Технологічна спадковість
1. Поняття про технологічну спадковість
Вище було показано, що експлуатаційні якості деталей залежать не тільки від конструктивних форм і точності виготовлення деталей, складу і структури їх матеріалу та його механічних якостей, але й від окремих характеристик стану поверхневого шару, що сформувався в металі в процесі механічної обробки.
Зміна видів і режимів механічної обробки впливає на окремі характеристики стану поверхневого шару, а отже, і на експлуатаційні властивості деталей. У цьому розумінні доречно говорити про існування технологічної спадковості стану поверхневого шару і експлуатаційних властивостей деталей, що ним визначається, від окремих технологічних операцій і всього технологічного процесу їх виготовлення.
Технологічною спадковістю називається перенесення на готову деталь у процесі її обробки похибок, механічних і фізико-хімічних властивостей вихідної заготовки чи властивостей і похибок, що сформувалися у заготовці на окремих операціях виготовлення деталі.
Технологічна спадковість залежить не тільки від виду і режимів обробки, застосовуваних на чистовій операції. Вона може проявитися у зміні властивостей або у втраті точності форми готової деталі при її експлуатації в результаті дії тих чи інших елементів стану поверхневого шару, створених у поверхневому шарі деталі при її чорновій обробці.
Наприклад, шліфування грубо обточеної і загартованої заготовки з матеріалу ШХ15СГ призводить до повторного загартування окремих ділянок (рис. 1, а) і до виникнення зон відпущеного металу (рис. 1, б), що веде до створення різних структур і виникнення залишкових напружень на їх границях [2].
Прояв технологічної спадковості може призвести як до покращення, так і до погіршення експлуатаційних властивостей деталей машин. Для доцільного використання явищ технологічної спадковості необхідно встановити безпосередні зв’язки між експлуатаційними характеристиками деталей (втомленою міцністю, зносостійкістю тощо) і режимами обробки заготовок при основних методах їх виготовлення.
Рис. 1. Зміна мікротвердості поверхні грубо обточеної та загартованої сталі при шліфуванні
Це можуть бути математичні залежності. Як приклад на рис. 2 тут показана залежність втомленої міцності (а це – довговічність) жароміцної сталі ХН35ВТЮ (ЕИ787) від режимів точіння різцями ВК6М, виражена номограмою.
Рис. 2. Номограма режимів точіння, які забезпечують задану довговічність деталей
Якщо не можна встановити математичні залежності, то цей зв’язок визначають експериментально.
2. Вплив режимів механічної обробки на експлуатаційні властивості деталей машин
спадковість технологічний деталь обробка
Зносостійкість деталей машин. Зрис. 3 видно, що при призначенні оптимальної глибини шліфування сталі 45, рівної 0,015 мм, початкове зношування валиків знижується на 32–60%, а сполучених з ними чавунних втулок – на 50–60%.
Рис. 3. Вплив глибини шліфування валика зі сталі 45 з Vзаг =47 м/хв.
та поздовжньої подачі S = 1000 мм/хв на його зношування (1 і 2) і зношування спряженої з ним втулки із СЧ21–40 (3)
Результати досліджень показують, що зносостійкість плоских деталей з чавуну СЧ21–40 в умовах тертя (ковзання зі змащенням при зворотно-поступальному русі) змінюється в залежності від виду їх обробки у 3– 4 рази (табл. 7.4).
