Диссертация (Технологическое обеспечение качества прецизионных поверхностей деталей типа «тел вращения» из титановых сплавов), страница 4

Степень наклепа и глубинапластически измененной структуры зависят, в первую очередь, от метода ирежимных параметров механической обработки. К ним относятся величинаподачи, глубины и скорости резания. Увеличение толщины наклепанного слояпроисходит при повышении режимных параметров подачи и глубины резания.При повышении скорости резания толщина, напротив, уменьшается. Врезультатемеханическойобработкикомплекссвойств,приобретаемыхповерхностью детали, характеризуется в обобщенном виде как «качествоповерхности» [71, 98].Качествоповерхностногослояхарактеризуется:геометрическимипоказателями (макро-, микрогеометрией (шероховатостью) и волнистостью);физико-механическими и физико-химическими свойствами; параметрамирежущей части лезвийного инструмента.

Данные характеристики обработаннойповерхности оказывают сильное влияние на сопротивление усталости,износостойкости, коррозийной стойкости, прочность посадок с натягом,плотность подвижных и неподвижных соединений [9].20Механические свойства, также как имикротвердостьюповерхностногослоя,физические,структурнымиопределяютсяифазовымиизменениями; величиной, распространением остаточных напряжений и ихглубиной; изменением кристаллического строения решетки. Данные свойстваопределяются упругопластическим деформированием и местным нагревомзоны обработки [38].В технологии машиностроения под точностью обработки принято считатьстепеньточностиобработаннойдеталиразмерам,формеиинымхарактеристикам, предъявляемым к обработанным поверхностям [98].Впроцессемеханическойобработкиподдействиемрежущегоинструмента на поверхностном слое материала остаются гребешки и впадины,структура обработанной поверхности изменяется, происходит возникновениемикронеровностей – шероховатости.

За основные критерии шероховатостиповерхностей выбираются:– среднее арифметическое отклонение профиля Ra, которое характеризуетсреднюю высоту всех неровностей профиля;– высотунеровностейпрофиляподесятиточкамRz,котораяхарактеризует среднюю высоту наибольших неровностей профиля (Рисунок1.2) [88, 89, 97].Рисунок 1.2 – Составляющие критерии шероховатости поверхности, где Rа — среднееарифметическое отклонение профиля, Rz — высота неровностей профиля по 10 точкам,Rmax — наибольшая высота профиля; шаговые: S — средний шаг неровностей профиля повершинам, Sm — средний шаг неровностей профиля по средней линии,tp — относительная опорная длина профиля, l – базовая длина21Известно, что на шероховатость обработанной поверхности влияютнесколько факторов.

Прежде всего, шероховатость зависит от способамеханическойобработки.определенныеразмерырасположениядефектовКаждомувысотыспособуобработкимикронеровностей,обрабатываемойсвойственныформыповерхности,исхемыопределяемыекинематическим движением режущего инструмента относительно исходнойзаготовки (параллельные, колообразные, пересекающиеся по спирали). Ноосновное влияние на шероховатость обрабатываемой поверхности оказываютгеометрия режущего инструмента и режимы обработки.Установлено, что с уменьшением величины подачи инструмента шероховатостьобрабатываемой поверхности уменьшается (Рисунок 1.3 а, б), но при тонкомточении нецелесообразно назначать подачу ниже некоторой величины (обычно0.015 - 0.04 мм/об), так как это не снижает шероховатость поверхности, а времяже, затрачиваемое на обработку, возрастает [61, 88, 97]. По результатаммноголетних исследований установлено, что глубина резания незначительновлияетнашероховатостьповерхности.Изменениешероховатостисувеличением глубины резания связано с изменением физико-механическихсвойств материала в зоне резания [61, 88, 89].абРисунок 1.3 – Влияние величины подачи на шероховатость обрабатываемой поверхностизаготовки при изготовлении деталей22Скоростьрезанияпримеханическойобработкепрецизионныхповерхностей также оказывает влияние на получение требуемых показателейшероховатостиповерхности.Наибольшаявеличинамикронеровностейдостигается при низких скоростях резания, а при дальнейшем увеличениискорости резания, при прочих равных условиях, шероховатость поверхностипостепенно снижается (Рисунок 1.4).Ra, Rzмкм35302520Ra15Rz1050050100150200V, м/мин250300350400Рисунок 1.4 – Характер изменения шероховатости обработанной поверхности в зависимостиот скорости резания при изготовлении деталей из титанового сплаваСущественное значение на шероховатость поверхности оказываетсостояние режущей кромки инструмента, изменение главного угла в плане ивспомогательного ′ (Рисунок 1.5 а, б), увеличение радиуса закруглениявершины резца (Рисунок 1.5 в, г), увеличивая шероховатость обработаннойповерхности детали [2, 88, 89, 97].Наростообразование приводит к изменению положения режущей кромкиинструмента, что ведет к его затуплению, к увеличению шероховатости ирезкому повышению температуры в зоне резания, что особенно заметно приобработке высокопластичных материалов, таких как титановые сплавы(Рисунок 1.6) [5, 88, 90].23абвгРисунок 1.5 – Влияние геометрических характеристик однолезвийного инструмента накачество поверхности при обработке заготовок из титанового сплаваВлияние жесткости системы механической обработки на шероховатостьповерхности обуславливается ее условиями закрепления, вызывая появлениенеравномерности распределения неровностей по обработанной поверхности.Основной причиной этого явления является зарождение вибраций элементовтехнологической системы, периодически изменяя положение режущей кромкиинструмента относительно поверхности заготовки [85].

