Особенности перехода от наростообразования к взаимодействию с пластическим контактом при обработке аустенитной стали

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 9
А. А. Липатов
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДА ОТ НАРОСТООБРАЗОВАНИЯ К ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ С ПЛАСТИЧЕСКИМ КОНТАКТОМ ПРИ ОБРАБОТКЕ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: leeandrej@yandex. ru
Подробно рассмотрены результаты исследований перехода с ростом скорости резания от нароста к взаимодействию с пластическим контактом при точении аустенитной стали. Выявлены существенные отличия в закономерностях установления пластического контакта на передней поверхности инструмента при обработке аустенитной стали по сравнению с перлитными. Показано, что выявленные отличия связаны с различным характером зависимости теплопроводности от температуры для этих сталей.
Ключевые слова: точение, аустенитная сталь, передняя поверхность, контактное взаимодействие, нарост, застойная зона, зависимость теплопроводности от температуры.
Considered in detail the results of the research of transition at increase of the cutting speed from the growth to the cooperation with the plastic contact when turning austenitic steel. Revealed significant differences in the patterns of the establishment of a plastic contact on the front surface of the tool when the machining of austenitic steel in comparison with the pearlitic steels. It is shown that the identified differences are associated with different character of the dependence of thermal conductivity on temperature for these steels.
Keywords: turning, austenitic steel, the front surface, contact interaction, growth, stagnation zone, dependence of thermal conductivity on temperature.
Углубление знаний о контактных процессах при резании высоколегированных сталей способствует лучшему пониманию механизма из-
носа твердосплавного инструмента, а следовательно — повышению эффективности обработки. В работе [1] кратко описаны особенности
развития контактного взаимодействия с ростом скорости резания V при резании аустенитной стали, а также показаны его отличия от контактных процессов при обработке перлитных сталей [2, 3], объясняемые различным характером зависимости теплопроводности этих классов сталей от температуры [1].
В данной статье подробно рассмотрено трансформирование контактного взаимодействия на передней поверхности при переходе с ростом V от нароста к пластическому контакту (ПК) при обработке аустенитной стали.
Эксперименты проводились при точении стали 12Х18Н10Т инструментами из ВК6 и ТТ20К9 со скоростями 15… 150 м/мин, подачей 0,3 мм/об и глубиной резания 1,5 мм. Выбор из вольфрамокобальтовых твердых сплавов марки ВК6 (а не ВК8) обусловлен необходимостью снижения влияния деформации режущего клина на контактные процессы, использование резцов из ТТ20К9 — перспективностью сплавов группы ТТК при резании труднообрабатываемых сталей [4]. Основная геометрия резцов: у = 0°, а = 10°, ф = 45°. Микротвердость контактных слоев стали определяли на микрошлифах корней стружек с помощью прибора ПМТ-3.
Для сталей перлитного класса теплопроводность X резко понижается с ростом температуры 0 [5−7]. Поэтому повышение 0 в контакте сопровождается уменьшением теплопроводности как самих контактных слоев стали, так и ближайших объемов стружки. Это приводит к уменьшению стока тепла в стружку, а следовательно — к еще большему росту 0. Налицо положительная обратная связь по контактной температуре. Поэтому при резании перлитных сталей переход с ростом V от нароста к пластическому течению контактных слоев происходит сразу на всей ширине среза и в очень узком скоростном диапазоне (указывают просто переходную скорость с существованием при V = vп неустойчивого взаимодействия — пульсирующей контактной зоны (см. рис. 5.1 в [3] или рис. 5 в [8]), сопровождаясь скачкообразным возрастанием характеристик процесса (сил, усадки стружки, термо-ЭДС). При V & gt- Vп в ходе перемещения по длине контакта металл проходит стадии преобладания деформационного упрочнения, температурного разупрочнения, а в начале лунки пластическая деформация локализуется и сменяется вязким течением в тончайшем слое. Из-за положительной обратной связи по 0 возврат к превалированию деформа-
ционного упрочнения по мере удаления от режущей кромки (несмотря на снижение силовых нагрузок и тепловыделения) невозможен.
