3.7.3. Физико-механические свойства поверхностного слоя Упрочнение (наклёп)

В процессе обработки в зоне резания возникают большие давления и значительные температуры. Под действием усилий в зоне резания происходит пластическая деформация, вызывающая повышение прочности, твёрдости, хрупкости, снижение пластичности и вязкости. Обычно упрочнение металла поверхностного слоя характеризуется его микротвёрдостью Нd. Под действием образующейся температуры одновременно с упрочнением поверхностного слоя происходит его разупрочнение. Конечное состояние поверхностного слоя зависит от преобладания того или иного процесса. Глубина проникновения наклёпа зависит от действующих усилий, степени пластической деформации металла поверхностного слоя и от материала детали.

Влияние элементов режима резания на упрочнение. Изменение режима резания, связанное с изменением усилий резания и степени пластической деформации, всегда ведет к изменению степени наклёпа поверхностного слоя.

При увеличении подачи, глубины резания, увеличении радиуса округления режущей кромки, с переходом переднего угла от положительных к отрицательным значениям, упрочнение поверхностного слоя увеличивается, так как в этих случаях степень пластической деформации увеличивается в связи с увеличением сил резания (рис. 127 и рис.128).

Рис. 127. Влияние радиуса округления r и подачи (S₁>S₂>S₃>S₄) на упрочнение поверхностного слоя

Рис. 128. Влияние переднего угла на упрочнение поверхностного слоя	Рис. 129. Влияние скорости резания на упрочнение поверхностного слоя

При изменении скорости резания состояние поверхностного слоя будет зависеть от продолжительности действия сил резания и теплового фактора. При малых скоростях резания образующегося количества теплоты недостаточно для разупрочнения поверхностного слоя, поэтому упрочнение относительно большое, с увеличением скорости резания уменьшается продолжительность действия сил резания и вследствие увеличения сил трения увеличивается выделенное количество теплоты, что способствует разупрочнению металла (рис. 129).

Изменение режимов резания и геометрических параметров, связанное с увеличением силового фактора, приводит к увеличению упрочнения. С другой стороны, изменение параметров обработки, связанное с увеличением температурного фактора, приводит к уменьшению упрочнения. Окончательный результат зависит от преобладания того или иного фактора.

Предположим, для некоторого процесса обработки выявлены графики изменения температурного  и силового P факторов при различных скоростях резания (рис. 130).

Проанализируем соотношения факторов  и P для определённых скоростей резания V₁и V₂.При скорости резания V₁преобладающим фактором является силовой (рис. 130, б), значит, в поверхностном слое образуется упрочнение (рис. 131). При скорости резания V₂ преобладающим фактором является температурный (рис. 130, а), значит, в поверхностном слое образуется разупрочнение (рис. 131). Соединяя некоторые произвольно взятые значения упрочнения и разупрочнения (рис 131), получим линию, отражающую тенденцию изменения упрочненного состояния поверхностного слоя в зависимости от скорости резания.

а) б)

Рис. 130. Графики изменения от скорости резания: а – температурного фактора ; б – силового фактора P

Рис. 131. График изменения упрочнения поверхностного слоя

Анализируя график на рис. 131, отмечаем, что линия, характеризующая изменение упрочненного состояния поверхностного слоя, пересекает нулевую отметку в некоторой точке. Эта точка соответствует состоянию поверхностного слоя, при котором упрочнение отсутствует. Скорость резания в этой точке будет соответствовать её оптимальному значению V_опт.