Причины возникновения остаточных напряжений при механической обработке.

1) При резании металлов одновременно происходит и деформация поверхностного слоя. Часть металла подвержена деформации т.к. при вершине инструмента имеется некоторый радиус закругления.

2) Режущий инструмент не только деформирует, но вытягивает кристаллические зернаа верхнего слоя за счет сил трения. Зерна поворачиваются, размельчаются и уплотняются. Происходит увеличение искажений крист. решетки. В результате увеличивается микротвердость поверхностного слоя.

3) Резкое увеличение температуры в зоне резания быстро разогревает верхние слои металла, объем их увеличивается. Охлаждение сопровождается сжатием, но этому препятствуют нижние слои. В рез-те возникают напряжения растяжения.

4)Нагрев зонц резания вызывает структурные и фазовые превращения в поверхностном слое некоторых металлов. При неравномерном нагреве фазовые превращени происходят неодинаково, возникают остаточные напряжения.

5)При росте давления в зоне резания до опр. значения исчерпываются все возможные деформации крист. решетки и ее пластические св-ва. Происходит перенаклеп. Образуется чашуйчатая поверхность, которая может наблюдаться визуально.

Управление качеством поверхностного слоя.

1) Управление шероховатостью.

а) Лезвийная обработка. Rz – высота неровности. Rz = Hp + Hф.

Нр – расчетная высота неровности, зависящая от геом. факторов,

Н ф – высота неровностей, зависящая от физич. явлений в зоне резания.

Hф=Нпл+Нтр.з.+Низн+Ннар+Нвибр

Нпл – увеличение гребешков неровностей за счет возврата металла после деформации. Уменьшить ее можно за счет уменьшения скорости, подачи и глубины резания.

Нтр.з. – увеличение высоты микронеровностей за счет вырывания частиц металла силами трения и за счет адгезионных явлений. Уменьшить: за счет СОЖ.

Низн – за счет износа инструмента. Уменьшить: необх. соблюдение геом. параметров и формы резца, увеличить износостойкость инструмента за счет покрытия реж. кромки спец. материалами.

Ннар – за свет наростообразования. Избежать этого можно с помощью подачи в зону резания хорошей СОЖ.

Нвибр – из-зи высокочастотных колебаний в зоне резания. Уменьшить: за счет высокочастотного деформирования (гашение вибраций).

б) Абразивная обработка (Процесс царапания, истирания поверхности). Rz можно уменьшить за счет:

- уменьшение размеров зерна,

- уменьшение подачи,

- увеличение скорости круга,

- увеличение времени выхаживания.

Выхаживание – шлифование при Sпопер = 0. Доводочные операции (шлифование, полирование, хонингование, суперфиниширование).

в) ППД – после ролика шероховарость представляет собой более волнистую линию. Rz можно уменьшить за счет радиуса инструмента, усилия со стороны инструмента на заготовку, уменьшением подачи и уменьшением исходной шероховатости. Дробеструйная обработка. Чем больше шарик, тем меньше высота остаточных неровностей и наоборот.

2)Регулирование остаточных напряжений. При каждом виде обработки необх. выделять главный фактор, оказывающий наибольшее влияние на формирование остаточных напряжений.

а) Лезвийная обработка. Главный фактор – силовое воздействие. В малопластичных материалах остаточные напряжения образуются при формировании элементной стружки (стружки скалывания). При обработке пластичных материалов чаще всего образуется непрерываная (сливная) стружка и формируются растягивающие остат. напряжения.

Скорость резания – с ее увеличением напряжения сжатия сначала уменьшаются, а затем растут.

Подача – с ее увеличением напряжения сжатия уменьшаются, а напряж-я растяжения увеличиваются.

Глубина резания – мало влияет на ост. напряжения.

Геом. параметры инструмента – значительно влияют на ост. напряжения (углы в плане, радиус при вершине интсрумента).

б) Абразивная обработка – тепловое воздействие. Шлиф-е происходит при t около 800˚. Скорость нагрева тонких слоев до сотен тыс. ˚/сек. Чаще возникают растягивающие напряжения, которые можно уменьшить снижением нагрева зону резания (улучшением теплоотвода, применением СОЖ, увел. скорости детали, применением пористых кругов). Доводочные процессы хар-ся низкими скоростями резания и давлениями и => роль тепловых процессов не велика. Преобладающим становится силовое воздействие. Возникают напряжения сжатия.

в) ППД – силовое воздействие. Величина напряжений зависит от величины контактных давлений. С увеличением давления величина остаточных напряжений растет, т.е. увеличивается степень упрочнения.