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

жаропрочных материалов резцами, имеющими большие отрица­ тельные передние углы как средство снижения растягивающих остаточных напряжений, не может быть рекомендована производ­ ству, так как известно, что интенсивность разупрочнения металла при высокотемпературной эксплуатации в значительной степени зависит от глубины и степени наклепа.

Влияние радиуса округления режущего лезвия на микро­ твердость поверхности представлено на рис. 12.14. Из приведен­ ных данных следует, что при всех значениях подач [11] радиус ■округления р существенно повышает наклеп поверхностного слоя

•стали.

На рис. 12.15 показано влияние износа резца по задней по­ верхности на глубину и степень наклепа обработанной поверх­ ности сплава ЭИ437БУ. Так же, как и передний угол, износ су­ щественно увеличивает глубину пластически деформированного слоя. При этом обнаружено, что наибольшее влияние износа на наклеп наблюдается при точении на скоростях выше и ниже опти­ мальной скорости резания. Резание на v0 обеспечивает макси­ мальную стабильность характеристик наклепа. Так, например, при износе резца до h3 = 0,4 мм и при точении на скорости V =

тимальной скорости резания Ро= 23 м/мин и при той же величине затупления резца, hc возрастает лишь на 20 мкм, степень наклепа изменяется на 4%. При V = 47 м/мин (и > и0) глубина наклепа возрастает на 70 мкм.

Влияние свойств обрабатываемого материала. Различные ■стали и сплавы по-разному упрочняются (наклепываются) при механической обработке. При этом более пластичные и более упрочняемые при деформации материалы, как правило, при меха­ нической обработке имеют и больший наклеп [2]. При многофаз

231

резцом ВК6М

ной структуре больший наклеп получают те структурные состав­ ляющие, которые более склонны к деформации и упрочнению

[ 12].

Изменение глубины наклепа при резании различных по свойствам сталей приведено на рис. 12.16. Из рисунка следует, что с увеличением прочности и твердости сталей и одновременным снижением их пластических свойств hc снижается, причем эта за­ кономерность наблюдается в довольно широком диапазоне ско­ ростей резания.

Изменение содержания углерода от 0,06% в электротехни­ ческой стали Э до 1,19%— в стали У12А приводит к повышению' твердости и прочности углеродистых сталей (например, предел прочности изменяется соответственно от 37 кг/мм2 до 92 кг/мм2).

232

Рис. 12.16. Изменение hc в зависимости от скорости

•резания и марки материала: 1— сталь 45; 2—сталь Х12М;

-3—18ХНМА; 4— У10; 5—Р18

Эти изменения в свойствах приводят к изменениям и в величине деформации поверхностного слоя: с повышением содержания уг­ лерода в стали (резец Т15К6, t = 0,5 мм; s = 0,21 мм/об при V = V0) наблюдается закономерное снижение глубины и степени наклепа обработанной поверхности (табл. 12.1) [13].

Т а б л и ц а 12.1

Применительно к группе жаропрочных деформируемых спла­ вов марок ЭИ437А, ЭИ437БУ, ЭИ617, ЭИ826, ЭИ929 и ЭП220 уста­ новлено, что влияние физико-механических свойств сплавов на наклеп поверхностного слоя зависит от уровня скоростей (темпе­ ратур) резания [14]. При работе на сравнительно низкой скорости резания (v = 10 м/мин) средняя температура контакта при точении рассматриваемых сплавов находится в пределах 450-н550°С (рис. 12.17). При этих температурах прочностные свойства спла­ вов практически совпадают (табл. 12.2). В незначительных преде­ лах колеблется также и коэффициент трения по задней поверх­ ности р/. Пластические же свойства (относительное удлинение о и относительное сужение Фобразца) и коэффициент упрочнения материала при деформации К (угол наклона ориентировочных прямых истинных напряжений [151) с повышением жаропрочных свойств сплавов значительно снижаются (табл. 12.2 и рис. 12.18).

233

Рис. 12.18. Влияние характеристик пластичности сплавов на параметры, наклепз

легирования сплавов), явились определяющими при формировании наклепа металла поверхностного слоя.

