Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 14

В данной работеприведены значения твердости по шкале Бринелля для стали 12Х18Н9Т приразных значениях накопленной деформации в температурном диапазоне от20 °С до 400 °С. Сталь 12Х18Н9Т является близким аналогом стали12Х18Н10Т и имеет аналогичные свойства. Для расчета использовалисьэкспериментальные данные, полученные при температуре наиболее близкойк процессу деформирующего резания. Из работы [8] использованы значениятвердости для образцов, полученных для испытаний при температуре 400 °C(Таблица 12).Приведенный в Таблице диапазон накопленной деформации от 0 до0,197 не охватывает значения, получаемые при обработке методом ДР илиобработке резанием, поэтому для расчета твердости при значениинакопленной деформации большей 0,197 целесообразно использоватьлинейнуюэкстраполяцию(Рис.3.10),полученнуюнаоснованииприведенных данных:HB  215  ei  247 .(3.112)Аналогичным образом по экспериментальным данным [8] былиполучены выражения для расчета твердости сталей марок Ст3 и 22К взависимости от накопленной деформации.

Значения твердости для стали Ст3(Таблица 13) и 22К (Таблица 14) были экстраполированы линейнымифункциями для значений накопленной деформации, превышающих диапазон109экспериментальных исследований. Для стали Ст3 получена следующаяэкспериментальная зависимость:HB  148  ei  115 ,(3.113)а для стали 22К получена следующая зависимость:HB  155  ei  153 .(3.114)Таблица 12.Значения твердости стали 12Х18Н9Т в зависимости от накопленнойдеформации при испытаниях на растяжение при 400 °Cеi00,0080,0200,0390,0930,1320,197HB203209218238259275289Таблица 13.Значения твердости стали Ст3 в зависимости от накопленной деформациипри испытаниях на растяжение при 550 °Cеi00,0150,0190,0480,0530,0890,1330,1340,15HB104114118123126128133129137Таблица 14.Значения твердости стали 22К в зависимости от накопленной деформациипри испытаниях на растяжение при 350 °CеiHB01480,0040,0160,0250,050,0750,1270,23149152155160163173189110450HBHB при t = 400°CЛинейная экстраполяция при t = 400°С400HB = 215 · ei + 247350300250ei20000,20,40,60,8Рис.

3.10. Зависимость твердости стали 12Х18Н9Т от накопленнойдеформацииHB300HB при t = 550°CЛинейная экстраполяция при t = 550°С250HB = 148 · ei + 115200150ei10000,20,40,60,8Рис. 3.11. Зависимость твердости стали Ст3 от накопленной деформации111HBHB при t = 350°C290Линейная экстраполяция при t = 350°С240HB = 155 · ei + 153190ei14000,20,40,60,8Рис. 3.12.

Зависимость твердости стали 22К от накопленной деформацииДлястали30ХГСАимеетсяэмпирическаязависимость[10],устанавливающая связь между твердостью и относительной деформацией ε,выраженной в процентах:HB  HBисх  8,5  0, 7 ,(3.115)где HBисх – твердость стали в исходном состоянии. Относительнаядеформация в формуле (3.115) выражается через величину накопленнойдеформации следующим образом [15]:  1  eei ,(3.116)где e – основание натурального логарифма.С учетом выражения (3.116) формула (3.115) была преобразована кследующему виду:HB  HBисх  8,5  1  eei  .0, 7(3.117)Для сопоставления результатов в данной работе был осуществленперевод твердости по шкале HB в твердость по шкале Виккерса. Перевод112значений осуществлялся с использованием аппроксимирующей функции,полученной для значений твердости по шкале Бринелля в интервале от 200HB до 424 HB по данным [86]:HV  0,0008  HB 2  0,6302  HB  42,383 .3.8.Расчеттеоретическихзначенийтвердости(3.118)макрорельефа,формируемого методом деформирующего резания, и их сравнение сэкспериментально измеренными значениямиЭтапы расчета твердости макрорельефа, получаемого при обработкеметодом ДР, представлены в виде схемы на Рис.

