Научная статья на тему 'К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ АБРАЗИВНО-МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГИПОТЕЗЫ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ РАЗРЕЗАЕМЫХ ТРУБ ПРИ АБРАЗИВНОЙ РАЗРЕЗКЕ'

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ АБРАЗИВНО-МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГИПОТЕЗЫ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ РАЗРЕЗАЕМЫХ ТРУБ ПРИ АБРАЗИВНОЙ РАЗРЕЗКЕ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
18
3
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АБРАЗИВНАЯ РАЗРЕЗКА / ПОВЕРХНОСТНЫЙ СЛОЙ / ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ / КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ / КОНТАКТНОЕ ТРЕНИЕ / МИКРОСТРУКТУРА / РАЗРЕЗАЕМАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / ОТРЕЗНОЙ КРУГ / МИКРОНЕРОВНОСТИ / ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Левченко Е.А.

Рассмотрены вопросы использования абразивно-молекулярной гипотезы по исследованию качества поверхностного слоя разрезаемых поверхностей труб при работе боковых режущих поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб. Качество детали, определяющее ее эксплуатационные показатели, в основном формируется на конечной операции. Такой операцией в большинстве случаев является абразивная разрезка как один из самых высокопроизводительных методов, обеспечивающий высокий уровень точности и качества обработанной поверхности. Анализ результатов исследований, представленный в статье, показал, что процесс контактного трения между режущим инструментом и разрезаемой поверхностью детали представляет собой совокупность последовательных переходов материала из одного структурного состояния в другое. При одних обстоятельствах эти переходы определяются лишь процессами упругой и пластической деформации, при других - осуществляются более глубокие структурные и фазовые превращения в поверхностном и подповерхностном слоях работающего на трение металла. В результате исследований, рассматривая напряженное состояние разрезаемой поверхности при трении боковой поверхности отрезного круга, было установлено, что немаловажным фактором является создание внутренних структурных остаточных напряжений. Структурные (внутренние) концентраторы напряжений наиболее интенсивно влияют на износостойкость боковых сторон отрезного круга, чем создаваемые внешние напряжения. В связи с этим важным условием является однородность структуры поверхностного слоя разрезаемой поверхности трубы. В общем балансе напряженного состояния при трении немалую роль играют напряжения, которые формируются при наличии высоких температур и, главное, температурных градиентов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Левченко Е.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE QUESTION OF APPLYING THE ABRASIVE-MOLECULAR HYPOTHESIS FOR STUDY OF THE QUALITY OF THE SURFACE LAYER OF CUT PIPES DURING ABRASIVE CUTTING

The issues of using the abrasive-molecular hypothesis to study the quality of the surface layer of the pipe surfaces being cut during the operation of the side cutting surfaces of the cutting wheel during abrasive cutting of pipes are considered. The quality of the part, which determines its performance, is mainly formed at the final operation. Such an operation, in most cases, is abrasive cutting, as one of the most productive methods, providing a high level of accuracy and quality of the machined surface. Analysis of the research results presented in the article showed that the process of contact friction between the cutting tool and the cut surface of the part is a set of successive material transitions from one structural state to another. Under some circumstances, these transitions are determined only by the processes of elastic and plastic deformation, while under others, deeper structural and phase transformations occur in the surface and subsurface layers of the metal that melts into friction. As a result of the research, considering the stress state of the cut surface during friction of the side surface of the cutting wheel, it was found that an important factor is the creation of internal structural residual stresses. Structural (internal) stress concentrators most intensively affect the wear resistance of the sides of the cutting wheel than the generated external stresses. In this regard, an important condition is the uniformity of the structure of the surface layer of the pipe surface being cut. In the overall balance of the stress state during friction, a significant role is played by stresses that are formed in the presence of high temperatures and, most importantly, temperature gradients.