Резание на высоких постоянных скоростях дает противопо­ ложную картину изменения характеристик наклепа по сравне­ нию с резанием на низкой скорости (рис. 12.17). Эксперименталь­ ные данные показывают, что при точении исследуемых материа­

мерность может быть объяснена тем, что в малолегированных сплавах типа ЭИ437 при температурах 700-f-750°C и выше одно­ временно с упрочнением при деформации в поверхностном слое протекает и процесс разупрочнения (снятия наклепа), в то время

236

как в жаропрочном сплаве ЭП220 процесс разупрочнения наступает при температурах, превышающих 900°С. В результате этого бо­ лее жаропрочные сплавы обладают более высокой способностью к упрочнению, чем низколегированные. Это обстоятельство, повидимому, и является определяющим при формировании наклепа в поверхностном слое, тем более что пластические свойства рассматриваемых сплавов при этих температурах практически одинаковы.

Особый интерес представляют данные по наклепу при точе­

поверхностного слоя и характеристик механики процесса резания показал, что глубина и степень наклепа находятся в тесной связи с коэффициентом трения по задней поверхности инструмента.

сивность пластической деформации поверхностного слоя, являет­ ся трение на поверхностях инструмента. Профессор В. Д. Кузне­ цов отмечает [171, что «смятие есть такое явление, когда при затрате энергии, равной работе силы внешнего трения, поверхност­ ный слой твердого тела пластически деформируется без отделения частиц, т. е. без убыли массы тела». Поэтому факторы, оказываю­ щие влияние на характеристики трения, должны способствовать изменению наклепа обработанной поверхности.

и N = f (v): для твердосплавных инструментов минимумы значе­ ний р/, Н, hc, N находятся в области оптимальных скоростей (температур) резания (рис. 12.20 а);

237

монотонное изменение зависимости р/ = / (и) для быстро­ режущего инструмента (рис. 12.20 б) соответствует такому же ха­ рактеру зависимостей Н = f (v), he = f (v) и N = f (v)\

инструментальный материал, обеспечивающий меньшее зна­ чение коэффициента трения, формирует обработанную поверхность более высокого качества. Так, например, поверхность, обработан­

238

ная резцом Т14К8, имеет меньшую микротвердость, глубину и степень наклепа по сравнению с поверхностью, обработанной резцом ВК8. С увеличением содержания карбидов вольфрама в инструментальном материале повышается слипаемость материалов инструмента с обрабатываемой сталью, т. е. усиливается явле­ ние адгезии, усложняется обтекание металлом режущего инстру­ мента (усадка стружки £ для резца ВК8 больше), что вызывает увеличение характеристик наклепа обработанной поверхности.

В работе [18] связь между параметрами наклепа и коэффи­ циентом трения [х' для различных инструментальных материалов найдена в виде линейного уравнения

Связь степени наклепа с его глубиной и проверка возможности аналитического определения глубины

наклепанного слоя

Исследования пластически деформированного поверхностного слоя.при точении ряда материалов (например, жаропрочного ни­

239

келевого сплава ЭИ437БУ, жаропрочной стали ЭИ961, кисло­ тостойкой стали ЭИ654 и др.) показывают, что между степенью наклепа и его глубиной существует некоторая однозначная связь. В общем виде эта зависимость может быть выражена как

/гс~ К У ,

где К — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств обрабатываемого материала и условий резания (табл. 12.4) [10].

Т а б л иц а 12.4

Значение коэффициента К для различных материалов

Сравнение расчетных (по формуле 12.4) и экспериментальных данных (табл. 12.5) показывает, что во многих случаях глубина наклепанного слоя, полученная расчетным путем, удовлетвори­ тельно согласуется с экспериментальными данными, в особенности

И в некоторых других примерах обнаружено довольно близкое совпадение между расчетными и экспериментальными данными глубины наклепа.

Вместе с тем следует отметить, что в ряде случаев значения ’ глубины наклепанного слоя, полученные по формуле (12.4),зна­ чительно отличаются от экспериментальных данных; разница в

240