Улучшение обрабатываемости резанием при предварительном пластическом деформировании металлов

15. Сухочев Г. А. Управление качеством изделий, работающих в экстремальных условиях при нестационарных воздействиях / Г.А. Сухочев. - М.: Машиностроение, 2004. - 287 с.

16. Гречников Ф.В., Яковишин А.С., Захаров О.В. Минимизация объема измерений при контроле цилиндрических поверхностей на основе статистического моделирования // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2017. - № 4. - С. 101-110.

17. Захаров О.В. Формообразование сложных поверхностей с применением адаптивных систем контроля / О. В. Захаров. - Саратов: СГТУ, 2014. - 256 с.

18. Погораздов В.В. Геометро-аналитическая поддержка технологий формообразования винтовых поверхностей: учеб. пособие / В.В. Погораздов, О.В. Захаров. - Саратов: СГТУ, 2004. - 72 с.

19. Решетникова О.П. Совершенствование разработки технологического процесса изготовления сложнопрофильных деталей в условиях механообрабатывающих производств / Е.П. Решетникова, П.Ю. Бочкарев // науч. сб..: Современные тенденции развития науки и технологий. - 2016. -№7 - 1. -С.116 - 120.

20. Координатно - измерительные машины и комплексы / А.И. Пекарш, С.И. Феоктистов, Д.Г. Колыхалов, В.И. Шпорт // CALS - технологии. - 2011. - №3. - С. 3648.

Agafonova Elena Nikolaevna, student, Yu.A. Gagarin Saratov State Technical University, Saratov, Russia

Zakharov Oleg Vladimirovich, Dr. of Tech. , Professor, Saratov State Technical University named after Gagarin Yu.A., Saratov, Russia

CLASSIFICATION OF MACHINE PARTS FROM POSITION

MEASUREMENTS

Abstract: An attempt is made to classify parts in machine-building production from the point of view of their measurement. The classification is based on the signs of the complexity of measuring the dimensions, shape and location of surfaces. Keywords: classification of parts, engineering, measurement of parts.

УЛУЧШЕНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ РЕЗАНИЕМ ПРИ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ

МЕТАЛЛОВ

Амбросимов Сергей Константинович, д.т.н., профессор (e-mail: ambsk@mail.ru) Липецкий государственный технический университет, Россия

В статье представлены и проанализированы исследования эффекта снижения сил резания при резании механически упрочненных материалов с позиции теории дислокации и баланса энергии Рассмотрены приоритетные направления использования методов деформирующе режущей обработки.

Ключевые слова: резание с опережающим деформированием

В настоящее время ведутся активные исследования в области разработки комбинированных методов обработки, в частности при резании с опере-

жающим пластическим деформированием (ОПД). При этом установлен факт снижения сил резания.

Впервые эффект снижения сил резания при обработке механически упрочненных металлов объяснил Я.Г. Усачев [1], с позиций баланса работ пластической деформации. Он писал что: "Прежде чем разрушится металл проходит через все стадии упрочнения. Разрушение металла произойдет в тот момент, когда укрепление достигнет наибольшей величины. Чтобы разрушить металл, уже укрепленный до некоторой степени, его нужно меньше деформировать, чем металл вовсе неукрепленный на величину, соответствующую предварительному укреплению". И далее: "разность работ будет равна той работе, которая требуется, чтобы довести металл образца до данной степени укрепления".

Однако экспериментально это не было подтверждено. энергозатраты, затраченные на разрыв механически неупрочненных образцов, превышали в четыре раза энергозатраты , упрочненных, при резании это превышение составило от 1,1 до 1,4 раза.

Впервые эффект снижения сил резания после холодного пластического деформирования был использован в металлообработке A.M. Кузнецовым [2] при разработке нового метода деформирующе-режущего протягивания, Он же объяснил этот эффект с позиции теории дислокаций.

При пластическом деформировании металлов различают 3 стадии упрочнения. На первой при достижении предела упругости, начинает действовать источник дислокаций, порождая петли, движущиеся под действием напряжения в плоскости скольжения [3].

