¿Qué factores afectan las propiedades físicas y mecánicas de las superficies mecanizadas?

Durante el proceso de mecanizado, debido a los efectos de la fuerza de corte y el calor de corte, las propiedades de la superficie de la pieza son muy diferentes a las del material base, y las propiedades físicas y mecánicas han sufrido grandes cambios.

Primero, endurecimiento por trabajo en frío de la capa superficial mecanizada

Durante el proceso de corte o rectificado, si la deformación plástica de la capa superficial mecanizada provoca un deslizamiento por cizallamiento entre los cristales, la red se dañará seriamente. se deterioran, la distorsión, el alargamiento del grano, el aplastamiento y la fibrosis, que mejoran la resistencia y dureza de la capa superficial, se denominan endurecimiento por trabajo en frío.

El grado de endurecimiento de la capa superficial depende de la fuerza que produce la deformación plástica, de la velocidad de deformación y de la temperatura durante el proceso de deformación. A mayor fuerza, mayor será la deformación plástica y mayor el grado de endurecimiento. Cuanto mayor es la velocidad de deformación, menos suficiente es la deformación plástica y, en consecuencia, disminuye el grado de endurecimiento. La temperatura durante la deformación afecta el grado de deformación plástica y el grado de endurecimiento disminuye a medida que aumenta la temperatura.

(1) Factores que afectan el endurecimiento por trabajo en frío de la capa superficial

1 Herramientas

El desgaste del filete del filo y la cara del flanco provoca el endurecimiento por trabajo en frío. de la capa superficial Tiene un gran impacto. Cuanto mayor sea el radio del filo y el desgaste del flanco, mayor será la dureza y la profundidad de la capa endurecida por trabajo en frío.

2. Parámetros de corte

Dentro de los parámetros de corte tienen gran influencia la velocidad de corte V C y el avance f. Cuando aumenta VC, disminuye el grado y la profundidad de endurecimiento de la capa superficial. Esto se debe a que, por un lado, el aumento de la velocidad de corte aumentará la temperatura, lo que es útil para la recuperación del endurecimiento por trabajo en frío, por otro lado, debido al aumento de la velocidad de corte, el tiempo de contacto entre la herramienta y la herramienta; La pieza de trabajo se acorta, lo que reduce el grado de deformación plástica de la pieza de trabajo. Cuando aumenta el avance f, aumenta la fuerza de corte y aumenta el grado de deformación plástica, por lo que el endurecimiento por trabajo en frío de la capa superficial también es grave. Sin embargo, cuando f es pequeña, el fenómeno de endurecimiento por trabajo en frío de la capa superficial también aumentará debido al aumento en el número de extrusiones del filete del filo de la herramienta en la superficie de procesamiento.

3. Material a procesar

Cuanto menor sea la dureza del material a procesar y mayor su plasticidad, más grave será el fenómeno de endurecimiento por trabajo en frío en su superficie después. corte.

(2) Medidas para reducir el endurecimiento por trabajo en frío de la capa superficial

1 Seleccione razonablemente los parámetros geométricos de la herramienta, utilice un ángulo de ataque y un ángulo de ataque más grandes, y minimice el. ángulo del borde durante el rectificado Radio de la esquina;

2. Al usar herramientas, el grado de desgaste en la superficie de la herramienta debe ser razonablemente limitado

3. velocidad y pequeña cantidad de alimentación;

4. Utilice un fluido de corte eficaz durante el procesamiento.

2. Cambios en la estructura metalográfica de la capa superficial

(1) Factores que afectan los cambios en la estructura metalográfica de la capa superficial

Durante el procesamiento, la mayoría de la energía consumida en el corte se convierte en energía térmica, la temperatura de la superficie procesada aumenta. Cuando la temperatura aumenta por encima del punto crítico del cambio de estructura metalográfica, se producirá un cambio de estructura metalográfica. Durante el corte general, dado que la potencia consumida por sección de corte no es demasiado grande, hay menos cambios en la estructura metalográfica. Sin embargo, debido a la alta velocidad de corte, el calor de corte generado por el rectificado es decenas de veces mayor que el generado por el corte normal. Parte de este calor es absorbido por las virutas y una pequeña parte ingresa a la muela. Si el efecto de enfriamiento no es bueno, una gran parte se introducirá en la superficie de la pieza de trabajo, cambiando la estructura metalográfica de la superficie de la pieza de trabajo, lo que resultará en una disminución de la dureza y resistencia de la superficie, generando tensión residual e incluso causando micro grietas. Este fenómeno se llama quemadura por molienda. Por lo tanto, el rectificado es un método de procesamiento típico que cambia fácilmente la estructura metalográfica de la superficie procesada. Según la diferencia de temperatura durante la molienda, se puede dividir en:

1. Quemadura por temple Al moler acero endurecido, si la temperatura en la zona de molienda excede la temperatura de transformación martensítica, la martensita original en la superficie. de la pieza de trabajo La estructura de troostita templada se transformará en una estructura de troostita templada o de sorbita con dureza reducida. Este fenómeno se denomina quemado por temple.

2. Al enfriar y rectificar acero endurecido, si la temperatura en la zona de rectificado excede la temperatura crítica de transformación de fase, la capa metálica más externa de la superficie de la pieza de trabajo se transformará en una fase secundaria debido al enfriamiento. Efecto del fluido de corte. Estructura de martensita apagada. Su dureza es mayor que la de la martensita templada original, pero es dura y quebradiza. La capa subyacente sigue siendo una estructura templada cuya dureza se reduce debido a la lenta velocidad de enfriamiento. Este fenómeno se llama apagar la quemadura.

