Диссертация (Технологическое обеспечение качества прецизионных поверхностей деталей типа «тел вращения» из титановых сплавов), страница 7

Бармина, Г.И. Грановского, И.Г. Жаркова, В.Н.Подураева, Б.Б. Чечулина, и других отечественных и зарубежных ученых [6, 28,36, 74, 101].В работах описаны и предложены различные способы повышениякачества и точности обработанных деталей из труднообрабатываемыхматериалов и производительности механической обработки.Современное производство причисляет обычные методы механическойобработки деталей из титана к малопроизводительным и экономическиневыгодным. Новые методы обработки резанием открываются посредствомизменения самого характера механического воздействия на срезаемый слойзаготовки. Сюда относят использование химического, электрического итеплового типов воздействия.

Также применяются комбинированные методыизготовления, заключающиеся в сочетании механического и физическоговоздействия.Основное направление новых методов обработки связано со снижениемвиброактивности технологической системы, приводящем к повышениюкачественных и точностных характеристик обрабатываемой поверхности, атакже к увеличению стойкости инструмента. Это особенно актуально примеханической обработке труднообрабатываемых металлов на основе титана,так как процесс изготовления связан с возникновением неустойчивыхавтоколебаний, превышающих амплитуду в 1.7 раза, чем при точенииконструкционных сталей.442.1 Обзор существующих методов пластического деформированияповерхностного слоя обрабатываемой заготовкиКоличество способов поверхностного пластического деформированиявесьма обширно и каждый из них имеет весомые отличия и технологическуюметодику выполнения.

Методы поверхностного пластического деформирования(ППД) являются одним из основных методов как финишной безстружковойобработки готового изделия, так и предварительной подготовки снимаемогоприпуска под последующую обработку резанием. Пластические деформацииприводят к изменению как формы и размеров, так и структуры вместе с еесвойствами.Такимобразом,происходитповышениемеханическиххарактеристик (прочности и твердости, пределов текучести и упругости), атакже уменьшение показателей пластичности (удлинения и сужения, ударнойвязкости) [8, 18, 23].Пластическое деформирование можно разделить на статическое идинамическое в зависимости от способа контакта инструмента на заготовку.Что касается методов, то они подразделяются на методы скольжения и качения,исходя из вида взаимодействия деформирующего инструмента и поверхностизаготовки (согласно ГОСТ 18296–72).К отличительным особенностям статического метода относится именновоздействиенаобрабатываемуюповерхностьпостояннойсилыРспоследовательным перемещением очага деформации.

К схемам созданияизмененной структуры поверхности заготовки относятся методы качения искольжения (Рисунок 2.1 а, б). В свою очередь динамические виды ППДпредставляютсобойметодцикличноговнедрениявповерхностьобрабатываемой заготовки (Рисунок 2.1 в).В качестве инструмента для нанесения пластического воздействия чащевсего применяются шары и ролики различной конфигурации. Накаткапроисходит по схеме качения с проскальзыванием, что обеспечивает более45равномерный наклеп и возможность регулирования глубины упрочненногослоя и обладает лучшей производительностью.абвРисунок 2.1 – Схема взаимодействия деформирующих инструментов с обрабатываемойповерхностью заготовки а – качение, б – скольжение, в – внедрение, где: S – подача;P – приложенная сила; h – глубина пластической деформацииПроанализировав известные методы воздействия на поверхностный слойзаготовкисусловиямиизменениярежимовмеханическойобработки,определено, что наиболее эффективным является создание измененнойструктуры обрабатываемой поверхности изделия посредством пластическоговоздействия методом качения.

