4.4.Наклеп поверхностного слоя обрабатываемой детали

В результате пластического деформирования стружка не только усаживается, но и подвергается упрочнению (наклепу) и ее твердость может значительно увеличится по сравнению с твердой заготовкой. Упрочняется также металл впереди режущего клина и в поверхностном слое обработанной детали на некоторую глубину h. Повышение твердости в массе стружки и в поверхностном слое обработанной детали неравномерно.

Рис. 4.49. Схема формирования наклепа

Большая твердость получается у стружки в прирезцовом слое, а у заготовки в поверхностном слое.

А – наклепанный слой на стружке, где твердость в 1,5-2 раза выше, чем у обрабатываемого материала.

В – наклеп на изделии, характеризующийся следующими величинами:

1. Глубиной (толщиной) наклепа h:

2. Интенсивностью (степенью) наклепа:

,

где – исходная твердость материала заготовки.

При обработке жаропрочных материалов интенсивность наклепа для жаропрочных материалов.

3. Величиной, глубиной и знаком остаточного напряжения. Особенно опасны поверхностные напряжения на ответственных деталях (лопатки газотурбинных двигателей турбины).

Степень упрочнения и глубина наклепа зависят от обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режима резания.

С увеличением глубины, подачи, угла резания и радиуса округления вершины резца – упрочнение и глубина наклепа возрастают, т.к. увеличение этих факторов затрудняет процесс резания. Подача влияет на наклеп в большей степени, чем глубина резания. С увеличением скорости резания и применения смазочно-охлаждающих технологических средств наклеп уменьшается.

Измерение микротвердости поверхностного слоя детали производится методом косых срезов на приборе ПМТЗ. Измеряется твердость поверхностного слоя на определенной глубине в сечение х-х в точках 1, 2, 3…

Рис. 4.50. Схема измерения микротвердости поверхностного слоя детали

В результате наклепа зерна металла измельчаются и он становится более прочным и твердым, если при этом отсутствует разрушение поверхностного слоя, явление наклепа может быть положительным. При наклепе возможно разрушение кристаллической решетки, что внешне проявляется в задирах, надрывах и других дефектах обрабатываемой поверхности. В этом случае предел усталостной прочности будет понижен и деталь может преждевременно разрушится.

Наклеп нежелателен при черновой обработке, т.к. он вредно влияет на процесс резания при последующей чистовой обработке.

Например, при чистовом развертывании развертка работает по наклепанному слою, быстро тупится, обрабатываемая поверхность получается с высокими значениями параметров шероховатости.

Наклепанный слой, полученный при черновой обработке, вызывает повышенной коробление стальных деталей при их закалке.

В среднем, вследствие наклепа твердость поверхностного слоя детали повышается: у алюминия на 90-100%, у латуни на 60-70%, у мягкой конструкционной и аустенитных (жаропрочных, нержавеющих) сталей на 40-50%, у твердой конструкционной стали на 20-30%.

При обработке конструкционной стали, средняя твердость глубины наклепочного слоя составляет: черновая обработка резцом 0,4-0,5 мм., чистовая – 0,07-0,08 мм., шлифование – 0,04-0,06 мм., полирование – 0,02-0,04 мм. Трудно обрабатываемые материалы (жаропрочные, нержавеющие сплавы) обладают пластичностью, поэтому при их обработке явление наклепа проявляется в большей степени, чем при обработке конструкционных сталей.

Например, при обработке жаропрочных сталей Э4437А – глубина наклепа в 3 раза больше, чем при обработке Ст45.

При неравномерном протекании процесса пластического деформирования высокая упрочняемость обрабатываемого материала может привести к появлению вибраций. Поэтому при обработке подобных материалов необходимо выбирать инструмент и металлорежущие станки, обеспечивающие высокую прочность.