Получение оптимальных характеристик поверхностного слоя деталей при резании по методу с опережающим пластическим деформированием

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Ю. Н. Полянчиков, д-р техн. наук, Д. В. Крайнев, канд. техн. наук,
П. А. Норченко, Г. В. Геронтиди, А. Р. Ингеманссон
ПОЛУЧЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ПРИ РЕЗАНИИ ПО МЕТОДУ С ОПЕРЕЖАЮЩИМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: techmash@vstu. ru
Использование совмещенной обработки опережающим пластическим деформированием (обкатыванием) и последующим резанием позволяет получить в поверхностном слое обработанной детали меньшую глубину наклепа и остаточные напряжения сжатия, тем самым повышая ее эксплуатационные характеристики.
Ключевые слова: глубина наклепа, остаточные напряжения, опережающее пластическое деформирование
Use of the combined machining by an advancing plastic deformation (by rolling) and the subsequent cutting allows to gain in a blanket of the treated detail smaller depth of a cold-work and compression residual stresses, thereby raising its operating performances.
Keywords: depth of a cold-work, residual stresses, an advancing plastic deformation
В практике современного машиностроения глубина наклепа, характер, распределение и
при механической обработке резанием зачас- величина остаточных напряжений, должного
тую ограничиваются оценкой геометрических внимания не уделяется. Однако данные физико-
параметров качества изготавливаемых деталей. механические параметры играют большую роль
Таким параметрам поверхностного слоя, как в процессе эксплуатации деталей машин. Повы-
шенная глубина наклепанного слоя оказывает следующее негативное влияние: увеличение диффузионной подвижности атомов поверхностного слоя, повышенное окисление и образование термических напряжений при высокотемпературной эксплуатации, повышение
активности коррозионных пар, интенсификация общей и питтинговой коррозии. Остаточные напряжения влияют на статическую и динамическую прочность — перераспределение напряжений в поверхностном слое вызывает раз-балансировку деталей. Растягивающие напряжения у поверхности совместно с рабочими напряжениями могут в первые же часы работы вызвать появление трещин [2, с. 146].
Решением проблемы получения изделий требуемой геометрической формы и с заданными эксплуатационными характеристиками поверхностного слоя может стать применение метода резания с опережающим пластическим деформированием (ОПД), сочетающего в себе поверхностное пластическое деформирование и последующее резание. Сущность этого метода состоит в следующем: к моменту начала воздействия режущего инструмента на срезаемый слой часть работы, затрачиваемой на пластические деформации в процессе стружкооб-разования при обычном резании, уже предварительно выполняется дополнительным накатным устройством, устанавливаемым перед резцом и создающим глубину и степень наклепа, необходимые для интенсификации и облегчения последующего процесса разрушения металла.
Улучшение качества поверхностного слоя, полученного резанием с ОПД, должно происходить в двух направлениях: снижение глубины наклепа и снижение растягивающих напряжений у поверхности.
Часть работы резца по деформированию срезаемого слоя, то есть по повышению его микротвердости, предварительно выполняется накатным устройством. При этом происходит сокращение фазы стружкообразования, то есть накопления металлом критической степени деформации, предшествующей разделению, и, как следствие, уменьшение длины зоны контактного взаимодействия. Согласно [4, с. 110 113] уменьшение длины участков упрочнения, пластического и полного контактов должно приводить к снижению касательной и нормальной сил по передней поверхности режущего инструмента. В свою очередь, это должно приводить к уменьшению сил, действующих на
слой металла, находящийся под кромкой резца, и, как следствие, уменьшению глубины наклепанного слоя, оставленного резцом, по сравнению с традиционным резанием.
Согласно работе [1, с. 154−156] при точении металлов в тангенциальном направлении всегда формируются растягивающие напряжения, а в осевом — сжимающие или растягивающие напряжения. Если температура в зоне резания ниже температуры начала термопластических деформаций, то доминирует силовой фактор и идет интенсивная пластическая деформация поверхностного слоя, подобно обкатыванию, а если температура выше — доминирует температурный фактор и при охлаждении после обработки объем верхних нагретых слоев стремится уменьшиться, чему препятствуют нижележащие слои. В первом случае в осевом направлении формируются сжимающие напряжения, во втором — растягивающие.
При резании с ОПД снижение растягивающих напряжений и улучшение баланса остаточных напряжений в поверхностном слое предполагается в силу двух причин:
• интенсификация пластической деформации, принудительное доминирование силового фактора-
• снижение температуры в зоне резания вследствие уменьшения шага цикла стружкообразования. Термопластические деформации останутся, но снизится их пагубное влияние на формирование величины растягивающих напряжений в приповерхностном слое.
Приведенные предположения могут объяснить возникновение явлений, описанных в работе [3, с. 425−426], где приведены результаты испытаний на предел выносливости образцов из стали Х18Н9Т, обработанных обычным резанием и резанием с ОПД. Обработка велась твердосплавным резцом (ВК8, у = 8°, а = 10°, ф = ф! = 45°, г = 0,8 мм) без СОЖ на следующих режимах резания: ^ = 1,5 мм- Б0 = 0,3 мм/об- и = 30 м/мин. Усталостные испытания образцов на чистый изгиб показали, что предел выносливости образцов, полученных резанием с опережающим пластическим деформированием (13,5 кгс/мм2), на 35% выше, чем у образцов, полученных точением в обычных условиях резания (10 кгс/мм2).
Таким образом, использование совмещенной обработки опережающим пластическим деформированием (обкатыванием) и последующим резанием позволяет получить в поверх-
ностном слое обработанной детали меньшую глубину наклепа и остаточные напряжения сжатия, тем самым повышая ее эксплуатационные характеристики. Важнейшим вопросом является определение режимов совмещенной обработки опережающим пластическим деформированием и резанием. При обкатывании необходимо рассчитать оптимальную силу, при резании — выбрать оптимальную геометрию заточки инструмента. При этом важно скоординировать скорости и подачи обкатки и резания, так как эти процессы происходят синхронно. Необходимо учитывать наложение пластических деформаций, оставленных обкатным устройством и осуществляемых режущим
инструментом. Важно, чтобы эта комбинация обеспечила оптимальные характеристики поверхностного слоя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Макаров, А. Д. Оптимизация процессов резания / А. Д. Макаров. — М.: Машиностроение, 1976. — 278 с.
2. Петруха, П. Г. Обработка резанием высокопрочных, коррозионностойких и жаропрочных сталей / П. Г. Петруха. — М.: Машиностроение, 1980. — 167 с.
3. Подураев, В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов / В. Н. Подураев. — М.: Высшая школа, 1974. -587 с.
4. Талантов, Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента / Н. В. Талантов. — М.: Машиностроение, 1992. — 240 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой