СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF PLASTIC STRAIN PARAMETERS AT MACHINING OF METALS

Область техники
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения деформированного состояния обрабатываемого материала в зоне пластического деформирования при механической обработке с помощью делительных сеток.
Уровень техники
Известны способы исследования деформированного состояния материала с помощью делительных сеток, позволяющие получать наиболее полную информацию о процессе деформации (Гольдшмидт М.Г. Деформации и напряжения при резании металлов. - Томск: STT, 2001, - 180 с.). На первом этапе из образца исследуемого материала изготавливают шлиф, затем на полированной поверхности образца наносят с определенным шагом делительную сетку. После чего подготовленный образец подвергают энергетическому воздействию обработкой давлением или обработкой резанием и измеряют геометрические параметры измененного рисунка сетки, по которым определяют параметры пластической деформации образца. Сетку наносят царапанием, а также вдавливанием в поверхность образца конического индентора. Недостатком таких способов является недостаточная (неудовлетворительная) точность определения параметров деформированного состояния образца при больших пластических деформациях, особенно при высоких степенях пластического деформирования, например резании с предварительным пластическом деформированием (ППД) и т.п.
Наиболее близким техническим решением является способ экспериментального определения параметров пластической деформации при резании металлов с использованием способа получения координатной сетки, включающего нанесение системы координатных меток на поверхности образца путем прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала образца, в качестве инструмента используют металлическое клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных точек (Патент РФ №2466813, МПК B21D 22/02, G01N 1/28 опубл. 27.05.2011 г.). Основным недостатком этого способа является то, что достаточно достоверные результаты определения параметров пластической деформации достигаются при относительно небольших степенях пластической деформации, когда различимы координатные (реперные) метки сетки, т.е. границы углублений, после осуществления процесса пластического деформирования. С увеличением степени пластической деформации границы меток, их расположения становятся все более неопределенными в связи с деформационным изменением структуры материала (образованием текстуры) на поверхности образца, в которой углубления нанесенной сетки становятся практически неразличимыми, сливаясь с рисунком текстуры. В этом случае ухудшается качество наглядной картины поля деформации и, соответственно, возможность провести на ней точные измерения.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение качества картины поля деформации и увеличение точности измерения параметров пластического деформирования материала образца за счет более точного определения расположения меток сетки.
Задача решается за счет того, что в способе экспериментального определения параметров пластической деформации при механической обработке металлов, включающем нанесение системы координатных (реперных) меток на поверхности образца с помощью прижима к этой поверхности инструмента, твердость которого превышает твердость материала детали, в качестве инструмента используют клише с острыми выступающими элементами, имеющими форму четырехгранных пирамид, образующими заданную систему координатных (реперных) точек, образованные углубления заполняют нетвердеющей люминесцентной краской, сохраняющей свои свойства при пластическом деформировании, после чего производят механическую обработку образца, а затем измеряют параметры измененного рисунка сетки, по которым вычисляют параметры пластического деформирования.
Перечень фигур
На фиг.1 показана микрофотография деформированного состояния прямоугольной делительной сетки в корнях стружки (увеличение х487) при резании стали 40ХСШ (резание с ППД).
На фиг.2 показана микрофотография деформированного состояния прямоугольной делительной сетки в корнях стружки (х487) при резании стали 12Х18Н9Т (резание).
На фиг.3 показана микрофотография деформированного состояния прямоугольной делительной сетки в корнях стружки (х487) при резании стали 12Х18Н9Т (резание с ППД).
Осуществление изобретения
Осуществление изобретения проводят в несколько этапов:
1. Изготовление шлифов из образцов исследуемых материалов толщиной 3 мм.
2. Разметка способом царапания микрокоординатной делительной сетки на полированной поверхности образцов, шаг сетки 0,05 мм.
3. Накернивание углублений в углах ячеек сетки с помощью индентора микротвердомера ПМТ-3, сторона квадрата углубления около 12 мкм и образование таким образом системы координатных (реперных) точек, являющихся точками пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора.
4. Заполнение углублений люминесцентной краской ФЛК-01 путем нанесения кистью и снятие излишков краски эластичным шпателем непосредственно перед проведением исследования, не допуская высыхания краски (процесс высыхания около 2 часов).
5. Проведение процесса механической обработки, в частности резания. При резании с ППД в зоне перед резцом устанавливают накатной деформирующий ролик. Элементы режима резания, материал и геометрические параметры режущего инструмента выбирают в соответствии с принятыми нормативами.
6. Получение картины измененной сетки с помощью приспособления для мгновенного фиксирования процесса резания (устройство мгновенного останова), или с помощью высокоскоростной микрофото- и микровидеосъемки (с помощью микроскопа).
i
7. Измерение геометрических элементов измененного рисунка сетки и определение на этой основе расчетным путем параметров пластической деформации исследуемого материала. Изменение положения координатных (реперных) точек нанесенной координатной сетки (за реперные точки принимают точки пересечения плоскости исследуемого образца с гранями индентора) при деформации позволяет из геометрических соотношений расстояний между ними определить величину относительного сдвига ε в зоне стружкообразования. В условиях, например, резания, относительный сдвиг связан с интенсивностью деформации ε, соотношением
<mrow><msub><mi>ε</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>ε</mi><mrow><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
.
i
i
i
По интенсивности деформации в предположении единой кривой течения находится величина интенсивности деформации δ. В соответствии с этим изменение картины координатной сетки дает возможность определить напряженно-деформированное состояние δ-ε в любой точке зоны стружкообразования.
Наличие люминесцентной краски при ультрафиолетовом облучении позволяет точно определить расположение координатных (реперных) точек на измененной картине сетки в том случае, когда зрительно положение этих точек становится неопределимым даже при большом увеличении. Светящиеся же частицы краски показывают месторасположения реперных точек.
-4
-7
Использование предложенного способа позволило воспроизвести реальную картину деформаций, происходящих в зоне резания, и впервые дать математические зависимости для расчетов напряженно-деформированных состояний материала в зоне резания во времени. Нанесение микрокоординатных сеток при исследовании напряженно-деформированного состояния зоны резания дало возможность уточнить величину зоны стружкообразования и рассчитать время протекания деформационных процессов, а также время перехода исходного материала заготовки в материал стружки (10…10 с).
Способ применим для исследования пластических деформаций при проведении других технологических операций, связанных с пластическим деформированием, таких как осадка, ковка, гибка, холодное выдавливание, высадка, вытяжка.