Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 5

Способ создания упрочненного макрорельефа методомдеформирующего резанияДля устранения рассмотренных недостатков существующих методовППДвработеизносостойкостипредлагаетсяповерхностейальтернативныйтрения,способоснованныйповышениянаэффектедеформационного упрочнения материала. Наряду с методами ППД эффектдеформационного упрочнения при обработке металлов и сплавов может бытьполучен методом деформирующего резания (ДР), разработанным в МГТУим.

Н.Э. Баумана Н.Н. Зубковым и А.И. Овчинниковым [36, 37]. Обработкаметодом ДР может осуществляться по известным схемам лезвийнойобработки, точения, строгания, фрезерования. При этом используютсяуниверсальные металлорежущие станки и простой по конструкции режущийинструмент. Это облегчает внедрение метода ДР в технологический процесс,так как не требуется закупки или разработки нового оборудования илиприспособлений и дает преимущество методу ДР по сравнению с многимиметодами ППД, требующими применения специального оборудования иизготовления сложного инструмента.Метод ДР является способом лезвийно-деформирующей обработки,при котором используется инструмент с особой формой заточки режущейчасти. В отличие от обычного режущего инструмента инструмент для ДРимеет режущую кромку и деформирующую кромку (Рис. 1.12).

При работеинструмента для ДР режущая кромка разделяет материал обрабатываемойповерхности заготовки на слои, которые, скользя по передней поверхности,30перегибаютсячерездеформирующуюкромкуиформируютребра,прикрепленные узкой стороной к обработанной поверхности заготовки сшагом (Рис. 1.13). В случае обработки точением формируется одно винтовоеребро, состоящее из множества витков (Рис.

1.14). Отделение материала отзаготовки деформирующей кромкой становится невозможным, так каквспомогательный передний угол инструмента принимает значительныеотрицательные значения от минус 60 до минус 45.Форма получаемого макрорельефа, определяется геометрическимипараметрами инструмента и режимами обработки. Метод ДР позволяетполучать на поверхности заготовки макрорельеф в форме ребер, шипов,ячеек и, в связи с этим, имеет широкую область применения.

Метод ДРпозволяет изготавливать детали теплообменников [38-40], неразъемныеэлектрические соединения [41, 42], элементы фильтров [43, 44], микросетки[45], капиллярные структуры [46] и пр. Формирование развитой поверхноститакже позволяет получать более прочные клеевые соединения [47], создаватьадгезионно-механическоесоединениетвердосплавных,керамическихпокрытий с материалом подложки [48].ПередняяРежущаяповерхностькромкаДеформирующаяВершинакромкаВспомогательнаяГлавная задняязадняя поверхностьповерхностьРис. 1.12.

Режущая пластина инструмента для ДР31Подрезаемый слойЗаготовкаОбласть пластическойРежущаядеформациикромкаПередняяДеформирующаяповерхностькромкаDrDsВспомогательнаяИнструментзадняя поверхностьРеброРис. 1.13. Формирование макрорельефа при обработке методом ДР32DrФормируемое реброЗаготовкаУпрочненныймакрорельефDsИнструмент ДРРис. 1.14. Обработка методом ДРГеометрические параметры инструмента для ДР включают шестьугловых параметров:- главный угол в плане φ,- вспомогательный угол в плане φ1,- угол наклона главной режущей кромки λ,- передний угол γ,- главный задний угол α,- вспомогательный задний угол α1.Из перечисленных угловых параметров наибольшее влияние на типполучаемого макрорельефа оказывают углы φ и φ1.

При угле φ меньшем углаφ1 формируется макрорельеф из чередующихся ребер и зазоров (Рис. 1.15, а иРис. 1.15, б), а при угле φ большем или равном углу φ1 формируетсямакрорельеф из плотно сжатых ребер (Рис. 1.15, в).Вертикальные ребра (Рис. 1.15, а) формируются при использованиирежущего инструмента для ДР с вспомогательным углом φ1, равным 90°, приэтом между ребрами образуется зазор величиной Δ. Толщина подрезаемого33слоя ac не совпадает с толщиной формируемого ребра ap и определяется поформуле:ac  S0  sin (1.2)где Sо – величина продольной подачи в мм/об; φ – главный угол в плане.Толщина формируемого ребра ap определяется по формуле [37]:a p  S0  sin   k ,(1.3)где Sо – величина продольной подачи в мм/об; k – коэффициент искаженияпрофиля ребра.Зазор Δ определяется по формуле [37]:  S0  sin 1  k  sin  .(1.4)Наклонные ребра (Рис. 1.15, б и Рис.

1.15, в) формируются в случае,когда угол φ1 меньше 90°. Если угол φ меньше угла φ1, то образуются зазорымежду ребрами (Рис. 1.15, б). Если угол φ больше или равен углу φ1, тоформируется макрорельеф без зазоров (Рис. 1.15, в).В процессе обработки методом ДР на вершинах ребер формируютсятреугольные заострения высотой ht, которые для формирования опорнойповерхности следует удалять (Рис.

1.16). Удаление вершин ребер можетосуществлятьсяточением,шлифованиемилидругимспособом,позволяющим сформировать необходимую рабочую поверхность. Удалениевершин ребер точением может производиться на той же операции, что иобработка методом ДР.При формировании вертикальных ребер их высота h после удалениятреугольных вершин превышает глубину tp (Рис. 1.15, а).

