Диссертация (Влияние химического состава и структуры на обрабатываемость резанием титановых сплавов ВСТ2К и ВТ6), страница 8

Припродвижении резца в обрабатываемом материале перед ним возникает областьбыстро растущего всестороннего радиального сжатия. В начальный моментупругого сжатия, а по мере приближения материала к режущей кромке – ‐ 53  пластического сжатия. В результате пластического сжатия в материале передрежущей кромкой формируется устая сетка дислокаций и происходит наклепматериала. Если величина напряжения сдвига становится больше прочностиматериала на сдвиг (всдвиг), то в точке контакта металла с инструментом внаправлении свободной поверхности развивается сдвиговая деформация помеханизму течения или скольжения (рис. 1.14). Но, так как усилия, вызывающиенапряжения сдвига, быстро уменьшаются при выходе материала из контакта срежущей кромкой при его продвижении вверх по передней поверхности резца, тосдвиг этого элемента материала останавливается задолго до его полногоотделения и в это время следующий элемент материала входит в контакт скромкой.

Таким образом, образование стружки и её движение по поверхностирезца происходит слой за слоем. Этот процесс называется сдвиговая деформацияскольжением слоев. Классическое объяснение этого процесса было дано в работе[70], где автор проводит аналогию с движением колоды карт. Согласно работе[45], активация большого количества дислокаций, перемещающихся от режущейкромки в направлении свободной поверхности, создает фронт сдвига, в результатеформированиякоторогоосвобождаетсяприложенноенапряжение.Индивидуальные фронты сдвига сливаются в полосу сдвига (скол).Существует большое количество классификаций типов стружки, какроссийских [44] так и зарубежных.

Так как, некоторые классификациипротиворечат друг другу или одни и те же термины в них используются поразному, то в данной работы используется обобщённая классификация видовстружки (табл. 1.10).При резании титановых сплавов в большинстве случаев образуетсясегментная стружка (таблица 1.10, тип II). Отличительная черта такой стружкиявляетсяналичиеузкихполосинтенсивноголокализованногосдвига,разделенных участками относительно недеформированного материала (рис. 1.15).Известны две конкурирующие теории формирования сегментной стружки:‐ 54  теория [71] катастрофической локализованной деформации (или адиабатическомсдвиге) и теория [72] образования стружки за счёт образования трещины. В этихработах механизм формирования стружки рассматривается на примере резаниятвердых сталей.Таблица 1.10 – Классификации типов стружкиОбразуется в результате пластической деформации сдвигаПроисходит путем локализацииАдиабатические полосыадиабатических полос сдвигасдвига не образуютсяIIIIIIIVКаждыйСегментсегментотделяется не образуются по образованияполностьюполностьюФрагментыплоскостиОбразуется врезультатехрупкогоБезразрушенияфрагментовсдвигаотделяетсяТеория катастрофической локализованной деформации [74] развивается втех случаях, когда температурное разупрочнение металла преобладает надсовместным эффектом упрочнения при повышении деформации и скоростидеформации.

Теория формирования стружки путём образования трещины,предложенная в работе [75] заключается в том, что на свободной поверхностистружкипериодическизарождаютсятрещины.Такаятрещиназатемраспространяется вниз вдоль плоскости сдвига до тех пор, пока сжимающеенапряжение на её пути, вызываемое движением резца, не будет достаточным дляеё остановки и трансформации в несколько изолированных микротрещин.В работе [76] по классической теории приводится описание процессаформирования стружки по теории катастрофической локальной деформации свыделением основных стадий формирования сегментной стружки.

Весь циклобразования при резании сегментной стружки можно разбить на 5 стадий взависимости от протекающих процессов (рис. 1.16). ‐ 555 Рисунокк 1.14 – Раазвитие ффронтов сддвига в орртогональьной геомметрии;никновенние сдвигоовой дефоормации изи зоны радиальнорого сжатиия [45]возна)б)Рисуунок 1.15 – Влияниие скоростти резаниия на внешшний видд стружкииссплава Tii-6Al-4Vа) непреррывная сттружки, б)) сегментная стружжка [73]  ‐ 56  В начальный момент формирования стружки (рис.

1.16 а) пластическаядеформацияконцентрируетсяукромкирезца.Впроцессерезаниясформировавшийся сегмент стружки испытывает деформацию осадкой (рис. 1.16б).ПомереПоверхностьрезаниясдвигапротекаетпредыдущегоуплощениесегментаформирующегосянакатываетсянасегмента.переднююповерхность резца практически без скольжения по ней (рис. 1.16 в). Принимаявовниманиеданныйфакт,можнопредположить,чтодеформированный слой стружки возле передней поверхности резца не являетсязоной вторичного сдвига в его обычном понимании, как при образовании стружкитипов III и IV (табл.

