Визначення меж пластичної зони деформування металу при різанні

М. О. Курін

Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», вул. Чкалова, 17, 61070, Харків, Україна

Отримано 09.12.2019; остаточний варіант — 18.05.2020 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Основною метою роботи є аналіз проблеми визначення меж пружньо-пластичної зони при різних методах оброблення деталів різанням. Розглянуто різні методики визначення сил різання при механічному обробленні зі зніманням стружки, а також підходи до визначення напружено-деформованого стану матеріалу. Розглянуто структуру комплексних теоретико-експериментальних досліджень енергосилових параметрів процесів механічного оброблення. Для теоретичного дослідження енергосилових параметрів процесів запропоновано метод розрахунку пластичного деформування металів, засновану на замкнутій системі рівнянь механіки суцільних середовищ. Одержано вирази, за допомогою яких можна відтворювати просторову картину розподілу деформацій у металі при діамантовому вигладжуванні та шліфуванні, що уможливлює наочно уявити механізм деформування та спростити аналіз деформованого стану матеріалу. Встановлено функціональний зв’язок між потужністю деформування та параметрами режиму оброблення деталів при діамантовому вигладжуванні та шліфуванні. Запропоновано метод експрес-розрахунку сил різання з використанням відомих інженерних методик. Проаналізовано експериментальні та розрахункові дані щодо визначення розмірів пластично-деформованої зони важкооброблюваних матеріалів. Детально розглянуто механізм гальмування дислокацій і перетворення енергії при деформації, в результаті чого розроблено дислокаційно-кінетичний підхід, в основі якого лежить поняття про дислокацію як про квазичастинку, що представляє собою квант деформування. З використанням дислокаційно-кінетичного підходу розроблено математичну модель, яка уможливлює проводити розрахунок величини зони випереджувального зміцнення, що підтверджено порівнянням із експериментальними даними. Доопрацьовано модель Старкова, пояснено фізичний зміст коефіцієнта в формулах для розрахунку меж зон зміцнення. Введено новий критерій подібности, що зв’язує дисипацію енергії пластичної деформації та швидкість перебудови температурного поля.

Ключові слова: пружньо-пластична зона, сили різання, дислокаційно-кінетичний підхід, критерій подібности, дисипація енергії.

Citation: M. O. Kurin, Determination of the Boundaries of Plastic Zone of Metal Deformation During the Cutting, Progress in Physics of Metals, 21, No. 2: 249–273 (2020); doi: 10.15407/ufm.21.02.249