На процесс зарождениявибрацийвосновномвлияютзазорывеезвеньяхсоединений,неуравновешенность системы вращающихся элементов и дефекты приводастанка [6,10, 19]. В зависимости от частоты и амплитуды вибрационныхколебаний изменяются форма и размеры неровностей [10, 11, 45].24Рисунок 1.6 – Параметры наростообразования, влияющие на отклонения от заданныхпоказателей точности и шероховатости поверхности, где:ф – фактический передний угол; 3 – статический угол резанияОбразованиеволнистостинаобрабатываемойповерхностисвидетельствует о том, что происходит увеличение амплитуды колебаний присравнительно малой частоте.

Волнистость может возникать так же и врезультате копирования неровностей заготовки с предшествующих операций, иот влияния остаточных напряжений в обработанном поверхностном слоезаготовки. Отсюда следует, что для обеспечения заданных параметровшероховатости поверхности необходимо назначать условия обработки с учетомданных технологических факторов [13, 15, 16].При обработке лезвийным инструментом доминирующее влияниеоказывают силовые факторы.

Результатом силового воздействия при лезвийнойобработке являются разрушение структуры, изменение кристаллическогостроения решетки, которые приводят к повышению микротвердости и резкомуизменениютемпературывзонеобработки,чтохарактеризуетсявозникновением остаточных напряжений, которые в зависимости от режимаобработки могут быть положительными или отрицательными. Определяющимифакторами, оказывающими влияние на величину данных напряжений, являетсяих глубина и характер залегания, определяемые тепловым и силовым25воздействием на материал заготовки в процессе механической обработки. Вмягких сплавах при достаточно низкой скорости резания возникают остаточныенапряжения сжатия, в то время как высокая скорость резания и повышениеподачи провоцируют увеличение пластической деформации поверхностногослоя при обработке и ведет к развитию остаточных напряжений растяжения [79,81].Износ и притупление инструмента приводят к резкому увеличениюамплитуды колебаний всей системы механической обработки из-за возрастаниякоэффициента трения его задней поверхности об обработанную поверхность,чтоспособствуетнакоплениюостаточныхнапряженийрастяжениявобработанной поверхности детали при относительно значительной глубине ихраспространения [33, 79].Анализ действующего технологического процесса изготовления детали«опора» (Приложение Ж) и чертежа (Рисунок 1.7) позволил определитьповерхность,ккоторойпредъявляютсяповышенныетребования.Наповерхности детали с длиной 50±0.02 мм c диаметром ∅18−0.011 , требуетсяобеспечить заданные параметры шероховатости поверхности по значению = 0.63 мкм, с обеспечением параметров на круглость не более чем 0.01 мми биением относительно поверхности А 0.02 мм.

В Таблицах 1.1 и 1.2приведены химический состав и механические свойства титанового сплава, изкоторого изготавливается данный класс деталей.Таблица 1.1 – Химический состав (%) используемого титанового сплавасистемы Ti-4.5Al-2V (ГОСТ 19807–91)TiAlVZrСFeSiO2H2N2основа 4.66 1.92 0.02 0.004 0.006 0.013 0.096 0.006 0.006Прочиепримеси0.326Таблица 1.2 – Механические свойства используемого титанового сплавасистемы Ti-4,5Al-2V (ГОСТ 19807–91)в , МПат , МПаδ5, %ψ, %KCU, кДж/м2635–8855901126700Рисунок 1.7 – Эскиз детали «опора»Качество поверхностного слоя на цилиндрическом участке детали∅18-0.011 и длиной 50±0.02 мм обеспечивается посредством осуществленияшлифовальной операции или операции доводки.