Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Образование отклонения физико-механических свойств поверхностного слоя детали

Физико-механические свойства поверхностного слоя характеризу­ются структурой, глубиной, степенью упрочнения (наклепа), остаточны­ми напряжениями. Эти свойства поверхностного слоя изменяются пол влиянием совместного силового и теплового воздействий. В зависимости от метода обработки может доминировать одно из них. Различают три зоны (рис. 1.6.26) напряженно-деформированного состояния поверхност­ного слоя металлических деталей: 1 - резко выраженной пластической деформации, которая характеризуется значительным искажением кри­сталлической решетки, измельченными зернами и значительным увели­чением микротвердости; 2 - упругопластической деформации, характе­ризуемой вытянутыми зернами, наволакиванием одних зерен на другие и значительным уменьшением микротвердости; 3 - переходной упругоде - формированной, представляющей зону влияния деформации и зону пере­хода к строению основного металла.

Глубина упрочненного слоя колеблется от двух до сотен микромет­ров. Степень упрочнения ин, %, характеризует отклонения твердости по­верхностного слоя Нн от твердости основного материала Н0:

Образование отклонения физико-механических свойств поверхностного слоя детали

-2- 100 [%].

Твердость Остаточные напряжения

Образование отклонения физико-механических свойств поверхностного слоя детали

Рис. 1.6.26. Характеристики напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя детали

Образование отклонения физико-механических свойств поверхностного слоя детали

Г

J

Образование отклонения физико-механических свойств поверхностного слоя детали

Обычно ин составляет 120... 160 %. Наиболее простым способом оп­ределения глубины Ия наклепа является измерение микротвердости ис­следуемого образца на притертой отполированной поверхности косого среза под небольшим углом (рис. 1.6.27). Применяют также и рентгенов­ские методы.

Остаточные напряжения в поверхностном слое могут быть при­близительно равны пределу текучести материала, а глубина их распреде­ления может превышать глубину наклепа.

Различия поверхностного слоя по глубине пластических деформа­ций напряженно-деформированного и структурных состояний обуслов­ливают появление в нем остаточных напряжений.

Остаточные напряжения измеряют по деформации образца, проис­ходящей после снятия с него напряженного слоя химическим или элек­трохимическим способом. Широко распространено определение напря­жений по методике академика Н. Н. Давиденкова. Согласно методике тан­генциальные и осевые (нормальные) напряжения 1 рода определяют на образце (в виде разрезанного кольца) при последовательном удалении поверхностных слоев. В процессе снятия с кольца тончайших поверхно­стных слоев методом электрополирования непрерывно регистрируют значения деформаций с помощью тензодатчиков. При этом все поверхно­сти кольца, кроме исследуемой, защищают от воздействия электролита соответствующим покрытием.

Упрочнение поверхностного слоя происходит при силовом воздейст­вии в процессе резания, в результате которого возникают пластические деформации, сопровождающиеся измельчением и вытягиванием кри­сталлических зерен в направлении деформации, искривлением плоско­стей скольжения, возникновением напряжений и искажениями кристал­лической решетки. Степень и глубина упрочнения возрастают с увеличе­нием сил и продолжительности их воздействия, а также степени пласти­ческой деформации. Пластическая деформация означает сдвиговые взаи­моперемещения элементов структуры металла по слабым направлениям. Сопротивление металла деформации возрастает и происходит его упроч­нение.

В процессе деформации металл поглощает часть энергии, становит­ся термически неустойчивым и в нем самопроизвольно возникают про­цессы "отдыха" - разупрочнения, частично восстанавливающие его пер воначальные свойства.

Таким образом, пластическая деформация сопровождается упрочне­нием и разупрочнением, соотношение которых зависит от условий де­формации и определяет качество поверхностного слоя. При большей температуре и длительности теплового воздействия возможно полное снятие упрочнения, возникшего в результате силового воздействия.

Степень и глубина упрочнения зависят от метода и режима механи­ческой обработки.

Силовой фактор вызывает пластические деформации и порождает только сжимающие напряжения; тепловой фактор вызывает растягиваю­щие напряжения в поверхностном слое. Все это объясняется следующим образом.

Силовой фактор. Вследствие действия сил трения по задней по­верхности инструмента поверхностный слой подвергается растяжению При этом деформация его верхней части до какой-то глубины будет пла­стической, а ниже - только упругой. После прохода инструмента упруго растянутая (нижняя) часть слоя, стремясь сжаться, сожмет пластически деформированную (верхнюю) часть слоя. В результате верхняя часті, слоя будет сжата, а нижняя - частично растянута.

Тепловой фактор. Верхняя часть поверхностного слоя (как более на­гретая) стремится удлиниться, а нижняя, более холодная, препятствуем этому. Поэтому в верхней части возникают напряжения сжатия, а в ниж­ней - растяжения. При дальнейшем повышении температуры напряжения в верхней части поверхностного слоя превысят предел текучести, что вызовет в нем дополнительную пластическую деформацию сжатия.

