Диссертация (1173087), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Поэтому при моделировании изнашиванияинструмента в процессе резания можно использовать методику расчета надолговечность при циклическом нагружении.49Согласно этой методике предполагается, что существует предельнаякривая, характеризующая потерю несущей способности инструмента, см.рисунок 1.5.Если взять за основу кривую усталостной прочности, то физическийсмысл ее следующий: в точке на кривой с координатами (σi,Ni) теряетсянесущая способность конструкции при нагружении с напряжением σ i иколичеством циклов нагружения Ni. При этом поврежденность конструкциипринимается за единицу.

При работе режущим инструментом изменяютсяусловия его эксплуатации: режимы резания, обрабатываемый материал и т.д.Оценка поврежденности инструмента требует учета изменений амплитуды исреднего напряжения цикла, вызываемого изменением условий обработки.Поэтому применяется методика линейного суммирования повреждений,(правило Майнера [49]), согласно которому каждое нагружение приопределенных условиях резания вносит свою долю в поврежденность,которая определяется отношением ni к Ni, где ni – число циклов нагруженияпри заданных условиях обработки (σn), Ni – предельное число циклов для техже условий обработки.

Разрушение (потеря несущей способности) наступаеткогда ni 1 , эта сумма может изменяться в диапазоне от 0,71 до 1,49 [49].NiРисунок 1.5 – Схематичное изображение полной кривой усталости: σВ –предел прочности, σРВ – напряжение верхнего разрыва (первый вид разрыва),σРН – напряжение нижнего разрыва (второй вид разрыва), σК – критическоенапряжение (третий вид разрыва), σω – предел усталости, σТЦ – циклическийпредел текучести, σynЦ – циклический предел упругости, Nk – критическоечисло циклов нагружения, ασ:β – константы50Расчет на усталостную прочность на основе предельных кривыхусталостногоразрушенияразработанодляусловийодноосногонапряженного состояния.

Так как режущая часть инструмента в процессеэксплуатации находится в сложном напряженном состоянии, изменяющемсяв процессе работы, то критерий усталостной прочности должен отражатьразличнуючастотуиамплитудуколебанийсоставляющихтензоранапряжений и различные их сочетания. Сравнение ряда критериев,приведенных в литературе, не дают однозначного определения пределанесущей способности инструмента.

Одновременно с изменением напряженийпод действием силовых нагрузок режущая часть инструмента подвергаетсяпеременным тепловым нагрузкам, имеющим большое значение приусталостном разрушении инструментальных материалов.Общеесоотношение,описывающееизменениеповрежденностиконструкционного материала  (t ) в процессе эксплуатации детали, в томчисле изнашиваемого режущего инструмента, можно представить в виде[47]:t кр   (t )     J ( xi , )d0где  кр – критическое значение поврежденности;  – технологическаяповрежденностьматериала;J(Xi,t)–интенсивностьизмененияповрежденности в момент времени t, зависящая от энергетических фактороввоздействия на материал Xi – температуры, нагрузок, физико-химическихпроцессов.Из анализа условий взаимодействия инструмента с обрабатываемойзаготовкой в зоне резания проф.

Барзовым А.А. показано целесообразностьиспользованиякинетическойконцепциипрочности,развиваемуюакадемиком Журковым С.Н. и его школой [50, 51]. Основополагающаязависимость этой теории имеет вид:t p   0 expU 0  kгде t p – время до разрушения материала, в котором действует растягивающеепостоянное напряжение  при температуре  ; k – постоянная Больцмана;  0 –постоянная, по порядку величины близкая к периоду тепловых колебаний51атомов;  – структурный коэффициент, имеющий вероятный характер ифизически отражающий среднюю величину перенапряжения на межатомныхсвязях; U 0 – энергия активации разрыва межатомной связи, численно равная(или близкая) к энергии сублимации.Сучетомпринципалинейногосуммированияповрежденностей(принципа Бейли), впервые использованного в технологи механическойобработки при определении стойкости инструмента при нестационарныхрежимах резания проф.

Ярославцевым В.М. [50], текущее значениетехнологической поврежденности для N-операции представлено в виде:dU 00  exp0ktN 1t  0   K  K 10  T (t )  кр  1Указанное соотношение качественно раскрывает содержание интенсивности изменения поврежденности в момент времени t и позволяет расчетнымпутем определитьTв предположении определенности параметровU 0 ,  ,  (t ) .Очевиднуюэквивалентныхизнашиваниятрудностьзначенийинструмента.вызываетU 0 , ,постоянныхФизическиопределениенекоторыхописывающихобоснованнымпроцесспредставляетсяприложение кинетической теории прочность твердых тел, предложеннойакадемиком С.Н. Журковым, к единичным актам разрушения отдельныхмикрочастиц при изнашивании инструмента.Следуеттакжеотметить,чтоэкспериментальныеисследованиявременной зависимости прочности акад.

