Вплив механічної обробки на стан поверхневого шару заготовки

1. Деформаційне зміцнення (наклеп) металу поверхневого шару

При обробці заготовок різанням під дією прикладених сил в металі поверхневого шару відбувається пластична деформація, яка супроводжується його деформаційним зміцненням (наклепом). Інтенсивність та глибина поширення наклепу зростають зі збільшенням сил і тривалості їх дії та з підвищенням ступеня пластичності деформації металу поверхневого шару.

Одночасно зі зміцненням (під впливом нагрівання зони різання) в металі поверхневого шару відбувається роззміцнення, що повертає метал в його початковий не наклепаний стан. Кінцевий стан металу поверхневого шару визначається співвідношенням швидкостей протікання процесів зміцнення та роззміцнення, яке залежить від переважання дій в зоні різання силового чи теплового фактора.

Ступінь та глибина поширення наклепу змінюються в залежності від виду і режиму механічної обробки і геометрії різального інструменту. Кожна зміна режиму різання, що викликає збільшення сил різання та ступеня пластичної деформації, веде до підвищення ступеня наклепу. Зростання тривалості дії сил різання на метал поверхневого шару призводить до збільшення глибини поширення наклепу. Зміна режимів обробки, що веде до зростання кількості теплоти в зоні різання та тривалості теплової дії інструмента на метал зони різання, підсилює інтенсивність роззміцненя, що знімає наклеп поверхневого шару.

З цих загальних позицій може бути оцінений вплив режимів різання на наклеп поверхневого шару, проте на практиці картина значно ускладнюється впливом сил тертя, зміною умов відведення теплоти із зони різання, структурними змінами металу і деякими іншими явищами, які важко піддаються попередньому врахуванню та спотворюють очікувані закономірності виникнення наклепу.

В процесі обробки точінням наклеп поверхневого шару підвищується при збільшенні подачі та глибини різання у зв’язку зі збільшенням радіуса заокруглення різального леза (рис. 1) і при переході від позитивних передніх кутів різця до від’ємних (рис. 2). У всіх вказаних випадках збільшення наклепу пов’язане з підсиленням ступеня пластичної деформації у зв’язку зі зростанням сил різання.

Рис. 1. Вплив подачі S та радіуса r заокруглення вершини різця на мікротвердість Н обточеної поверхні

наклеп деформація заготовка механічний

Рис. 2. Вплив переднього кута γ різця на мікротвердість Н та глибину наклепу h

Вплив швидкості різання найчастіше проявляється через зміну теплової дії та тривалості дії сил і нагрівання металу поверхневого шару. Для металів, які не зазнають при різанні структурних змін, при підвищенні швидкості різання потрібно очікувати зниження наклепу (рис. 3) внаслідок скорочення тривалості діяння деформуючих сил на метал, що повинно призвести до зменшення глибини наклепу, а також в результаті інтенсифікації тертя та виділення теплоти в зоні різання, що прискорює процес розміцнення.

В процесі обробки сталей, які зазнають структурних зміни (наприклад, марки У10) при збільшенні швидкості різання, зростання теплоти може викликати поверхневе загартування оброблюваної заготовки, що обумовить підвищення мікротвердості металу поверхневого шару (рис. ............