Автореферат (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 3

Область 1 вдоль ре2xжущей кромки и область 2 вдольX2O2Свободнаядеформирующей кромки (Рис. 4).2z 2сторона ребра В каждой из областей 1 и 2 отноapРебросительно инструментальной системы координат OXYZ задавалисьИнструмент для ДРлокальные системы координатРис. 4. Схема областей пластических де- O1X1Y1Z1 и O2X2Y2Z2 соответстформацийвенно (Рис. 5).

В областях 1 и 2задавались скорости течения материала υ1x, υ1y, υ1z и υ2x, υ2y, υ2z соответственно, то есть линейныеРежущая кромкаПодрезаемый слойскорости движения элементарныхобъемов деформируемого матеИнструментриала вдоль осей локальных систем координат. Скорости теченияматериала задавались в видеX1функций соответствующих координат. Данные функции должныZY1удовлетворять граничным условиYXям областей 1 и 2, условию посто1O1 Z1Z2янства объема деформированногоX2Y1Z2материала и условию постоянстварасхода материала через границы2Y2областей деформирования. ГраOO2ничными условиями в области 1Деформирующаяприняты следующие условия.кромкаРеброСкорость течения материала в направлении оси O1Z1 через границумежду областью 1 и подрезаемымслоем равна проекции скоростирезания на ось O1Z1. Проекцияскорости течения материала наРис.

5. Системы координат O1X1Y1Z1 ось O Z в точках на передней по1 1и O2X2Y2Z2верхности инструмента равна ну9лю. В области 2 приняты следующие граничные условия. На границе междуобластями 1 и 2 скорость течения материала вдоль оси O2X2 принимается равной величине υ2Gx, определяемой при последующем решении через равенстворасходов материала, поступающего и покидающего область 2. Скорость течения материала вдоль оси O2X2 равна нулю в точках на свободной стороне формируемого ребра.Одновременно с заданием скоростей течения материала определялись линейные и угловые скорости деформаций материала. Скорости течения и скорости деформаций связаны системой дифференциальных уравнений в частныхпроизводных так, что, зная функции скоростей течения, можно определить скорости деформаций.

Системы координат в областях 1 и 2 введены таким образом, что течение материала вдоль осей O1Y1 и O2Y2 практически отсутствует, иматериал в зоне деформации находится в плоскодеформированном состоянии.В данном случае линейные скорости деформации по осям O1Y1 и O2Y2, и угловые скорости деформаций в плоскостях O1X1Y1, O2X2Y2, O1Y1Z1, O2Y2Z2 равнынулю. Эта особенность позволяет определить твердость упрочненного макрорельефа аналитическим способом.Для определения накопленной деформации находят интенсивности скоростей деформаций в области 1 и области 2 соответственно. В результате проведенных преобразований получены выражения для интенсивностей скоростейдеформаций в областях 1 ξ1i и 2 ξ2i:2 3 1 A1z,1i  3HI   2 3 2Gx , 2i3 ap(1)где υ1A1z –проекция линейной скорости течения материала на ось O1Z1 черезграницу между подрезаемым слоем на заготовке и областью 1; υ2Gx – проекциялинейной скорости течения материала на ось O2X2 через границу области 1 и 2,которая определяется из равенства расходов материала, поступающего и покидающего область 2; H1 – толщина области 1; ap – ширина формируемого ребра вмакрорельефе (Рис.

4). Скорости υ1A1z и υ2Gx имеют отрицательные значения, таккак оси O1Z1 и O2X2 направлены против движения материала.Для определения накопленной деформации материала найдено время течения деформированного материала в области пластической деформации. Дляэтого рассматривалось движение элементарного объема материала по траектории, проходящей через центр сформированного ребра. Исходя из функций скоростей течения материала, определялись уравнения движения рассматриваемого элементарного объема материала в областях 1 и 2 пластической деформации.Из полученных уравнений определялось время t1 и t2 прохождения элементарного объема через область 1 и 2 соответственно.В результате интегрирования функций (1) интенсивностей скоростей деформаций ξ1i и ξ2i в областях 1 и 2 по времени получены выражения для определения накопленных деформаций e1i и e2i:10e1i  1i t1 ,e2i   2i t2 .(2)В результате суммарная накопленная деформация eiΣ, необходимая длярасчета твердости деформированного материала имеет следующий вид:ei  eIi  eIIi .(3)Найденная суммарная накопленная деформация служит для определениятвердости макрорельефа, получаемого методом ДР.

Для проверки представленной методики расчета твердости были использованы литературные данные длясталей марок 12Х18Н10Т, 30ХГСА позволяющие установить связь между еетвердостью по шкале Бринелля и накопленной деформацией. Для сравнения сэкспериментальными данными полученные значения твердости HB по шкалеБринелля переводились в значения по шкале Виккерса HV. Результаты расчетатвердости материала макрорельефа, формируемого методом ДР, по представленной в работе методике близки к экспериментально измеренным значениям.Относительные отклонения Δ теоретически рассчитанных значений твердостиHVтеор от экспериментальных HV не превышают ±10% (Таблица 1).Таблица 1.Твердость сталей, упрочненных методом ДРМарка стали t, мм Sо, мм/об υ0, м/сeiHVтеор HVэксп12Х18Н10Т1,50,40,840,34232735730ХГСА0,750,41,260,348337310Δ, %8,4–8,7Полученная методика расчета твердости позволяет оценивать твердость истепень упрочнения материала теоретическим путем, что сокращает количествонеобходимых экспериментальных исследований.В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований деформационноупрочненного макрорельефа, полученного методомДР.

