Комплексные способы эффективной обработки резанием - Ермаков Ю.М.
ISBN 5-217-03160-3
Скачать (прямая ссылка):
200 400 600 600 /ООО /200 вн,К 6)
Рис. 1.7. Зависимости предельных напряжений конструкционной стали:
а - от скорости деформации; б - температуры; в - температуры, модифицированной по скорости; а, - интенсивность напряжений; є, - интенсивность главной скорости деформации, е. - то же при статических испытаниях на разрыв
CT
Формулу (1.3) целесообразно использовать для механической обработки в области температур деформации с полным и неполным упрочнением материала, а формулу (1.4) - с полным и неполным разупрочнением.
На графиках зависимостей lger, =/(lge) (см. рис. 1.7, а) наблюдается перегиб кривой при некоторой критической скорости деформации ,
соответствующей фазовым превращениям (рекристаллизации). Критическая скорость деформации повышается с ростом температуры 0, так как с увеличением скорости деформации уменьшается время рекристаллиза-
ФАКТОРЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ
19
ции металла, происходящей при более высоких температурах. С ростом скорости деформации уменьшается воздействие температуры и увеличиваются напряжения деформации, что свидетельствует о большем влиянии скоростного фактора на упрочнение, чем температурного на разупрочнение материала. Одновременно рост скорости резания повышает температуру 0 в зоне пластических деформаций, поэтому необходимо учитывать совместное влияние є и 0 на напряжение сдвига: ет, = а (0, є).
Для оценки их совместного действия введено понятие модифицированной температуры 0М, учитывающей влияние скорости деформирования на прочность материала [44]:
0м=0[1-С1п(є/єо), (1.5)
где 0М - температура, К; С - константа.
Зависимость истинных напряжений от модифицированной по скорости температуры построена Мак-Грегором и Г. Фишером для сталей с различным содержанием углерода (рис. 1.7, 6) [32]. Зона А соответствует испытаниям на растяжение, зона В - на сжатие при переменных 0 и є, а зона С - на сжатие при постоянных 0 и є (степень деформации є = 0,8). Кривые отражают известный закон Н.С. Курнакова: изменение прочностных характеристик материала (твердости, предела текучести и временного сопротивления) подчиняется экспоненциальной зависимости от температуры (рис. 1.7, в):
а,=а2е(9'-е^а, (1.6)
где Q1 - прочностная характеристика при температуре Gi; ет2 - прочностная характеристика при температуре G2; а - температурный коэффициент, постоянный для данного металла (сплава).
Закон Курнакова справедлив в интервале температур, не вызывающих физико-химических превращений металлов и сплавов.
Сложный характер зависимости (1.6) позволяет предвидеть значительные колебания сил резания и трения при обработке в широком диапазоне скоростей. Кривые истинных напряжений с несколькими зонами перегиба свидетельствуют о возможности существования нескольких температурных зон фазовых превращений и, следовательно, критических скоростей деформации. При практических расчетах можно учитывать влияние скорости деформации в реальных интервалах температур с помощью коэффициента ку, показывающего, во сколько раз увеличивается касательное напряжение при росте скорости деформаций (табл. 1.1).
20 ЗАКОНОМЕРНОСТИ СПОСОБОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
1.1. Значение коэффициента ку в зависимости от температуры деформации
Отношение скоростей деформации Z2Iix fcvпри 9/9™
До 0,3 0,3 ... 0,5 0,5 ... 0,7 Свыше 0,7
10 1,05 ... 1,10 1,10 ... 1,15 1,15 ... 1,30 1,30 ... 1,50
100 1,10 ... 1,22 1,22 ... 1,32 1,32 ... 1,70 1,70 ... 2,25
1000 1,16 ... 1,34 1,34 ... 1,52 1,52 ... 2,20 2,20 ... 3,40
Примечание. 9 - абсолютная температура деформирования; 9ПЛ - абсолютная температура плавления, К.
Дальнейшее изучение процесса резания металлов связано с разработкой дислокационного механизма разрушений. Теория дислокационного строения твердого тела позволила проанализировать процессы пластической деформации на атомном уровне и создать теоретические предпосылки для объяснения феноменов сверхскоростного резания (v до 1200 м/с).
Скорость движения дислокации удисл экспоненциально зависит от скорости V3B распространения звука в металле:
V =v е^/(тЄ)
v дисл v 3bv >
где A - константа материала; т - действующее касательное напряжение.
Интенсивность увеличения скорости движения дислокаций уменьшается по мере увеличения напряжения, а скорость движения дислокаций асимптотически приближается к скорости звука в металле (для стали v3B = 5100 м/с). Если структура деформируется со скоростью, превышающей скорость перемещения дислокаций, то разрушение становится хрупким и сопровождается уменьшением сил резания и температур.
Наиболее ярко физические особенности процесса резания проявляются при сверхвысокой скорости. При скоростях резания, составляющих примерно несколько сотен метров в секунду, возникают предельные условия для перехода материала из одного состояния в другое, резко изменяются физические характеристики и механические свойства. При исследованиях отожженной стали, проводимых на специальном ротационном копре, было установлено, что пластическая деформация отожженной стали (0,2 % С) прекращается при скорости около 50 м/с [18]. Понятия «хрупкость» и «пластичность» условны: чем выше скорость нагружения,