Если на пути не встречаются препятствия в виде включений и вакансий, дислокации выходят на поверхность кристалла и на последней возникает ступенька S. Если петли задерживается в плоскости скольжения, создается напряжение, затрудняющее действие источника.. Но при увеличении напряжения, источник может послать новые петли, которые беспрепятственно проходят через плоскость скольжения.

Процесс этот повторяться при одном и том же уровне напряжения поэтому упрочнение мало как мала и высота ступеньки : 50 - 100 А, при длине линии скольжения 1мм.

Переход от первой ко второй стадии по Хиршу [4] происходит когда расстояние между скоплением дислокаций становится очень малым, а напряжения, вызываемые препятствием из нагромождений дислокаций, и приложенные напряжения становятся достаточными для возникновения дислокаций во вторичной системе. Плотность дислокаций к концу стадии достигает 1016 см-2, а в отожженном материале в среднем 106-108 см-2. В начале второй стадии количество дислокаций растет лавинообразно во вторичной системе плоскостей скольжения. При этом образуется большое количество нагромождений дислокаций, т. е. дислокационных барьеров для прохождения новых дислокаций.

Третья стадия характеризуется развитием поперечного скольжения, полосы скольжения расширяются, а сдвиг в исходной плоскости скольжения затормаживается. Из-за поперечного скольжения винтовые дислокации при некоторых условиях переходят на параллельную плоскость, и там образуется новый источник, который под действием напряжения генерирует дополнительное количество дислокаций, за счет чего происходит пластический сдвиг. Дислокационная структура кристалла на этой стадии зависит не только от величины напряжения, но и от напряженного состояния.

Увеличение дислокаций в кристалле не приводит к нарушению сплошности в кристалле, т.е. к образованию свободной поверхности (субмикрот-рещины), но атомные слои в местах нагромождений упруго искажены за счет чего возникает локальная концентрация напряжений.

В зоне расположения дислокации увеличивается свободная энергия кристаллической решетки, но из-за уравновешенности сил, действующих на дислокацию, она будет находиться в некотором метастабильном состоянии. Чтобы нарушить это состояние, надо добавить ей энергию извне (например термическую). Энергия кристалла уменьшится, при этом дислокация либо переместится до нового метастабильного состояния, либо выйдет на поверхность кристалла.

Энергия кристалла увеличивается за счет увеличения свободной энергии каждой дислокацией, взаимодействия полей напряжений дислокаций и дислокаций с внешними поверхностями кристаллов и инородных фаз.

Дислокации, перемещающиеся в кристалле в разных плоскостях пересекаются, генерируют дефекты при огибании ими мелких инородных включений дислоцированных атомов и вакансий, что в конечном счете приводит к зарождению и образованию трещин.

Существует три различных механизма образования микротрещин:

1. Дислокации двигающиеся в одной плоскости скольжения достигают критической величины 2. Скопления сидячих дислокаций происходят за счет их взаимодействия в пересекающихся плоскостях скольжения. 3. Взаимодействие дефектов кристаллической решетки вакансий и дислокаций приводит к образованию микротрещин.

Большинство моделей, приводящих к различным механизмам хрупкого разрушения экспериментально не подтверждены, но несомненно важным является то, что именно они являются основным фактором сливающихся трещин приводящим к разрушению. Важной также является возможность смыкания и самозалечивания микротрещин, которая ведет к снижению КПД процесса разрушения.

При резании металлов основная часть энергии идет на деформирование срезаемого слоя металла, совсем ничтожная часть на увеличение поверхностной энергии системы, т.е. на образование поверхности раздела, приводящей к отделению слоя материала. Полная энергия разрушения превышает поверхностную энергию примерно на 3...4 порядка. По мере увеличения степени деформации субмикротрещины теряют «устойчивость» и на-

пряжение при резании приводит к тому, что отдельные микротрещины под действием режущего зуба создают макротрещину.

При опережающем процесс резания пластическом деформировании поперечные микротрещины постепенно переходят в макротрещины, а при мрогократном воздействии они смыкаются в продольные, что определяет процесс чешуйчатого отслоения. Очевидно что эффект снижения сил резания по предварительно деформированному слою связан с увеличением внутренней энергии кристалла и образованием субмикротрещин.

