40Х (1) и титановом сплаве bt14 (2)
Обработка экспериментальных данных на ЭВМ позволила получить следующие модели связи, пригодные для прогнозирования размерной стабильности деталей из стали 40Х и сплава ВТ 14 после обработки резанием:
для стали 40Х
;
;
для сплава ВТ14
;
.
Связь между выделением скрытой энергии деформирования и размерной стабильностью деталей после механической обработки можно объяснить условиями формирования субструктуры деформационного упрочнения поверхностного слоя, устойчивой к естественному старению.
Обращает на себя внимание аналогия в характере изменения выделившейся энергии от общего уровня накопленной (см. рис. 2.36) и изменения СКО микротвердости от степени наклепа (см. рис. 2.34). Для указанных зависимостей применительно к сталям 40Х и 38Х2МЮА наблюдаются минимумы UC и .Для титанового сплава ВТ14 как выделившейся энергии, так и для СКО микротвердости также имеется аналогия, но при этом сохраняется характер пропорционального увеличения с ростом соответствующего аргумента. Соответственно и характеристики размерной стабильности — смещение оси детали и угол ее закручивания — имеют тенденцию возрастать с увеличением уровня скрытой энергии (см. рис. 2.37).
Минимум выделившейся энергии после естественного вылеживания деталей получен после обработки практически в одинаковых условиях: S = 0,07 мм/об, t = 1,5мм, = 10° и h3 = 0,05мм, скорость резания для стали 40Х - 40 м/мин и для стали 38Х2МЮА - 50 м/мин. Оптимальная степень наклепа с точки зрения устойчивости субструктуры упрочнения 8,64 % и 7,17 % у этих сталей при указанных условиях точения формируется соответственно на глубине 0,076 и 0,102мм под обработанной поверхностью. Можно предположить, что тонкий слой деформированного металла с устойчивой субструктурой на определенной глубине является своеобразным барьером для процессов упругого восстановления, которые протекают в поверхностном слое детали после снятия внешней нагрузки. Наличие такого барьера тормозит перераспределение дислокационной структуры в термодинамически более устойчивую конфигурацию с соответствующей релаксацией внутренних напряжений, искажающей исходную форму детали. Отсутствие такого барьера в поверхностном слое титанового сплава объясняет линейный характер зависимости выделившейся энергии от накопленной в процессе резания.
Раскрытую связь размерной стабильности с устойчивостью субструктурного упрочнения поверхностного слоя деталей из различных материалов можно объяснить типом кристаллической решетки и условиями их деформации. У сталей, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку, уже при степени деформации 5 % ее развитие идет по двум-четырем и более системам скольжения и поэтому формирование устойчивой субструктуры при малой степени деформации у них более вероятно, чем у титановых сплавов с гексагональной решеткой, у которых развитие деформации идет по одной-двум системам скольжения.
Таким образом, установлено влияние скрытой энергии деформирования как комплексного энергетического критерия качества обработки резанием на размерную стабильность деталей из легированных сталей и титановых сплавов. Природа этой связи заключена в неоднородном субструктурном упрочнении поверхностного слоя и сильно зависит от технологических параметров обработки. Полученные модели позволяют оптимизировать процесс резания ответственных деталей с учетом их размерной стабильности.
Измерения различных характеристик шероховатости обработанной поверхности: высоты микронеровностей Rz, среднего отклонения микропрофиля Ra и опорной длины микрорельефа tP на высоте 10; 25; 50; 60 и 80 мкм при различном уровне энергии, накопленной поверхностным слоем, показали их тесную корреляцию. Для сталей 40Х, 38Х2МЮА и сплава ВТ14 условия резания, которые повышают скрытую энергию деформирования поверхностного слоя, одновременно ухудшают геометрические характеристики микрорельефа обработанной поверхности (рис. 2.38 и 2.39).
Таким образом, исследования показывают, что, управляя величиной скрытой энергии путем изменения технологических условий резания, можно обеспечить повышенное качество обработки деталей. При этом управление включает в себя одновременное обеспечение улучшенных геометрических характеристик обработанной поверхности и оптимального напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя с учетом требований эксплуатации. Установленная связь уровня скрытой энергии не только с управляемыми параметрами резания, но и с износом инструмента дает возможность включить в управление фактор времени и, следовательно, прогнозировать качество обработки для заданной партии деталей в автоматизированном производстве.
Рис. 2.38. Взаимосвязь высоты мнкротвердостей (а) и среднего арифметического отклонения микропрофиля обработанной поверхности (б) с величиной скрытой энергии деформирования поверхностного слоя
Рис. 2.39. Взаимосвязь опорной длины микрорельефа обработанной поверхности с величиной скрытой энергии поверхностного слоя сталей 40Х (а) и 38Х2МЮА (б)
Упрочнение поверхностного слоя при обработке инструментом с покрытием. Наличие износостойких покрытий на режущем инструменте изменяет характер контактных явлений, снижая и стабилизируя во времени интенсивность изнашивания по задней поверхности, уменьшение интенсивности изнашивания инструмента с покрытием обеспечивает при прочих равных условиях более благоприятный температурно-силовой режим формирования свойств поверхностного слоя детали в сравнении с обработкой инструментом без покрытия.