10.1. Технологическая наследственность

Значительное влияние состояния поверхностного слоя деталей машин на их основные эксплуатационные свойства, а также вида и режимов механи-ческой обработки на отдельные характеристики состояния поверхностного слоя (высоту шероховатости, форму и направление микронеровностей, микротвердость поверхностного слоя, глубину распространения наклепа, величину, знак и глубину распространения остаточных напряжений) пред-определяет зависимость эксплуатационных качеств от технологии их механи-ческой обработки.

Изменение видов и режимов механической обработки оказывает воз-действие на отдельные характеристики состояния поверхностного слоя, а значит и на эксплуатационные свойства деталей. Такое положение говорит о существовании, так называемой технологической наследственности, опреде-ляющей взаимосвязь между видом технологии механической обработки и эксплуатационными свойствами деталей машин.

Технологической наследственностью называется перенесение на гото-вое изделие в процессе его обработки погрешностей, механических и физико-механических свойств исходной заготовки или свойств и ее погрешностей, сформировавшихся у заготовки на отдельных операциях изготовления детали.

Технологическая наследственность зависит не только от вида и режимов обработки, применяемых на чистовой операции. Она может проявиться в изменении свойств или потере точности формы готовой детали в процессе эксплуатации в результате воздействия тех или иных элементов состояния поверхностного слоя, полученных в поверхностном слое при черновой обработке.

Например, при шлифовании грубо обточенной и закаленной до твер-дости 62-63 HRC заготовки их стали ШХ15СГ шлифовальный круг создает на участках выступов неровностей поверхности тепловые удары, вызываю-щие мгновенный нагрев и структурные изменения металла поверхностного сдоя. При этом во время чистовых режимов шлифования на участках обработанной поверхности, расположенных под выступами микронеровностей токарной обработки, возникают зоны отпущенного металла, имеющие пониженную твердость. На границах разных структур возникают значительные остаточные напряжения, снижающие долговечность детали, а иногда вызывающие появление шлифовочных трещин.

Проявление наследственности может привести как к улучшению, так и ухудшению эксплуатационных свойств деталей машин. Чтобы целесообразно использовать свойства технологической наследственности необходимо установить связь между эксплуатационными характеристиками (усталостная прочность, износостойкость и т. д.) и режимами обработки деталей при их изготовлении.

Во многих случаях такие связи можно выявить при помощи математических зависимостей вида: состояние поверхностного слоя – функция режимов резания; эксплуатационная характеристика – функция состояния поверхностного слоя с последующим их решением, что позволяет установить прямую связь «эксплуатационная характеристика – функция режима резания». Эта зависимость может использоваться непосредственно для расчетов режимов резания, обеспечивающих заданные конструктором эксплуатационные характеристики детали.

Примером подобного решения может служить зависимость усталостной прочности жаропрочной стали ХН35ВТЮ (ЭИ787) от режимов точения резцами из сплава ВК6М выраженная номограммой (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Номограмма режимов точения, обеспечивающих заданную долговечность

деталей машин

На номограмме представлены зависимости долговечности деталей при обработке точением от скорости резания и подачи. Задаваясь долговечностью детали (пределом выносливости) по номограмме определяют на каких режи- мах нужно вести обработку детали точением (скорость резания V, м/мин и подача s мм/об).

Иногда, установление математической зависимости «режим обработки – характеристика состояния поверхностного слоя – эксплуатационные свойства» осложняется тем, что при измерении режима механической обработки эксплуатационные свойства могут одновременно и улучшаться и ухудшаться. Например, при увеличении глубины шлифования возрастает высота микронеровностей поверхности детали, что приводит к увеличению износа, одновременно с этим повышается степень наклепа, которая уменьшает износ. В подобных случаях зависимости эксплуатационных свойств от режимов резания приобретают экстремальный характер. Поэтому в таких случаях для использования технологической наследственности, с целью повышения долговечности или улучшения других эксплуатационных характеристик, наиболее целесообразно пользоваться экспериментально установленными прямыми зависимостями между отдельными эксплуатационными характеристиками и режимами или видами обработки (рис. 10.1).