 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь Сибирь" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjf1Guop
| |
Некоторые особенности обработки резанием хрупких материалов
Если пластичные материалы сохраняют остаточную деформацию и после прекращения действия внешних сил, то для хрупких характерно разрушение без заметной пластической деформации.
Сравнение диаграмм растяжения и сжатия различных материалов наглядно показывает различие их механических свойств. Так, если для сталей основной диаграммой растяжения является диаграмма с упрочнением (рис. 2), то диаграмма сжатия хрупких материалов отличается совпадением предела пластичности и прочности. Для таких материалов (например, чугун, каменный уголь) стразу после упругой деформации наступает хрупкое разрушение, без пластического деформирования.
Процесс резания любых материалов определяется комплексом параметров: видом обрабатываемого материала, режимами резания, геометрией заточки инструмента, технологической средой, в которой происходит разрушение. Кроме того, он зависит от степени разрушения материала срезаемого слоя в процессе деформации при стружкообразовании и характера этих разрушений. Необходимым условием стружкообразования является доведение обрабатываемого материала по линии среза да разрушения. Процесс разрушения охватывает при определенных условиях резания все сечение срезаемого слоя, в результате чего в процессе деформации образуется элементарная стружка.
Известно, что разрушение материалов при резании происходит либо путем развития пластической деформации до некоторого критического состояния, делающего возможным разрушение материала срезаемого слоя, либо путем образования и роста трещин, т. е. хрупкого разрушения. Поэтому отделение срезаемого слоя и образование стружки может происходить посредством двух типов разрушения: путем среза, происходящего вследствие касательных напряжений, и путем отрыва, являющегося результатом нормальных напряжений. Возникновение одного из этих видов разрушения обусловлено механическими характеристиками материала, определяющими его хрупкие и пластические свойства, и схемой напряженного состояния.
Установить границу между хрупкими и пластичными материалами с точки зрения характеристики их механической обрабатываемости практически невозможно. Это связано, во-первых, с высокими скоростями деформации при резании и, во-вторых, с характером напряженного состояния. Известно, что один и тот же материал при резании может проявлять себя как хрупкий и как пластичный, о чем можно судить по виду получающейся стружки. Например, при определенных условиях получается стружка непрерывной формы у чугуна, а при резании сталей - дробленая.
Вольфрам по сравнению с другими металлами, как хрупкими (чугун), так и вязкими (сталями), имеет наименьший коэффициент сжимаемости (см. табл. 3). Можно предположить, что это одна из причин его плохой обрабатываемости резанием. Повышенные радиальные составляющие сил резания при обработке заготовок из вольфрама также можно объяснить с этих позиций.
Напряженное состояние в срезаемом слое является следствием простого сдвига с наложенным на него гидростатическим давлением. Гидростатическое давление (по аналогии с жидкостями) испытывает тело, находящееся под действием трех равных по величине и знаку главных напряжений сжатия. Это давление может сильно изменить пластические свойства исходного материала. Так, испытание на простое сжатие под гидростатическим давлением металлокерамического сплава карболой показало, что этот хрупкий материал приобретает пластичность.
Схема стружкообразования хрупких материалов может быть представлена в виде рис. 3. Под действием участка передней поверхности резца, расположенной непосредственно у режущей кромки, образуется система трещин, распределяющихся в направлении движения резания. На этом этапе стружкообразования происходит непрерывное повышение силы резания, обеспечивающее развитие ведущей равномерно-подвижной трещины 1. Оно продолжается до тех пор, пока решающее значение в формировании элемента стружки не начнут приобретать напряжения изгиба, которые вызывают быстрое уменьшение силы резания вследствие отделения элемента стружки по поверхности 2. На этом заканчивается первый основной этап стружкообразования.
На втором этапе происходит зачистка обработанной поверхности 3 резания. Этот этап характеризуется отделением мелких элементов по той же схеме. Таким образом, процесс стружкообразования хрупких материалов определяется явлениями: хрупкого отрыва, обусловленными периодическим процессом развития опережающей трещины; в этом случае работа стружкообразования пропорциональна поверхности разрушения. О величине этой поверхности можно судить по степени измельчения стружки. При развитии опережающей трещины параллельно поверхности резания или ниже ее этап зачистки «обработанной поверхности отсутствует и сила резания становится равной или близкой к нулю. Этот случай наиболее типичен для процесса резания материалов типа каменного угля.
Сравнение процесса резания металлов с резанием грунтов и крепких горных пород показывает наличие общих явлений. Например, образование нароста имеет место не только при резании металлов, но и при обработке каменного угля, грунтов. Вид образующихся стружек также может быть одинаковым у различных материалов. Изучение физической сущности процесса резания угля и чугуна с помощью скоростной киносъемки показало, что процесс резания угля - процесс повторяющийся, сила резания изменяется от максимальной величины до нуля (рис. 4 выше), стружка получается дробленая. Наблюдается смятие угля передней поверхностью режущего зубка, т. е. его уплотнение. При точении серого чугуна со скоростью резания 0,003- 550 м/мин образуется элементная стружка. Сила резания в процессе образования отдельного элемента возрастает, а затем в момент скола элемента уменьшается до 30-80% максимальной величины.
При резании пластичных металлов удельная работа пластической деформации такая же, как и при сжатии, но это нельзя использовать при выводе уравнений для хрупких металлов, так как разрушение их не сопровождается значительными деформациями. Резание чугуна, например, сопровождается отделением стружки путем сдвига, как и при резании пластичных металлов, но в отличие от вязких металлов стружка и обработанная поверхность в основном не претерпевают пластических деформаций.
Принято считать, что при резании хрупких материалов образуется стружка скалывания. Образование элемента включает стадию вдавливания инструмента в обрабатываемый материал и скалывание предварительно деформированного на первой стадии материала. При стружкообразовании по этой схеме сопротивление смятию возрастает до того предела, при котором начинается скалывание, и элемент перемещается по передней поверхности резца. После начала движения элемента резец тотчас начинает смятие следующего элемента стружки.
При резании вязких материалов образование сливной стружки на первых двух стадиях протекает аналогично изложенному выше. Однако окончание сдвига элемента не означает, что процесс его деформирования закончен. Он продолжает подвергаться деформации смятия столько раз, сколько образуется новых элементов, пока данный элемент находится в соприкосновении с передней поверхностью инструмента. Граничные слои материала будут претерпевать интенсивную пластическую деформацию.
Процесс стружкообразования вольфрама в настоящее время трудно отнести к одной из известных схем стружкообразования, несмотря на то что по механическим характеристикам он является хрупким материалом. Возможно, здесь имеет место промежуточный вариант схемы стружкообразования, которому присущи элементы как хрупкого разрушения, так и разрушения, свойственного пластичным материалам. Можно предположить, что отмеченный выше этап так называемой зачистки у вольфрама идет с большими пластическими деформациями. Это приводит к наклепу обработанной поверхности, что подтверждается результатами экспериментов.
Рентгеноструктурный анализ поверхности вольфрама после торцового фрезерования фрезой, оснащенной сплавом ВК8, показал наличие наклепанного слоя глубиной 15-18 мкм. Наклеп на поверхности образцов анализировали, используя взаимосвязь степени наклепа с эффектом уширения рентгеновских дифракционных линий. Уширение линий связано с микродеформациями (напряжениями второго рода) и фрагментацией кристаллов при пластическом деформировании металла. Глубина наклепа определялась по уширению дифракционной линии (400), записанной на рентгеновском дифрактомере ДРОН-2,0 в Ка-излучении меди, при последовательном химическом стравливании поверхностных слоев металла.
При попытке измерить величину остаточных напряжений первого рода рентгеновским способом путем многократных наклонных съемок обнаружено, что в поверхностных слоях образцов после фрезерования действуют остаточные напряжения сжатия, главные оси которых не лежат в плоскости поверхности. Известно, что эффект наклона главных осей остаточных напряжений часто наблюдается при механической обработке металлов. Количественная оценка величины напряжений первого рода оказалась затруднительной из-за дефектов, обусловленных шероховатостью обработанной поверхности и пластической деформацией поверхностного слоя.
Исследования влияния режимов механической обработки на глубину наклепанного слоя показали, что с увеличением скорости резания растет скорость деформирования и температура на поверхности детали, что оказывает влияние на образование наклепа поверхностного слоя. Оба фактора должны уменьшать глубину поверхностного наклепа. При фрезеровании образцов вольфрама в диапазоне скоростей 20-65 м/мин оказалось, что до скорости резания 42 м/мин глубина наклепанного слоя не изменяется и составляет около 15 мкм. Повышение скорости резания до 65 м/мин снижает глубину наклепанного слоя до 10 мкм. Увеличение скорости резания приводит к уменьшению глубины распространения пластической деформации ниже линии среза и снижает глубину наклепа. Увеличение подачи повышает силовую нагрузку и глубину наклепа. В нашем случае повышение подачи с 0,1 до 0,7 мм/зуб привело к возрастанию наклепа с 10 до 18 мкм. |
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