6. Назначение способов обработки резанием
При проектировании технологического процесса изготовления конкретной детали метод обработки резанием, как правило, предопределен формой, размерами, обрабатываемой поверхности и требованиями к ее точности и качеству поверхностного слоя. В табл. 7 приведены возможные значения скорости процесса, его производительности (минутного съема материала) и удельной энергоемкости различных методов обработки резанием алюминиевых, титановых, жаропрочных на никелевой основе и тугоплавких на основе ниобия, тантала, молибдена и вольфрама сплавов, а также высокопрочных сталей. В табл. 8 представлены для этих же материалов характеристики состояния поверхностного слоя: глубина и степень наклепа (упрочнения) и среднее арифметическое отклонение микропрофиля обработанной поверхности.
Данные этих таблиц характеризуют технологические возможности различных методов обработки. При их анализе, однако, необходимо дополнительно учитывать фактор нестабильности свойств поверхностного слоя детали, который тесно связан с методом обработки резанием.
Исследования [34] субструктурного упрочнения поверхностного слоя сплава ХН77ТЮР после точения, фрезерования и сверления показали, что его механизм на основе эволюции дислокационной структуры сохраняется в целом одинаковым. Однако нестабильность упрочнения, обусловленная колебаниями глубины развития дислокационных полос скольжения зависит от степени нестационарности условий нагружения. Когда имеет место колебание действующей на поверхность нагрузки (силы резания) .тогда наблюдаются более существенные колебания характеристик упрочнения поверхностного слоя вдоль направления обработки. Колебания действующей нагрузки могут вызываться нестабильным припуском на обработку, рассеянием свойств заготовки и инструмента, его износом и другими причинами. Нестабильность упрочнения меньше, например, после точения и больше после сверления и фрезерования. Параметры обработки, которые увеличивают силу резания, как правило, повышают дисперсию глубины упрочнения. Поэтому можно утверждать, что с увеличением глубины упрочнения поверхностного слоя возрастает ее дисперсия. Для стабилизации процессов обработки резанием в условиях одновременного действия силового и теплового факторов требуется компромиссное решение. При преобладании силового фактора, т.е. с увеличением действующих нагрузок в зоне обработки, растут объем и интенсивность пластической деформации и сильнее проявляется ее неоднородный характер. Следствием неоднородности пластической деформации становится не только высокий уровень нагрузок, действующих на режущий инструмент и деталь, но и нестабильность, циклическое воздействие, что повышает вероятность отказа работающего инструмента и формирования поверхностного слоя детали с нестабильными свойствами. Назначение условий, уменьшающих сечение среза и снижающих объем и интенсивность деформаций (например, увеличением переднего угла инструмента и скорости обработки), создает предпосылки уменьшения негативного влияния силового фактора на выходные параметры резания. Инструмент нивелируют случайный разброс физико-механических свойств инструментального материала в различных своих объемах. Тем самым стабилизируется процесс изнашивания рабочих поверхностей режущего инструмента. Создаются условия для статистической однородности изнашивания во времени с минимальным рассеянием периода стойкости.
7. Параметры процесса резания различных конструкционных материалов.
8. Характеристики состояния поверхностного слоя разных конструкционных материалов после обработки резанием.
Тепловой фактор обычно связывают со скоростью резания, увеличение которой повышает интенсивность теплообразования. При этом можно отметить комбинированное воздействие скорости резания на стабилизацию силового и теплового факторов. Например, с увеличением скорости резания снижаются объем и интенсивность пластической деформации и соответственно нагрузка и время ее действия в зоне обработки. Уменьшается роль деформационного упрочнения в формировании свойств поверхностного слоя детали. Обработка на повышенных скоростях резания обеспечивает поверхностный слой деталей с более стабильными свойствами в сравнении с обработкой на низких скоростях.
Поэтому высокоскоростная и сверхскоростная обработка резанием обладает определенными преимуществами в обеспечении повышенного качества обрабатываемых деталей при стабильном изнашивании режущего инструмента.
Силовой фактор можно стабилизировать адаптивным управлением упругими перемещениями в технологической системе, автоматически изменяя подачу, а тепловой фактор — поддерживая постоянной температуру резания (изотермическое резание). При изотермическом резании поддерживается постоянная термоЭДС за счет изменения скорости резания, которая снижается с увеличением износа инструмента.
Исследования В,В. Трусова показали, что точение деталей из жаропрочных сплавов с переменным диаметром в режиме изотермического резания предпочтительнее обработки с постоянной скоростью резания: период стойкости резцов возрастает в 1,5 ... 4 раза при стабилизации характеристик шероховатости обработанной поверхности и деформационного упрочнения поверхностного слоя.