При последующем охлаждении верхняя часть поверхностного слоя стремится укоротиться на величину большего растяжения вследствие.' пластической деформации (нижняя часть не претерпела пластическом деформации). В результате в верхней части возникнут растягивающие напряжения, а в нижней - напряжение сжатия.

Большое влияние на степень и глубину упрочнения оказывает ско рость резания. Влияние скорости резания на степень и глубину упрочне ния не является монотонным. Существует оптимальная скорость резания, при которой эти показатели будут минимальными. Увеличение подачи і it - меняет характера влияния скорости резания на степень и глубину упроч нения, а только уменьшает значение оптимальной скорости резания.

При уменьшении переднего угла от +15° до -15° глубина упрочне­ния увеличивается почти в 3 раза, а степень упрочнения - на 13 %. Уве­личение радиуса скруглення режущего лезвия повышает степень и глу­бину упрочнения при всех подачах, особенно если он больше, чем тол­щина среза. Существенно влияет на упрочнение увеличение износа инст­румента по задней поверхности. Наибольшее влияние на упрочнение ока­зывает фаска износа на задней грани при скоростях резания, ббльших или меньших оптимальной. Например, при увеличении фаски износа от 0 до 0,4 мм и оптимальной скорости резания глубина упрочнения увеличива­ется на 20 мкм, а степень упрочнения - на 4 %. А при обработке со ско­ростями, меньшими или большими оптимальной, глубина упрочнения возрастает на 55...70 мкм, а степень упрочнения - на 8... 10 %.

Стали и сплавы, обладая различными прочностными и пластически­ми свойствами, по-разному упрочняются при обработке резанием.

Марка инструментального материала в широком диапазоне скоро­стей резания значительно влияет на коэффициент трения на задней по­верхности инструмента, а следовательно, на степень и глубину упрочне­ния. Инструментальный материал, обеспечивающий меньшее значение коэффициента трения, формирует подповерхностный слой детали с меньшими степенью и глубиной упрочнения. Например, поверхность, обработанная резцом из сплава Т14К8, имеет меньшую глубину и сте­пень упрочнения по сравнению с поверхностью, обработанной резцом из сплава ВК8. Это связано с тем, что с увеличением содержания карбидов вольфрама, повышается склонность к адгезионному взаимодействию ма­териалов инструмента и заготовки, увеличивается коэффициент трения на задней поверхности.

Формирование подповерхностного слоя у закаленных и незакален­ных сталей (чугунов) при шлифовании происходит по-разному. Кратко­временные тепловые импульсы при шлифовании незакаленных сталей не могут привести к структурным изменениям в подповерхностном слое, так как не успевают произойти необходимые для этого диффузионные про­цессы. Процесс стружкообразования при шлифовании сопровождается значительными пластическими деформациями в подповерхностном слое, что способствует упрочнению. Однако высокие температуры в зоне реза - мия вызывают разупрочнение материала, и его наклеп при этом снижается.

Особенностью формирования подповерхностного слоя при шлифо­вании закаленной стали является то, что ее структура может изменяться под действием даже кратковременных тепловых импульсов, так как при этом в основном происходят бездиффузионные процессы, а распад твер­дых растворов требует значительно меньших тепловых затрат, чем их образование. При низкой производительности процесса и нормальной (30 м/с) или пониженной скорости шлифования подповерхностный слой упрочняется (наклёпывается) так же, как у незакаленных сталей. При по­вышении производительности и недостаточном охлаждении происходи: отпуск мартенсита (прижог отпуска) и микротвердость материала стано­вится ниже исходной. При дальнейшем повышении производительности и обильном охлаждении наблюдается вторичная закалка (прижог закалки).

Итак, выше были изложены физико-механические основы возникни вения погрешностей изготовления изделий. Погрешности изготовления изделия формируются на технологическом переходе и на протяжении технологического процесса. Поэтому рассмотрим эти этапы раздельно.

Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

СОСТОЯНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕХАНОСБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ЭБ - это множество связанных между собой элементов технологи­ческих процессов, обрабатывающих и сборочных технологических систем. Связи между элементами возникают из обслуживания изделий тех­нологическими процессами, а последних - технологическими системами. В …

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МАРШРУТА И ОПЕРАЦИЙ СБОРКИ ИЗДЕЛИЯ

Разработка технологического маршрута сборки изделия начинается с установления последовательности сборочного процесса. В соответствии с делением изделия на сборочные единицы различают общую сборку из­делия и сборку его сборочных единиц. Разработку последовательности …

Разработка технологической операции

Исходными данными для разработки операции являются изготавли­ваемые на операции МП, МПИ, их МТИ, а также МТБ, заготовительные модули, тип станка, такт выпуска, общее количество изготавливаемых деталей и др. В результате …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.