Краткие сведения из теории. Формирование поверхностного слоя (ПС) и стружки следует рассматривать как единый процесс, происходящий в зоне резания и контакта обработанной поверхности с

Формирование поверхностного слоя (ПС) и стружки следует рассматривать как единый процесс, происходящий в зоне резания и контакта обработанной поверхности с инструментом. Состояние ПС обработанной детали определяется особенностями этого процесса и влияющими на него факторами, к которым необходимо отнести следующие:

– физико-химические свойства обрабатываемого материала,

– физико-химические свойства инструментального материала,

– геометрические параметры режущей части инструмента и его конструкцию,

– состояние режущей части инструмента (степень и характер износа),

– жесткость и виброустойчивость технологической системы,

– кинематику процесса резания, определяющую траекторию движения

режущей части инструмента относительно заготовки,

– технологические режимы обработки,

– смазывающие и охлаждающие технологические среды (СОТС), способы

их подачи в зону резания, – внешнее воздействие (предварительный или сопутствующий подогрев, глубокое охлаждение, вакуум, электрохимическое, электрофизическое, ультразвуковое и др.)

ПС в ходе лезвийной и абразивной обработки образуется в результате протекания сложных физических и химических процессов. На рис.1 приведена схема формирования ПС при резании лезвийным инструментом в условияхсливного стружкообразования

Рис..1.Схема формирования ПС при обработке пластичных материалов

лезвийным инструментом: а) без наростообразования, б) с наростообразованием

На этом рисунке: 1 – граница начала пластических деформаций; 2 – гра-ница окончания пластических деформаций; А – точка раздела металла, уходящего со стружкой и в ПС детали; hó – величина упругого восстановления обработанной поверхности; hc – глубина пластически деформированного ПС.

Особенностью лезвийного инструмента является наличие округленной режущей кромки, радиус которой ρ (условный, усредненный) зависит от инструментального материала, технологии заточки, угла заострения, характера и величины износа инструмента. У лезвийного остро заточенного инструмента из

алмаза и кубического нитрида бора ρ=1...3мкм, у инструментов из быстрорежущих сталей ρ=8…10 мкм, из твердых сплавов группы ТК (титанокобальтовых) ρ=20…30 мкм. Однако в первые же минуты работы по мере износа радиус

округления режущей кромки резко увеличивается и может достигать50…100 мкм, а иногда и больше. Примерно таких же величин могут достигать радиусы округлений вершин нароста. При этом процесс наростообразования протекает циклически. В первый период цикла происходит увеличение высоты нароста и радиуса округления его вершины. Он теряет устойчивость, срывается, и часть его уносится со стружкой и с обработанной поверхностью. Затем происходит следующий цикл увеличения и срыва нароста.

Свойства ПС обработанной детали начинают формироваться в зоне опережающей пластической деформации перед режущей кромкой инструмента (или вершиной нароста). По мере внедрения режущего лезвия в обрабатываемый материал в нем увеличиваются нормальные напряжения.

Необходимым условием разрушения обрабатываемого материала и образования стружки является его пластическая деформация и упрочнение. Согласно энергетической теории для плоского напряженного состояния пластическая деформация (текучесть материала) наступает, когда

где σ₁, σ₂ – главные нормальные напряжения, σ_ň – предел текучести обрабатываемого материала.

Это условие начинает реализовываться на линии 1 (рис 1). В точке А происходит разделение обрабатываемого материала на стружку и поверхностный слой детали. Точка А находится выше наиболее низкой точки задней поверхности режущего клина или нароста. Поэтому часть металла, расположенная ниже точки А, не удаляется со стружкой, а подминается задней поверхностью, получая дополнительную упругопластическую деформацию и упрочнение. После прохождения инструмента (снятия нагрузки) происходит некоторое упругое восстановление ПС на величину hó.

Формирование ПС при резании происходит под действием больших давлений (нормальных напряжений) и высоких скоростей деформации. При этом ПС детали подвергается неоднородной пластической деформации, затухающей по глубине и сопровождающейся структурными изменениями металла. Происходит дробление зерен на фрагменты и блоки с их угловой разориентацией. У поверхности они измельчаются и вытягиваются в направлении усилия деформирования, образуя текстуру. В атомной решетке возрастает количество дислокаций, вакансий и других дефектов. При пластической деформации до 10% затраченной энергии поглощается металлом, из которой до 98 % идет на искажение кристаллической решетки, увеличивая скрытую энергию металла. Он становится нестабильным, термодинамически неустойчивым. Абразивная обработка труднообрабатываемых материалов часто сопровождается высокими температурами (до 1000°С). Выделение тепла в зоне резания и нагрев ПС до температуры 0,3..0,4 температуры плавления обрабатываемого металла может вызвать отдых, полигонизацию и рекристаллизацию металла деформированного ПС, т.е. его разупрочнение. Происходит уменьшение плотности дислокаций, их перераспределение в термодинамически более устойчивые структуры с минимумом накопленной энергии и с аннигиляцией части дислокаций. Дислокации участвуют в фазовых превращениях с изменением структуры, размера и распределения фаз. Конечное состояние ПС определяется степенью влияния процессов упрочнения и разупрочнения.

Развитие дислокационной структуры в виде полос скольжения, повышения плотности дислокаций с созданием устойчивых конфигураций приводит к упрочнению ПС. До момента, когда ПС выходит из зоны резания и вступает в контакт с задней поверхностью инструмента, его дислокационная структура практически уже сформирована. В результате трения и вторичной деформации при контактировании с задней поверхностью инструмента плотность дислокаций в ПС, степень и глубина упрочнения возрастают незначительно.

Пример выполнения работы представлен [17, с.103- 107]

7.2 Контрольные вопросы:

1. Что такое граница начала пластических деформаций?

2. Что происходит в первый период цикла образования нароста?

3. Почему часть металла, расположенная ниже точки А, не удаляется со стружкой?

4. Что может вызвать выделение тепла в зоне резания и нагрев?

5. Что является необходимым условием разрушения обрабатываемого материала и образования стружки?

6. Чем определяется конечное состояние ПС?

8 Практическое занятие №8 «Изучение исторического формирования качества» (МЕ-1 Исторические этапы в изучении обеспечения качества продукции)