книги из ГПНТБ / Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие

скоростей резания отличаются от величин, рассчитанных по этой зависимости, не более чем на 30%. Однако для аустенитных ста­ лей и алюминиевых сплавов скорости резания, рассчитанные по зависимости (10.3), в 2-г-4 раза больше фактических.

В связи с изучением причин низкой обрабатываемости при относительно небольшой твердости НВ и пределе прочности ств аустенитных сталей в работах Н. Н. Зорева [51 и Н. И. Ташлицкого [61 исследовано влияние низкой теплопроводности аусте­ нитных сталей и хромоникелевых сплавов на их обрабатываемость при точении быстрорежущими резцами.

Н. И. Ташлицким было впервые установлено [71, что влияние механических свойств сталей на их обрабатываемость при точении быстрорежущими резцами следует оценивать не по твердости НВ и пределу прочности ств стали, а по ее действительному пределу прочности SB:

где X— коэффициент теплопроводности.

Формула (10.4) справедлива для оценки обрабатываемости дефопмированных сталей и сплавов на ферритной, аустенитной и хромо­ никелевой основах твердостью НВ 100—350 кг/мм2, при испыта­ нии которых на растяжение перед разрывом образуется шейка.

Повышение обрабатываемости металлов при увеличении их теплопроводности, очевидно, связано с увеличением отвода тепло­ ты из областей, примыкающих к изнашиваемым участкам режущего инструмента, и снижением температуры резания.

Снижение обрабатываемости металлов при увеличении их действительного предела прочности связано в первую очередь с увеличением удельного количества теплоты, образующейся в гра­ ничном слое стружки, и, следовательно, с увеличением темпера­ туры резания.

Обрабатываемость сталей на ферритной и аустенитной осно­ вах улучшается в результате отжига и отпуска, которые при вы­ делении из твердого раствора и коагуляции карбидов снижают действительный предел прочности SB.

При точении резцами, оснащенными твердым сплавом ВК8, жаропрочных сталей и сплавов твердости НВ 130—300 кг/мм2 на ферритной основе с высоким содержанием хрома, а также на аустенитной и хромоникелевой основах, скорости резания могут быть приближенно рассчитаны с погрешностью 35% по зависимости

у которой постоянная С для жаропрочных сталей и сплавов с интерметаллидным упрочнением на 30% меньше, чем для высоко­ хромистых сталей на ферритной и аустенитной основах.

160

Возможность приближенного определения скоростей резания по величине S„ (без учета теплопроводности) обусловлена тем, что обычно с увеличением SB сталей и сплавов на ферритной, аустенитной и хромоникелевой основах их теплопроводность уменьшается (главным образом за счет упрочнения при механи­ ческой обработке).

Для сравнительной оценки обрабатываемости зачастую исполь­

Расчеты по формуле (10.6) для жаропрочных и титановых сплавов в ряде случаев [81 близки с опытными данными и могут быть использованы как приближенные.

Скорость резания для сталей и сплавов, имеющих аустенитную и хромоникелевую основы (13—25%Сг, 7—80%Ni и до 0,5%С, 2%Si, 9%Мп, 5%W, 2%V, 7%Мо; 2%Nb; 20%Co; 2%Ti, 2%А1),

согласно работам [9, 10] определяется следующей зависимостью:

•где 5i... Эк—процентное содержание различных легирующих эле­ ментов, кроме титана, вместо которого берется ео-

независимом влиянии легирующих элементов на обрабатывае­ мость. В действительности влияние одних элементов может сильно зависеть от содержания других элементов. Это обстоятельство отчасти отражено, например, в одной из приведенных зависи­ мостей в форме определения свободного, не связанного с углеро­ дом титана. Но для большинства элементов еще не выявлены пре­ делы, в которых проявляется существенное взаимное влияние.

Следует заметить также, что зависимость типа (10.8) не от­ ражает влияния термообработки материала на обрабатываемость -его резанием. Например, в процессе термообработки деформируе­ мых сплавов на никелевой основе выделяется упрочняющая у'-фаза Ni3 (Ti, А1), процентное содержание которой может су­ щественно сказаться на обрабатываемости сплава. Так, при чисто­ вом точении резцом ВК6М сплавов ЭИ437А и ЭП220, мало отли­ чающихся по химическому составу, но имеющих разное процент­ ное содержание у'-фазы (соответственно 11 —12% и 45%), размер­ ная стойкость отличается более чем в 50 раз, хотя оптимальные

•скорости ц0 резания и совпадают по величине.

