Остаточные напряжения при резании металлов

Обработка резанием сопровождается деформацией поверхностных слоев деталей. Деформированные слои упрочняются, и поэтому они тверже исходного материа­ла. Различные материалы по-разному упрочняются (на­клёпываются). Особо сильное упрочнение наблюдается при обработке жаропрочных сплавов.

Вследствие упрочнения в тонких поверхностных сло­ях возникают так называемые остаточные напряжения. В зависимости от вида деформации (метода обработки), режима резания, геометрии инструмента остаточные на­пряжения могут быть как растягивающие, так и сжима­ющие. Остаточные напряжения, кроме прочих факторов, оказывают влияние на усталостную прочность деталей, значительно снижая ресурс работы агрегатов. Все это приобретает особо важное значение для деталей; рабо­тающих со знакопеременными нагрузками. Сказанное относится в первую очередь к таким деталям, как ло­патки газовых и паровых турбин, лопатки компрессоров и турбин авиационных двигателей.

На усталостную прочность влияет знак остаточных напряжений. Как правило, сжимающие остаточные на­пряжения увеличивают ресурс работы агрегата, растя­гивающие, наоборот, уменьшают. Это вызывается сле­дующими обстоятельствами.

Если на поверхности детали действуют остаточные напряжения растяжения, то в условиях знакопеременных нагрузок на одной стороне остаточные напряжения будут суммироваться с рабочими напряжениями, а с дру­гой - уменьшаться на ту же величину. Затем картина изменится. Это будет повторяться каждый цикл.

Остаточные напряжения, если не принять соответст­вующих мер, могут достигать больших величин - до 800-1000 Н/мм². Однако даже при значительно меньших вели­чинах, когда они суммируются с рабочими напряжения­ми, возникающими в результате действия сил инерции, изгиба и пр. при многократном повторении, усталостная прочность снижается.

При работе деталей с остаточными напряжениями сжатия на одной стороне в течение первого полуцикла за счет рабочих напряжений имеет место разгрузка, а на другой - увеличение сжимающих напряжений. Во втором полуцикле картина изменится на обратную. Опы­тами установлено, что увеличение сжимающих остаточ­ных напряжений в известных пределах полезно, так как приводит повышению предела усталости.

Остаточные напряжения оказывают влияние не толь­ко на служебные свойства деталей, но в известной мере усложняют технологический процесс механической об­работки.

При изготовлении лопаток реактивных двигателей ко­рыто (внутренняя поверхность) и спинка (наружная по­верхность) в ряде случаев обрабатываются различными методами. Корыто - цилиндрическими фрезами, а спин­ка - точением. При фрезеровании цилиндрическими фре­зами, как это будет показано в дальнейшем, развивают­ся чаще всего сжимающие остаточные напряжения, а при точении - растягивающие.

Лопатки турбины представляют собой поверхность сложной формы с относительно небольшими толщинами. Поэтому развивающиеся в процессе обработки остаточ­ные напряжения различных знаков на спинке и корыте приводят к значительному короблению.

Это коробление усложняет окончательные чистовые операции, так как приходится на эти операции оставлять большие припуски.