Выбор данного метода обусловлен снижениемтрения между поверхностями деформирующего индентора и заготовки, чтообеспечивает более длительный срок работы индентора и позволяет добитьсявысокой производительности процесса [23].462.2 Сущность метода предварительной подготовки поверхностилокальным пластическим деформированиемМатериальная природа метода пластического деформирования состоит визменении физико-механических свойств материала в предполагаемой зонестружкообразования путем предварительного упрочнения, осуществляемогоспециальныминструментом,механическойэнергии.кристаллическойрешеткиявляющимсяИзменениевдополнительнымформылокальнойзонеиисточникомструктурыобрабатываемойстроениядеталиобуславливает изменение реологических свойств металла [40].Вследствие приложения внешнего напряжения к материалу пластическаядеформация сперва будет протекать в зернах, наиболее благоприятноориентированных к внешнему напряжению.

Под действием внешних силпроисходит градационное изменение в строении кристаллической решетки, иизначально округлые зерна (Рисунок 2.2, а) дробятся и принимаютдеформированную волокнистую структуру (Рисунок 2.2, б), распределяясь внаправлении,соответствующемнаправлениювнешнегосдвигающегонапряжения при сохранении изотропности в структуре материала [79, 104].Рисунок 2.2 – Видоизменение структуры под действием внешних силОсновными видами сдвиговых механизмов являются скольжение,двойникование и сбросообразование.

Довольно частым явлением при процессепластическогодеформированияявляетсяодновременноеформирование47нескольких механизмов, но влияние конкретного механизма может бытьопределенотипомкристаллическойрешеткиифизико-механическимисвойствами материала, а также структурными превращениями [20].Одним из результатов этого процесса является существенное измельчениемикроструктурыопределеннуюзерен.Кристаллическиепространственнуюрешеткиориентировку,зеренприобретаютназываемуютекстуройдеформации. В результате, структура, подверженная пластической деформации,находится в состоянии всестороннего сжатия [44].Если исходить из сдвиговых схем пластической деформации, структурнофазовые изменения затрагивают, в первую очередь, кристаллографическиеплоскости и направления.

Если изменяется путь деформирования, то вслед заним происходит усиление макроскопической неоднородности материала,деформациялокализуетсядислокационныхграниц,вмакрополосекотороесдвига.обычно«Рассыпание»сопровождаетчастиизменениедеформационного пути, становится причиной образования макрополос сдвига,а также и «лавины» дислокаций. Для исследуемого материала с гексагональнойплотноупакованной решеткой наблюдается обширное разнообразие системскольжения (Рисунок 2.3) [44, 104].Рисунок 2.3 – Элементы скольжения и двойникования в кристалле титанового сплава, где:1 – пирамидальная плоскость; 2 – призматическая плоскость; 3 – базисная плоскость;4 – направления скольжения48Модификациявнутреннегостроениякаждогозернапровоцируетизменение объема кристаллической решетки металла, образование дефектов ввиде вакансий, увеличение роста числа точечных, линейных и поверхностныхнесовершенствкристаллическогостроения,разориентировкиблоковиповышение напряженности кристаллической структуры.

На деформационноеупрочнение металлов большое влияние оказывает количество и размервнутризеренных блоков (ячеек). С повышением степени деформации и ростаплотности дислокаций происходит дробление зерна на блоки по плоскостямскопления дислокаций [44, 70].Преимущественное влияние на структурные изменения и свойстваметаллов оказывают дислокации. Смещение дислокаций связано с процессомскольжения или двойникования, происходящим в металле под действиемвнешних или внутренних сил. Дислокацией называют границу между областью,в которой деформация уже произошла, и областью, еще не затронутойдеформацией.В условиях резкого изменения плотности дислокаций и видоизменениякристаллическогостроениярешеткиметаллазатрудняетсясвободноескольжение одних атомных плоскостей относительно других, и происходитперераспределение дислокаций и их сосредоточение на границах зерен.

Важнойособенностью является то, что дислокации, образующиеся в плоскостискольжения, приводят к снижению расхода энергии на дальнейший процессдеформирования. Большое количество атомов в плоскости скольжения, переходиз своих узлов в смежные происходит последовательно, а не синхронно.Повышение плотности кристаллической решетки приводит к тому, чтодислокациям становится тесно, запускается процесс блокирования друг друга,чтомногократноснижаетподвижность.Соответственно,снижаетсяпластичность металла и увеличивается его прочность.