Определялось распределение микротвердости по высоте и ширине ребра взависимости от режимов обработки и геометрических параметров инструментадля ДР.Серия экспериментов по определению распределения микротвердости повысоте формируемого макрорельефа проводилась на сталях марок 30ХГСА,38Х2МЮА с использованием четырех вариантов геометрических параметровинструмента. Инструменты отличались соотношением углов φ и φ1 при равенстве угла при вершине ε. При φ = 38° и φ1 = 90° формировался макрорельеф свертикальными ребрами и зазорами. При φ = 62° и φ1 = 66° формировались наклонные ребра с минимальным зазором теоретически равным 12 мкм. Формируемое ребро не испытывало дополнительного силового воздействия со стороны деформирующей кромки.

При φ = 65° и φ1 = 63° возникало силовое воздействие со стороны деформирующей кромки инструмента, приводящее к дополнительному деформированию формируемого ребра. При φ = 68° и φ1 = 60° силовое воздействие увеличивалось по отношению к предыдущему соотношению11φ и φ1. Дальнейшее увеличение силового контакта между инструментом и подрезаемым слоем не представлялось возможным, так как инструмент терял работоспособность в результате разрушения вершины. Режимы обработки методомДР составляли: t = 0,75 мм, Sо = 0,4 мм/об; υ0 = 0,73..0,77 м/с. Степень упрочнения материала оценивалась, как относительное увеличение микротвердости впроцентах.

Сравнение результатов производилось по среднему значению степени упрочнения, рассчитанному для разных областей формируемого ребра.Результаты измерений представлены в Таблице 2.Таблица 2.Средняя степень упрочнения по высоте ребраСредняя степень упрочнения, %сталь 30ХГСА исходная сталь 38Х2МЮА исходнаяМатериалмикротвердость 239 HV 0,1 микротвердость 295 HV 0,1φ38° 62°65°68°38°62°65°68°φ190° 66°63°60°90°66°63°60°Вершина ребра1713132713111119Средняя часть ребра 3027253121192321Основание ребра4138324026242221В результате данной серии экспериментов получено, что в средней частиребра средняя степень упрочнения составила 28 % для стали 30ХГСА и 21 %для стали 38Х2МЮА. Установлено, что значения микротвердости возрастаютот вершины ребра к основанию. В основании ребра формируется область с повышенной микротвердостью за счет дополнительной деформации при отгибании формируемого ребра в процессе ДР.

Уменьшение степени упрочнения увершины ребра свидетельствуют об уменьшении накопленной деформации материала ребра в этой области.Эксперименты по определению распределения микротвердости по толщине ребра проводились на стали 30ХГСА с разной геометрией инструментадля ДР. Отпечатки индентора микротвердомера располагались на металлографическом шлифе перпендикулярно боковой стороне ребра (Рис.

6). Было установлено, что в зоне у прирезцовой стороны ребра, контактирующей с переднейповерхностью инструмента, наблюдается возрастание значений микротвердости по сравнению с микротвердостью в средней части ребра. В зоне у свободной стороны ребра, не контактирующей с передней поверхностью инструмента,напротив, наблюдается снижение микротвердости по отношению к сердцевинеребра. Прирезцовая зона имеет толщину около 25…50 мкм, величина микротвердости в ней на 8 % выше, чем в средней зоне. Данная особенность распределения микротвердости по ширине ребра формирует на обработанной поверхности слоистую структуру из чередующихся слоев переменной твердости.Для определения влияния скорости резания и скорости деформации намикротвердость формируемого макрорельефа было проведено измерение микротвердости материала образцов из стали 30ХГСА, обработанных методом ДРпри различных скоростях резания.

Скорость резания варьировалась от 0,4 м/с12до 1,6 м/с, так как данный диапазон охватывает рекомендуемые для практического применения значения скорости резания. В результате экспериментов выявлено, что скорость резания и скорость деформации несущественно влияет намикротвердость обрабатываемого материала в выбранных диапазонах скоростирезания. С увеличением скорости резания среднее значение микротвердостиувеличилось на 9%. Данная особенность позволяет пренебречь влиянием скорости деформации на твердость материала формируемого ребра при ее теоретическом расчете.Отдельная серияПрирезцовая сторонаГраница вершины ребраизмерений микротверВершинадости была проведена(Ряд 4)на образцах из корроПод вершинойзионностойкой стали(Ряд 3)аустенитногоклассаСредняя частьмарки12Х18Н10Т.(Ряд 2)УпрочнениесталиОснование12Х18Н10Т и других(Ряд 1)аустенитныхсталейметодом ДР являетсяперспективнымнаправлением, так какТыльная сторона0,4 ммаустенитные стали неРис.

6. Упрочненный макрорельеф на стали марки упрочняются термиче30ХГСА и отпечатки индентора микротвердомера в ской обработкой. Аустенитные стали поразных зонах ребрасравнению с ферритоперлитными сталями имеют большую склонность к упрочнению при пластической деформации, что объясняется различиями в их кристаллической решетке.Микротвердость стали 12Х18Н10Т измерялась на пяти образцах макрорельефа, полученных при разных значениях подачи инструмента для ДР. Подача изменялась от 0,2 до 0,4 мм/об с шагом 0,05 мм/об.