Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 2 2018 43 TECHNOLOGY динамометром Kistler 9255B дали показания P z = 700 Н. Измерения температуры в зоне реза- ния методом естественной термопары [22] дали значение T =1100 °С. Объемный расход металла q , проходящий че- рез зону деформирующего резания определялся по формуле q = apV = 300 мм 3 /с. Массовый расход металла G , проходящий че- рез зону ДР, определялся по формуле G = ρ q = 2,36 г/с, где ρ = 7,85 г/см 3 – удельный вес стали 40Х. Мощность, выделяемая в зоне деформирую- щего резания, определялась по формуле N = P z V =2,4 кВт. Если предположить, что все тепло, выделяю- щееся в зоне обработки, идет на нагрев подреза- емого слоя, то температура ребра составит T=N /C p G = 1533 °C, где C p = 663 Дж/(кг · °C) – удельная теплоемкость среднеуглеродистой стали [23] в диапазоне тем- ператур от 20 до 1200 o C. Рассчитанное значение температуры не со- впадает со значением температуры, измеренной методом естественной термопары. Это объясня- ется тем, что не вся мощность, выделяемая в зоне обработки, расходуется на нагрев подрезанного слоя. Часть теплового потока уходит в инстру- мент, в окружающую среду за счет конвектив- ного теплообмена и радиационного излучения, часть теплового потока идет непосредственно в заготовку, минуя подрезанный слой. При реза- нии энергия также расходуется на упругие де- формации, дробление зерен (увеличение границ раздела между зернами), на образование новых поверхностей, на образование дислокаций и их движение [24]. Время t нахождения металла в зоне нагре- ва (в зоне контакта с передней поверхностью инструмента) оценивалось по длине контакта подрезанного слоя с передней поверхностью инструмента и скоростью резания. Под длиной контакта принималась длина пластического кон- такта подрезаемого слоя между точками A и Е (см. рис. 3) с учетом наклона передней поверх- ности инструмента. Для указанных условий об- работки длина зоны контакта составляет 1,2 мм. Таким образом, время контакта определяется со- отношением t = d/V = 4,0 · 10 –4 c. Именно за это время в зоне ДР происходит нагрев металла подрезаемого слоя до темпера- тур фазовых превращений и сами структурно- фазовые превращения. Скорость нагрева металла от 20 до 1100 °C определялась по формуле V нагр = Δ T / t = 2,7 · 10 6 К/с. Расчетная скорость нагрева превышает ско- рость нагрева при лазерной закалке, которая в среднем составляет 1,0 · 10 6 °С/с [25]. Объемная плотность мощности Q , выделя- емой в зоне обработки ДР вследствие пласти- ческих деформаций, внутреннего и внешнего трения, определяется как отношение мощности ДР N к объемному расходу материала q , подвер- гающегося обработке: Q = N/q = 8,0 кДж/см 3 . Это достаточно большая величина, которая превышает объемное выделение энергии при взрыве химических взрывчатых веществ, со- ставляющая 4,5…7,5 кДж/см 3 [25]. Давление при ДР Р ДР определялось соотно- шением главной составляющей силы резания P z к сечению подрезанного слоя и определялось по формуле Р ДР = P z /( pt )=7,0 ГПа. Давление в зоне контакта слоя металла с рабочими поверхностями инструмента при ДР сопоставимо с давлением, возникающим при взрыве, равным 10 ГПа [26]. Свойства материала и его поведение в таких экстремальных услови- ях сложно описать в рамках традиционного рас- смотрения поведения материала. Для случая ДР возможно, что материал переходит в состояние сверхпластичности и течет как вязкая жидкость в зоне рабочих поверхностей режущего инстру- мента. На рис. 6, г показана микроструктура об- разца, где видно, что процесс упрочнения сопро- вождался сильной деформацией и растяжением зерен по всему объему. Охлаждение нагретых слоев, как и при ла- зерной закалке, осуществляется за счет кондук-