Это приводи к тому,что диаметр обработанной методом ДР заготовки превышает ее диаметр дообработки. Данная особенность используется для восстановления диаметровизношенных поверхностей валов [49-52].Методом ДР могут быть обработаны разнообразные материалы,включающие стали и сплавы, цветные металлы, пластмассы и др.Обрабатываемость материалов методом ДР зависит от совокупности такихсвойств, как твердость, пластичность, предел прочности материала.34φ1acφ < φ1aphtΔΔ>0hptpφhDrp = SоDsа) Вертикальные ребра с зазорамиφacφ < φ1φ1apΔ>0htΔhhptpDrp = SоDsб) Наклонные ребра с зазорамиφ ≥ φ1Δ=0φ1app = SоhpachφhttpDrDsв) Наклонные ребра без зазоровРис.1.15. Формы макрорельефа, получаемые методом ДР при различныхсоотношения главного и вспомогательного углов планеУдаляемыетреугольныезаостренияУдаляемыетреугольныезаостренияp = Sоaphhphhphtp = SоΔapht35а) Вертикальное оребрениес зазорамиб) Наклонное оребрениебез зазоровОпорная поверхностьhhОпорная поверхностьв) Вертикальное оребрениес опорной поверхностьюг) Наклонное оребрение сопорной поверхностьюРис.

1.16. Варианты получаемого методом ДР упрочненного макрорельефапосле удаления вершин реберНапример, конструкционные стали могут обрабатываться методом ДР, еслиих твердость меньше 220 HB, а относительное удлинение после разрыва δсоставляет не менее 18 % [53]. Указанные диапазоны значений твердости иотносительного удлинения являются приблизительными, так как твердость иотносительное удлинения зависят от температуры, степени и скоростидеформации материала, и могут существенно меняться в зависимости отконкретной марки обрабатываемого материала и условий обработки.Обработка методом ДР конкретного материала также зависит отназначенных режимов резания и геометрических параметров инструмента.Режимныепараметры,обеспечивающиеустойчивоеформирование36макрорельефа методом ДР, определяют область существования процесса ДР.Наибольшее влияние на область существования процесса ДР оказываетсочетание глубины резания и подачи (Рис.

1.17) [54]. Зона устойчивогоформирования макрорельефа, «Зона ДР», лежит между двумя границами.При сочетаниях глубины и подачи, лежащих ниже «Зоны ДР» на диаграмме,происходит срыв формируемых ребер в виде стружки (Рис. 1.17). Приглубине и подаче, лежащих выше «Зоны ДР», на поверхности заготовкиобразуютсямалыенеровностиизвыдавленногоматериалаввидечередующихся канавок и выступов, ребро как таковое не формируется.Sо, мм/об1,81,61,41,210,80,60,40,200Зона выдавленногоматериалаЗона ДРЗона срыва ребра0,20,40,60,81t, мм1,21,4Ниж. гр.

при υ = 0,65 м/сВерхн. гр. при υ = 0,65 м/сНиж. гр. при υ = 1,6 м/сВерхн. гр. при υ = 1,6 м/сРис. 1.17. Область существования процесса ДР при обработке стали марки12Х18Н9ТМеханическиесвойстваполучаемогосиспользованиемметодаДРповерхностного макрорельефа будут зависеть от физико-механическихпроцессов, происходящих в зоне ДР. В зоне ДР возникает три очагапластической деформации (Рис. 1.18): зона 1 – в области режущей кромки;зона 2 – в области деформирующей кромки; зона 3 – в основании37формируемого ребра. В зоне 1 процесс пластической деформации аналогиченпроцессу, протекающему при обработке резанием лезвийным инструментом.В зоне 2 очаг пластической деформации возникает в результате изгибаформируемого ребра вокруг деформирующей кромки. Зона 3 возникает восновании ребра в результате поворота подрезаемого слоя из исходногоположения в конечное положение сформированного ребра.

Наличиедополнительных зон пластической деформации приводит к увеличениюработы затрачиваемой на процесс ДР. В работе [55] сравнивались силырезания при обработке ДР на границе зоны срыва ребра, в результате чегобыл сделан вывод, что энергоемкость формирования ребра на 8 % выше, чемв процессе резания при срыве ребра. Для проведения аналогичногоэксперимента была разработана установка для измерения сил резания на базединамометра УДМ-600 [56].123Рис. 1.18. Очаги пластической деформации в зоне ДРСхема очага пластической деформации в зоне 1 аналогична схемерезания при образовании сливной стружки (Рис.

1.19) [57], в которойформируется область основных сдвиговых деформаций ODEF и зонаконтактных пластических деформаций OHC. Пластическая деформация в38зонерезаниясопровождаетсяувеличениемплотностидислокаций,дроблением зерен и другими процессами, приводящими к упрочнениюматериала [58, 59]. Материал, прошедший через зону ODEF, равномерноупрочняется по толщине срезаемого слоя [57]. Материал, прошедший череззону OHC, сформированную действием сил трения со стороны переднейповерхности, получает дополнительную деформацию и упрочнение [57]. Наметаллографических шлифах в зоне контактных пластических деформацийнаблюдаются значительные искажения зерен [60, 61]. Таким образом, настружке может формироваться контактный слой толщиной a2, имеющийтвердостьпревышающуютвердостьстружки,чтоподтверждаетсясовременными исследованиями [62-63].aaaaРис.