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

ных напряжений в I -м горизонте и температуру резания при точении спла­ ва ЭИ437БУ (а) и стали ЭИ 961 (б)

Из этого условия следует, что остаточные напряжения не могут быть больше величины 1,15 а8, т. е.

°s

Следует отметить, что в процессе резания указанных мате­ риалов имеет место значительное упрочнение металла поверх­ ностного слоя, в результате чего прочностные характеристики, в том числе и предел текучести as, как известно, повышаются.

2G1

Поэтому более правильно проверку условия (13.10) необходимо выполнять с учетом упрочнения материала. Как видно из данных* приведенных в табл. (13.1) применительно к материалам ЭИ961 и ЭИ437БУ, условие (13.10) выполняется. Видно также, что чем более склонен материал к поверхностному упрочнению, тем выше становится отношение ooCT/os

повышенной способностью этого материала к упрочнению и большим (по сравнению с другими приведенными материалами) возможным повышением as для наклепанного материала, образую­

0 = const величина остаточных тангенциальных напряжений ко­ леблется в пределах а_П1ах = 71-^84 кг/мм2. При точении стали ЭИ961 с подачами s = 0,11 -4- 0,3 мм/об и на оптимальных ско­ ростях резания максимальная величина напряжений практически одинакова (64^-65 кг/мм2). Это обстоятельство может быть ис­ пользовано для регулирования остаточных напряжений, для

262

чего необходимо лишь поддерживать в зоне резания постоянство оптимальной температуры (термоэдс) контакта.

Глубина залегания остаточных напряжений в I горизонте

сувеличением скорости резания, как правило, уменьшается (рис.

13.6и 13.7).

Характер изменения остаточных сжимающих напряжений во П^горизонте при изменении условий обработки в общем случае аналогичен изменению напряжений в I горизонте. Как правило, при росте напряжений растяжения в I горизонте, происходит со­ ответствующее увеличение уравновешивающих сжимающих на­ пряжений во II горизонте (рис. 13.6 и 13.7).

Влияние подачи на остаточные напряжения. Механизм влия­ ния подачи на остаточные напряжения также сложен и зависит от условий, при которых эта зависимость изучается. К этим усло­ виям необходимо отнести скорость резания, изучаемый диапазон подач, состояние режущего лезвия и в первую очередь величину радиуса округления р, механические свойства обрабатываемого материала и др. Рассмотрим влияние подачи на остаточные напря­ жения на примере точения сплава ЭИ826 резцом ВК6М (со =срх= = 45°, а = a-L = 10°, у = 5°, г — 1,0 мм). Обработка образцов выполнялась резцами с шириной фаски износа по задней поверх­ ности в пределах 0,1ч-0,2 мм, при этом радиус округления кромки в зоне вершины резца составлял в среднем 25 мкм. В табл. 13.2 приведены расчетные значения толщины среза для вершины резца

р = 25мкм)

Анализ данных, приведенных в табл. 13.2, показывает, что при резании с подачами s < 0,11 мм/об резец своей вершиной должен срезать слой металла толщиной 0,45ч-6 мкм. Если считать, что в среднем радиус округления лезвия составляет 25 мкм, то в силу «эффекта минимальной толщины среза» [11] резание в зоне вершины инструмента протекать не должно.

263

И. В. Крагельским и Б. А. Друяновым [12] получено выраже­ ние для условия перехода пластического обтекания к резанию

(13.11)

где R — радиус сферического индентора, h —■глубина внедрения,

т — прочность на срез связи контактируемых поверхностей, c s — предел текучести материала.

Применительно к нашим условиям глубиной внедрения яв­ ляется толщина среза, а радиусом индентора — радиус округле­ ния режущей кромки на вершине. В работе [12] установлено, что даже в случае сухого трения переход от пластического об­

расчетной толщины среза а к радиусу округления режущей кром­ ки (табл. 13.2), можно заключить, что резание вершиной резца

Таким образом, при резании на малых подачах процесс форми­ рования поверхностного слоя может быть сравним с процессом выглаживания или обкатки, как это в настоящее время широко применяют при поверхностном упрочнении деталей машин. В этих условиях, как известно, в осевом направлении в верхнем горизонте всегда формируются сжимающие напряжения, в тан­ генциальном направлении в большинстве случаев— напряжения растяжения. При резании же на больших подачах механизм фор­ мирования напряжений на обработанной поверхности будет об­ условлен явлениями, характерными для процесса резания.

4-60 м/мин) и при всех сечениях среза (0,034-0,21 мм/об), в тан­ генциальном направлении формируются только растягивающие напряжения (I-й горизонт), переходящие на некоторой глубине в сжимающие (П-й горизонт). Температура, замеренная методом естественной термопары, в этих опытах находилась в пределах 3004-970°С (рис. 13.10). Сопоставление температурных напряже­ ний с пределами текучести показывает (см. рис. 13.3), что оста­ точные растягивающие напряжения как результат термопласти­ ческих деформаций могут формироваться при температурах вы­ ше 600°С. Средняя же температура контакта при точении сплава ЭИ826 на скорости резания 7,5 м/мин во всем диапазоне иссле­ дованных подач находилась в пределах 3004-500°С, что намного

264

Рис. 13.9. Влияние подачи на остаточные тангенциальные напряжения при точении сплава ЭИ826;

а — v = 7,5 м/мин-, б — v = 25; в — v = 60 ж/лшн

= 0,03-7-0 ,11 мм/об, когда температура резания значительно ниже температуры начала термопластической деформации, растягиваю­ щие тангенциальные напряжения на обработанной поверхности могут быть результатом «выглаживающего» воздействия вершины инструмента. При резании на больших подачах механизм форми­ рования растягивающих напряжений на обработанной поверхности связан со специфическими условиями пластической деформации

U3, 2].

265

цесс выглаживания или резания, главным фактором, формирую­ щим растягивающие напряжения, является тепловой.

Характер зависимости aTmax = f (s) определяется уровнем скорости (температуры) резания (рис. 13.10). При резании на низкой скорости повышение подачи приводит к увеличению объе­ ма и интенсивности пластической деформации и повышению тем­ пературы; причем последняя приближается к своему оптималь­ ному значению. В этом случае повышение подачи приводит к росту остаточных тангенциальных напряжений растяжения. Снижение

экстремальный характер. На некоторой подаче s= 0,11 мм/об наблюдается максимум напряжений, достигающий 70 кг/мм2. Далее значение аТшах несколько снижается' или стабилизирует­ ся. Экстремальный характер функции сгГгаах = f (s) может быть объяснен переходом температуры резания через оптимальное значение. Снижению максимальной величины остаточных напряже­ ний после некоторого значения подачи может способствовать повышение коэффициента трения по задней поверхности, т. е. по­ вышение действия силового фактора.

Для высокой скорости резания (60 м/мин) с увеличением по­ дачи происходит монотонное снижение тангенциальных растя­ гивающих напряжений (рис. 13.10). Это может быть вызвано воз­ растающим действием силового фактора вследствие повышения . Кроме того, при высоких скоростях резания ослабевает действие температурного фактора: при точении сплава ЭИ826 на скорости 60 м/мин увеличение подачи (температуры) не может вызвать роста напряжений оХтах, т. к. последние уже при s = 0,03 мм/об достигают предела текучести для данного материала и превышают его.

Механизм формирования остаточных осевых напряжений также сложен и определяется величиной сечения среза (подачи) и уровнем скорости резания. Как видно из рис. 13.11 а, точение на низкой скорости резания при всех рассмотренных подачах приводит к формированию сжимающих напряжений. При малых значениях подач — 0,03 и 0,08 мм/об — формирование сжимаю­ щих напряжений может быть закономерным, если представить процесс обработки в зоне вершины как процесс обкатки или вы­ глаживания. В табл. 13.2 показано, что для рассматриваемых подач

■отношение у = 0,02-^0,1. При таком соотношении толщины среза я радиуса округления лезвия даже в условиях сухого трения, по

267

Рис. 13.11. Влияние подачи (при различной скорости резания) на остаточ­ ные осевые напряжения при точении сплава ЭИ826;

а — v = 7,5 м/мин, б — v = 25 м/мин, в — а = 60 м/мин

данным [12], между трущимися телами будет наблюдаться только внешнее трение, т. е. будет протекать процесс, идентичный вы­ глаживанию. При резании на больших подачах (s = 0,16-1-0,21 мм/об), когда на вершине резца протекает процесс резания, фор­ мирование остаточных осевых напряжений сжатия связано с интенсивным пластическим деформированием металла поверхност­ ного слоя в направлении подачи [2].

268

Рис. 13.12. Влияние подачи и скорости резания на максимальное значение осевых и тангенциальных напряжений и температуру резания при точении сплава ЭИ826

При обработке сплава ЭИ826 на скорости 25 м/мин остаточ­ ные сжимающие напряжения переходят при некотором значении подачи в растягивающие (рис. 13.10 и 13.11 б). Анализ темпера­ турных условий обработки показывает, что переход сжимающих осевых напряжений в растягивающие связан с началом термо­ пластических деформаций (рис. 13.12). Температурный интервал (заштрихованная зона на рис. 13.12) перехода сжимающих напря­ жений в растягивающие находится в пределах 700ч-750°С. То, что этот интервал температур несколько выше температуры ©х.д. = = 600°С, при которой фактически должны протекать термопласти­ ческие деформации, может быть объяснено тем, что, во-первых, на рис. 13. 10 и 13.12 температура 0 Г.Д. показана для наклепан­ ного металла; для упрочненного металла as выше, поэтому темпе­ ратура 0 Т.Д. для наклепанного металла сместится в сторону более высоких температур и приблизится к указанному интервалу тем­ ператур; во-вторых, температура на задней поверхности резца нес­ колько ниже температуры, замеренной методом естественной термопары [14]. Поэтому указанные на рис. 13.3 и 13.12 интерва­ лы температур в виде заштрихованных зон лишь условно пока­ зывают температуру начала термопластической деформации. Следует отметить, что переход осевых сжимающих напряжений

2G9

Рис. 13.13. Влияние подачи и скорости резания на величину максимальных остаточных тангенциальных напряжений и температуру резания при точении сплава

ЭИ437БУ (а) и стали ЭИ961 (б)

в растягивающие (или начало термопластических деформаций) наблюдается при различных температурах. Это может быть объ­ яснено различной величиной упрочнения (наклепа), а следова­ тельно, и различным пределом текучести металла поверхност­ ного слоя при точении сплава на различных подачах.

270