Явище наклепу при обробці різанням

Пластична деформація металу при обробці різанням проявляється не тільки в утворенні стружки та її усадці, але й зміцненні (наклепуванні) шару металу під обробленою поверхнею.

Наклепування металу проявляється в підвищенні його твердості. Якщо твердість металу заготовки прийняти за 100%, то твердість металу під обробленою поверхнею після обробки різанням може становити 150—200 % твердості металу, а твердість стружки — 200—300 % (рис. 2.16 а). У деяких випадках величина твердості може бути більше або менше зазначених величин.

Рис. 2.16 Схема утворення поверхневого шару заготовки

Рис. 2.17 Схема наклепаного шару та епюра розподілу твердості металу по товщині заготовки

Фізична сутність утворення наклепу. При сталому процесі різання стружка відокремлюється від основного металу заготовки по площині зсуву 00 (рис. 2.16). Ріжучий інструмент має радіус закруглення ріжучого леза Р, тоді в стружку переходить лише частина шару, який зрізається, яка лежить вище лінії ВГ. Шар металу, що лежить між лініями А Б і В Г пружно-пластично деформується, утворюючи оброблену поверхню. Мінімальне значення радіуса Р становить 0,02мм. При роботі різального інструменту значення величини радіуса Р швидко зростає, через затуплення різального інструменту, і відстань між лініями А Б и В Г збільшується. У процесі різання більша товщина металу піддається пружно-пластичному деформуванню. З боку обробленої поверхні виникає сила нормального тиску на головну задню поверхню інструмента й сила тертя (рис. 2.17).

Після проходження різця відносно обробленої поверхні відбувається пружне відновлення поверхневого здеформованого шару металу на деяку величину hу (рис. 2.16, в) — пружна післядія. У результаті утворюється контактна площадка шириною Н між обробленою поверхнею й головною задньою поверхнею інструмента. Чим більша величина пружно-пластичного тертя, тим більша ширина контактної площадки і тим більша сила деформування металу. Результатом пружно-пластичного деформування є залишкові напруги, які взаємно врівноважуються всередині тіла, і підвищується твердість поверхневого шару обробленої поверхні — наклеп.

На рис. 2.17 представлена схема розповсюдження наклепу під обробленою поверхнею. Тут можна розрізнити три зони. Зона I — зона зруйнованої структури. Це тонкий шар металу, який характеризується подрібненими зернами з утворенням нової структури металу, яка відрізняється від структури основного металу — зона III. Крім того, у зоні I спостерігається велика кількість мікротріщин і - цей шар називають дефектним шаром. Верхній дефектний шар металу характеризується зниженими зносостійкістю та корозійною стійкістю.

Між зонами I і III розташовується зона II — зона наклепаного металу. Твердість металу різко змінюється по товщині заготовки. Вона має найбільше значення на обробленій поверхні й поступово зменшується в міру віддалення від неї, що видно з епюри твердості, показаної на рис. 2.17. Це пояснюється тим, що найбільшій деформації піддаються шари металу, які перебувають у процесі обробки різанням у контакті із задніми поверхнями інструмента. Ступінь і глибина проникнення наклепу залежать від режимів різання, геометрії різального інструменту й фізико-механічних властивостей оброблюваного металу.

Зі збільшенням глибини різання, подачі, кута різання різця й радіуса закруглення ріжучого леза різця ступінь і глибина наклепу збільшуються. Найбільший вплив із цих факторів на величину наклепу здійснює подача. Зі збільшенням швидкості різання величина наклепу зменшується. При швидкостях різання > 100 м/хв явище наклепу проявляється незначною мірою.

М'які пластичні метали піддаються в процесі обробки більшому зміцненню, ніж крихкі метали. У крихких металів (тверді сталі) величина зміцнення й глибина його поширення значно менші, ніж у пластичних, при інших постійних факторах процесу різання.

Залежно від параметрів процесу різання глибина наклепаного шару становить від 5 — 6 мм при грубій обдирній обробці до сотих і тисячних часток мм при кінцевій чистовій обробці.

Наклеп обробленої поверхні може бути шкідливий або корисний. Внутрішні напруження, що виникають у поверхневому шарі обробленої поверхні, можуть бути розтягуючими або стискаючими. Внутрішні напруження розтягнення є шкідливими, тому що вони знижують опір утоми і, навпаки, напруги стиску підвищують межу утоми матеріалу заготовки. Отже, кінцеву обробку поверхонь деталі варто проводити в таких умовах, щоб отримати напруги стиску. Експериментально встановлено, що при обробці сталей напруги стиску виникають при швидкостях різання більше 300 — 500 м/хв, а ріжучий інструмент має негативний передній кут.

Явище наклепу небажане, коли наклеп, отриманий при чорновій обробці, шкідливо впливає на процес різання при чистовій обробці (при зрізанні тонких стружок) - розгортання, протягування і т.д. У цьому випадку інструмент швидко затуплюється, а чистота обробленої поверхні погіршується.