Текст научной работы на тему «К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ АБРАЗИВНО-МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГИПОТЕЗЫ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ РАЗРЕЗАЕМЫХ ТРУБ ПРИ АБРАЗИВНОЙ РАЗРЕЗКЕ»

Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:

Левченко Е.А. К вопросу применения абразивно-молекулярной гипотезы при исследовании качества поверхностного слоя разрезаемых труб при абразивной разрезке // Вестник ПНИПУ. Машиностроение. Материаловедение. - 2022. -Т. 24, № 4 - С. 87-95. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.10

Please cite this article in English as:

Levchenko E.A. On the question of applying the abrasive-molecular hypothesis for study of the quality of the surface layer of cut pipes during abrasive cutting. Bulletin of PNRPU. Mechanical engineering, materials science. 2022, vol. 24, no. 4, pp. 87-95. DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.10

ВЕСТНИК ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение

Т. 24, № 4, 2022 Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science

http://vestnik.pstu.ru/mm/about/inf/

Научная статья

DOI: 10.15593/2224-9877/2022.4.10 УДК 621.914.02

Е.А. Левченко

Севастопольский государственный университет, Севастополь, Российская Федерация

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ АБРАЗИВНО-МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГИПОТЕЗЫ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ РАЗРЕЗАЕМЫХ ТРУБ ПРИ АБРАЗИВНОЙ РАЗРЕЗКЕ

Рассмотрены вопросы использования абразивно-молекулярной гипотезы по исследованию качества поверхностного слоя разрезаемых поверхностей труб при работе боковых режущих поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб.

Качество детали, определяющее ее эксплуатационные показатели, в основном формируется на конечной операции. Такой операцией в большинстве случаев является абразивная разрезка как один из самых высокопроизводительных методов, обеспечивающий высокий уровень точности и качества обработанной поверхности. Анализ результатов исследований, представленный в статье, показал, что процесс контактного трения между режущим инструментом и разрезаемой поверхностью детали представляет собой совокупность последовательных переходов материала из одного структурного состояния в другое. При одних обстоятельствах эти переходы определяются лишь процессами упругой и пластической деформации, при других - осуществляются более глубокие структурные и фазовые превращения в поверхностном и подповерхностном слоях работающего на трение металла.

В результате исследований, рассматривая напряженное состояние разрезаемой поверхности при трении боковой поверхности отрезного круга, было установлено, что немаловажным фактором является создание внутренних структурных остаточных напряжений. Структурные (внутренние) концентраторы напряжений наиболее интенсивно влияют на износостойкость боковых сторон отрезного круга, чем создаваемые внешние напряжения.

В связи с этим важным условием является однородность структуры поверхностного слоя разрезаемой поверхности трубы. В общем балансе напряженного состояния при трении немалую роль играют напряжения, которые формируются при наличии высоких температур и, главное, температурных градиентов.

Ключевые слова: абразивная разрезка, поверхностный слой, внутренние напряжения, качество поверхности, контактное трение, микроструктура, разрезаемая поверхность, отрезной круг, микронеровности, шероховатость поверхности.

E.A.Levchenko

Sevastopol State University, Sevastopol, Russian Federation

ON THE QUESTION OF APPLYING THE ABRASIVE-MOLECULAR HYPOTHESIS FOR STUDY OF THE QUALITY OF THE SURFACE LAYER OF CUT PIPES DURING ABRASIVE CUTTING

The issues of using the abrasive-molecular hypothesis to study the quality of the surface layer of the pipe surfaces being cut during the operation of the side cutting surfaces of the cutting wheel during abrasive cutting of pipes are considered.

The quality of the part, which determines its performance, is mainly formed at the final operation. Such an operation, in most cases, is abrasive cutting, as one of the most productive methods, providing a high level of accuracy and quality of the machined surface. Analysis of the research results presented in the article showed that the process of contact friction between the cutting tool and the cut surface of the part is a set of successive material transitions from one structural state to another. Under some circumstances, these transitions are determined only by the processes of elastic and plastic deformation, while under others, deeper structural and phase transformations occur in the surface and subsurface layers of the metal that melts into friction.

As a result of the research, considering the stress state of the cut surface during friction of the side surface of the cutting wheel, it was found that an important factor is the creation of internal structural residual stresses. Structural (internal) stress concentrators most intensively affect the wear resistance of the sides of the cutting wheel than the generated external stresses.

In this regard, an important condition is the uniformity of the structure of the surface layer of the pipe surface being cut. In the overall balance of the stress state during friction, a significant role is played by stresses that are formed in the presence of high temperatures and, most importantly, temperature gradients.