Это обстоятельство существенно снижает ценность выражения i{10.8).

О взаимосвязи между механическими характеристиками обрабатываемого материала и новыми характеристиками

обрабатываемости V0 и h0U0

Из рис. 10.1, взятого из работы [12], видно, что при точении электротехнической стали Э минимум интенсивности износа рез­ ца Т15К6 наблюдается при той же температуре (0О= 910°С), при которой наблюдаются, точки минимума характеристик плас­ тичности, прочности и твердости в зависимости от температуры

(ф, £Z„, Og, HV)

Внутренние напряжения от нагрева о при 0 Оимеют максималь­ ное значение.

162

G*

80 /SO 240 520 400 Ш 560 V,*/„Uf

Рис. 10-2. Влияние скорости резания на среднюю температуру контакта (резания) и интенсивность износа резца Т15К6 при чистовом точении образ­ цов стали 45 различной твердости

Экстремальный характер интенсивности износа в зависимости от v и 0 р объясняется совокупным действием многих причин. По-видимому, минимальное значение характеристик пластичности (ф, ан), прочности (зв), твердости (Hv) и модуля нормальной уп­ ругости (Е) при оптимальной температуре 0 О резания является одной из основных физических причин этого явления.

Следует заметить, что и в работе [13] обнаружен минимум пластичности сплава ЭИ437БУ (на никелевой основе) в области оптимальной температуры резания (рис. 10.2). Более поздние исследования (например, [25] и др.) показали, что для всех исследованных деформируемых жаропрочных сплавов на никеле­

164

вой основе (ЭИ437А, ЭИ437БУ, ЭИ617, ЭИ826, ЭИ929, ЭП220),

а также для сталей ЗОХГСА, Ст 10, Ст 20, У12А оптимальные температуры резания удовлетворительно совпадают с температурами провала пластичности. Этот научный факт может быть положен в основу ускоренного метода определения оптимальных режимов резания и многократного сокращения объема эксперимен­ тальных исследований.

Поданным А. А. Преснякова и В. В. Червяковой [141, прова­ лы (минимумы) пластичности при высоких температурах имеют железо, медь, никель, алюминий и их сплавы. Образование про­ валов пластичности рассматривается ими как результат взаимо­ действия процессов деформации, при которой определяется плас­ тичность, с превращениями. Такими превращениями, способст­ вующими развитию провалов, являются: процессы упрочнения— разупрочнения, рекристаллизация, старение, распад твердого раствора, растворение частиц вторых фаз.

на новые характеристики обрабатываемости: уровень оптималь­

для современного машиностроения представляют особый интерес. Резание закаленных сталей ведется на сравнительно низких скоростях [4, 15—181. Это увеличивает время, в течение которого теплота трения стружки о резец успевает распространиться в зону стружкообразования и в некоторой степени изменить ис­ ходные свойства обрабатываемого материала [151. Низкие скоро­ сти приводят к значительному росту поверхностного относитель­

ного износа.

Выше отмечалось (см. рис. 8.11), что при чистовом точении стали ЭХВГ с твердостью от HR С 45 до HRC 65 зависимость hon = f (w) носит резко выраженный экстремальный характер. Чем выше твердость стали в исходном состоянии, тем ниже опти­ мальная скорость резания и тем выше величина оптимального поверхностного относительного износа.

То же самое наблюдается [19] (рис. 10.2) при чистовом точении резцом Т15К6 стали 45 в трех состояниях: нормализации (НВ 180), улучшения (НВ 260) и закалки и отпуска (НВ 420). Ста­ тистическая обработка полученных результатов позволила полу­ чить следующие зависимости:

165

сти равным периодам стойкости не соответствуют равные темпера­ туры (например, при Т = 30мин и НВ 420 0 р = 650°С, при НВ 180 0 р = 750°С), в то время как скорости У0 обусловливает постоян­ ная температура резания (0О= 630°С). Следовательно, оптималь­ ная скорость резания У0 как новая характеристика обрабатывае­ мости имеет важное преимущество перед скоростью резания Ут не только в случае работы с различными значениями t и s, но также и в случае обработки сталей с различной исходной твердостью и структурой.

Аналогичные результаты получены и при торцовом фрезеро­ вании штамповой стали 5ХНВ, термообработанной на разную твердость и структуру [201, и чистовом точении стали ЗОХГСА

[211.