3.13.Исходнымиданнымидлярасчетатвердостиупрочненногомакрорельефа являются геометрические параметры инструмента для ДР (α,α1, γ, λ, φ, φ1) и режимы обработки (tp, So, υ0), блок 2.В блоке 3 производится расчет направляющих векторов рабочихповерхностей,режущейидеформирующейкромокинструмента.Полученные вектора используются для ввода расчетных систем координат иих единичных направляющих векторов, блок 4. В блоке 5 вычисляетсятолщина подрезаемого слоя ac, толщина формируемого ребра ap и толщинаH1 зоны пластической деформации.В блоке 6 вычисляются граничные скорости течения υ1Bz, υ2Gx и константыCυ1, Cυ2 для задания функций скоростей течения материала.

В блоках 7, 8определяютсякоординатыграничныхточекобластейпластическойдеформации 1 и 2 для вычисления времени деформирования материала.Далее рассчитываются вспомогательные величины для определения временидеформирования t1 в области пластической деформации 1 и временидеформирования t2 в области пластической деформации 2 (блок 9…11).После расчета t1 и t2 в блоке 12, определяются величины накопленнойдеформации e1i, e2i (блок 13) и суммарная накопленная деформацияматериала макрорельефа, формируемого методом ДР, блок 14.

В блоках 15,16 определяются результирующие параметры твердости.1131НачалоA2B7φ, φ1, γ,λ, α, α1,tp, Sо, υ012aG1x1, aG1y1, aG1z1,t1, t2aG3x2, aG3z21383a0, a1, aφ,x1G2, y1G2, z1G2,n, aφ1, aγx2G4, y2G4, z2G49414i1, j1, k1,At1, Bt1 Ct1,i2, j2, k2At2, Bt2 Ct2e1Σ15105e1i, e2ipt11, pt12,aс, ap, hp, H1HBpt21, pt22611υ1Bz, Cυ116pt1, p t2υ2Gx, Cυ2HV17BAКонецРис. 3.13.

Схема последовательности расчета твердости макрореьефа,формируемого методом ДРПоданнойметодикебылирассчитанызначениятвердостиупрочненного макрорельефа для сталей марок 12Х18Н10Т, 30ХГСА, Ст3,22К.Расчет проводился для обработки инструментом со следующимигеометрическими параметрами φ = 68°, φ1 = 60°, α = 3°, α1 = 3°, γ = 47°,λ = 54°. Геометрические параметры инструмента для ДР и режимы резания,114используемые при расчете, представлены в Таблице 15. Теоретическиезначения твердости по шкале Виккерса сравнивались с измереннымизначениями микротвердости упрочненного макрорельефа, полученного притех же геометрических параметрах инструмента и режимах обработки.Расчет и измерение микротвердости осуществлялся для центральной зоныребра.

Расчетные и измереные значения твердости формируемого методомДР макрорельефа представлены Таблице 15.Теоретическиеиэкспериментальныезначениямикротвердостисравнивались по абсолютному относительному отклонению Δ, котороерассчитывалось по следующей формуле:H теор  H экспH эксп 100% ,(3.119)где Hтеор – теоретически рассчитанное значение микротвердости HV; Hэксп –экспериментально измеренное значение микротвердости HV на ребре.Абсолютное относительное отклонение теоретических значениймикротвердости не превышают ±10%.Таблица 15.Твердость упрочненных методом ДР сталейМарка сталиt, ммSо, мм/обυ0, м/сei12Х18Н10Т1,50,40,840,3423273578,430ХГСА0,750,41,260,348337310–8,7Ст31,00,40,80,345169––22К1,00,40,80,345207––HVтеор HVэкспΔ, %115ГЛАВА 4.

