- •И.А.Савин, д.Т.Сафаров, а.Г.Схиртладзе, н.А.Чемборисов физические и тепловые процессы в технологических системах
- •И.А.,Савин д.Т.Сафаров, а.Г.Схиртладзе, н.А. Чемборисов
- •Содержание
- •Введение
- •1. Физические основы резания Сведения из физики твердого тела
- •Механизм пластической деформации
- •Виды деформированного состояния
- •Пластическая деформация металла в процессе резания Гипотеза Тиме
- •Современные представления о деформации в зоне резания
- •Типы образующихся стружек
- •Усадка стружки
- •Методы оценки степени деформации
- •Весы лабораторные равноплечие влр 200
- •Порядок работы на весах влр 200
- •Контрольные вопросы
- •2. Силы резания
- •Влияние факторов на силу резания
- •Методы измерения сил резания
- •3. Тепловые явления при резании материалов Роль теплоты в процессах резания
- •Причины образования теплоты
- •Распределение теплоты. Уравнение теплового баланса
- •Температурные поля
- •Методы измерения температур в зоне резания
- •Влияние различных факторов на температуру в зоне резания
- •4. Износ и стойкость инструмента Общие сведения
- •Виды трения. Особенности трения при резании
- •Механизмы износа
- •Износ инструмента
- •Методы исследования износа режущих инструментов
- •Размерный износ инструмента
- •Определение стойкости и критерии затупления инструмента
- •Восстановление режущей способности инструмента
- •Методы повышения стойкости режущего инструмента
- •Механизмы износа и разрушения инструментов с покрытиями
- •5. Качество обработанной поверхности
- •Шероховатость обработанной поверхности
- •Методы определения параметров шероховатости
- •Влияние факторов на величину шероховатости
- •Контрольные вопросы
- •Упрочнение (наклеп) микроструктуры поверхностного слоя
- •Влияние факторов на поверхностные свойства обработанной поверхности
- •Остаточные напряжения в обработанной поверхности
- •Влияние факторов на остаточные напряжения
- •6. Математическая обработка данных экспериментов Метод оптимального планирования
- •Оценка параметров
- •Упрощенный вывод зависимостей
- •Список литературы
Остаточные напряжения в обработанной поверхности
Остаточными напряжениями называют внутренние напряжения, которые сохраняются в детали при снятии внешней нагрузки. Различают напряжения первого, второго и третьего рода. Напряжения первого рода уравновешиваются в объеме детали или большей части ее. Напряжение второго рода представляют собой местные напряжения, охватывающие объем одного или нескольких зерен металла. Возникновение напряжений второго рода может быть связано, например, с различной ориентацией кристаллографических плоскостей зерен в поликристаллическом теле, а следовательно, и с различной степенью пластической и упругой деформации отдельных зерен. Напряжения третьего рода уравновешиваются в пределах субмикроскопических объемов одного зерна, т. е. охватывают объем нескольких кристаллических ячеек.
Остаточные напряжения в поверхностном слое при обработке резанием возникают под действием нескольких причин:
1. Пластическая деформация металла поверхностного слоя изменяет все его механические свойства, в том числе уменьшает плотность, а следовательно, увеличивает объем. Увеличению объема поверхностного слоя препятствуют недеформированные нижележащие слои. В результате в слое, прилегающем к поверхности, возникают сжимающие напряжения, а в нижележащих - напряжения растяжения.
2. При обработке металлов, обладающих пониженными пластическими свойствами, формируется элементная стружка. При этом нарушаются связи между основным металлом и элементом стружки, что предохраняет поверхностный слой от дополнительного воздействия напряженного поля стружки. Силы трения на задней поверхности инструмента растягивают зерна поверхностного слоя, который стремится увеличить свою площадь. Этому препятствует упруго-напряженный слой металла, лежащий в глубине. В результате в поверхностном слое формируются остаточные тангенциальные напряжения сжатия, а в нижележащих слоях - компенсирующие их остаточные напряжения растяжения.
3. При резании вязких и пластических сталей и сплавов связи между стружкой и основным металлом не нарушаются. После пластического вытягивания кристаллические зерна поверхностного слоя дополнительно деформируются сходящей стружкой (вытягивание зерен в направлении схода стружки). В этом случае может произойти полная переориентация зерен поверхностного слоя (вытягивание в вертикальном и сжатие в горизонтальном направлении). В поверхностном слое, стремящемся занять меньшую площадь, формируются остаточные напряжения растяжения.
4. При обработке резанием наблюдается мгновенный нагрев тонких поверхностных слоев до высоких температур. Верхним нагретым слоям, стремящимся увеличить объем, сопротивляются нижележащие слои, в результате чего образуются напряжения сжатия. В случае возникновения напряжений, превышающих предел текучести данного металла, в поверхностном слое произойдет термопластическая деформация. При охлаждении объем верхних нагретых слоев уменьшается, однако сжатию препятствуют нижележащие слои. Под действием тепла, выделяющегося в зоне резания, в поверхностном слое образуются остаточные напряжения растяжения, а в нижележащих слоях — напряжения сжатия.
Таким образом, растягивающие напряжения формируются под действием температуры только в том случае, если внутренние напряжения, возникающие при нагреве, превзойдут предел текучести данного материала.