С.Н. Журкова с сотрудникамипроводились для простейшего случая – растяжения тонких проволок. Однакодаже в этом случае расширение температурного интервала или увеличениядиапазона напряжений часто приводило к отклонению экспериментальныхданных от соотношения. Не найден также и переход от одноосногорастяжения к другим видам нагружения [50].

Кроме этого для определениядолговечности в настоящее время применяют кинетическую теориюпрочности, которая опирается на фундаментальные основания статическойфизики. Особенностью временных эффектов в кинетической теории52прочности является их универсальный характер, что приводит к выводу об ихединой причине – термофлуктуационной обусловленности.

Долговечность поЖуркову С.Н. является одной из важнейших прочностных характеристикматериала, и в этом смысле, играет вполне самостоятельную роль в выборкематериала для режущего инструмента, причем любого (резец, сверло и т.д.).Хотя,следуетотметить,этахарактеристикаотличаетсяотдругихпрочностных характеристик, фигурирующих в справочниках (например:модуль Юнга, твердость и т.д.). По своему смыслу долговечность носитпрогностический характер.1.5 Цель и задачи исследованийВ результате анализа, установлено, что для повышения долговечностиинструментальных и конструкционных материалов, например режущегоинструмента при обработке деталей, может быть использован методнанесения дискретного диффузионного покрытия с поликристаллическойструктурой, который снижает риск хрупкого разрушения режущего клинаинструмента при действии циклических механических и термическихнагрузок.В качестве основного объекта исследований рассматривались,инструментальные и конструкционные материалы (быстрорежущая сталь,твердый сплав, титановый сплав) с дискретным диффузионным покрытием.Цель работы состоит в разработке и исследование методов поверхностногоупрочнения инструментальных материалов и конструкционных сплавов,исследование фазовых и структурных превращений при формированиипокрытий и разработка новых технологических процессов их нанесения, чтопозволит повысить технологические и эксплуатационные свойства инструментови деталей.Для достижения установленной цели работы сформулированы и решеныследующие задачи исследования:– разработана теоретическая модель долговечности образца с дискретнымдиффузионным покрытием для сравнительной оценки влияния локальногодиффузионного и сплошного покрытий на физико-механические свойстваповерхностного слоя материала;–установленывзаимосвязи53междусоставамигазовойсредыиобрабатываемых материалов, параметрами технологического процесса иструктуройформируемогопокрытия,обеспечивающимиповышениедолговечности деталей и инструментов;– установленовлияниедиффузионного покрытия,структурных особенностей дискретногосвязанных с образованием оксидов, на физико-механические и режущие свойства инструментального материала и физикомеханические свойства конструкционного материала;– выявлен механизм изнашивания режущего инструмента с дискретнымдиффузионным покрытием при точении и фрезеровании, состоящий вторможении процессов зарождения и распространения трещин, обусловленныйнаведением переменного напряженного состояния в поверхностном слое;– разработаны методика и критерий оценки долговечности материалов cдискретным диффузионным покрытием по величине молярной энергииактивации Uэф;– разработан метод нанесения дискретного диффузионного покрытия, какна инструментальный, так и на конструкционный материал, определеныоптимальныепараметры,увеличивающиедолговечностьрежущегоинструмента в условиях эксплуатации;– разработан способ повышения долговечности лопаток компрессора навторойресурспутемвосстановленияизносостойкогопокрытиянаантивибрационных бандажных полках;– разработанодиффузионногооборудованиепокрытия,конструкционный материалы.каки технология нанесения дискретногонаинструментальный,такина54ГЛАВА 2.

ФОРМИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОГО ДИФФУЗИОННОГОПОКРЫТИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ПОДЛОЖКУПовышение эффективности обработки осуществляется как путемуменьшения сопротивления материала резанию, так и путем увеличениясопротивления инструмента изнашиванию.Уменьшениесопротивленияматериаларезаниюдостигаетсяврезультате:- разупрочняющей термообработки;- предварительного нагревания;- уменьшения поверхностного натяжения при адсорбции поверхностноактивных веществ;- уменьшения угла трения инструмента за счет применения смазок.Увеличение сопротивления инструмента изнашиванию достигается врезультате:- поверхностного упрочнения (в том числе путем нанесения тонкихзащитных покрытий);- охлаждения инструмента (поливом жидкостью или подводом ее черезинструмент);- уменьшения напряжений в инструменте за счет рационализации егоконструкции.В машиностроении для уменьшения сопротивления изнашиванию иувеличения производительности используют режущий инструмент сосплошным покрытием.

Характеристики

Список файлов диссертации