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИВ МАКРОРЕЛЬЕФЕ, ПОЛУЧЕННОМ МЕТОДОМДЕФОРМИРУЮЩЕГО РЕЗАНИЯДля выявления особенностей распределения микротвердости посечению ребер деформационноупрочненного макрорельефа, формируемогометодом ДР, были проведены исследования микротвердости образцов изсталей марок 30ХГСА, 38Х2МЮА, 12Х18Н10Т. Измерения проводились наобразцах, изготовленных на различных режимах обработки с разнымигеометрическими параметрами инструмента для ДР. Необходимость данногоисследования обуславливается тем, что теоретическая модель оцениваеттвердость в центре формируемого ребра.Исследования проводились на двух типах сталей, феррито-перлитнойи аустенитной. К феррито-перлитным относятся стали 30ХГСА и 38Х2МЮА.Данные марки стали часто применяются для изготовления валов и осей, тоесть деталей, для которых возможно использовать упрочнение методом ДР.Сталь12Х18Н10Тявляетсяаустенитнойкоррозионностойкойнезакаливаемой сталью, которая имеет широкое использование в различныхобластях промышленности.4.1.

Особенности распределения микротвердости по высоте ребра насталях 30ХГСА и 38Х2МЮАИсследованиераспределениямикротвердостиповысотеформируемого ребра проводилось на сталях 30ХГСА и 38Х2МЮА всостоянии поставки. Из каждой марки стали были изготовлены опытныеобразцыупрочненногомакрорельефасиспользованиемрежущихинструментов для ДР с различными значениями главного угла в плане φ ивспомогательного угла в плане φ1 при равенстве остальных геометрическихпараметров.

В качестве материала инструмента использовался твердый сплавмарки ВК8. При варьировании углов φ и φ1 угол при вершине ε инструмента116оставался неизменным. Режимы резания и геометрические параметрыинструмента приведены в Таблице 16.Режущаяпластинасугламиφ = 38°иφ1 = 90°формируетмакрорельеф с вертикальными ребрами (Таблица 16), все остальныепластины формируют наклонные ребра. Режущая пластина с углами φ = 62°и φ1 = 66°, теоретически формирует оребрение с малым зазором междуребрами, около 13 мкм. За счет искажения профиля ребра в процессеобработки зазор такой величины может смыкаться. Режущая пластина суглами φ = 65° и φ1 = 63°, формирует оребрение без зазоров, так как толщинасрезаемого слоя at = 0,362 мм превышает толщину формируемого ребраap = 0,356 мм.

При этом формируется макрорельеф без зазоров и ребрадополнительно сдавливаются друг с другом. Режущая пластина с угламиφ = 68° и φ1 = 60°, формирует оребрение без зазоров и в отличие отпредыдущего случая с еще большим усилием сдавливает формируемоеребро, что еще более увеличивает деформацию подрезаемого слоя материалаи его твердость.Таблица 16.Геометрические параметры инструмента для ДР и режимы резанияОбра-Марказецсталиt,Sо,V,φφ138°90°62°66°65°63°468°60°538°90°62°66°65°63°68°60°мм мм/об м/сαα1γλε12367830ХГСА0,7538Х2МЮА 0,750,40,40,730,773°3°3°3°47°47°54°54°52°52°117Отпечатки индентора микротвердомера располагались вдоль сторон ребра,образуя три ряда (Рис.

4.1). Ряд 1, прирезцовый ряд, располагался нарасстоянии 50 мкм от стороны ребра, непосредственно контактирующей спередней поверхностью инструмента. Ряд 2, средний ряд, располагался наравноудаленном расстоянии от боковых сторон ребра. Ряд 3, тыльный ряд,располагается на расстоянии около 50 мкм от стороны ребра, которая неконтактировала с передней поверхностью инструмента в процессе обработки.Расстояние между отпечатками в каждом ряду составляло 100 мкм. В каждомряду номер точки измерения микротвердости отсчитывался от вершиныребра. Исходная микротвердость для стали 30ХГСА составляла 239 HV 0,1, адля стали 38Х2МЮА составляла 295 HV 0,1.Ряд 2Ряд 1Ряд 3Ряд 2 Ряд 1112Ряд 3233Рис. 4.1.