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

Резание сплава ЭИ826 на скорости 60 м/мин при всех значе­ ниях подач осуществляется при температуре 800ч-970°С, при ко­ торых протекают термопластические деформации (рис. 13.10 и 13.12) . В этих условиях в осевом и тангенциальном направлениях формируются только растягивающие напряжения.

Характеризуя зависимости o0max = f (s) и с0тач = / (и) для различных условий резания, можно сделать заключение о том, что сжимающие осевые напряжения с повышением темпера­ туры контакта (независимо от скорости или подачи) уменьшаются, переходят в растягивающие при температуре начала термопласти­ ческих деформаций и возрастают при дальнейшем повышении температуры напряжения растяжения.

Таким образом, независимо от сечения среза и уровня скоро­ сти резания, на обработанной поверхности в тангенциальном на­ правлении формируются только растягивающие остаточные напряжения (применительно к пластичным материалам). Харак­ тер влияния толщины срезаемого слоя на остаточные танген­ циальные напряжения зависит от скорости (температуры) реза­ ния. Зависимости ctmax = f (s) при v = const могут быть моно­ тонно убывающими, монотонно возрастающими и иметь экстре­ мальный характер.

При любых сочетаниях подач и скоростей резания, если обработка ведется при температурах контакта ниже температуры протекания термопластических деформаций, на обработанной поверхности в осевом направлении формируются сжимающие напряжения, в тангенциальном — растягивающие.

Если процесс обработки ведется на режимах, температура при которых достаточна и превышает температуру начала термоплас­ тических деформаций, то, независимо от сечения среза и скорости резания, в поверхностном слое формируются растягивающие на­ пряжения как в тангенциальном, так и в осевом направлениях.

Рассмотренный сложный характер формирования напряже­ ний для сплава ЭИ826 принципиально справедлив и для других материалов, например, для сплава ЭИ437БУ, стали ЭИ961 (рис. 13.13) .

Влияние геометрии резца и его износа на остаточные напряжения

Параметрами геометрии режущей части резца, наиболее су­ щественно влияющими на процесс формирования поверхностно­ го слоя, являются передний угол и радиус при вершине. Факто­ ром, существенно изменяющим геометрию режущей части, а следовательно, влияющим на характеристики качества поверх­ ностного слоя, является также износ инструмента. Влияние этих параметров на поверхностные напряжения применительно к сплаву ЭИ437БУ приведено на рис. 13.14— 13.17.

271

Рис. 13.15. Влияние скорости на приращение максимальной величины остаточных напряже­ ний Дз, и глубины залегания

напряжений в I-м горизонте ДI при резании резцом с шириной фаски износа до 1ц = 0,4 мм

Рис. 13.16. Влияние переднего угла на величину, глубину залегания (а) и характер эпюры (б) остаточных тангенциальных напряжений при точении

сплава ЭИ437БУ: v = 23 м/мин\ ct’ma]c — напряжения в I-м горизонте;

°?тах — напряжения во П-м горизонте; I — глубина залегания растя" гивающих напряжений

Как видно из приведенных данных, износ инструмента Yto задней поверхности существенно повышает напряженность по­ верхностного слоя (рис. 13.14), однако величина прироста ос­ таточных напряжений зависит от скорости резания. Например, при точении сплава ЭИ437БУ острым резцом со скоростью V = = 7 м/мин (К<У0) максимальная величина остаточных напряже­ ний растяжения составляет 23 кг/мм1, при увеличении износа до

273

88Z

784

685

585

Рис. 13.17. Влияние радиуса при вершине резца на остаточные танген­ циальные напряжения при точении сплава ЭИ437БУ: v — 23 м/мин; 0°С ф

ф const;

а — изменение максимальной величины; б — эпкры напряжений

h3 = 0,4 мм сг.тах возрастает до 47 кг/мм2. Глубина залегания растягивающих напряжений I увеличивается на 75 мкм. При об­ работке сплава на скорости V= 47 м/мин (Г > Г 0) максимальная величина напряжений возрастает на 51 кг/мм2, а глубина залегания увеличивается на 44 мкм при том же увеличении ширины фаски износа по задней поверхности. Максимальная величина напряже­ ний в этом случае (/г3=0,42 мм, V=47 м/мин) достигает 111 кг/мм2. Достижение столь высоких значений напряжений принци­ пиально возможно, если учесть при этом высокую степень дефор­ мации и упрочнения металла поверхностного слоя.