1.10). На заключительных этапах резания происходит сдвигэлемента стружки (рис. 1.16 г) и постепенное уплощение более мягкогополуклина предыдущим сегментом (рис. 1.16 д). На стыке сегментов стружкиможно выделить две характерные зоны сдвига. Так со свободного конца стружкисдвиг выглядит как трещина, а ближе к поверхности резца (вглубь металла)представляет собой сильно деформированную полосу (рис. 1.15 б). В результатетолщина стружки становится примерно равной глубине резания. Этот факт, приданном механизме стружкообразования, не может связываться с величиной угласдвига, как при образовании стружки типов III и IV по табл. 1.10.

Таким образом,при формировании сегментной стружки деформация представляет сочетаниеосадки и сдвига (табл. 1.11, №4).Во время уплощения формирующегося сегмента его верхняя границаподталкивает ранее сформированный сегмент вверх, вдоль передней поверхностирезца,снекоторойскоростьюрезания.Когдаженачинаетсясдвиг,формирующийся сегмент скользит по поверхности резца и подталкивает соседнийсегмент со скоростью гораздо большей, чем скорость резания. Скорость движения    ‐ 577        a))б))г))д))в))Рисуннок 1.16 – Основныые стадиии формироования сеегментнойй стружкии. ‐ 588 стружкки вдоль резца измменяется цикличнно, причемм этот циикл – несиимметриччный.В отнношении динамикки резанния основное усиилие реззания снаачала пллавновозрасстает прии осадки материалла, а заттем резкоо падает при сдвииге при этомснимается нагррузка с реззца, и реззец отпружжиниваетт назад.ТТаблица 1.11 – Раззные типыы деформмации прии формироовании сттружки [331]№женияСхемаа изображТиип деформмацииИсходнное1положенипиерезцаинедефоормированнный слоой обрабаатываемоогоматерииала.Деформмация тоолько прростым сдвигомсппо2классичческой моодели [311]Деформмация толлько осаддкой3Деформмация соочетаниемм осадки и сдвигга.Длязавершеннияоббразованииятакоогосегмента, по линии 123 рразвиваеттся облассть4интенсивной локализовлванной деформацидиисдвига..

В последствие пповерхноость сдвиигабудетподвеергатьсядеформмации(уплотнен(нию)следуюющего сеггмента дополлнительноойпрриосаддке‐ 59  Геометрия сегмента стружки представляет интерес как показатель свойствматериала и условий резания. Для описания геометрии стружки обычноиспользуют следующие параметры (рис.

1.17).В работе [77] делается попытка найти зависимость размеров сегментной стружкис параметрами и условиями резания. Так, авторы считают, что расстояние междузубцами (a1) всегда растет с увеличением скорости резания, подачи и/или глубинырезания, а угол зарождения трещины (1) и внутренний угол зуба (2) остаютсянеизменными независимо от условий резания. В работе изучалось расстояниемежду полосами сдвига (Lс) при точении сплава Ti 6Al-4V. Исследования,проведённые в работе [78] свидетельствуют, что расстояние между полосамисдвига (Lс) зависит от скорости резания и глубины резания.1.3.4 Способы улучшения обрабатываемости резанием титановых сплавовОбзор литературных данных [63, 68] позволил выделить три основныхнаправления снижения трудоемкости механической обработки титановыхсплавов: а) металлургические, б) металловедческие (материаловедческие), в)механические.Металлургическое направление состоит в получении методами обработкидавлением, фасонного литья, сварки и другими металлургическими способамитаких предварительных заготовок, которые требуют минимальной механическойобработки [41]. ‐ 600  Раасстояниее между зубцами,зa1Высота зуббцов, a2Высота нерразрезаннной частии, a3сдвига, LcРаасстояниее между полосамипППолушириина полос сдвига, hУУгол зарожждения тррещины, 1Внутренниий угол зуубца, 2Рисунок 1.17 – Размеры, исспользуеммые для описания сегмента стружки ‐ 61  Металловедческое направление включает в себя такие моменты как: разработку новых титановых сплавов с повышенной обрабатываемостьюрезанием;получение методами термомеханической и термической обработки фазовогосостава, типа и параметров структуры, обеспечивающих лучшие условиярезания; предварительный нагрев или охлаждение обрабатываемой заготовки; предварительное воздействие на поверхностные слои обрабатываемой детали(пластическая деформация, наводороживание, химическая обработка, обдувкаабразивным зерном и др.); обратимое легирование водородом (механоводородная обработка).Механическое направление заключается в: разработке оптимальных режимов резания; усовершенствование геометрии заточки инструментов; создании новых инструментальных материалов; упрочнении поверхностей инструментальных материалов; разработки новых конструкций режущего инструмента; использовании оборудования без вибраций режущего инструмента; разработки нового металлорежущего оборудования; применении рациональных технологических сред (СОЖ; газов; твердыхсмазок; криогенного охлаждения и др.); применении специальных методов обработки (обработка со сверхвысокимискоростями; с наложением вибраций определенной частоты; с наложениемультразвуковых колебаний) применениинетрадиционногоспособамеханическойобработки(электрофизических или электрохимических способов, лазерной резкивместо точения и т.п.).Одним из эффективных способов повышения эффективности механической ‐ 62  обработки титановых сплавов является разработка новых конструкций режущегоинструмента и металлорежущего оборудования [76].