РОЗДІЛ 2
КІНЕМАТИЧНО-СИЛОВІ ОСОБЛИВОСТІ
ПЕРЕРИВЧАСТОГО РІЗАННЯ ГАЗОТЕРМІЧНИХ ПОКРИТТІВ
Дослідження оброблюваності ГТП, проведені вченими України та країн СНД [34, 46, 72, 78, 79, 80], підтверджують взаємозв'язок сил різання з структурною побудовою покриттів. Через макродефекти і невисоку когезійну міцність нормальні і дотичні напруження в площині зсуву в 2,25?3,0 рази є меншими ніж у гомогенних матеріалах аналогічно хімічного складу. Висловлюється припущення, що це є наслідком слабких сил зчеплення між окремими частинками і окремими шарами покриття. Недостатня вивченість особливостей руйнації напилених матеріалів при зміні кута зсуву та пластично-пружніх характеристик міжчастинкової зони у випадку різних коефіцієнтів зіступання обумовила необхідність більш ґрунтовного дослідження контактної взаємодії "інструмент-покриття" з урахуванням впливу примусових високочастотних коливань.
Технологічно-спадкоємна структура ГТП має високу ступінь гетерогенності і необхідно здійснити таку організацію різання, щоб з мінімальними енергетичними витратами зняти визначений припуск. Паралельно треба зберегти початковий рівень пошкоджуваності, або навіть знизити його і гарантовано отримати достатню якість поверхневого шару та стійкість різального інструмента.
2.1 Дислокаційна оцінка розташування площини зсуву
Межа частинки, як елемента покриття, представляє собою особливий двохвимірний дефект кристалічної побудови в зоні активних центрів. В місцях відсутності безпосереднього контакту частинок між собою двохвимірний дефект переходить у трьохвимірний - пору. Межа окремої частинки має власну енергію і не менше як 5 ступенів вільності: три від поворотів гратки однієї частинки відносно іншої (навколо трьох ортогональних проекцій) і дві для орієнтації нормалі до площини межі відносно однієї з граток. Межі частинок характеризуються геометричними властивостями через розорієнтацію і силовими властивостями через характер міжатомної взаємодії.
Оцінюючи кристалічну побудову міжчастинкової зони (МЧЗ) і межі розподілу "покриття-основа" та виключаючи з розгляду поруватий простір, можна моделювати активні контактні центри як певний континуум з великокутовим розблокуванням частинок-зерен. Правомірне застосування для цього випадку класичних підходів теорії дислокацій [81 - 86] дозволить здійснити аналітичну оцінку адгезійно-когезійних зв'язків у покриттях і розробити раціональний метод їх руйнування.
Розглядаючи межі нахилу або крутіння двох контактних частинок, виберемо за початок відліку періодичності кристалічної побудови якийсь один спільний атом, що лежить в вузлах граток обох частинок. Якщо продовжити побудову гратки, базуючись на спільний атом, в гратці частинки ІІ є хоча б один вузол, який співпадає з деяким вузлом гратки І. При визначенні вектора трансляції (де k - ціле число, - лінійний міжвузловий крок), отримаємо вузли гратки ІІ, що співпадають з вузлом гратки І. Відповідно можна спостерігати трьохвимірну нескінченну гратку вузлів, загальних для граток контактуємих частинок - гратку співпадань (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Гратка співпадань міжчастинкової зони.
* - атоми частинки І; ? - атоми частинки ІІ ;
1 - гратка співпадань; 2 - гратка накладання.
Активній контакт частинок між собою, або частинок з основою, здійснюється по активним центрам АБ. Якщо межа однієї з частинок співпадає з однією із площин гратки співпадань, то її вузли утворюють в площині межі двохвимірну сітку. Періодична трансляція вузлів гратки співпадань показує розміри зон відповідності в площині межі контакту, та товщину перехідної зони. Площа зони відповідності граток двох частинок буде визначатись за формулою ; де - довжина зони відповідності.
Таким чином, енергія міжчастинкової межі буде дорівнювати сумі енергій збурюючих парних зв'язків всіх атомів, віднесених до площі межі . Чим більше атомів в комірці гратки співпадання, тим більш складну побудову має міжчастинкова межа. Якщо число атомів на комірку гратки співпадання дорівнює 1 , то має місце повне співпадання граток і міжчастинкова межа буде відсутня, а енергія міжчастинкової межі буде дорівнювати нулю.
Розглянемо специфічні особливості дислокаційної побудови у міжчастинковій зоні і еволюцію дислокаційної структури під впливом енергії високочастотних коливань. При звичайному лезовому різані ГТП процес стружкоутворення складається з регулярного повторення двох видів пластичної деформації - стиснення і зсуву. Відповідні сили і , що викликають деформації і діють у площині зсуву, можуть розраховуватись за формулами:
; .
де - нормальні та дотичні напруження; - довжина зони пластичної деформації стиснення і зони пластичної деформації зсуву; - ширина стружки.
Гетерогенність покриттів обумовлює нерегулярність стиснення і зсуву, яка буде зростати з збільшенням відношення усереднених значень і товщини зрізаємого припуска. При перевищенні вібраційної швидкості над швидкістю різання можна отримати ефект швидкісного різання, при якому відношення і нерівномірність процесу стружкоутворення будуть зменшуватись.
Дислокації міжчастинкових зон є їх дефектами і в нерухомих зонах єдиною площиною руху при зсуві є сама зона. Цей висновок є дуже важливим для розуміння можливої мінімізації сил при вібромеханічній обробці покриттів. Ядра дислокацій міжчастинкової зони можуть поширюватись на область комірки гратки співпадань. Сковзання дислокації на межі окремих частинок призводить до пластичного зсуву однієї частинки відносно іншої. Для визначення сили і напружень зсуву по площині міжчастинкової зони, щоб викликати рух міжчастинкових дислокацій, можна скористатись рівнянням Пайерлса-Набарро
; (2.1)
де G - модуль зсуву; - коефіцієнт Пуассона ; - параметр гратки.
Підвищення енергетичної активації методом акустичного опромінення призводить до зниження модуля пружності, що обумовлено зміною мі