Остаточные напряжения, возникающие при фрезеровании

При анализе влияния силового напряженного поля на формирование остаточных напряжений указывалось, что при обработке пластичных материалов точением возни­кают остаточные напряжения растягивающего знака. Однако если бы удалось создать такие условия, чтобы под обработанной поверхностью действовало силовое сжимающее поле, а не растягивающее (рис.4.25), то и при обработке пластичных материалов возможно было бы получать поверхности с остаточными напряжениями сжимающего знака. Очевидно, указанные условия имеют место при фрезеровании.

Рис.4.25. Два вида фрезерования

В самом деле, при попутном фрезеровании, как это видно из рис.4.25, равнодействующая внешних сил, в отличие от процессов точения и встречного фрезерования, направлена на обработанную поверхность. Возникающие при этом пластически деформируемые слои металла с остаточными напряжениями сжатия не удаляются, а остаются на обработанной поверхности. При попутном фрезеровании зуб фрезы заканчивает резание с теоретически нулевой толщиной среза. В действительности, вследствие наличия скругления режущей кромки в зоне где толщина среза близка к нулю, зуб фрезы не режет, а производит уплотнение поверхностного слоя, его удлинение. последнее также благоприятствует появлению остаточных напряжений сжатия.

При встречном фрезеровании равнодействующая внешних сил по отношению к обработанной поверхности расположена также, как при точении, что должно приводить к появлению остаточных напряжений растяжения.

Рис.4.26. Зона контактных напряжений под зубом фрезы.

Однако в этом случае необходимо учитывать и специфи­ку процесса фрезерования. При встречном фрезеровании зуб фрезы начинает резать с нулевой толщины среза (рис.4.26). Естественно, что в начальный момент имеет место проскальзывание, которое усиливается округлени­ем режущей кромки. На участке поверхности, где зуб фрезы проскальзывает, возникают высокие контактные удельные давления между задней поверхностью зуба фрезы и обработанной поверхностью, что приводит к сжимающим напряжениям под зубом фрезы.

Поэтому при встречном фрезеровании остаточные на­пряжения являются результатом двух видов деформа­ции: растяжения, как следствия определенного направ­ления равнодействующей силы резания, и сжатия за счет проскальзывания зуба и образования высоких контакт­ных давлений по задней поверхности. В итоге в тонком поверхностном слое возможны остаточные напряжения сжатия.

На рис.4.27 приводятся эпюры остаточных напряже­ний, полученные в опытах по фрезерованию сплава 09Х17Н7Ю твердосплавными спиральными фрезами - ; на режиме: v = 15 м/мин; S_z=0,1 мм/зуб. Охлаждение - 7% эмульсия. Кри­вая 1 относится к попутному фрезерованию, а кривая 2 - к встречному. Как видно из рис.4.27, при режиме, указанном выше, для попутного фре­зерования глубина проникновения сжимающих остаточных напряжений составляет 30 мк, а для встречного фрезерования около 7 мк. При попутном фре­зеровании тангенциальные остаточные напряжения достигают , а при встречном , то есть в два раза ниже. При попутном фрезеровании ин­тенсивность сжимающих напряжений может быть увели­чена путем заточки фасок с отрицательными углами ().

Независимо от метода фрезерования в тонком поверх­ностном слое (~ 1 мк) наблюдаются растягивающие на­пряжения: для попутного фрезерования , а для встречного фрезерования в полтора раза выше - . Появление этих остаточных напряжений связано с действием трения по задней поверхности зуба фрезы.

Очевидно, при цилиндрическом фрезеровании путем подбора угла можно создать такие условия, при которых интенсивность остаточных напряжений была бы близка к нулю.

Процесс торцового фрезерования по принципу образования поверхностного слоя подобен строганию. Поэтому выводы, сделанные для строгания и точения, остаются в силе для торцового фрезерования.

Рис.4.27. Эпюры остаточных напряжений:

1- попутное фрезерование; 2 – встречное фрезерование

Для получения поверхности с остаточными напряже­ниями сжатия при торцовом фрезеровании необходимо углы установки ножей выбирать отрицательными. При торцовом фрезеровании Ст. 45 фрезами Т15К6 с углами ; ; ; ; мм в диапа­зоне подач мм/зуб и скоростей резания м/мин - на поверхности наблюдались сжи­мающие остаточные напряжения. По данным этой работы, с увеличением скорости резания величина сжи­мающих напряжений уменьшается, что подтверждает сказанное ранее о роли коэффициента трения (угла трения) в формировании остаточных напряжений.