3. Si la quemadura de recocido excede la temperatura de transición de fase crítica durante el rectificado en seco sin fluido de corte, debido a la lenta velocidad de enfriamiento del aire, la resistencia y la dureza de la superficie metálica de la pieza de trabajo después del rectificado caerá bruscamente y se producirá una quemadura por recocido.

Al moler quemaduras, aparecerán en la superficie colores de quemaduras como amarillo, marrón, morado y azul. Este es el color de la película de óxido producida en la superficie de la pieza de trabajo bajo una temperatura alta instantánea. Los diferentes colores de quemado tienen diferentes grados de quemado superficial. Aunque la capa quemada profunda se puede eliminar mediante molienda sin avance en las últimas etapas del procesamiento, la capa quemada no se elimina y se convierte en un peligro oculto para uso futuro.

(2) Medidas técnicas para evitar quemaduras por rectificado

1. Selección razonable de parámetros de rectificado

Reducir la profundidad del rectificado puede reducir la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo. Esto ayuda a reducir las quemaduras. Aumentar la velocidad de la pieza de trabajo y la velocidad de avance reducirá el tiempo para que actúe la fuente de calor, de modo que la estructura metalográfica no tenga tiempo de cambiar, lo que reducirá las quemaduras, pero conducirá a un aumento en la rugosidad de la superficie. Esto normalmente se compensa aumentando la velocidad de la muela y utilizando una muela más ancha.

2. Seleccione razonablemente la muela y límpiela a tiempo.

Si la muela tiene un tamaño de grano más fino y una mayor dureza, la temperatura de rectificado aumentará. Cuando la estructura de la muela está demasiado apretada, la muela se obstruirá con restos de molienda y se quemará fácilmente. Cuando la muela está pasivada, la mayoría de los granos abrasivos solo se aprietan y frotan sobre la superficie mecanizada sin cortar, lo que aumenta la temperatura de rectificado. La muela debe recortarse a tiempo.

3. Mejorar el método de enfriamiento

El líquido de corte puede eliminar el calor del área de molienda y evitar quemaduras. Los métodos de enfriamiento comúnmente utilizados no son efectivos. Debido a la rotación de alta velocidad de la muela, se genera un fuerte flujo de aire en la dirección circunferencial, lo que dificulta que el fluido de corte ingrese a la zona de rectificado y, por lo tanto, no se puede enfriar de manera efectiva. Para mejorar el método de enfriamiento, se puede utilizar la muela abrasiva de enfriamiento interno que se muestra en la Figura 5-4. El fluido de corte ingresa desde el centro y se expulsa desde la periferia de la muela a través del espacio dentro de la muela bajo la acción de la fuerza centrífuga, por lo que el fluido de corte puede ingresar directamente al área de molienda y el efecto de enfriamiento es muy bueno. . Pero se deben utilizar muelas abrasivas porosas especiales y el fluido de corte debe filtrarse cuidadosamente para evitar obstruir la muela.

En tercer lugar, tensiones residuales en la capa superficial

Después del procesamiento, hay tensiones residuales en la capa superficial de la pieza de trabajo. La tensión residual de compresión puede mejorar la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga de la superficie de la pieza de trabajo bajo la acción de la tensión de tracción, mientras que el efecto de la tensión de tracción residual es exactamente lo contrario. Si la tensión de tracción excede el límite de resistencia a la fatiga del material de la pieza de trabajo, se producirán grietas en la superficie de la pieza de trabajo y acelerarán el daño de la pieza de trabajo. Las causas de la tensión residual son las siguientes:

(A) Tensión residual causada por la deformación plástica en frío

Bajo la acción de la fuerza de corte, la superficie mecanizada está sujeta a una fuerte deformación plástica en frío. , entre los cuales la herramienta detrás de la La deformación plástica causada por la extrusión y fricción de la superficie de la hoja es la más destacada. En este momento, el metal base se ve afectado y se encuentra en un estado de deformación elástica. Una vez eliminada la fuerza de corte, el metal base tiende a recuperarse, pero está limitado por la capa superficial deformada plásticamente y no puede volver a su estado original, generando así tensión de compresión residual en la capa superficial.

(2) Tensión residual causada por la deformación termoplástica

La superficie mecanizada de la pieza de trabajo se expandirá térmicamente bajo la acción del calor de corte. En este momento, la temperatura del metal base es baja, por lo que se genera tensión de compresión térmica en la superficie del metal. Al final del proceso de corte, la temperatura de la superficie desciende rápidamente, por lo que la deformación por contracción es mayor que la de la capa interior. Debido a que la deformación de la capa superficial está limitada por el metal base, se genera tensión de tracción residual. Cuanto mayor sea la temperatura de corte, mayor será la deformación termoplástica, mayor será la tensión de tracción residual y, en ocasiones, incluso se producirán grietas. La deformación termoplástica es evidente durante el proceso de rectificado.

(3) Tensión residual causada por cambios en la estructura metalográfica

La alta temperatura generada durante el corte provocará cambios en la estructura metalográfica de la superficie. Diferentes estructuras metalográficas tienen diferentes densidades y los cambios en la estructura metalográfica de la superficie provocan cambios de volumen. Cuando el volumen de la superficie se expande, se genera tensión de compresión debido a la limitación de la matriz; por el contrario, se genera tensión de tracción;