Железная лаборатория

Труднообрабатываемые материалы (жаропрочные, нержавеющие и др.) обладают высокой пластичностью и поэтому при их обработке явление наклепа проявляется в большей мере, чем при обработке конструкционных углеродистых сталей. Например, при обработке жаропрочной стали ЭИ437А глубина наклепа в три раза больше, чем при обработке стали 45. При неравномерном протекании процесса пластического деформирования высокая упрочняемость обрабатываемого материала может привести к усилению вибраций. Поэтому при обработке подобных материалов необходимо, чтобы система СПИД обладала высокой жесткостью. На степень и глубину наклепа, а также на величину пластической деформации оказывают влияние свойства обрабатываемого материала, параметры режима резания, геометрия инструмента и другие условия резания. В частности, с увеличением скорости резания степень и глубина наклепа уменьшаются. Подача влияет на интенсивность образования наклепа в большей мере, чем глубина резания. При износе режущего инструмента увеличивается радиус округления лезвия и в связи с этим повышается пластическая деформация. При работе тупым инструментом глубина наклепа увеличивается вдвое и больше.
Знание величины К необходимо для решения практических вопросов по чистовой обработке. До настоящего времени нет единого мнения о значении Ср, при котором обеспечивается устойчивое срезание стружки, а также отсутствуют данные для его определения. Имеются лишь сведения о величине Кр для отдельных условий обработки. Например, при точении стали Кр = 10 : 15. Это значит, что срезание стружки будет происходить, если радиус округления лезвия не больше толщины среза в 10-15 раз.
Например, если р = 15 мкм, то amin = 4,4 мкм. В этом случае срезание стружки будет осуществляться при толщине среза больше 0min, т. е. больше 4,4 мкм.
Пластическая деформация вызывает остаточные напряжения, которые распространяются примерно на глубину наклепанного слоя. Остаточные напряжения образуются в результате неравномерности пластической деформации и значительного нагрева поверхностных слоев детали.
Механизм образования остаточных напряжений приближенно можно представить следующим образом.
Под действием силы трения F2 происходит пластическое растяжение верхних слоев обработанной детали, поэтому нижние слои подвергаются упругой деформации растяжения. После прохода инструмента нижние слои стремятся сжаться, но этому препятствуют верхние слои. В результате в нижних слоях останутся напряжения растяжения, а в верхних слоях возникнут уравновешивающие их остаточные напряжения сжатия.
Под действием тепла, возникающего в процессе резания, верхние слои нагреваются до высокой температуры. После прекращения резания происходит быстрое охлаждение этих слоев, сопровождающееся их сжатием, но сжатию верхних слоев препятствуют нижние слои, оставшиеся холодными. В результате в верхних слоях возникают остаточные напряжения растяжения, а в нижних — уравновешивающие их напряжения сжатия.
Таким образом, в результате деформаций в верхних слоях образуются напряжения сжатия, а в результате тепла — напряжения растяжения. В зависимости от условий резания преобладают те или другие остаточные напряжения.
При высоких температурах резания, например, при шлифовании в поверхностном слое обрабатываемой детали могут происходить структурные превращения, связанные с объемными изменениями металла. Структурные превращения, происходящие при увеличении объема (переход аустенита в мартенсит), вызывают остаточные напряжения сжатия, а при уменьшении объема (переход мартенсита в тростит) — остаточные напряжения растяжения.
В результате исследований установлено, что при остаточных напряжениях сжатия предел выносливости деталей повышается, а при остаточных напряжениях растяжения — снижается.
Применением рациональных условий резания можно оказывать влияние на физико-механические свойства поверхностного слоя об-рабатываемой детали. Так, при обработке пластичных металлов, воспринимающих закалку, с увеличением скорости резания напряжения растяжения уменьшаются и могут менять знак. При уменьшении положительного и увеличении отрицательного переднего угла при точении пластичных металлов снижаются напряжения растяжения, а при точении малопластичных металлов возникающие напряжения сжатия возрастают. Применение СОЖ способствует снижению остаточных напряжений и уменьшению глубины их проникновения.