Keywords: abrasive cutting, surface layer, internal stresses, surface quality, contact friction, microstructure, cut surface, cutting wheel, microroughness, surface roughness.

Абразивная разрезка - процесс массового скоростного микрорезания поверхностного слоя детали большим числом абразивных зерен (рис. 1). В результате массового динамического воздействия абразивных зерен на поверхностный слой (упругое и пластическое деформирование разрезаемого материала, диспергирование материала и зерен, трение зерен, связки и отдельных стружек о разрезаемую поверхность) в зоне резания зерен развиваются высокие местные мгновенные температуры, резко повышающие пластичность металла, облегчая этим процесс снятия стружки [1-5].

Шероховатость разрезанной поверхности характеризуется неравномерностью шага и большой разновысотностью микронеровностей.

Параметры качества поверхностного слоя после абразивной разрезки зависят от технологических факторов, определяющих термомеханический режим исследуемого процесса [6].

Общие закономерности изменения параметров качества поверхностного слоя от условий об-

работки в основном сохраняются для всех исследуемых сталей и сплавов. Основные параметры режима процесса абразивной разрезки можно разделить на две группы: увеличивающие пластическую деформацию (подача на врезание) и способствующие ее уменьшению (скорость вращения круга) [7-9].

С увеличением подачи на врезание, связанной с увеличением объема снимаемого металла и усилия разрезки, ухудшается чистота поверхности и увеличивается поверхностная деформация, главным образом, ее глубина.

С увеличением скорости вращения круга улучшается чистота поверхности, что объясняется уменьшением радиальной составляющей усилия разрезки. Так, при повышении скорости вращения круга увеличивается число контактов круга с обрабатываемой поверхностью в единицу времени, вследствие чего толщина слоя и усилие, приходящееся на одно абразивное зерно, уменьшаются [10-15].

Рис. 1. Абразивная разрезка труб

Рис. 3. Изменение сечения паза детали в результате формирования неоднородности пластической деформации и теплового нагрева поверхностного слоя

Механизм износа режущих поверхностей отрезных кругов (рис. 2) все время привлекает внимание исследователей, так как имеет не только теоретическое, но и практическое значение, а вместе с тем изучен он совершенно недостаточно.

Существующие теории трения и износа деталей машин не могут удовлетворительно объяснить явлений, происходящих при износе режущей кромки инструментов, в силу ряда специфических условий, в которых протекает процесс снятия стружки.

В последние годы выдвинута абразивно-молекулярная гипотеза режущих абразивных инструментов [1]. По этой гипотезе износ режущей кромки обусловлен как абразивным действием твердых частиц структурных составляющих на материал инструмента, так и в результате значительных сил молекулярного сцепления между частицами обрабатываемого материала и материала режущего инструмента. При этом для обрабатываемых материалов, имеющих твердые структурные составляющие, решающую роль играет абразивный износ, интенсивность которого зависит не только от количественного соотношения между различными составляющими, но также от формы и величины частиц твердых составляющих.

Взаимосвязь параметров физического состояния поверхностного слоя с технологическими фак-

торами и эксплуатационными свойствами деталей машин мало изучена.

Деформированный металл поверхностного слоя детали после абразивной разрезки находится в напряженном состоянии, в нем возникают остаточные напряжения: макро- и микронапряжения и напряжения 3-го рода (искажения кристаллической решетки); при этом глубина проникновения последних больше, чем остальных [16-19].

Напряженное состояние поверхностного слоя детали может характеризоваться наличием как сжимающих, так и растягивающих напряжений, максимальное значение которых не всегда имеет место на поверхности, а смещается в глубь поверхностного слоя.

Величина и характер распределения технологических макронапряжений в поверхностных слоях детали находятся в непосредственной зависимости от условий разрезки.

Основными причинами возникновения макронапряжений являются неоднородность пластической деформации и локальный характер нагрева металла поверхностного слоя, а при наличии превращений -разность объемов возникающих структур (рис. 3). В зависимости от условий разрезки напряженное состояние поверхностного слоя будет определяться либо доминирующим влиянием одного из указанных факторов, либо совместным их действием.

