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

щения резко увеличивается и интенсивность износа возрастает. Далее сказывается уменьшение контактных напряжений (рис. 4.19), интенсивность износа снова уменьшается и падает до нуля в точке отрыва стружки от передней поверхности.

В условиях диффузионного износа износ передней поверхно­ сти также должен характеризоваться лункообразованием. Это обу­ словлено неравномерным распределением температур (рис. 4.20) и скорости диффузии, а также неравномерным распределением контактных напряжений (рис. 4.19).

Неравномерный износ передней поверхности является также и результатом неравномерного ее разогрева в направлении схода стр\жки.

Износ задних поверхностей также происходит в условиях пластического торможения контактных слоев обрабатываемого материала. Однако лунка при этом, как правило, не образуется в силу того, что форма износа задней поверхности по условиям контакта не может существенно отличаться от формы поверхности резания.

Интенсивность износа задних поверхностей в большинстве случаев должна быть больше, чем передней поверхности, т. к. скорость движения поверхности резания относительно задних поверхностей инструмента больше, чем скорость движения струж­ ки вдоль передней поверхности (из-за усадки стружки).

50

ГЛАВА V

ПРОЧНОСТЬ АДГЕЗИОННЫХ СВЯЗЕЙ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ

РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

Количественная оценка адгезионных явлений при резании является одной из чрезвычайно важных задач металлобработки.

Использование данных о контактных процессах при резании металлов для анализа износа режущих инструментов и формиро­ вания поверхностного слоя обрабатываемых деталей затруднено по целому ряду причин. Среди них главными являются: неравно­ мерное распределение нагрузок и температуры на площади контакта и различная химическая чистота, а также дискретность касания контактирующих поверхностей, затрудняющая определе­ ние фактических контактных нагрузок. В связи с этим большое значение имеют исследования механики микроконтактных нагру­ зок при резании.

В работе [1] отмечается: «Раскрытие природы сложных яв­ лений, происходящих при резании в очень малых объемах, тре­ бует дифференцированного подхода к этой проблеме... Недоста­ точная теоретическая изученность некоторых сложных видов обра­ ботки резанием временно должна компенсироваться опытными ра­ ботами в условиях, максимально приближающихся к конкретным...

Для объективной характеристики сопротивления материалов адге­ зионному износу необходимо создать новые методы испытаний и приборы...»

Методика определения прочности адгезионных связей на срез при различных температурах и давлениях

Сложная система, образовавшаяся в местах контакта инстру­ мента с обрабатываемой деталью, обладает специфическими, только ей присущими свойствами, отличными от свойств инстру­ ментального и обрабатываемого материалов, рассматриваемых отдельно, вне контакта при резании. Поэтому раздельное изучение свойств контактирующих материалов, хотя и позволяет качест-

54

венно судить о свойствах образовавшегося при их контакте адге­ зионного шва, однако не может дать адекватной количественной оценки этих свойств при различных условиях контактирования. Необходима только оценка непосредственно свойств зоны кон­ такта. Только она может коррелировать с основными факторами резания металлов.

В работе [2] предложена методика определения адгезионных сил непосредственно при резании. Эта методика основана на определении сил F трения на передней поверхности резца при раз­ личных нормальных силах N (за счет варьирования величины переднего угла) и экстраполяции зависимости F = f (N) на ну­ левое значение N. При этом находятся адгезионные силы, соот­ ветствующие нулевому значению нормальной силы. Однако из­ вестно [31, что межмолекулярное взаимодействие между твердыми телами (адгезия) в значительной степени зависит от нормальных сил, определяющих сближение между телами. Поэтому получен­ ные данные .не представляют большой ценности для анализа яв­ лений при резании, когда контакт испытывает всестороннее зна­ чительное сжатие.

Применение тонких методов исследования (электроннорентгеномнкроскопии) позволило установить [4, 5] весьма малую долю площади участков фактического (истинного) контакта в номиналь­ ной площади между инструментом и обрабатываемой деталью. Эта доля изменяется в зависимости от нормальных сил, шерохо­ ватости площадок износа, температуры, виброустойчивости систе­ мы СПИД, среды и пр. Кроме того, касательные усилия (силы тре­ ния) при резании, помимо адгезионной, содержат деформацион­ ную составляющую [3], которая, очевидно, может иметь сущест­ венные значения из-за значительной шероховатости площадок из­ носа н неоднородности физико-механических свойств контактирую­ щих материалов.