Для аустенитных сталей зависимость Х (0) имеет противоположный характер — с ростом 0 теплопроводность X увеличивается [5−7]. Поэтому в контактной зоне имеет место отрицательная обратная связь по температуре, т. е. интенсификация отвода тепла в нагретую стружку в ходе перемещения металла по длине контакта. В результате на некотором расстоянии от режущей кромки вновь может возобладать деформационное упрочнение. В [1] это названо вторичным упрочнением контактных слоев. Поэтому при резании стали 12Х18Н10Т переход от наростообразования к ПК реализуется в широком интервале скоростей V и сопровождается плавным изменением характеристик процесса резания. С ростом V высота нароста уменьшается, а длина его контакта со стружкой увеличивается. Далее он разделяется на две части: вблизи режущей кромки и в конце контакта. Между ними появляется пластичная область, которая при увеличении V расширяется. Возникает новый вид взаимодействия: застойная зона со смещенным наростом (ЗЗСН) -рис. 1. Основным признаком ЗЗСН является не остаточный микронарост у режущей кромки, а сформировавшийся в результате вторичного деформационного упрочнения смещенный от режущей кромки достаточно устойчивый нарост, тормозящий течение обрабатываемого материала в большей по размерам пластичной части зоны.
Рис. 1. Застойная зона со смещенным наростом при резании стали 12Х18Н10Т резцом из ВК6 с V = 30 м/мин (микрошлиф корня стружки- *250)
Дальнейшее увеличение V приводит к постепенному снижению высоты смещенного нароста (рис. 2) вплоть до его исчезновения и перехода к пластическому течению по всей длине контакта. При этом возможна ситуация, когда при одной скорости V наблюдаются оба вида взаимодействия. Представленная на рис. 2 картина зафиксирована ближе к внешнему краю среза (где температура ниже). Перешлифовка
этого же корня показала, что в среднем сечении по всей длине контакта уже установился ПК.
Рис. 2. Взаимодействие, предшествующее переходу к пластическому контакту при резании стали 12Х18Н10Т резцом из ВК6 с V = 45 м/мин (микрошлиф корня стружки-
сечение на расстоянии 1,5 мм от вершины- х156)
Приведенные выше рассуждения основаны только на анализе фиксируемых микрошлифами картин взаимодействия. Для получения более веских доказательств была измерена микротвердость контактных слоев обрабатываемого материала. На рис. 3 представлены закономерности изменения микротвердости стали (Иц) по длине контакта (X) с передними поверхностями резцов из ВК6 (на удалении 15 мкм от твердого сплава) — для трех значений V из скоростного диапазона перехода от наростообразо-вания к пластическому течению (графики 1−3). Для сравнения показан характер изменения Иц для большей скорости — после перехода к ПК (график 4).
Рис. 3. Изменение микротвердости стали Иц по длине контакта X (15 мкм от передней поверхности) при трансформировании нароста с ростом скорости V в пластическое течение (12Х18Н10Т — ВК6- нагрузка на индентор 0,2 Н): 1 — V = 22,5 м/мин- 2 — V = 30 м/мин- 3 — V = 40 м/мин- 4 — V = 60 м/мин
Кривые на рис. 3 подтверждают адекватность приведенного выше описания трансформирования контактного взаимодействия при переходе от нароста к ПК, а также вывод о су-
ществовании явления вторичного упрочнения. Уже для V = 22,5 м/мин (кривая 1 на рис. 3) наблюдается снижение микротвердости в средней части контакта, указывающее на появление между двумя частями разделившегося нароста (с одинаковой Иц) более пластичной области. Для собственно ЗЗСН (V = 30 м/мин, кривая 2) микротвердость в конце контакта существенно выше, чем в начале. Это подтверждает наличие в конце контакта именно нароста. Меньший разброс (чем для V = 22,5 м/мин) значений Иц для средней части контакта свидетельствует о более устойчивом пластическом течении. Некоторое возрастание микротвердости в конце контакта сохраняется и при более высокой скорости V = 40 м/мин (кривая 3), хотя в этом случае уровень Иц здесь несколько ниже, чем в начале контакта, где преобладает «первичное» деформационное упрочнение. Строго говоря, это не позволяет считать заторможенные объемы металла в конце контакта наростом. Однако присутствие вторичного упрочнения несомненно, а контактное взаимодействие ближе к ЗЗСН, чем к ПК. Об этом свидетельствует как форма кривой Иц (Х) для большей скорости V (см. ниже), так и сходная топография прирезцовой поверхности стружки при скоростях 30 и 40 м/мин: она шероховатая (как при наростообразовании), а не гладкая (как при ПК).