Данные, приведенные на рис. 13.14 и 13.15, показывают, чта наиболее стабильный уровень остаточных напряжений при из­

же степени износа максимальная величина напряжений возросла лишь на 14 кг/мм2, глубина залегания — на 25 мкм.

274

Рис. 13.18. Влияние радиуса при вершине резца на остаточные тангенциалы ные напряжения. ЭИ437БУ; ВК6М; -оФ const; 0°С = const = 710°С;

ж— изменение максимальной величины; в — эпюры напряжений

На рис. 13.16 показано влияние переднего угла на изменение остаточных напряжений в поверхностном слое. Данные показы­ вают, что при точении сплава ЭИ437БУ при изменении переднего угла в пределах у = — 15°Ч—1-15° существенного снижения величи­ ны растягивающих напряжений не наблюдается. Максимальная

пряжений глубина залегания последних значительно увеличивает­ ся (с 65 мкм до 100 мкм). Таким образом, применение больших отрицательных передних углов применительно к точению жаро­ прочных материалов не является эффективным средством сниже­ ния напряжений растяжения, тем более что при переходе от по­ ложительных передних углов к отрицательным резко увеличива­ ются глубина и степень наклепа поверхностного слоя.

На рис. 13.17 и 13.18 представлены результаты исследования напряжений при изменении радиуса при вершине резца. Видно, что увеличение радиуса при постоянной скорости резания приво­ дит к снижению максимальной величины и глубины залегания рас­ тягивающих напряжений. Значение а.тах снизилось с 89 кг/мм2 до 63 кг!мм2 при увеличении радиуса при вершине (в плане) от г =

275

= 0,5 до 4,0 мм. Такой характер изменения напряжений в поверх­ ностном слое может быть объяснен снижением температуры в зоне резания.

Изменение радиуса при условии сохранения постоянной тем­ пературы контакта (за счет изменения скорости) не приводит к существенному изменению напряженности поверхностного слоя

(рис. 13.18). При изменении г от 0,5 до 4,0 мм (при 0 = const} °-max колеблется в пределах 764-82 кг/мм3.

Влияние свойств обрабатываемого материала на остаточные напряжения

Свойства обрабатываемых материалов оказывают большое влияние на формирование напряжений в поверхностном слое. Рассматривая взаимосвязь между поверхностными напряжениями и свойствами материалов, необходимо учитывать многие факторы, способствующие тем или иным образом наведению напряжений; к ним относятся: прочностные и пластические свойства обрабаты­ ваемого материала при низких и высоких температурах, способ­ ность металла к упрочнению при деформации, уровень температур начала разупрочнения металла, величина контактных нагрузок и коэффициента трения на задней поверхности, уровень скоростей резания и др. Рассмотрим на примере группы жаропрочных спла­ вов Э14437А, ЭИ437БУ, ЭИ617, ЭИ826, ЭИ929 и ЭП220 довольно сложное влияние свойств обрабатываемых материалов на оста­

Исследованиями выявлен сложный характер взаимосвязи между физико-механическими свойствами сплавов, условиями обработки и остаточными напряжениями в поверхностном слое,

от поверхности. На рис. 13.21 приведены данные по влиянию скорости резания на максимальное значение напряжений в пер­ вом горизонте для всех исследованных сплавов. Приведенные данные показывают, что точение рассматриваемых жаропрочных сплавов на всех исследованных скоростях приводит к формиро­ ванию в первом горизонте в тангенциальном направлении только растягивающих напряжений. Анализ температурных условий ре­ зания, оценка температурных напряжений и сравнение их с пре-

276

б,"/»»*

Рис. 13.19. Влияние скорости резания на остаточные осевые (а) и тангенциальные (б) напряжения при точении сплава ЭИ437А

делами текучести сплавов показали, что на низкой скорости реза­ ния (10 м/мин), когда средняя температура контакта на задней поверхности для данных жаропрочных сплавов не превышала 530°С (табл. 13.3), в поверхностном слое термопластических де­ формаций протекать не должно. Следовательно, на низкой скоро­ сти резания формирование растягивающих напряжений в спла-

277

р о с с /п о я м с /е суп s7< ?6epxt+ ocm es

Рис.. 13.20. Влияние скорости резания на остаточные осевые (а) и тангенциальные (б) напряжения при точении сплава ЭП220

вах не связано с действием теплового фактора. Подтверждением этому являются обнаруженные сжимающие напряжения в осевом направлении. Причиной формирования растягивающих танген­ циальных и сжимающих осевых напряжений могут быть специ­ фические условия деформации металла поверхностных слоев {действие силового фактора) [2, 3].

275