатываемости сплава. Так, при чисто­ вом точении резцом ВК6М сплавов ЭИ437А и ЭП220, мало отли­ чающихся по химическому составу, но имеющих разное процент­ ное содержание у'-фазы (соответственно 11 —12% и 45%), размер­ ная стойкость отличается более чем в 50 раз, хотя оптимальные

•скорости ц0 резания и совпадают по величине.

Это обстоятельство существенно снижает ценность выражения i{10.8).

О взаимосвязи между механическими характеристиками обрабатываемого материала и новыми характеристиками

обрабатываемости V0 и h0U0

Из рис. 10.1, взятого из работы [12], видно, что при точении электротехнической стали Э минимум интенсивности износа рез­ ца Т15К6 наблюдается при той же температуре (0О= 910°С), при которой наблюдаются, точки минимума характеристик плас­ тичности, прочности и твердости в зависимости от температуры

(ф, £Z„, Og, HV)

Внутренние напряжения от нагрева о при 0 Оимеют максималь­ ное значение.

162

G*

80 /SO 240 520 400 Ш 560 V,*/„Uf

Рис. 10-2. Влияние скорости резания на среднюю температуру контакта (резания) и интенсивность износа резца Т15К6 при чистовом точении образ­ цов стали 45 различной твердости

Экстремальный характер интенсивности износа в зависимости от v и 0 р объясняется совокупным действием многих причин. По-видимому, минимальное значение характеристик пластичности (ф, ан), прочности (зв), твердости (Hv) и модуля нормальной уп­ ругости (Е) при оптимальной температуре 0 О резания является одной из основных физических причин этого явления.

Следует заметить, что и в работе [13] обнаружен минимум пластичности сплава ЭИ437БУ (на никелевой основе) в области оптимальной температуры резания (рис. 10.2). Более поздние исследования (например, [25] и др.) показали, что для всех исследованных деформируемых жаропрочных сплавов на никеле­

164

вой основе (ЭИ437А, ЭИ437БУ, ЭИ617, ЭИ826, ЭИ929, ЭП220),

а также для сталей ЗОХГСА, Ст 10, Ст 20, У12А оптимальные температуры резания удовлетворительно совпадают с температурами провала пластичности. Этот научный факт может быть положен в основу ускоренного метода определения оптимальных режимов резания и многократного сокращения объема эксперимен­ тальных исследований.

Поданным А. А. Преснякова и В. В. Червяковой [141, прова­ лы (минимумы) пластичности при высоких температурах имеют железо, медь, никель, алюминий и их сплавы. Образование про­ валов пластичности рассматривается ими как результат взаимо­ действия процессов деформации, при которой определяется плас­ тичность, с превращениями. Такими превращениями, способст­ вующими развитию провалов, являются: процессы упрочнения— разупрочнения, рекристаллизация, старение, распад твердого раствора, растворение частиц вторых фаз.

на новые характеристики обрабатываемости: уровень оптималь­

для современного машиностроения представляют особый интерес. Резание закаленных сталей ведется на сравнительно низких скоростях [4, 15—181. Это увеличивает время, в течение которого теплота трения стружки о резец успевает распространиться в зону стружкообразования и в некоторой степени изменить ис­ ходные свойства обрабатываемого материала [151. Низкие скоро­ сти приводят к значительному росту поверхностного относитель­

ного износа.

Выше отмечалось (см. рис. 8.11), что при чистовом точении стали ЭХВГ с твердостью от HR С 45 до HRC 65 зависимость hon = f (w) носит резко выраженный экстремальный характер. Чем выше твердость стали в исходном состоянии, тем ниже опти­ мальная скорость резания и тем выше величина оптимального поверхностного относительного износа.

То же самое наблюдается [19] (рис. 10.2) при чистовом точении резцом Т15К6 стали 45 в трех состояниях: нормализации (НВ 180), улучшения (НВ 260) и закалки и отпуска (НВ 420). Ста­ тистическая обработка полученных результатов позволила полу­ чить следующие зависимости:

165

сти равным периодам стойкости не соответствуют равные темпера­ туры (например, при Т = 30мин и НВ 420 0 р = 650°С, при НВ 180 0 р = 750°С), в то время как скорости У0 обусловливает постоян­ ная температура резания (0О= 630°С). Следовательно, оптималь­ ная скорость резания У0 как новая характеристика обрабатывае­ мости имеет важное преимущество перед скоростью резания Ут не только в случае работы с различными значениями t и s, но также и в случае обработки сталей с различной исходной твердостью и структурой.

Аналогичные результаты получены и при торцовом фрезеро­ вании штамповой стали 5ХНВ, термообработанной на разную твердость и структуру [201, и чистовом точении стали ЗОХГСА

[211.

В работе [211 показано, что снижение величины hono с умень­ шением твердости стали ЗОХГСА связано главным образом с уменьшением прочности т„ адгезионных связей на срез.

Твердость и структура стали ЗОХГСА мало изменяет величины т0 (прочности адгезионных связей при отсутствии нормальных напряжений рг) и коэффициента (5 (упрочнения адгезионного шва от нормальных напряжений). Но

Поэтому с увеличением твердости стали (повышением нормальных напряжений р,- на контакте) согласно выражению (10.1 1 ) увели­ чивается прочность т„ адгезионных связей на срез. А, как отме­ чалось выше, износ твердосплавных резцов в некотором диапазоне скоростей резания, включая оптимальные, определяется главным образом величиной т„, следовательно, с увеличением твердости стали интенсивность износа резца hono повышается.

Обрабатываемость углеродистых сталей

Рассмотрим влияние содержания углерода и свойств углеро­ дистых сталей на уровень оптимальной температуры резания и новые характеристики обрабатываемости (1/0 и hono, h020) на ос­ нове исследований, проведенных при точении наиболее распрост­ раненных в машиностроении углеродистых сталей Э, 10, 20,45, У8А и У 12 цельным твердосплавным резцом Т15К6 [12, 221.

Изменение содержания углерода стали может влиять на уро­ вень оптимальной скорости резания У0 (рие. 10.3) следующими путями:

1. Содержание углерода в стали влияет на предел прочности при растяжении ов (табл. 10.1) и приводит к изменению силы резания Рг и количества образующейся теплоты Q = Pzv. С

166