Воздействия механической обработки на свойства материала заготовок

Механическую обработку заготовки можно вести резанием и пластическим деформированием. В обоих случаях формирование поверхностных слоев обрабатываемых поверхностей проходит в сложных условиях, определяемых действием сил, теплоты и химических явлений.

При обработке резанием снятие с заготовки необходимого слоя материала требует приложения через режущий инструмент силы, способной создать в срезаемом слое напряжения, превышающие прочность материала. Под воздействием этой силы в срезаемом слое и поверхностном слое материала заготовки возникают упругие и пластические деформации. При прекращении воздействия режущего инструмента упругие деформации в поверхностном слое устраняются, и поверхностный слой материала частично восстанавливается. Пластические же деформации приводят к качественным изменениям поверхностного слоя.

Пластическое деформирование материала сопровождается его упрочнением, называемым наклепом, и изменением его механических, физических и химических свойств. В частности, наклеп уменьшает плотность материала и увеличивает его объем, повышает твердость, снижает электропроводность, теплопроводность, магнитную проницаемость и коррозийную стойкость, повышает электрическое сопротивление и диффузионные способности.

Поскольку пластическое деформирование материала сопровождается выделением теплоты, то в процессе резания одновременно совмещаются два противоположных по результатам процесса – упрочнения (наклепа) и разупрочнения (отдыха). Конечное состояние материала поверхностного слоя определяется соотношением скоростей протекания каждого из этих процессов.

Так, при точении степень наклепа увеличивается с ростом сил резания, чему способствуют увеличение глубины резания и подачи, переход от положительных передних углов резцов к отрицательным, большие радиусы закругления и затупление резцов. Но в то же время изменение режимов обработки, приводящее к увеличению количества теплоты в зоне резания, создает условия для отдыха материала и снятия наклепа с поверхностного слоя. На рис. 7.2 показано влияние подачи S и радиуса г закругления вершины резца на микротвердость Н обточенной поверхности, а на рис. 7.3 – влияние переднего угла γ резца на микротвердость Н и глубину наклепа h.

Рис. 7.2. Влияниеподачи S и радиуса r закругления вершины резца на микротвердость H обточенной поверхности

Рис. 7.3. Влияние переднего угла γ - резца на микротвердость Н и глубину наклепа h

Интенсивность и глубина распространения наклепа зависят также от свойств материала заготовки во взаимосвязи со скоростью резания. При обработке металлов, не претерпевающих структурных изменений, увеличение скорости резания приводит к уменьшению продолжительности воздействия на металл деформирующих сил и к большему выделению теплоты в зоне резания, ускоряющей отдых металла. На рис. 7.4 приведены зависимости твердости поверхностного слоя сталей 30ХГС (1) и 20 (2) от увеличения скорости резания при точении.

Рис. 7.4. Влияние скорости резания при точении на упрочнение заготовок из стали 30ХГС (1) и стали 20 (2)

В процессе механической обработки в поверхностных слоях заготовки возникают остаточные напряжения. Их причинами являются различия условий, в которых во время обработки и по завершении ее оказываются верхние и нижележащие слои материала. Под воздействием режущего инструмента в поверхностном слое металла происходят пластическое деформирование, изменения формы кристаллических зерен, нагрев поверхностного слоя до высоких температур, структурные превращения. Эти явления могут сопровождаться изменениями в поверхностном слое плотности объема материала, переформированием кристаллических зерен, тепловыми деформациями.

Любая из указанных выше причин может преобладать в процессе обработки над другими. Поэтому, в зависимости от интенсивности проявления разных факторов поверхностный слой может быть наделен напряжениями как растяжения, так и сжатия. Соответственно противоположными им будут остаточные напряжения в нижележащем слое.

Знак и глубина остаточных напряжений зависят также от характера воздействия инструмента на материал и условий, в которых осуществляется процесс резания.

Например, при точении на формирование остаточных напряжений влияют скорость резания, подача, геометрия режущего инструмента, эффективность действия охлаждающей жидкости.

В процессе шлифования заготовок температура в зоне резания может приближаться к температуре плавления материала. Поэтому главной причиной формирования остаточных напряжений является высокий уровень нагрева поверхностного слоя заготовки.

Поиск по сайту: