Наклеп (упрочнение)
Наростообразование
Нарост - слой обрабатываемого металла, образующийся на передней поверхности инструмента (Рис.64). Нарост обладает прочностью и твердостью гораздо большими, чем у исходного металла.
Рис. 64. Наростообразование при точении.
Нарост играет двоякую роль в процессе резания.
Преимущества нароста:
- увеличивает передний угол (+ γ), что приводит к уменьшению силы резания;
- способен сам резать исходный материал;
- удаляет центр давления стружки от режущей кромки, что уменьшает износ режущего инструмента;
- улучшает отвод тепла от инструмента.
Недостатки нароста:
- нарост увеличивает шероховатость обработанной поверхности, периодически срываясь с инструмента и внедряясь в обработанную поверхность;
- частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, вызывают повышенный износ другой детали в соединении и всей пары трения;
- ввиду изменения угла γ изменяется величина силы резания, а это приводит к вибрациям станка и инструмента, что ухудшает качество обработанной поверхности.
|
|
Нарост является положительным явлением при черновых операциях и отрицательным при чистовых.
Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов.
Упрочнение (наклеп) - увеличение твердости и прочности поверхностного слоя, в результате искажения кристаллической решетки зерен под действием упругой и пластической деформаций металла.
В реальных условиях режущая кромка инструмента всегда имеет радиус закругления (ρ) (Рис.65). Из-за него в процессе резания часть толщины срезаемого слоя подвергается упругопластическому деформированию.
Рис.65. Схема образования поверхностного слоя и наклепа.
Н - ширина контактной площадки
hy - толщина упрочненного слоя.
Наклеп характеризуется толщиной упрочненного слоя (hy) и степенью наклепа (η H):
,
НВП - микротвердость поверхностного слоя,
НВо - микротвердость исходного материала.
Пластичные материалы подвергаются большему упрочнению, чем хрупкие или твердые.
В целях получения повышенной поверхностной прочности и остаточных напряжений сжатия, наклеп является явлением положительным. Однако, наклеп, полученный при черновых операциях, при дальнейшей чистовой обработке интенсивнее изнашивает инструмент. Это отрицательное явление наклепа.
Работа, затрачиваемая на упругопластическое деформирование обрабатываемого материала, трение стружки о режущий инструмент, трение инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки, превращается в тепловую энергию.
|
|
Общееколичествотеплоты, выделившееся в процессе резания в минуту составляет: Q = Р z • V (Дж/мин).
Тепловой баланс процесса резания можно записать (см. рис.66):
Q = Qупд + Qтп + Qтз = Q1 + Q2 + Q3 + Q4,
где Qупд - тепло выделившееся при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала,
Qтп - тепло от трения стружки о переднюю поверхность инструмента,
Qтз - тепло от трения задней поверхности инструмента о заготовку,
Q1 - тепло, отводимое стружкой (30... 80% от Q),
Q2 - тепло, отводимое заготовкой (10... 50%),
Q3 - тепло, отводимое режущим инструментом (2... 8 %),
Q4 - тепло, переходящее в окружающую среду (около 1 %).
Рис. 66. Источники образования и распределения теплоты резания.
Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания:
- нагрев инструмента снижает его твердость и приводит к ускорению износа;
- нагрев инструмента изменяет его размеры, что приводит к ухудшению точности размеров и формы обработанных поверхностей;
- нагрев заготовки вызывает изменение размеров и формы деталей;
- температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.
Для снижения влияния теплоты на процесс резания используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и смазочно-охлаждающие вещества (СОВ).
Различают следующие СОЖ:
- водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, мыльные растворы;
- минеральные, животные и растительные масла;
- минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфо- фрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине;
- масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).
СОВ тоже могут быть различные:
- газы и газообразные вещества: СО 2, CCl 2, N 2;
- пары поверхностно-активных веществ;
- распыленные жидкости (туман) и пены;
- твердые вещества: порошки воска, парафина, петролатума, битума;
- мыльные порошки.
Чаще всего при обработке резанием применяют СОЖ, особенно водные эмульсии с добавками ингибиторов (антикоррозионных добавок). Кроме этого, существенную роль в охлаждении имеет способ подачи СОЖ в зону резания.