Какие факторы влияют на физико-механические свойства обрабатываемого поверхностного слоя?
При резании из-за воздействия на заготовку силы резания и тепла резания изменяются физико-механические свойства металла поверхностного слоя. Наиболее важными изменениями являются изменение микротвердости металла поверхностного слоя, изменение металлографической структуры и остаточных напряжений. Поскольку пластическая деформация и выделение тепла при резании в процессе шлифования более серьезные, чем при резании лезвием, три вышеупомянутых физических и механических свойства поверхностного слоя после процесса шлифования сильно изменятся.
1. Холодное упрочнение поверхностного слоя
Холодное упрочнение и параметры его оценки
Пластическая деформация, вызванная силой резания во время процесса обработки, вызывает искажение и искажение кристаллической решетки, сдвиговое скольжение между кристаллическими зернами, удлинение и волокнистость кристаллических зерен и даже разрушение, что приведет к увеличению твердости и увеличению прочность — это явление, называемое наклепом (или упрочнением). В результате упрочнения металла поверхностного слоя повысится сопротивление металла деформации, снизится пластичность металла, а также изменятся физические свойства металла.
Наклепанный металл находится в нестабильном состоянии с высоким уровнем энергии. Существует только одна возможность, что нестабильное состояние металла переходит в более стабильное состояние. Это явление называется ослаблением. Величина эффекта ослабления зависит от температуры, длительности температурного режима и степени упрочнения. Поскольку при механической обработке металл подвергается как силовому, так и тепловому воздействию, конечные свойства поверхностного металла после обработки зависят от результата комбинированного воздействия упрочнения и ослабления.
Существуют три показателя для оценки наклепа: микротвердость HV поверхностного металла, глубина h упрочненного слоя и степень N упрочнения.
Основные факторы, влияющие на наклеп
Увеличение радиуса притупленной окружности режущей кромки увеличивает сдавливающее воздействие на поверхностный металл, а пластическая деформация интенсифицируется, что приводит к усилению наклепа. Увеличивается износ задней поверхности инструмента, увеличивается трение между задней поверхностью и обрабатываемой поверхностью, увеличивается пластическая деформация, что приводит к повышенному наклепу.
Увеличение скорости резания сокращает время взаимодействия инструмента с заготовкой, что уменьшает глубину распространения пластической деформации и глубину холодного твердого слоя. После увеличения скорости резания время воздействия тепла резания на поверхностный слой заготовки также сокращается, что увеличивает степень охлаждения. С увеличением подачи увеличивается сила резания, интенсифицируется пластическая деформация поверхностного металла и усиливается эффект наклепа.
Чем больше пластичность материала заготовки, тем тяжелее явление холодного твердения.
2. Изменение металлографической структуры материала поверхностного слоя.
Когда теплота резания приводит к тому, что температура обрабатываемой поверхности превышает температуру фазового перехода, металлографическая структура поверхностного металла изменяется.
Шлифовальные ожоги
Когда температура поверхностного слоя обрабатываемой детали превышает температуру превращения, происходит изменение металлографической структуры поверхностного металла, что снижает прочность и твердость поверхностного металла, сопровождающееся остаточными напряжениями и даже микротрещинами. Это явление называется шлифовальным ожогом. Существует три типа прижогов, которые могут возникнуть при шлифовании закаленной стали:
Закалка
Если температура в зоне шлифования не превышает температуры превращения закаленной стали, но превышает температуру превращения мартенсита, то отпущенная мартенситная структура поверхностного металла заготовки преобразуется в отпущенную структуру с меньшей твердостью. (Соксит или Торнит), этот тип ожога называется умеренным ожогом.
Погасить ожог
Если температура в зоне шлифования превышает температуру фазового перехода в сочетании с быстрым охлаждающим действием охлаждающей жидкости, поверхностный металл подвергается вторичной закалке, в результате чего поверхностный металл подвергается вторично-закаленной мартенситной структуре с твердостью выше, чем у исходный мартенсит отпуска Высокий, в его нижнем слое из-за более медленного охлаждения появляется структура отпуска (сажит или тонит) с твердостью ниже, чем у исходного мартенсита отпуска. Этот тип ожога называется гасящим ожогом.
Отжиг
Если температура в зоне шлифования превышает температуру фазового перехода и в зону шлифования не поступает охлаждающая жидкость, то поверхностный металл будет иметь отожженную структуру и поверхностная твердость резко снизится. Этот тип ожога называется отожженным ожогом.
Улучшенные способы сжигания ожогов
Тепло от шлифования является основной причиной прижогов при шлифовании, поэтому существует два способа уменьшить прижоги при шлифовании: первый — максимально уменьшить выделение тепла при шлифовании; другой — улучшить условия охлаждения, чтобы свести к минимуму выделение тепла на заготовку.
Правильный выбор колеса
Разумный выбор количества резки
Улучшить условия охлаждения
3. Остаточное напряжение поверхностного слоя
Причины остаточного напряжения
При резании в металлическом слое на обрабатываемой поверхности происходит пластическая деформация, что увеличивает удельный объем металла поверхности.
Поскольку пластическая деформация происходит только в поверхностном металле, а удельный объем поверхностного металла увеличивается и объем расширяется, ей неизбежно препятствует связанный с ним внутренний металл. Поэтому в поверхностном слое металла возникает остаточное напряжение, а в нижележащем металле возникает остаточное растягивающее напряжение.
В процессе резки в зоне резания выделяется большое количество тепла.
Различные металлографические структуры имеют разную плотность и разные удельные объемы.
Если металл поверхностного слоя претерпевает изменение металлографической структуры, то изменению удельного объема поверхностного металла должен препятствовать связанный с ним основной металл, поэтому возникают остаточные напряжения.
Выбор метода окончательной обработки основной рабочей поверхности детали
Выбор окончательного метода обработки основной рабочей поверхности детали очень важен, потому что остаточное напряжение, остающееся в результате окончательного рабочего процесса на рабочей поверхности, будет напрямую влиять на производительность детали машины.
При выборе окончательного способа обработки основной рабочей поверхности детали необходимо учитывать специфические условия работы и возможные формы повреждений основной рабочей поверхности детали.
Под действием знакопеременных нагрузок локальные микротрещины на поверхности деталей машин будут расширять первоначальные трещины за счет растягивающих напряжений, что в конечном итоге приведет к разрушению деталей. С точки зрения повышения сопротивления деталей усталостному разрушению при окончательной обработке поверхности следует выбирать метод обработки, который может создавать остаточное сжимающее напряжение на поверхности.
Качественное производство сделано правильно – каждый раз! Pintejin — одна из лучших компаний по быстрому прототипированию, специализирующаяся на изготовлении пластиковых форм, обработке с ЧПУ, вакуумном литье, быстрой оснастке и изготовлении листового металла, гарантирует, что ваши проекты и идеи будут реализованы в реальном мире всего за несколько дней. У вас будет возможность физически проверить дизайн и функциональность вашего продукта, прежде чем он будет отправлен в массовое производство. Команда экспертов в Pintejin также поможет вам на каждом этапе разработки продукта, от оптимизации вашего дизайна до помощи в поиске наиболее эффективного пути для ваших производственных нужд. Благодаря нашим знаниям в области быстрого производства, ультрасовременной технологии быстрого прототипирования и бесконечному набору материалов вы не сможете ничего создать с помощью Pintejin.