Плотность субмикротрещин должна иметь максимальные значения, в зонах с максимальным значением микротвердости, т.к. именно здесь максимальная плотность скопления дислокаций. Для определения снижения работы, затрачиваемой на процесс резания при опережающем деформировании, важны исследования направления расположения микротрещин, характера изменения их плотности по глубине применительно к процессу поверхностного пластического деформирования, который подробно не исследован.

Комбинированной обработке резанием с опережающим деформированием таким, как деформирующе-режущее протягивание уделяется большое внимание [5, 6, 7] Но достоверный и надежный математический аппарат для расчета силы резания при ОПД. не разработан. Причиной этого является то, что не учитываются многие факторы механизм накопления повреж-денности [8], который определяется показателем напряженного состояния, историей нагружения как в процессе резания , так и пластического деформирования. Кроме того, недостаточно мало экспериментальных исследований накопления поврежденности.

Не смотря на это разработано достаточно много новых методов дефор-мирующе-режущего протягивания, эффективность которых подтверждена

с УПН зоны резания

Наиболее простая и надежная конструкция инструмента для осуществления способа протягивания с (ОПД) и упругопластическим нагружением (УПН) представлена на рис. 1 [11]. Основным достоиством инструмента

является размещение деформирующих зубьев 1 в местах срежкозделитель-ных выкружек деформирующе-режущего элемента 2 между режущими зубьями 3.

Рисунок 2 - Схема срезания деформированных и упругопластически растянутых слоев металла: а) в поперечном сечении, б) в продольном сечении отверстия

Соседние деформирующе-режущие элементы протяжки расположены с угловым смещением^ (рис. 2, а) один относительно другого таким образом, чтобы за деформирующим зубом размещался режущий и наоборот.

Деформирующие зубья пластически деформируют и оттесняют слои металла находящиеся между режущими, обеспечивая стружкоделение, кроме того, они растягивают слои металла в зоне резания (заштриховано в клетку), ранее деформированные впереди идущими деформирующими зубьями, и срезают слои толщиной ар (рис. 2, а, б) первым зубом и а2 вторым и последующими зубьями по линии «МЫ». В результате слои металла вначале подвергаются сдвиговой деформации, при этом накапливается повре-жденность [12] при отрицательном показателе напряженного состояния. А затем уже деформированные слои металла попадают в зону растяжения, поврежденность накапливается интенсивнее при положительном показателе напряженного состояния. Кроме того, процесс резания происходит при нехарактерном для резания напряженном состоянии, т.к. на зону резания наложены дополнительные растягивающие напряжения. Все это приводит к дополнительному снижению силы резания при УПН

Выводы

1. Теоретические исследования недостаточно полно выявляют и объясняют причины улучшения обрабатываемости материалов резанием предварительно обработанных поверхностным пластическим деформированием.

2. Исследования процесса резания с ОПД с позиций теории разрушения позволили повысить эффективность за счет наложения на зону резания растягивающих напряжений. Это позволило разработать новые методы и инструменты для обработки отверстий с ОПД и УПН зоны резания.

Список литературы

1. Русские ученые основоположники науки о резании. [Текст] / Под ред. Панченко К. П. - Москва: Машгиз, 1952. - 480 с.

2. Кузнецов А.М. Технология основы создания методов обработки в машиностроении. [Текст] / А.М. Кузнецов. // Дисс. д-р техн. наук.- Москва: МАМИ, 1975. - 298 с.

3. Смирнов В. С. Теория обработки металлов давлением [Текст] В. С. Смирнов - Москва: Металлургия, 1973. - 496 с.

4. Иванова В. С. Роль дислокаций в упрочнении и разрушении металлов [Текст] В. С. Иванова , Л,К. Гордиенко, В.Н. Геминов. - Москва: Наука, 1965. - 180 с.

5. Богатов А. А. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. [Текст] / А.А. Богатов, О.Н., Мижирицкий, С.В. Смирнов. - Москва: Металлургия, 1984. - 144 с.

