Глава 3. Оценка физико-механических свойств поверхностного слоя и долговечности деталей в зависимости от технологии обработки

Вышеприведенный размерный анализ предусматривает отыскание всех технологический размеров. При этом аналитически доказывается обеспечение требований чертежа, если не нарушать найденных параметров технологии. Однако данные расчеты обеспечат только требуемый геометрический облик детали и то при условии, что найденные впоследствии режимы обработки обеспечат надежную (с точки зрения геометрии детали) реализацию процесса. Однако в ряде случаев, кроме обеспечения геометрических параметров детали, необходимо оценить физико-механические свойства получаемых поверхностей (остаточные напряжения, деформированное упрочнение и др.). Последние, безусловно, в значительной мере будут определяться режимами обработки, но полностью исключить влияние размерного анализа на физические параметры качества поверхностного слоя нельзя. Например, размерным анализом предопределен метод обработки и процесс, его реализующий; в этой ситуации становится прогнозируемым температурно-силовое воздействие на поверхность. Далее, размерным анализом выявляется общий и операционный припуск. Величина припуска также определяет уровень температурно-силового воздействия на поверхность при реализации процесса. Последнее будет влиять на формирование величины и знака остаточных технологических напряжений и на глубину и степень наклепа. Если выбором процесса и режимов обработки удалось создать благоприятные (с точки зрения эксплуатации) остаточные напряжения, то небезынтересно знать, как долго они будут оказывать упрочняющее воздействие на деталь при эксплуатации. В связи с вышеуказанным в данной главе даются некоторые теоретические аспекты формирования остаточных технологических напряжений и наклепа, предлагается решение некоторых задач, связанных с механизмом формирования напряжений, наклепа, оценки релаксации технологических напряжений и влияния последних на длительную прочность.

3.1. Формирование остаточных технологических напряжений

при резании

Известно, что при формообразовании деталей вследствие термомеханического воздействия в поверхностном слое формируются технологические остаточные напряжения (_ост). Знак, величина, характер эпюры этих напряжений определяются множеством технологических условий, но все они так или иначе изменяют два параметра: тепловой и силовой. В первом приближении можно принять, что преобладание того или иного фактора (теплового или силового) и будет определять величину и знак остаточных напряжений. Общеизвестно также, что если в процессе обработки из-за высоких температур будут протекать термопластические деформации, то в поверхностном слое будут сформированы растягивающие напряжения. Условием протекания термопластических деформаций является достижение и превышение температурных напряжений _Т предела текучести обрабатываемого материала. На рис. 3.1 показаны температурные зависимости _Т и _0,2 для сплава на никелевой основе (у данного сплава нет физического предела текучести, поэтому указано значение напряжения при деформации 0,2 процента; при этом характеристика _0,2 найдена для упрочненного деформацией материала). Из рис.3.1 следует, что пересечение кривых (равенство _т и _0,2) наблюдается при температуре 620^oС, именно начиная с этой температуры (температуры начала термопластических деформаций  _т._д) в поверхностном слое будет формирование остаточных напряжений растяжения в осевом и тангенциальном направлениях. При всех условиях резания, при которых контактная температура не будет превышать _т._д, в поверхностном слое формируются сжимающие остаточные напряжения.