Наблюдаемое распределение макронапряжений в поверхностном слое по современным представлениям объясняется действием двух факторов - механического (пластической деформации), наводящего только сжимающие напряжения, и теплового (нагрева поверхностного слоя), являющегося причиной образования только растягивающих напряжений.

Механизм возникновения макронапряжений при абразивной разрезке заключается в следующем.

При врезании круга в деталь вследствие трения между боковыми поверхностями инструмента и разрезаемой поверхностью верхние слои разрезаемой поверхности подвергаются пластической деформации растяжения, а слои металла, лежащие ниже, растягиваются упруго.

После прохождения отрезного круга относительно детали упруго растянутые внутренние слои стремятся вернуться в прежнее положение, этому препятствуют наружные пластически деформированные слои. В результате верхние слои оказываются сжатыми, а внутренние - частично растянутыми [20].

Поверхностные слои металла, нагреваясь в процессе разрезки, стремятся удлиниться, однако этому препятствуют более холодные внутренние слои, следовательно, первые подвергаются сжатию, а вторые - растяжению. При более интенсивном нагреве напряжения на поверхности превзойдут предел текучести, что вызовет дополнительную пластическую деформацию сжатия верхних слоев металла и перераспределение макронапряжений. Во время последующего охлаждения внешние слои стремятся укоротиться, но не до первоначальной длины, а больше (на величину их пластического сжатия), чему будут препятствовать упруго напряженные внутренние слои. В результате этого во внешних слоях возникнут напряжения растяжения, а во внутренних - напряжения сжатия.

Таким образом, в зависимости от условий разрезки доминирующим может быть или механический фактор, и тогда на поверхности возникнут макронапряжения сжатия, или тепловой фактор, и тогда на поверхности возникнут макронапряжения растяжения.

Приведенная схема будет нарушена, если процесс разрезки сопровождается фазовыми превращениями, являющимися иногда более сильным источником образования макронапряжений в поверхностных слоях, чем механический и тепловой факторы.

Недостатком описанной модели механизма образования макронапряжений является, прежде всего, условность в раздельном рассмотрении действий механического и теплового факторов на формирование остаточных напряжений в поверхностном слое, не отвечающая реальной картине их возникновения, в которой процессы, связанные с

этими двумя факторами, оказывают существенное влияние друг на друга, усиливая или, наоборот, уменьшая интенсивность их протекания.

Напряжения в металле или сплаве, независимо от причин, их вызывающих (от воздействия сил, тепла, частиц высокой энергии и др.), в физике твердого тела рассматриваются как следствие искажения кристаллической решетки. Следовательно, и для так называемых технологических макронапряжений может существовать только единственная физическая модель механизма образования этих напряжений - это атомная модель или дислокационная, применительно к деталям, поверхностный слой которых деформирован в процессе механической обработки.

Следует полагать, что величина и знак макронапряжений определяются прежде всего дислокационной структурой и характером распределения дислокаций и других несовершенств решетки по глубине деформированного поверхностного слоя.

Под действием усилия резания и температуры в зоне резания в поверхностном деформированном слое может возникать дислокационная структура с определенной плотностью однородных (положительных или отрицательных) дислокаций, распределенных по определенному закону по глубине поверхностного слоя. Скопление множества однородных дислокаций на параллельных плоскостях скольжения вызывает искривление кристаллической решетки, вследствие чего возникают макронапряжения в данном объеме металла. Неоднородное (стохастическое) распределение дислокаций в деформированном поверхностном слое не будет обнаруживаться проявлением макронапряжений в данном объеме металла.

При изучении обрабатываемости сталей доказано, что главным показателем обрабатываемости является истирающая способность обрабатываемого материала. Приведенные результаты исследования обрабатываемости различных сталей позволили распространить их на обрабатываемость конструкционных углеродистых сталей марок: 1пс, 1сп, 2пс, 2сп, 3пс, 3сп, 08кп; и других металлов, имеющих весьма твердые структурные составляющие.