Все это делает практически невозможным в настоящее время определение адгезионных сил непосредственно в процессе реза­

Рис. 5.1. Валик, образующийся при скольжении индентора

55

Рис. 5.2. Схема установки для определения прочности адгезионных связей на срез при различных температурах контакта

Известно [7], что трение имеет двойственную молекулярно­ механическую природу. Поэтому при скольжении индентора {рис. 5.1) — модели внедрившейся неровности пятна касания — касательное усилие (сила трения) расходуется на формирование и перемещение валика из деформированного материала (деформа­ ционная составляющая) и на преодоление межмолекулярных связей между участками трущихся поверхностей (адгезионная составляющая).

При исследованиях используется установка (рис. 5.2), поз­ воляющая непосредственно оценивать величину тангенциальной составляющей хп адгезионных связей [8]

где F — сила, необходимая для вращения сферического инден­ тора, сдавленного между плоскими образцами из испы­ туемого материала;

R — радиус диска, в котором закрепляется индентор; готп— радиус отпечатка (лунки) на образцах.

Индентор 1, выполненный из инструментального материала в виде двухстороннего сферического пуансона, через разрезную втулку 2, воспринимающую температурные деформации, жестко закрепляется в специальном диске 3, который имеет кольцевой наружный паз для укладки тросика 4. С помощью устройства,

56

включающего упругий элемент 5, державку 6, закрепленную в ползуне 7, и механизм привода, осуществляется вращение диска с индентором. Сила F, необходимая для вращения индентора, фиксируется самописцем 8 типа БВ-662, сигнал к которому посту­ пает от индуктивного дифференциального датчика 9, закреплен­ ного в державке 6 и взаимодействующего с упругим элементом 5.

Два плоскопараллельных образца 10 из обрабатываемого материала, установленных на медные пластины 11, сжимают индентор под действием нормальной нагрузки N, которая регули­ руется за счет груза 12, присоединяемого к рукоятке механиче­ ского пресса 13. Медные пластины изолированы и жестко закреп­ лены в подставке пресса. Вращение индентора происходит при сжимающей нагрузке; при этом образцы удерживаются от про­ ворота относительно медных пластин.

Нагрев зоны контакта образцов и индентора осуществляется электроконтактным способом. При этом температурный режим полу­ чается близким к температурному режиму зоны трения при реза­ нии металлов. Наиболее высокую температуру получают поверх­ ности контакта, а при углублении температура падает вследствие теплопроводности. К медным пластинам 11 через регулировочный 14 и силовой 15 трансформаторы подается электрический ток, па­ раметры которого контролируются приборами 16 и 17. Сила тока выбирается в зависимости от требуемой температуры 0 контакта.

Рабочие поверхности образцов и индентора тщательно поли­ руются и обезжириваются спиртом и мелкодисперсным порошком активированного угля. Нагрев зоны контакта производится после установки образцов и индентора и приложения нагрузки N, под действием которой пуансон со сферой радиусом Rx внедряется в образец на некоторую глубину h. При нагрузках, соответствующих

имеет место упруго-пластический контакт, и при вращении пуансона может наблюдаться внешнее трение [3].

Определяемое на установке тангенциальное сдвиговое усилие должно характеризовать главным образом прочность т„ адгезион­ ных связей на срез, так как индентор перемещается относительнообразцов не поступательно, а лишь вращается вокруг собственной оси, и деформационный валик практически отсутствует (при весьма высоком классе чистоты и точности изготовления контактирующих поверхностей).

Принятые нагрузки и малая шероховатость контактирующих поверхностей обеспечивают не только необходимую площадь действительного контакта между образцами и индентором, но и выдавливание (разрыв) образовавшихся пленок (окисных и сор­ бированных) и контактирование сравнительно чистых металличе­ ских поверхностей. При этом обеспечивается высокая плотность соприкосновения идентора и образцов, что практически исключает

57