Зношування плоских чавунних деталей за 72 години досліджень при терті зі змащенням
| Вид обробки | Ra, мкм | Відносне зношування, % | |
| р = 1,2 МПа | р = 2,74 МПа | ||
| СтруганняФрезеруванняШліфуванняНакатування шариками | 2,11,81,61,0 | 100715524 | 100625829 |
На рис. 4 зображена діаграма зношування втулок із загартованої сталі 40Х Æ40Н7×40 мм за 10 годин тертя з чавунним валом (СЧ21–40), що обертається зі швидкістю 1 м/с і діє на втулку з тиском 0,32 МПа при змащуванні веретенним маслом. Вона показує, що в деяких випадках цілком однакові за своєю точністю та шорсткістю поверхні деталей машин виготовлені за одним і тим же кресленням, а також прийняті і оцінені технологічним контролем як цілком рівноцінні, можуть мати різні експлуатаційні якості в залежності від технологічної спадковості, набутій деталями в процесі їх виготовлення. З діаграми видно, що зношування втулок, оброблених шліфуванням, з Rz= 0,8 мкм при терті з суперфінішованим валом виявилося найменшим. Зношування втулок з тією ж шорсткістю, оброблених хонінгуванням, виявилося на 30% більшим, а оброблених викінчуванням вільним абразивом – майже в три рази більшим, чим після обробки шліфуванням.
При терті з’єднань деталей, оброблених з Rz= 0,4 мкм, найбільше зношування знову – мають отвори, що викінчувані вільним абразивом, а найбільш зносостійкими виявляються хонінговані отвори при їх обробці з Rz= 0,2 мкм.
Рис. 4. Зношування втулок із загартованої сталі, оброблених шліфуванням (1), доведенням вільним абразивом (2) і хонінгуванням (3)
Втомлена міцність деталей машин суттєво залежить від видів і режимів обробки.
Зміна режимів фрезерування сталі 2Х13 циліндричними фрезами призводить до збільшення межі втомленості з 314 до 378 МПа, тобто на 18% (рис. 5). При цьому перехід від методу попутного (П) фрезерування до зустрічного (В) з незмінними режимами фрезерування підвищує межу втомленої міцності на 8–10%.
Рис. 5. Залежність межі витривалості сталі 2Х13 від режимів фрезерування: 1 – при V =60, Sz = 0,05 мм/зуб; 2 – при V= 60 м/хв,Sz= 0,16 мм/зуб; 3 – при V= 38 м/хв,Sz= 0,05 мм/зуб; 4 – при V= 19 м/хв,Sz= 0,12 мм/зуб
Криві, зображені на рис. 6, а, показують, що при точінні високоміцної сталі за допомогою зміни геометрії різця, зокрема, шляхом зміни його переднього кута, втомлену міцність можна підвищити на 36–63%.
Збільшення швидкості різання при точінні високоміцної сталі, що сприймає загартування, веде до підвищення втомленої міцності на 12–30% (рис. 6, б).
Збільшення подачі при точінні сталі 50 у зв’язку з її зміцненням при зростанні навантаження підвищує втомлену міцність, а при точінні загартованої сталі 30ХГСНА у зв’язку з її відпущенням знижує втомлену міцність (рис. 6, в).
Наведені результати різних експериментальних досліджень переконують у можливості встановлення залежностей довговічності деталей від видів і режимів їх обробки і визначення видів обробки, найбільш сприятливих для підвищення довговічності деталей машин, але необхідно підкреслити, що при встановленні таких залежностей треба дуже ретельно вивчати фізичну сутність явища і границі дії якихось закономірностей.
Рис. 6. Вплив геометрії різця при V=100S= 0,1(а), швидкість різання при γ= –50°; S= 0,1 мм/об та подачі (в) на межу витривалості сталі: 1 – сталь 30ХГСНА; 2 – сталь 30ХГСА; 3 – сталь 50
Використана література
спадковість технологічний деталь обробка
1. Бондаренко С.Г. Розмірні розрахунки механоскладального виробництва.– К. 1993. – 544 с.
2. Маталин А.А. Технология машиностроения.– Л. – М., 1985. – 496 с.
3 Основы технологии машиностроения / Под ред. В.С. Корсакова – М., 1977. – 416 с.
4. Справочник технолога-машиностроителя / Под. ред. А.Г. Косиловой, О.К Мищерякова. Т. 1. – М. 1985. – 655 с.
5. Руденко П.А., Шуба В.А и др. Отделочные операции в машиностроении. – К.: Техника, 1990. – 150 с.