Цитована література (40)  
  1. M.O. Kurin, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 40, No. 7: 801 (2018). https://doi.org/10.15407/mfint.40.07.0859
  2. L.B. Zuev, S.A. Barannikova, and A.G. Lunev, Prog. Phys. Met., 19, No. 4: 379 (2018). https://doi.org/10.15407/ufm.19.04.379
  3. Yu.V. Milman, S.I. Chugunova, I.V. Goncharova, and А.А. Golubenko, Prog. Phys. Met., 19, No. 3: 271 (2018). https://doi.org/10.15407/ufm.19.03.271
  4. A.I. Dolmatov, S.V. Sergeev, M.O. Kurin, V.V. Voronko, and T.V. Loza, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 37, No. 7: 871 (2015). https://doi.org/10.15407/mfint.37.07.0871
  5. Yu.N. Alekseev, Vvedenie v Teoriyu Obrabotki Metallov Davleniem, Prokatkoy i Rezaniem [Introduction to the Theory of Metal Processing via the Pressure, Rolling and Cutting] (Kharkov: Izd-vo KhGU, 1969) (in Russian).
  6. A.A. Kabatov, Issues of Design and Manufacture of Flying Vehicles, No. 1 (73): 67 (2013) (in Russian).
  7. A.A. Kabatov, Tekhnologiya Almaznogo Vyglazhivaniya Detaley Aviatsionnykh Dvigateley i Agregatov [Technology for Diamond Smoothing of Aircraft Engine Parts and Units] (Thesis of Disser. for PhD) (Kharkiv: National Aerospace University ‘Kharkiv Aviation Institute’: 2014) (in Russian).
  8. A.I. Dolmatov, A.A. Kabatov, and M.A. Kurin, Aerospace Technic and Technology, 100: 12 (2013).
  9. A.I. Dolmatov, A.A. Kabatov, and M.A. Kurin, J. Mechanical Engineering NTUU ‘Kyiv Polytechnic Institute’, 67: 186 (2013) (in Russian).
  10. A.I. Dolmatov, A.A. Kabatov, and M.A. Kurin, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 35: 1407 (2013).
  11. Yu.N. Alekseev, V.K. Borisevich, and P.I. Kovalenko, Impul’snaya Obrabotka Metallov Davleniyem, 5: 112 (1975).
  12. A.G. Odintsov, Uprochneniye i Otdelka Detaley Poverkhnostnym Plasticheskim Deformirovaniyem [Hardening and Finishing of Parts by Surface Plastic Deformation] (Moscow: Mashinostroyeniye: 1987) (in Russian).
  13. S.M. Nizhnik, Tekhnologiya Shlifovaniya Detaley Aviatsionnykh Dvigateley s Uchetom Uvelicheniya Aktivnoy Poverkhnosti Abrazivnogo Zerna [Grinding Technology of Aviation Engine Parts, Taking into Account the Increase of the Active Surface of Abrasive Grain] (Thesis of Disser. for PhD) (Kharkiv: National Aerospace University ‘Kharkiv Aviation Institute’: 2018) (in Russian).
  14. M.O. Kurin and M.V. Surdu, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 3: 401 (2017) (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/mfint.39.03.0401
  15. K.L. Johnson, Contact Mechanics (Cambridge University Press: 1985). https://doi.org/10.1017/CBO9781139171731
  16. V.K. Starkov, Fizika i Optimizatsiya Rezaniya Materialov [Physics and Optimization of Cutting materials] (Moscow: Mashinostroenie: 2009) (in Russian).
  17. A.M. Rosenberg and A.N. Eremin, Elementy Teorii Protsessa Rezki Metalla [Elements of the Theory of Metal Cutting Process] (Moscow: Mashgiz: 1956) (in Russian).
  18. N.N. Zorev, Issledovanie Elementov Mekhaniki Protsessa Rezaniya [The Study of Elements of the Mechanics of the Cutting Process] (Moscow: Mashgiz: 1952) (in Russian).
  19. A.A. Bondarev, Issledovanie Vliyaniya Operezhayushchey Plasticheskoy Deformatsii na Effektivnost’ Protsessa Rezaniya Konstruktsionnykh Staley [Study of the Influence of Leading Plastic Deformation on the Effectiveness of the Cutting Process of Structural Steels] (Thesis of Disser. for PhD) (Volgograd: Volgograd State Technical University: 2016) (in Russian).