В работе [211 показано, что снижение величины hono с умень­ шением твердости стали ЗОХГСА связано главным образом с уменьшением прочности т„ адгезионных связей на срез.

Твердость и структура стали ЗОХГСА мало изменяет величины т0 (прочности адгезионных связей при отсутствии нормальных напряжений рг) и коэффициента (5 (упрочнения адгезионного шва от нормальных напряжений). Но

Поэтому с увеличением твердости стали (повышением нормальных напряжений р,- на контакте) согласно выражению (10.1 1 ) увели­ чивается прочность т„ адгезионных связей на срез. А, как отме­ чалось выше, износ твердосплавных резцов в некотором диапазоне скоростей резания, включая оптимальные, определяется главным образом величиной т„, следовательно, с увеличением твердости стали интенсивность износа резца hono повышается.

Обрабатываемость углеродистых сталей

Рассмотрим влияние содержания углерода и свойств углеро­ дистых сталей на уровень оптимальной температуры резания и новые характеристики обрабатываемости (1/0 и hono, h020) на ос­ нове исследований, проведенных при точении наиболее распрост­ раненных в машиностроении углеродистых сталей Э, 10, 20,45, У8А и У 12 цельным твердосплавным резцом Т15К6 [12, 221.

Изменение содержания углерода стали может влиять на уро­ вень оптимальной скорости резания У0 (рие. 10.3) следующими путями:

1. Содержание углерода в стали влияет на предел прочности при растяжении ов (табл. 10.1) и приводит к изменению силы резания Рг и количества образующейся теплоты Q = Pzv. С

166

повышением ав (НВ) наблюдается рост силы Рг и количества теп­ лоты резания. Так, зависимость количества теплоты резания от зв обрабатываемых сталей при v = пост, выражается как

2.Содержание углерода в стали как фактор, изменяющий раз­ меры сечений потоков, по которым отводится тепло из зоны реза­ ния (плоскость скалывания и зона контакта стружки с передней поверхностью резца). С повышением содержания углерода стали размеры сечения тепловых потоков уменьшаются, что повышает температуру резания и действует в сторону снижения У0.

3.Увеличение содержания углерода в стали изменяет интен­ сивность тепловых потоков (мощность теплового источника, при­ ходящуюся на единицу площади, которую он занимает) по услов­ ной плоскости скалывания qCKи передней поверхности qn.

Расчеты показали, что с увеличением содержания углерода стали интенсивность тепловых потоков дск и qn возрастает. Зависимость между интенсивностью тепловых потоков по плос­ кости скалывания qCK и передней поверхности qn и пределом прочности при растяжении ав при V = пост, может быть выражена формулами

<7ск = С 2ов'68 <Эж'см2сек,

(10.13)

qn = C3a°,9G doicjcM2ceiс,

168

теплопроводность, что уменьшает отвод тепла из областей, при­ мыкающих к изнашиваемым участкам режущего инструмента.

.Это повышает температуру резания и действует в сторону снижения

Vo-

Таким образом, с увеличением содержания углерода в стали все факторы (1, 2, 3, 4) действуют в сторону снижения оптималь­ ной скорости резания.

Для исследованных сталей с увеличением содержания угле­ рода оптимальная скорость резания закономерно снижается от '490 м/мин (для электротехнической стали Э) до 127 м/мин (для инструментальной стали У12А).Зависимость оптимальной скоро­

(от 13,6 до 12,8 мв).

Расчетные методики определения оптимальной скорости реза­

30—40% и поэтому пока не могут заменить стойкостных исследо­ ваний и нуждаются в дальнейшем уточнении и совершенствовании.

Интенсивность износа инструмента honn при оптимальной скорости резания, как известно, является одной из важнейших характеристик обрабатываемости металлов резанием.

Влияние химического состава углеродистых сталей на величину

\п0 может осуществляться следующими основными путями:

1.С увеличением содержания углерода в стали происходит рост ее прочностных свойств и твердости,повышается содержание карбидов, обладающих повышенным абразивным действием, увеличивается истирающая способность стали, что ведет к повыше­ нию абразивного износа инструмента.

2.Увеличение содержания углерода в стали приводит (при

•постоянной температуре) к увеличению прочности адгезионных связей на срез, а также к уменьшению отношения HJH2контакт­ ных твердостей инструментального и обрабатываемого материа­ лов, так как твердость углеродистых сталей увеличивается с повышением содержания углерода в широком диапазоне темпера­ тур. Это вызывает повышение интенсивности адгезионного из­ носа инструмента.

1G9