ММК Спецтехнология ЛА 2013

Тепловые деформации режущего инструмента. На рабочей поверхности резцов из быстрорежущей стали наблюдается температура 700-8500.

В начале резания наблюдается быстрое повышение температуры резца. Затем ее рост замедляется, и через непродолжительное время достигает постоянного теплового равновесия.

t

Рисунок 20

На рис. 20 дана характерная зависимость теплового удлинения консольной части резца от времени резания. т – означает удлинение резца при тепловом равновесии.

Остаточные напряжения в материале заготовки наибольшее влияние оказывают на точность обработки тонкостенных нежестких заготовок. Остаточными (или собственными) называются напряжения, которые существуют в заготовке или готовой детали при отсутствии внешних нагрузок. Остаточные напряжения полностью уравновешиваются, и их действие на деталь ничем не проявляется. С нарушением этого равновесия, вызываемого удалением части материала в виде припуска обработкой без снятия стружки, термическим или химическим воздействием, деталь начинает деформироваться до тех пор, пока перегруппировка напряжений не приведет к новому равновесному состоянию.

По причине образования остаточные напряжения разбивают на две группы: конструкционные и технологические. Первые вызываются в деталях процессами, происходящими в конструкции; вторые возникают в детали в процессе ее изготовления.

Технологические напряжения возникают в результате неоднородных объемных изменений вследствие: неоднородного (неравномерного) нагрева или охлаждения; фазовых или структурных превращений металла, а также происходящих в нем диффузионных процессов; пластической деформации при наклепе.

В зависимости от применяемого технологического метода различают остаточные напряжения: литейные, возникающие при остывании отливок; ковочные, образующиеся в поковках и горячештампованных заготовках; термические, создающиеся при термической обработке; сварочные; от наклепа, возникающие при холодной прокатке, волочении, холодной штамповке, чеканке, дробеструйной обработке и других методах; возникающие при обработке металлов резанием; создающиеся при электролитических покрытиях деталей.

Литейные напряжения возникают из-за того, что температура толстых и тонких частей отливки получается неодинаковой при переходе из области пластических в область упругих деформаций. Тонкие части отливки охлаждаются быстрее толстых, и усадка металла в ее массивных элементах происходит позднее. Однако усадка не может протекать свободно, т. к. остывшие ранее тонкие части отливки вызывают ее торможение. Особенно большие остаточные напряжения получаются в местах резкого изменения сечения отливок. Их величина может быть иногда настолько значительной, что отливка коробится, и в ней образуются трещины.

Если подвергнуть отливку механической обработке, то равновесие остаточных напряжений из-за снятия поверхностных слоев металла нарушается и заготовка деформируется. Эта деформация происходит не мгновенно, а в течение продолжительного промежутка времени. Деформация продолжается и при последующей эксплуатации машины.

Снятие или уменьшение остаточных напряжений в отливках достигается естественным старением, термической обработкой (искусственным старением) и некоторыми видами механического воздействия.

Естественное старение заключается в длительном хранении (вылеживании) заготовок на воздухе. Продолжительность – 6-12 месяцев и больше. Недостаток – длительность процесса и неполнота снятия напряжений.

Термическая обработка наиболее целесообразна для снятия остаточных напряжений в мелких и средних отливках (ограничение в размерах печей). Термическая обработка заключается в медленном нагреве заготовок до 500-6000С, выдерживание их при этой температуре в течение 1-6 часов (в засимости от размера отливок) и последующем медленном охлаждении в печи до 150-2000С.

Метод механического воздействия (пневмомолотки, дробеструйная обработка) на места концентрации напряжений, например, обстукивание, не дает радикальных результатов.

Ковочные напряжения возникают в заготовках, получаемых свободной ковкой и горячей штамповкой. Их причина – неравномерное охлаждение заготовок. Для снятия остаточных напряжений в поковках и штампованных заготовках применяют отжиг.

Термические напряжения являются следствием неравномерности нагрева и охлаждения деталей, а также результатом структурных изменений их материала. Они вызывают деформацию (коробление) деталей, и бывают настолько большими, что от их действия возникают трещины. Уменьшение деформации деталей с резким изменением сечений производится постепенным нагревом под закалку, защитой тонких стенок изолирующей обмазкой, выполнением закалки и отпуска в приспособлениях, а также смягчением закалочной среды.

Сварочные напряжения возникают в деталях в результате неравномерного нагрева и остывания металла в процессе сварки. При перемещении источника тепла вдоль шва имеет место интенсивный нагрев металла в зоне наплавки.

Смежные участки металла, обладая более низкой температурой, препятствуют расширению нагретого металла и создают в нем напряжения сжатия. При остывании в наплавленном слое возникают остаточные напряжения растяжения, так как окружающий металл тормозит уменьшение его объема.

Сварочные напряжения могут быть значительно уменьшены при правильном конструировании детали, рациональном выборе сварки, а также последующей термической правкой детали. Остаточные напряжения могут быть сняты в результате высокотемпературного отпуска (600-6500С). Однако сварные изделия после этого не возвращаются к правильной форме, а, напротив, могут получить новые деформации, величина которых часто превышает имевшиеся до отпуска.

Напряжения от наклепа возникают при холодной обработке металла методом холодной деформации. При прокатке, волочении прутков материал с наружной поверхности деформируется сильнее, чем внутри. При прорезке длинных шпоночных канавок в заготовках из проката происходит нарушение равновесия напряжений, что ведет к искривлению детали. Нежелательное влияние остаточных напряжений на последующую механическую обработку может быть устранено отжигом заготовок.

Величина у представляет собой погрешность (поле рассеяния) выполняемого размера в данном сечении, которая возникает в результате упругих отжатий звеньев технологической системы под влиянием нестабильности сил резания. Ранее отмечалось, что

y tост _ max tост _ min

В то же время у равна разности предельных значений упругих отжатий технологической системы. При данных пределах изменения глубины резания (определяемых колебаниями величины снимаемого припуска), твердости обрабатываемого материала и сил резания (в результате прогрессирующего затупления режущего инструмента) значение у получается вполне определенным. Величину у находят по тому сечению заготовки, где эта величина получается наибольшей. В обычных условиях таким сечением является то сечение, где жесткость технологической системы достигает минимума. Рассматривая, например, обтачивание консольно закрепленной заготовки, величину у следует определять у ее свободного конца, т. к. именно здесь жесткость системы наименьшая.

Если величину у как разность предельных значений для данных условий можно считать вполне постоянной, то текущее значение у при обработке каждой индивидуальной заготовки представляет собой величину случайную. Распределение величин у можно считать подчиняющимся нормальному закону.

Аналогичный характер имеет погрешность установки заготовки ,

суммирующаяся из погрешности базирования б, погрешности закрепления з и погрешности положения заготовки пр, вызываемая неточностью приспособления. Для конкретных условий построения данной операции представляет собой вполне определенную величину, - это расстояние между проекциями предельных положений измерительной базы, от которой ведется отсчет выполняемого размера, на направление этого размера. В тоже время для каждой индивидуальной заготовки положение измерительной базы будет случайным. Распределение положений измерительной базы в большинстве случаев подчиняется нормальному закону.

Погрешность настройки станка н является разностью предельных положений режущего инструмента на станке при настройке его на выполняемый размер. Значение н для данного метода обработки регламентируется вполне определенной величиной. Для каждой партии заготовок текущее значение настроечного размера н является величиной случайной, распределение которой также подчиняется нормальному закону или закону близкому к нему.