В зависимости от состава действие СОЖ может быть: охлаждающим, смазывающим и повышающим эффективность процесса обработки.
Основное назначение СОЖ - охлаждение в процессе обработки режущего инструмента и заготовки. Снижение температуры в зоне резания осуществляется путем непосредственного теплообмена между режущим инструментом, заготовкой и СОЖ и через уменьшение сил трения инструмента по задней и передней поверхностям о заготовку и сходящую стружку.
В некоторые СОЖ добавляют поверхностно активные вещества, например олеиновую кислоту. Применение таких СОЖ, приводит к изменениям химического состава поверхностного слоя заготовки.
Обработка методами поверхностно-пластического деформирования (ППД)
Методы ППД основаны на пластическом деформировании поверхностного слоя заготовки без снятия слоя материала и относятся к отделочным методам обработки, применяемым для повышения предела выносливости и износостойкости детали.
К методам ППД относят дорнирование, выглаживание, чеканку, дробеструйную обработку, накатывание (раскатывание), обработку стальными щетками. Все методы ППД сводятся к силовому воздействию инструмента на обрабатываемую поверхность, вследствие чего происходит смятие гребешков микронеровностей, образование в поверхностном слое остаточных сжимающих напряжений, повышение механических свойств материала.
Воздействие на свойства материала заготовок термической и химико-термической обработок
Основной задачей термообработки заготовок является изменение структуры и свойств их материала, направленные, чаще всего, на получение более мелкого зерна. Термической обработке подвергаются слитки, отливки, поковки, сварные соединении, заготовки, полученные из проката, а также детали, изготовленные из разнообразных металлов и сплавов.
Основными видами термической обработки заготовок из сталей являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Отжиг (нагрев дол температуры выше Ас3 на 30-50о С и охлаждение со скоростью 100-200о С/ч для углеродистых сталей и 20-70о С/ч - для легированных) заготовок из сталей проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры.
Нормализация сообщает стали более высокую прочность, чем отжиг, из-за большей скорости охлаждения (после нагрева заготовку охлаждают на воздухе).
Закалка обеспечивает в заготовках из стали структуры наивысшей твердости (после нагрева охлаждение осуществляется погружением заготовки в воду или масло, имеющих температуру 20-25о С).
Отпуск обеспечивает большую пластичность материала и снятие остаточных напряжений. В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкий (при 120-250оС), средний (при 350-450оС) и высокий (при 500-680о С).
Комбинированную термическую обработку заготовок из конструкционных сталей, состоящую из полной закалки и высокого отпуска называют улучшением.
Получение требуемых свойств материала заготовки, подвергаемой термообработке, зависит от его химического состава, степени его однородности и чистоты, наличия остаточных напряжений, формы и размеров заготовки, правильного выбора и соблюдения режимов термообработки.
Химико-термическую обработку (ХТО) применяют для поверхностного упрочнения и противодействия влиянию на поверхность агрессивных сред. Наибольшее распространение в машиностроении получили процессы: цементации, цианирования и азотирования.
Цементация представляет собой процесс обогащения поверхностного слоя (0,5-2,2 мм) низкоуглеродистой стали углеродом. Последующая закалка сообщает поверхностному слою высокую твердость (HRC 64:66) и вязкость сердцевины и повышает износостойкость и усталостную прочность детали. Цементацию осуществляют в твердом или газообразном карбюризаторе при температуре 920-1050оС. Обычно цементации подвергают не все, а лишь отдельные поверхности заготовок, поэтому нецементируемые поверхности должны быть изолированы. Существуют различные способы изолирования: омеднение, применение специальных обмазок, назначение припусков, удаляемых с заготовки после цементации до закалки. В последнем случае в технологическом процессе изготовления детали на первых этапах обрабатывают поверхности заготовки, подлежащие цементации с припуском под обработку после закалки. Остальные поверхности либо не обрабатывают, либо обрабатывают с припуском в 1,5-2 раза превышающим заданную глубину цементированного слоя. После цементации защитные и цементированные слои с этих поверхностей удаляют, и заготовку направляют на закалку, в результате которой высокую твердость приобретут только цементированные поверхности.
Цианирование как и цементация повышает твердость поверхностного слоя, износостойкость и усталостную прочность. Процесс насыщения поверхностного слоя материала углеродом ведут при температуре 820-950о С с применением в качестве карбюризатора цианистых соединений (жидких, газообразных, твердых).Цианирование обеспечивает большую износостойкость, чем цементация из-за содержания в поверхностном слоя азота.
Азотирование применяют для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости деталей машин, изготавливаемых из легированных сталей и чугуна. До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску, проводят чистовую обработку заготовки, а после азотирования - отделочную обработку (тонкое шлифование, притирку, доводку и т.п.). Насыщение азотом ведут при температуре 500-600о С в муфелях или контейнерах, через которые пропускают аммиак. Азотированию подвергают лишь отдельные поверхности, все остальные защищают гальваническим лужением. Азотирование более длительный процесс, чем цементация, требующий 50-60 ч выдержки, при толщине азотированного слоя, не превышающего 0,5 мм.
Обеспечение требуемых свойств материала детали в процессе изготовления
Выбор материала и разработка конструкции должны вестись с учетом условий, в которых ей предстоит работать.
Основными причинами отказов деталей в работающей машине являются изнашивание, коррозия, перераспределение остаточных напряжений, приводящие к потере геометрической точности детали, а также усталостные явления в материале, и как следствие поломка детали.
Конструктор обычно указывает в чертежах марку стали, твердость, шероховатость.
Но эти требования не охватывают весь комплекс показателей, определяющих эксплуатационные свойства детали.
Механические, физические и химические свойства материальной детали достигают в процессе ее изготовления через химический состав, структуру его, зернистость, структуру остаточных напряжений, качество поверхностного слоя.
Связь между двумя группами пока в полном объеме не установлена (за исключением отдельных случаев) и является на сегодня важнейшей проблемой для материаловедов и технологов.
Источниками возможных отклонений свойств материала в технологическом процессе являются:
Неправильный выбор исходного материала и его дефекты.
Выбор способа получения заготовки (не обеспечивающего требуемую структуру, механические и химические свойства материала и возможность получения нужных свойств в технологическом процессе изготовления детали).
Дефекты заготовки, затрагивающие свойства ее материала.
Несоответствие свойствам материала последовательности, способов и режимов предварительной обработки заготовок (следствием чего является структура изменения материала, остаточные напряжения, трещины).
Несоответствие марке материала режимов ТО и ХТО (обезуглероживание, трещины).
Неправильный выбор способов и режимов отделочной обработки заготовок (закалка или отпуск, перенаклеп и шелушение и т.п.).
Остаточное напряжение в материале стали, вызывающее ее коробление.