РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ОБРОБКИ
РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
2.1. Досліджувані матеріали, експериментальні інструменти, стенди, апаратура, оснастка
Дослідження процесів внутрішнього протягування є складною технічною проблемою, оскільки зона обробки, як правило, недоступна для прямих спостережень. Тому експериментальні дослідження в межах даної роботи були проведені із залученням ряду методик, де використовувалось фізичне моделювання процесів. Ряд цих методик є відомими і були перевірені численними дослідами інших авторів [15, 19, 28, 46, 51, 68, 89]. Окремі з них були удосконалені нами [40, 79], а описана далі методика дослідження позаконтактної пружної деформації за допомогою самообертальних протяжних блоків [72, 74] є оригінальною.
Основою експериментальних стендів1 є тензометричний метод фіксування деформації і переміщень від дії сил, що виникають в процесах протягування, стругання, вільного точіння та рельєфоутворення. В подальшому сигнал від тензодатчиків підсилювався та фіксувався за допомогою шлейфового осцилографа, ПЕОМ чи візуально. Експерименти по виявленню закономірностей механіки процесу різання було проведено на стендах, створених на базі горизонтально-протяжного, поперечно-стругального, вертикально-фрезерного та токарного універсального верстатів з використанням вимірювального модуля, що складався з трьохкомпонентного динамометра УДМ-600, підсилювача сигналів тензодатчиків ТОПАЗ 3-02 та шлейфового осцилографа Н 071.2. Один з таких стендів показано на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Експериментальний стенд на базі
вертикально-фрезерного верстата з вимірювальним модулем
На даному стенді динамометр закріплено на столі верстата, а зразок ОМ зафіксовано на столику динамометра. Оправка з інструментом прикріплюється до шпинделя верстата, причому шпиндель застопорюється від обертання. Головний рух зі швидкістю V=0,02 м/с здійснюється механізмом прискореного руху стола верстата, а товщина зрізу SZ установлюється за допомогою вертикального переміщення останнього. На рис. 2.1 показано також тензостанцію і осцилограф, які разом з динамометром утворюють мобільний вимірювальний модуль, який є універсальним, оскільки може використовуватись для досліджень на інших верстатах. Це видно із рис. 2.2, де показано експериментальний стенд на базі токарного універсального верстата, зокрема зону обробки в момент тарирування трьохкомпонентного динамометра за допомогою еталонного динамометра ДОСМ-0,5.
На цьому стенді, на відміну від стенда, показаного на рис. 2.1, швидкість обробки регулюється ступінчасто в широкому діапазоні (V = 0,02...0,2 м/с), а товщина зрізу установлюється рухом поперечної подачі супорта, на якому
Рис. 2.2. Експериментальний стенд на базі токарного
універсального верстата (тарирування динамометра УДМ-600)
замість різцетримача установлено динамометр із експериментальним інструментом. Зразок досліджуваного матеріалу закріплюється в патроні або у центрах верстата. На стенді, створеному на базі поперечно-стругального верстата, швидкість різання регулювалась безступінчасто.
Зразки для досліджень було виготовлено із наступних матеріалів:
- сталь 10 вуглецева конструкційна ферритно-перлітна, у стані поставки (круглий прокат діаметром 100 мм); механічні характеристики: ?в = 365 МПа, ?0,2 = 235 МПа, ? = 35%, ? = 51%, HV = 1150 МПа;
- сталь 35 вуглецева конструкційна ферритно-перлітна, у стані повного відпалу (круглий прокат діаметром 80 мм); механічні характеристики: ?в = 510 МПа, ?0,2 = 320 МПа, ? = 21%, ? = 46%, HV = 1600 МПа;
- сталь 45 вуглецева конструкційна ферритно-перлітна якісна, у стані повного відпалу (круглий прокат діаметром 80 мм); механічні характеристики: ?в = 610 МПа, ?0,2 = 355 МПа, ? = 14%, ? = 38%, HV = 1850 МПа;
- сплав АК6 деформівний алюмінієвий у стані скороченого відпалу (круглий прокат діаметром 60 мм); механічні характеристики: ?в = 260 МПа, ?0,2 = 155 МПа, ? = 14%, ? = 38%, HV = 640 МПа;
- сталь 35 у вигляді гарячекатаної труби перерізом 95х12 і 95х10, у стані повного відпалу (механічні властивості відповідали характеристикам круглого прокату для сталі 35, які наведено вище).
На рис. 2.3 подано отримані нами криві течії досліджуваних матеріалів.
Рис. 2.3. Криві течії сталей 10 (1), 35 (2) і 45 (3) та
алюмінієвого сплаву АК6 (4)
Усі матеріали для виявлення впливу деформаційного зміцнення на процеси обробки різанням зміцнювались за допомогою деформуючого протягування з деформаціями до ? = 0,35 чи одноосного стискування. При цьому було досягнуто збільшення мікротвердості у 1,1...2,1 рази. Моделювання процесу вільного ортогонального різання зміцненого матеріалу в умовах змінної ширини зрізування виконувалось на круглих або призматичних зразках з макрорельєфом, попередньо нанесеним на поверхню з потрібними розмірами а, в, ? елементарної площадки (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Круглі (а) та призматичні (б) зразки ОМ для
досліджень з попередньо нанесеним макрорельєфом
Частину лабораторних досліджень та виробничі випробування було проведено на заготовках із стандартних гарячекатаних труб із сталі 35.
Інструменти для дослідів було виготовлено із швидкорізальної сталі марки Р6М5 (процеси рельєфоутворення та різання) та із спеченого твердого сплаву марки ВК15 (деформуюче протягування). Сплав ВК15 після спікання досліджувався на міцність, на згин і твердість. Ці характеристики мали наступні значення: ?зг ? 1950 МПа; HRA ? 85. Розміри і форма твердосплавного інструмента забезпечувались за допомогою шліфування і полірування кругами та пастами із синтетичних алмазів. Основні фізико-механічні характеристики сталі Р6М5, якими визначались функціональні характеристики різців з плоскою передньою поверхнею для моделювання протягування струганням, двохзубих різців зі стружковими канавками, деформуючих елементів та зубців самообертальних рельєфоутворюва