6. Амбросимов С.К. Новые прогрессивные методы деформирующе-режущего протягивание и инструменты [Текст] / С.К. Амбросимов // Вестник Липецкого государственного технического университета. - 2016. - №1 (27). - С. 54-63

7. Амбросимов С.К. Экспериментальные исследования деформирующе-режущего протягивания с опережающим пластическим деформированием и упругопластическим нагружением, с упругопластическим нагружением и косоугольным резанием. [Текст] / С.К. Амбросимов, А.В. Киричек // В книге: «Эффективные технологии дорнования, протягивания и деформирующе-режущей обработки» = - Москва: Спектр, 2011. - 327 с

8. Пат. 2237552 Российская федерация, МПК7 В 23 Д 43/02. Деформирующе-режущая протяжка [Текст] / Амбросимов С.К., Крюков О.Н. заявитель и патентообладатель Липецкий государственный технический университет.-№ 2006118600/02; заявл. 02.02.04; опубл. 27.11.05, Бюл. № 33 - 5 с.

9. Амбросимов С.К. Определение конструкторско технологических параметров протяжек с упругопластическим нагружением зоны резания [Текст] /Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. -2011. - №4. - С. 85 - 89.

10. Киричек А.В. Интенсификация процессов комбинированного протягивания круглых отверстий [Текст] / А.В. Киричек, С.К. Амбросимов - Москва: Машиностроение-1, 2009. - 148 с. 7

11. А.с. 1682146 СССР, МПК7 В 23 D 43/02. Деформирующе-режущая протяжка [Текст] / Амбросимов С.К.; Вялкова С.В. заявитель и патентообладатель Липецкий государственный технический университет. - № 4686795/27; заявл. 03.05.89; опубл. 07.10.91, Бюл. № 37. - 6 с.

12. Амбросимов С.К. Упругопластическое растяжение зоны резания инновационное направление деформирующе-режущего протягивания [Текст] / С.К. Амбросимов // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2018. - №3 - С. 38-42.

THE IMPROVEMENT OF MACHINABILITY BY CUTTING WITH ADVANCED

PLASTIC DEFORMATION OF METALS

Ambrosimov S C, Dос. Sc. Tech., ass. Prof.

Lipetsk state technical university, Lipetsk, Russia

Abstract: the article presents and analyzes the study the effect of reducing cutting forces when cutting mechanically hardened materials from the standpoint of the theory of dislocation and energy balance. Considered the priority directions of the use of deforming cutting methods.

Keywords: cutting with advanced deformation

МОДЕЛИРОВАНИЕ РОСТА ЗАРОДЫША КРИСТАЛЛА Амосов Евгений Александрович, к.т.н., доцент Самарский государственный технический университет, Россия

В данной статье проведено наглядное моделирование процесса образования и роста кристаллического зародыша, отмечающее такие закономерности процесса кристаллизации, как необходимость дополнительной энергии, противодействие поверхностных слоёв росту зародыша и наличие критического радиуса зародыша.

Ключевые слова: критический зародыш, рост кристалла, модель кристаллизации

Рассмотрим следующую модельную систему, отражающую некоторые закономерности зарождения кристаллического зародыша (рисунок 1).

В данной модельной системе имеется достаточно тонкостенная упругая (например, резиновая) оболочка 1, у которой имеется упругая (достаточно жёсткая) горловина 2. Оболочка может значительно растягиваться без разрушения. Сверху на данную горловину падают жёсткие шары 3 одинакового диаметра, причём диаметр шара больше размера горловины.

Покажем, что данная модельная система своеобразно отражает процесс зарождения зародыша кристалла, например, при кристаллизации из жидкой фазы.

Очевидно, что для проникновения шара 3 внутрь резиновой оболочки 1 через горловину 2 требуется дополнительная сила, позволяющая шару преодолеть силу упругости горловины и проникнуть внутрь. Шару требуется дополнительная энергия, которая должна превышать энергию упругой

УДК 548.5

Рисунок 1 - Модельная система зарождения кристалла