6.2 Контрольные вопросы:
Каким образом формируются в приборах данные о шероховатости поверхости?
Как шероховатость влияет на качество изделий?
Какие существуют параметры шероховатости?
Какие существуют методы определения шероховатости?
Каково строение поверхносного слоя детали?
Какая связь между параметрами шероховатости?
Сколько и какие параметры характеризуют шероховатость согласно ГОСТам?
7 Практическое занятие №7 «Начальные и остаточные напряжения в поверхносном слое (ПС) цилиндрических деталей » (МЕ-5 Надежность технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений )
7.1 Задания к практическому занятию
Изучить теорию и методику определения напряжений. По заданию произвести расчет показателей п.17-25.[17, с.98-99] Построить эпюры напряжений детали. Сделать заключение о полученных результатах.
Краткие сведения из теории
Формирование поверхностного слоя (ПС) и стружки следует рассматривать как единый процесс, происходящий в зоне резания и контакта обработанной поверхности с инструментом. Состояние ПС обработанной детали определяется особенностями этого процесса и влияющими на него факторами, к которым необходимо отнести следующие:
– физико-химические свойства обрабатываемого материала,
– физико-химические свойства инструментального материала,
– геометрические параметры режущей части инструмента и его конструкцию,
– состояние режущей части инструмента (степень и характер износа),
– жесткость и виброустойчивость технологической системы,
– кинематику процесса резания, определяющую траекторию движения
режущей части инструмента относительно заготовки,
– технологические режимы обработки,
– смазывающие и охлаждающие технологические среды (СОТС), способы
их подачи в зону резания, – внешнее воздействие (предварительный или сопутствующий подогрев, глубокое охлаждение, вакуум, электрохимическое, электрофизическое, ультразвуковое и др.)
ПС в ходе лезвийной и абразивной обработки образуется в результате протекания сложных физических и химических процессов. На рис.1 приведена схема формирования ПС при резании лезвийным инструментом в условияхсливного стружкообразования
Рис..1.Схема формирования ПС при обработке пластичных материалов
лезвийным инструментом: а) без наростообразования, б) с наростообразованием
На этом рисунке: 1 – граница начала пластических деформаций; 2 – гра-ница окончания пластических деформаций; А – точка раздела металла, уходящего со стружкой и в ПС детали; hó – величина упругого восстановления обработанной поверхности; hc – глубина пластически деформированного ПС.
Особенностью лезвийного инструмента является наличие округленной режущей кромки, радиус которой ρ (условный, усредненный) зависит от инструментального материала, технологии заточки, угла заострения, характера и величины износа инструмента. У лезвийного остро заточенного инструмента из
алмаза и кубического нитрида бора ρ=1...3мкм, у инструментов из быстрорежущих сталей ρ=8…10 мкм, из твердых сплавов группы ТК (титанокобальтовых) ρ=20…30 мкм. Однако в первые же минуты работы по мере износа радиус
округления режущей кромки резко увеличивается и может достигать50…100 мкм, а иногда и больше. Примерно таких же величин могут достигать радиусы округлений вершин нароста. При этом процесс наростообразования протекает циклически. В первый период цикла происходит увеличение высоты нароста и радиуса округления его вершины. Он теряет устойчивость, срывается, и часть его уносится со стружкой и с обработанной поверхностью. Затем происходит следующий цикл увеличения и срыва нароста.
Свойства ПС обработанной детали начинают формироваться в зоне опережающей пластической деформации перед режущей кромкой инструмента (или вершиной нароста). По мере внедрения режущего лезвия в обрабатываемый материал в нем увеличиваются нормальные напряжения.
Необходимым условием разрушения обрабатываемого материала и образования стружки является его пластическая деформация и упрочнение. Согласно энергетической теории для плоского напряженного состояния пластическая деформация (текучесть материала) наступает, когда
где σ1, σ2 – главные нормальные напряжения, σň – предел текучести обрабатываемого материала.
Это условие начинает реализовываться на линии 1 (рис 1). В точке А происходит разделение обрабатываемого материала на стружку и поверхностный слой детали. Точка А находится выше наиболее низкой точки задней поверхности режущего клина или нароста. Поэтому часть металла, расположенная ниже точки А, не удаляется со стружкой, а подминается задней поверхностью, получая дополнительную упругопластическую деформацию и упрочнение. После прохождения инструмента (снятия нагрузки) происходит некоторое упругое восстановление ПС на величину hó .
Формирование ПС при резании происходит под действием больших давлений (нормальных напряжений) и высоких скоростей деформации. При этом ПС детали подвергается неоднородной пластической деформации, затухающей по глубине и сопровождающейся структурными изменениями металла. Происходит дробление зерен на фрагменты и блоки с их угловой разориентацией. У поверхности они измельчаются и вытягиваются в направлении усилия деформирования, образуя текстуру. В атомной решетке возрастает количество дислокаций, вакансий и других дефектов. При пластической деформации до 10% затраченной энергии поглощается металлом, из которой до 98 % идет на искажение кристаллической решетки, увеличивая скрытую энергию металла. Он становится нестабильным, термодинамически неустойчивым. Абразивная обработка труднообрабатываемых материалов часто сопровождается высокими температурами (до 1000°С). Выделение тепла в зоне резания и нагрев ПС до температуры 0,3..0,4 температуры плавления обрабатываемого металла может вызвать отдых, полигонизацию и рекристаллизацию металла деформированного ПС, т.е. его разупрочнение. Происходит уменьшение плотности дислокаций, их перераспределение в термодинамически более устойчивые структуры с минимумом накопленной энергии и с аннигиляцией части дислокаций. Дислокации участвуют в фазовых превращениях с изменением структуры, размера и распределения фаз. Конечное состояние ПС определяется степенью влияния процессов упрочнения и разупрочнения.
Развитие дислокационной структуры в виде полос скольжения, повышения плотности дислокаций с созданием устойчивых конфигураций приводит к упрочнению ПС. До момента, когда ПС выходит из зоны резания и вступает в контакт с задней поверхностью инструмента, его дислокационная структура практически уже сформирована. В результате трения и вторичной деформации при контактировании с задней поверхностью инструмента плотность дислокаций в ПС, степень и глубина упрочнения возрастают незначительно.
Пример выполнения работы представлен [17, с.103- 107]