  20. A.A. Bondarev, Y.N. Oteniy, Yu.L. Chigirinsky, Yu.N. Polyanchikov, D.V. Krainev, and D.V. Pronichev, Izvestiya VSTU. Ser. Advanced Technology in Machine Building, 173: 7 (2015) (in Russian).
  21. S. Klein, S. Weber, and W. Theisen, J. Mater. Sci., 50: 3586 (2015). https://doi.org/10.1007/s10853-015-8919-y
  22. S.O. Firstov and T.G. Rogul, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 1: 33 (2017) (in Russian). https://doi.org/10.15407/mfint.39.01.0033
  23. A.H. Cottrell, A. Seeger, and J.L. Amorós, Deformation and Flow of Solids / Verformung und Fliessen des Festkörpers. International Union of Theoretical and Applied Mechanics / Internationale Union für Theoretische und Angewandte Mechanik (Ed. R. Grammel) (Berlin–Heidelberg: Springer: 1956), pp. 33–52. https://doi.org/10.1007/978-3-642-48236-6_5
  24. A. Seeger, Kristallplastizitat [Crystal Plasticity] (Berlin: Springer-Verlag: 1958) (in German). https://doi.org/10.1007/978-3-642-45890-3_1
  25. H. Conrad, Acta Met., 6, No. 5: 339 (1958). https://doi.org/10.1016/0001-6160(58)90071-3
  26. H. Conrad, Tekuchest i Plasticheskoe Techenie OTsK-Metallov pri Nizkikh Temperaturakh. Struktura i Mekhanicheskie Svoystva Metallov [Yield and Plastic Flow for B.C.C. Metals at Low Temperatures. Structure and Mechanical Properties of Metals] (Moscow: Metallurgiya: 1967) (Russian translation).
  27. Yu.V. Mil’man and V.I. Trefilov, O Fizicheskoy Prirode Temperaturnoy Zavisimosti Predela Tekuchesti. Mekhanizm Razrusheniya Metallov [On the Physical Nature of the Temperature Dependence of Yield Stress. Metal Fracture Mechanism] (Kiev: Naukova Dumka: 1966) (in Russian).
  28. V.I. Trefilov, Yu.V. Milman, and S.A. Firstov, Fizicheskie Osnovy Prochnosti Tugoplavkikh Metallov [Physical Bases of the Strength of Refractory Metals] (Kiev: Naukova Dumka: 1975) (in Russian).
  29. P. Haasen, Acta Met., 5, No. 10: 598 (1957). https://doi.org/10.1016/0001-6160(57)90129-3
  30. P. Haasen, Mekhanicheskie Svoistva Tverdykh Rastvorov i Intermetallicheskikh Soedineniy. Fizicheskoe Metallovedenie [Mechanical Properties of Solid Solutions and Intermetallic Compounds. Physical Metallurgy] (Eds. R.W. Cahn and P. Haasen] (Moscow: Metallurgiya: 1987) (Russian translation).
  31. V.I. Al’shits and V.L. Indenbom, Sov. Phys. Usp., 18, No. 1: 1 (1975). https://doi.org/10.1070/PU1975v018n01ABEH004689
  32. L.I. Sedov, Metody Podobiya i Razmernosti v Mekhanike [Similarity and Dimension Methods in Mechanics] (Moscow: Nauka: 1977) (in Russian).
  33. T.E. Konstantinova, Fizika i Tekhnika Vysokikh Davleniy, 19: 7 (2009) (in Russian).
  34. Ya.E. Beygelzimer, Fizika i Tekhnika Vysokikh Davleniy, 18: 36 (2008) (in Russian).
  35. I.V. Savel’yev, Kurs Obshchey Fiziki, Mekhanika. Molekulyarnaya Fizika [Course in General Physics, Mechanics. Molecular Physics] (Moscow: Nauka: 1982) (in Russian).
  36. S.V. Izmaylov, Kurs Ehlektrodinamiki [The Course of Electrodynamics] (Moscow: Gos. Uch.-Ped. Izd-vo Min. Prosv. RSFSR: 1962) (in Russian).
  37. D.G. Verbilo, Ehlektronnaya Mikroskopiya i Prochnost’ Materialov. Ser.: Fizicheskoye Materialovedeniye, Struktura i Svoystva Materialov, 18: 104 (2012) (in Russian).
  38. Frank A. McClintock, and Ali S. Argon, Mechanical Behavior of Materials (Addison-Wesley Pub. Co.: 1966).
  39. R.W.K. Honeycombe, The Plastic Deformation of Metals (London: Hodder & Stoughton General Division: 1968).
  40. V.L. Indenbom and A.N. Orlov, Sov. Phys. Usp., 5, No. 2: 272 (1962) https://doi.org/10.1070/PU1962v005n02ABEH003412