30 Упрочнение деталей машин обработкой резанием

При обработке деталей под действием сил резания в поверхностном слое металла происходит его упругопластическое деформирование. Пластическое деформирование распространяется на определённую глубину металла, расположенного под обработанной поверхностью, и сопровождается скольжением, т.е. перемещением отдельных частей кристаллитов по определенным кристаллографическим плоскостям. Процесс скольжения начинается тогда, когда возникают критические сдвигающие напряжения, достаточные для его начала. Пластическому деформированию предшествует упругое, распространяющееся со скоростью, близкой к скорости звука. На пластическое деформирование, при котором происходит перемещение частей кристаллитов, требуется определённое время. Поэтому при больших скоростях деформирования иногда наблюдается межкристаллитная пластическая деформация. В этом случае зёрна перемещаются относительно друг друга.

В процессе резания металлов зёрна в поверхностном слое вытягиваются в направлении действия силы резания. Кристаллиты ориентируются в основном по кристаллографическим направлениям. Подобная ориентация мелких зёрен, вытянутых по направлению деформации, называется текстурой.

При наклёпе наблюдается снижение электропроводности, теплопроводности и плотности металла, что объясняется увеличением количества дислокаций и вакансий в наклёпанном металле. В общем случае с увеличением сил резания и продолжительности их воздействия возрастает пластическая деформация поверхностного слоя металла, а следовательно, увеличивается степень его наклёпа и глубина распространения наклёпа.

Установлено, что возможности упрочнения металла за счёт его наклёпа ограничены, и при чрезмерной пластической деформации может образоваться «перенаклёп» металла, что приведёт к его разупрочнению. Разупрочнение происходит при исчерпании зёрнами металла возможности упрочняться. При этом наблюдается его разрыхление, появление трещин, отслаивание и т.д.

Наклёп в поверхностном слое приводит металл в структурно-неустойчивое состояние, вызванное неодинаковым распределением внутренних напряжений между отдельными зёрнами и даже целыми участками металла. В этих условиях имеет место явление отдыха, т.е. стремление металла к возвращению в первоначальное, ненаклёпанное состояние, чему способствует упругая деформация наклёпанного металла, а также повышенная температура в зоне резания. При комнатной температуре отдых наклёпанного металла проходит довольно медленно, однако уже при небольшом нагреве процесс ускоряется. При этом даже незначительные перемещения атомов могут снять искажения кристаллической решётки. Например, для снятия искажений атомной кристаллической решётки железа достаточно нагреть его до 200...300°С, после чего механические свойства железа частично восстанавливаются.

При данных температуре и упрочнении, чем длительнее металл подвергается отдыху, тем полнее восстанавливаются свойства, которые металл имел до пластического деформирования, т.е. тем полнее его отдых.

При обработке металлов резанием одновременно действуют значительные силы резания, создающие наклёп, и температура, вызывающая разупрочнение металла. Конечное состояние поверхностного слоя определяется соотношением процессов упрочнения и разупрочнения, зависящих от преобладания в зоне резания силового или теплового фактора. Общие закономерности возникновения наклёпа сохраняются и при абразивной обработке. Финишные операции обеспечивают необходимые размеры и шероховатость восстанавливаемых поверхностей, а также свойства поверхностного слоя. На этих операциях снимают незначительный слой металла, но уменьшают на один-два класса значения шероховатости. Тонкое шлифование, например, выполняют абразивным инструментом с зернистостью 12–25. Снимаемый припуск за один ход не более 0,5 мкм. В конце операции необходимо выхаживание в течение 5–7 оборотов детали. Для тонкого шлифования применяют станки повышенной точности.

Алмазное шлифование применяется в ремонтном производстве в основном для заточки и доводки режущего и мерительного инструмента. Суперфиниширование и полирование – процессы удаления разупрочнённого на предыдущих операциях тонкого слоя и достижения необходимой шероховатости поверхности. Хонингование – процесс доводки внутренних цилиндрических поверхностей абразивными брусками, которые закреплены в головке и совершают вращение с одновременным возвратно-поступательным движением