Скоростной границей перехода к ПК следует считать величину V, при которой полностью (и по всей ширине среза) исчезают застойные явления (вторичное упрочнение), а вся прирез-цовая поверхность стружки становится гладкой и блестящей. Характер изменения контактной микротвердости при ПК иллюстрируется кривой 4 на рис. 3 (скорость V = 60 м/мин в 1,3 раза больше скорости перехода к ПК). Здесь возрастание микротвердости в конце контакта отсутствует. После перехода к разупрочнению величина Иц снижается практически по всей длине контакта, стабилизируясь не в предполагавшемся начале участка лунки (как для перлитных сталей [2, 3]), а перед самым отрывом стружки от передней поверхности. Таким образом, имеет место взаимодействие с пластическим контактом без вязкого (в отличие от перлитных сталей): отрицательная обратная связь по температуре препятствует развитию температурного разупрочнения и локализации деформации в тонком слое вязкого течения.
Заметим, что для сплава ТТ20К9 переход к взаимодействию с ПК протекает аналогично, но завершается при значительно меньших ско-
ростях резания (около 25 м/мин), чем для ВК6: теплопроводность у ТТ20К9 почти вдвое ниже, за счет чего температура передней поверхности с ростом V увеличивается быстрее.
Таким образом, при резании сталей твердосплавным инструментом характер перехода от нароста к взаимодействию с пластическим контактом на передней поверхности (как и тип стружкообразования [9, 10]) во многом определяется характером зависимости теплопроводности обрабатываемого материала от температуры. Увеличение теплопроводности аустенит-ной стали с ростом 0 обеспечивает в контактной зоне отрицательную обратную связь по температуре и вторичное упрочнение контактных слоев. В результате переход к пластическому контакту осуществляется в широком диапазоне скоростей резания с существованием в этом диапазоне особого вида взаимодействия — застойной зоны со смещенным наростом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Липатов, А. А. Влияние характера зависимости теплопроводности обрабатываемого материала от температуры на закономерности контактного взаимодействия и тип стружкообразования / А. А. Липатов // СТИН. -2006. — № 8. — С. 37−40.
2. Талантов, Н. В. Физические основы процесса резания / Н. В. Талантов // Физические процессы при резании металлов: сб. науч. трудов. — Волгоград: Изд. ВПИ. -1984. — 179 с.
3. Талантов, Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента / Н. В. Талантов. — М.: Машиностроение, 1992. — 240 с.
4. Липатов, А. А. Работоспособность титанотантало-вых твердых сплавов при резании труднообрабатываемых материалов / А. А. Липатов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 4 (19) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2006. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 2). — С. 33−35.
5. Резников, А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А. Н. Резников. — М.: Машиностроение, 1981. — 279 с.
6. Липатов, А. А. Применение экстраполяционных и итерационных методов в инженерных теплофизических расчетах / А. А. Липатов, Ю. Л. Чигиринский // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 11(84) / ВолгГТУ. -Волгоград, 2011. — (Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах» — вып. 12). — С. 26−29.
7. Липатов, А. А. Расчет температуры на режущих поверхностях инструмента с учетом зависимости теплопроводности обрабатываемого материала от температуры / А. А. Липатов, Ю. Л. Чигиринский // СТИН. — 2012. — № 7. -С. 28−30.
8. Полянчиков, Ю. Н. Влияние механизма контактного взаимодействия на износ передней поверхности инструмента / Ю. Н. Полянчиков, С. М. Пахтусов, В. А. Солод-ков, Н. П. Черемушников, А. В. Кумаков, Д. В. Крайнев // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 9 / ВолгГТУ. -Волгоград, 2004. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 1). — С. 42−44.
9. Липатов, А. А. Влияние характера зависимости теплопроводности обрабатываемого материала от температуры на тип стружкообразования / А. А. Липатов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 4(30) / ВолгГТУ. -Волгоград, 2007. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 3). — С. 49−51.
10. Липатов, А. А. Влияние типа стружкообразования на характер зависимости теплопроводности обрабатываемого материала от температуры / А. А. Липатов // СТИН. -2012. — № 9. — С. 23−25.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой