Формирование свойств поверхностного слоя обработанных деталей.

Физические свойства поверхностного слоя отличаются от физических свойств основного металла. Это объясняется тем, что при обработке резанием поверхностный слой подвергается воздействию высоких температур и значительных сил, которые вызывают упругие и пластические деформации. Поверхностный слой детали после обработки состоит из пленки адсорбированных из атмосферы газов, слоя окислов, нитридов, обезугле-роженного слоя и слоя деформированных зерен. Толщина дефектного слоя составляет при предварительном шлифовании 30 - 50 мкм, а при тонком шлифовании 10 мкм. Таким образом, даже при такой чистовой операции, как тонкое шлифование, поверхностный слой толщиной более 10 мкм отличается от основного металла. Шероховатость и волнистость поверхности оказывают весьма значительное влияние на такие важные эксплуатационные свойства деталей машин, как износостойкость, усталостная прочность, контактная жесткость, антикоррозионная стойкость, стабильность посадок и др. Вследствие шероховатости и волнистости поверхностей сопрягаемых деталей фактическая площадь их контакта становится значительно меньше номинальной, что ведет к увеличению удельных нагрузок, нарушению масляной пленки, разрушению и деформированию выступающих неровностей. [1]

Шероховатость поверхности в сочетании с физическими свойствами поверхностного слоя (остаточными напряжениями обработки, степенью упрочнения и глубиной упрочненного слоя и др.), а также степенью отражательной способности, цветом определяют состояние поверхности и являются характеристикой ее качества. [2]

При механической обработке металлов резанием изменяются и физические свойства поверхностного слоя. Установлено, что поверхностный слой обработанной поверхности по структуре и физико-механическим свойствам резко отличается от внутренней части металла. [3]

Большое влияние на эксплуатационные параметры обработанной поверхности оказывают физические свойства поверхностного слоя. Эти свойства, являющиеся следствием значительных силовых и температурных воздействий на поверхность детали при ее обработке, обусловлены, во-первых, образованием в результате обработки дефектного наклепанного слоя с разрушенной кристаллической решеткой и, во-вторых, возникновением в нем остаточных напряжений. [4] Кривая нормального распределе - [ IMAGE ] Экономическая точность.

Качество поверхности, обработанной режущими инструментами, определяется шероховатостью и физическими свойствами поверхностного слоя. [5]

Экономические критерии оптимальности только косвенным образом учитывают точность, шероховатость и физические свойства поверхностного слоя обрабатываемой детали. Поэтому повышение качества создаваемых моделей является актуальной проблемой оптимизации характеристик процесса резания. [6]

Качество металлической поверхности, обработанной режущими инструментами, определяется чистотой и физическими свойствами поверхностного слоя, обусловленными микроструктурой и наклепом, вызванным обработкой. [7]

Повышение температуры при трении может вызвать структурные превращения в стали, в результате чего физические свойства поверхностного слоя изделия будут меняться в процессе его работы, в частности, будет изменяться износоустойчивость стали. Для понимания механизма износа при трении необходимо изучить указанные явления. [8]

Шероховатость поверхности, получаемая в процессе обработки детали, когда под влиянием деформации и нагрева меняются структура и физические свойства поверхностного слоя металла, оказывает очень большое влияние на эксплуатационные свойства изделия. [9]

Обработка давлением (ОД) - это группа процессов переработки пластичных металлов и других материалов в изделия (прокатка, волочение, ковка, штамповка, чеканка, дорнование и др.), при реализации которых исходная заготовка в нагретом или холодном состоянии под действием давления пластически деформируется и приобретает новые заданные форму и размеры или заданные физические свойства поверхностного слоя. Как правило, после ОД изменяются исходные физические свойства материалов заготовок. Например, при чеканке и правке металлических заготовок увеличивается их электрическое сопротивление и повышается поверхностная твердость, а при вырубке пластин магнито-проводов ухудшаются их электромагнитные свойства. Поэтому технологические процессы изготовления штампованных деталей РЭА содержат термические операции, назначение которых формировать новые или восстанавливать исходные свойства материалов. Кроме термических операций, сопутствующих обработке давлением деталей РЭА, производят операции, реализующие методы нанесения защитных покрытий, пайки, сварки и механической обработки. Необходимость в этих операциях обусловливается конкретными техническими требованиями к изготавливаемым деталям. [10]

Опыт показал, что поверхность металла даже при тщательнейшей очистке еще не готова для нанесения толстого электролитического покрытия с хорошим сцеплением. Например, в результате механической обработки могут настолько измениться физические свойства поверхностного слоя, что адсорбция будет отсутствовать. Или же в процессе травления поверхность может сильно обогатиться углеродом. Очень часто и потенциал металла относительно электролита не благоприятен для хорошего осаждения первого слоя покрытия. Поэтому необходимы особые меры. Так, обрабатываемую деталь подвергают действию тока очень высокой плотности, например в хромовом электролите. Там, где это невозможно, применяют специальные электролиты для получения начального слоя, которые обладают особенно высокой кроющей и рассеивающей способностью. Выход по току при этом невелик, но это несущественно, так как детали находятся в ванне всего несколько минут. Чаще всего здесь применяются щелочные электролиты, в которых содержание свободного цианида калия или натрия значительно выше, чем в обычных растворах. [11]

Реальные поверхности, полученные обработкой на металлорежущих станках или иным путем (обработкой давлением, литьем и др.), изборождены рядом чередующихся выступов и впадин разной высоты и формы и сравнительно малых размеров по высоте и шагу. Под шероховатостью поверхности понимается совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами. Шероховатость поверхности в сочетании с другими ее характеристиками (цветом поверхности, степенью отражательной способности), а также с физическими свойствами поверхностного слоя материала детали (степенью упрочнения и глубиной упрочненного слоя, остаточными напряжениями обработки и др.) определяют состояние поверхности и является наряду с точностью формы одной из основных геометрических характеристик ее качества. [12]

42.

СОТС предназначены для смазки поверхностей трения, охлаждения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки, облегчения процесса деформирования металла, своевременное удаление из зоны резаниястружки и продуктов износа инструмента, а также для временной защиты изделий и оборудования от коррозии. Благодаря этому СОТС в значительной мере определяют экономичность и надежность работы многочисленны и разнообразной металлообрабатывающей техники, а именно: увеличивают стойкость режущего инструмента, улучшают качество изделий, снижают силы резания и потребную мощность.

По классификации все СОТС по их агрегатному состоянию разделены на четыре типа: газообразные, жидкие, пластичные и твердые.

Газообразные СОТС. В качестве СОТС этого типа применяют нейтральные (азот, аргон, гелий) и активные, кислородосодержащие (воздух, кислород, диоксид углерода), газы. Активные газы не только играют роль охладителя, но и защищают поверхность трущихся металлов от изнашивания, образуя на них оксидные пленки.

В среде кислорода можно затачивать режущий инструмент из инструментальных сталей и твердых сплавов, точить и сверлить кислостойкие и жаропрочные сплавы, шлифовать специальные стали и сплавы. Однако применение газообразных СОТС не получило широкого распространения в практике.

Жидкие СОТС наиболее рапространены. Их принято называть смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). Они разделены на классы: масляные, водосмешиваемые (водные), быстрорастворяющиеся и расплавы некоторых металлов.

Масляные СОЖ. Состоят из минерального масла, являющегося базовым, к которому могут быть добавлены антифрикционные, антиизносные и антизадирные присадки, ингибиторы коррозии, антиоксиданты, антипенные и антитуманные присадки.

Минеральное масло в масляных СОЖ занимает 60-95% (в процентах по массе). Обычно это высокоочищенные нафтеновые или парафиновые масла. Иногда в качестве основы для масляных СОЖ используют смесь из нескольких (2-3) минеральных масел. Используют также в качестве базы маловязкие экстракты селективной очистки, очищяя их каталитическим гидрированием, что снижает их стоимость. При выборе базовых минеральных масел учитывают прежде всего их физико-химические свойства (вязкость, индекс вязкости, групповой углеродный состав) и обусловленные ими смазочные, антиокислительные и другие характеристики, влияющие на процесс трения и износ инструмента.

Синтетические масла из-за их высокой стоимости используют иногда в виде добавок.

Антифрикционные присадки - это обычно технические растительные масла и жиры (рапсовое масло, свиной жир), жирные кислоты и их эфиры, а также полимерные ненасыщенные жирные кислоты. Их содержание обычно составляет 5-25%. В связи с их дефицитностью ведутся работы по замене жировых продуктов естественной природы на синтетические.

Антиизносные присадки - уменьшают износ режущего инструмента при возрастании нагрузке. Из них в составе масляных СОЖ наиболее известны диалкилфосфиты, а также осерненные жиры и полимерные жирные кислоты. Концентрация противоизносных присадок в масляных СОЖ обычно 0.5-5%, она зависит от назначения продукта, а также состава других присадок.

Антизадирные присадки предотвращают схватывание и износ режущего инструмента при наиболее тяжелых температурных и механических нагрузках. Это чаще всего вещества, содержащие серу, хлор, фосфор. В зависимости от условий применения масляных СОЖсодержание в них серы составляет от 0, 5-3% (сульфиды и полусульфиды) до 3-20% (осерненные жиры). Хлоросодержащие противозадирные присадки менее распространены. Самая распространенная из них - хлорированный парафин. Хлоросодержащие присадки в количестве 3-15% применяют при обработке высоколегированных сталей.

Ингибиторы коррозии предотвращают коррозионное воздействие масляных СОЖ на изготовляемые детали и детали станка вызывается продуктами окисления минеральных масел, присадками, а также продуктами их разложения. По склонности к коррозии обрабатываемые материалы различаются весьма широко, и это обстоятельство учитывают того или иного способа противокоррозионной защиты. В ряде случаев достаточно эффективными ингибиторами коррозии являются присадки, используемые для улучшения смазочных свойств СОЖ: полимерные ненасыщенные жирные кислоты, дисульфиды, аминофосфаты.

Антипенные присадки добавляют в масляные СОЖ для предотвращения пенообразования. Hаибольшее распространение получили диметилселиконовые полимеры. Требуемые количества этих веществ 0.0005-0.001%.

Антитуманные присадки снижают образование и выделение масляного тумана (аэрозоля) при работе с СОЖ на масляной основе. В качестве антитуманых присадок рекомендуется полиолефины, аттактический полипропилен. Эти присадки обычно вводят в количестве 0.5-3%. Масляные СОЖ обладают хорошими смазывающими свойствами, обеспечивают продолжительный срок службы режущего инструмента, предохраняют обрабатываемый металл и детали станков от коррозии.

Масла без присадок применяют при обработке магния, латуни, бронзы, меди и углеродистых сталей при легких режимах резания. Однако они мало эффективны при обработке труднообрабатываемых сталей и сплавов, особенно при тяжелых режимах резания.

Hедостатками масляных СОЖ являются сравнительно низкие охлаждающие свойства и низкая термическая стабильность, пожароопасность, повышенная испаряемость и высокая стоимость.

Водосмешиваемые СОЖ. Такие СОЖ могут содержать эмульгаторы, нефтяные масла, воду, спирты, гликоли, ингибиторы коррозии, бактерициды, противоизносные, противозадирные и антипенные присадки, электролиты и другие органические и неорганические продукты. Эти СОЖ применяют в виде эмульсий или истинных водных растворов при абразивной и лезвийной обработке (легкие и средние режимы резания) черных и цветных металлов. Преимуществами водосмешиваемых СОЖ является более высокая, чем у масляных СОЖ, охлаждающая способность, относительно низкая стоимость, пожаробезопасность и меньшая токсичность, недостатки - сравнительно невысокие смазывающие свойства, низкая эффективность на отдельных операциях и недостаточно высокая стабильность свойств во времени. Водосмешиваемые СОЖ разделены на четыре подкласса - эмульгирующиеся (эмульсолы), полусинтетические, синтетические, растворы электролитов.

Эмульгируещиеся СОЖ (эмульсолы) при смешивании с водой образуют эмульсии. В качестве основы эмульсолов используют средневязкие нефтяные масла нафтенового или смешанного типа, содержание которых в эмульсоле может достигать 85%. Применяют эмульсолыв виде 1-5%-ных эмульсий в воде.

Эмульгаторы являются поверхностно-активными веществами (ПАВ) и, кроме уменьшения поверхностного натяжения, они выполняют роль смазочных веществ и ингибиторов коррозии. В качестве эмульгаторов наибольшее распространение в составе эмульсолов получили анионоактивные ПАВ, а также их смеси: калиевые, натриевыми мыла жирных, смоляных и сульфокислот.

Полусинтетические СОЖ принципиально не отличаются от эмульсолов по компонентному составу, однако они существенно отличаются от них по концентрации компонентов. Основу полусинтетических СОЖ составляет вода (до 50%) и эмульгаторы (до 40%).Обязательным компонентом является маловязкое (3-10 кв.мм/с при 50 град.С) нефтяное масло. Полусинтетические СОЖ, как и эмульсолы, могут содержать биоциды, противоизносные и противозадирные присадки. Их используют в виде 1-10%-ных водных растворов. Синтетические СОЖ представляют собой смесь водорастворимых полимеров, поверхностно-активных веществ, ингибиторов коррозии, биоцидов, антипенных присадок и воды. В их состав для повышения смазывающих свойств вводят противоизносные и противозадирные присадки. Синтетические СОЖ могут быть приготовлены в виде порошков. Их применяют в виде 1-10% водных растворов. По универсальности, продолжительности сохранения эксплуатационных свойств синтетических СОЖ, как правило, превосходят эмульсии.

Быстроиспаряющиеся СОЖ. Основу таких СОТС составляют быстроиспаряющиеся галогенпроизводные углеродов. Испаряясь, они охлаждают режущий инструмент и обрабатываемое изделие и оставляют на трущихся поверхностях тонкие смазывающие слои присадок, входящих в их состав. Быстроиспаряющиеся СОТС применяют при обработке резанием труднообрабатываемых сплавов и пакетов из пластин разнородных материалов на операциях сверления, развертывания, нарезания резьбы и протягивания.

Пластичные СОТС. обычно представляют собой пластичные смазки. Их используют в мелкосерийном производстве при нарезании резьбы (метчиками и плашками), сверлении, протягивания и развертывания, при полировании и обработке металлов напильниками. Применение пластичных СОТС ограничивается трудностью введения их в зону резания, невозможностью сбора, очистки и повторного применения. Пластичные СОТС разделены на следующие классы: смазки на углеводородных (парафин, воск и некоторые полимеры), мыльным (натриевые, литиевые, кальциевые, бариевые, свинцовые и др.) и неорганических (глина, слюда, асбест и др.) загустителях.

Твердые СОТС. По химическому составу подразделены на три класса - неорганические продукты слоистой структуры (тальк, графит, слюда, дисульфид молибдена и др.), органические соединения (воски, мыла, твердые жиры, полимеры) и мягкие металлы (олово, свинец, медь). Применяют их в особо трудных условиях (при высоких температурах и нагрузках), а также в тех случаях, когда другие типы СОТС не эффективны. Твердые смазки наносят в качестве поверхностных покрытий на режущий инструмент или обрабатываемый металл.

По применению все СОТС разделены на две группы - массового и специального применения. СОТС массового назначения пригодны для ряда операций обработки металлов резанием при различных режимах. Они в свою очередь разделены на три подгруппы: обычные, универсальные и многоцелевые. Обычные обеспечивают выполнение нескольких операций обработки резанием той или иной группы черных или цветных металлов, универсальные - широкий круг операций обработки резанием черных и цветных металлов. К СОТС специального назначения отнесены газообразные, пластичные и твердые СОТС.