Обрабатываемость, как и другие свойства, важна. Если в исследовании обрабатываемости конструкционных сталей были попытки установления влияния количественного соотношения структурных составляющих [2; 3], то влияние их формы совершенно не изучалось. Поэтому исследование вопроса обрабатываемости в связи со структурой представляет большой практический интерес потому, что конструкционные стали являются самым распространенным машиностроительным материалом, на обработку деталей из которого

расходуется колоссальное количество энергии, инструментальных и других материалов, и, кроме того, как показывает зарубежный опыт [4; 5], за счет применения термической обработки можно значительно улучшить и его обрабатываемость и эксплуатационные качества деталей машин.

С целью изучения воздействия микротвердости обрабатываемых поверхностей деталей на стойкость режущего инструмента при абразивной разрезке были поставлены специальные опыты.

В качестве обрабатываемого материала были взяты заготовки - стальные трубы из конструкционных углеродистых сталей марок 1пс и 08кп.

На рис. 4 показана микроструктура поверхности реза трубы из стали 08кп, разрезанной кругом с режущими боковыми поверхностями. Вся микроструктура от поверхности и вглубь металла однородная и представляет собой сорбит закалки.

Данные микроструктурного анализа подтверждаются исследованиями распределения микротвердости от поверхности реза вглубь основного металла. На рис. 5 приведена картина распределения микротвердости по глубине поверхностного слоя углеродистой стали 08кп, разрезанной отрезными кругами с режущими боковыми сторонами.

Данные металлографических исследований показывают, что на поверхности реза образуется вторично закаленный слой, представляющий собой мартенсит закалки. Глубина вторично закаленного слоя достигает до 0,3 мм. При разрезке кругами с режущим микрорельефом на боковых сторонах глубина дефектного слоя значительно меньше, изменений микротвердости в поверхностном слое практически не наблюдается вследствие снижения теплонапряженности процесса.

Судя по распределению микротвердости, можно сделать вывод, что на поверхности реза образовался слой вторичной закалки, который постепенно переходит в зону отпуска и затем в структуру исходного металла - сорбита закалки. При таких малых подачах при разрезке водогазопроводных и электросварных труб даже кругами с шероховатыми торцами на поверхности реза образуется вторично закаленный слой глубиной до 0,1 мм, однако зоны отпуска при этом не наблюдается.

Обратимость процессов, идущих при импульсном воздействии внешних параметров, лимитируется температуропроводностью и особенно скоростью микродиффузионных процессов. Очевидно, бездиффузионные (мартенсит закалки) превращения, связанные только с перестройкой кристаллической решетки, протекают со скоростями, превышающими скорость изменения внешних термодинамических параметров, и поэтому они не нарушают квазиравновесия и обратимости подобных превращений [20-25].

^ т'шщ

7^ ш v

■' ' 'Щ

е. ' , . "4

-V " *** V'

i; 'VV а«»' ' .■»-•

* .• ' •• 'v •

* '■>- , ft. '

ХЖЖ-

. v с' i

Рис. 4. Микроструктура поверхностного слоя (сорбит закалки) труб: d3 = 33,7 мм из стали 1пс,

разрезанных кругами с режущими боковыми поверхностями: х100 V = 80 м/с; Dк = 400 мм; Sy = 4 мм/с; характеристика 14АЕ30

Рис. 5. Микроструктура поверхностного слоя труб (мартенсит закалки) <3 = 33,7 мм из стали 08кп,

разрезанных кругами с режущими боковыми поверхностями: х100 V = 80 м/с; Dк = 400 мм;

Sy = 4 мм/с; характеристика 14АЕ30

Каждый возникающий тепловой источник создает нагретую зону с переменной температурой, в которой можно выделить микроскопическую область с температурой, превышающей Ас3. В результате весьма быстрого отвода тепла самим металлом, масса которого на несколько порядков больше, чем объем указанной микрообласти, возникает эффект точечной вторичной закалки. Приближенную оценку времени (т) и скорости (у) процесса точечной закалки можно определить по формулам:

х '

„ L-X

V ~ т = L '

(1) (2)

где Ь - размер области, в которой практически про исходят отвод тепла и быстрое охлаждение (выравнивание температур), достаточные, чтобы вызвать эффект точечной закалки; % - температуропроводность металла.

Подставляя в (1) и (2) значения 0,1 см2/с для стали и величины Ь порядка 10 мкм, находим

значения т-

(10 -3)2

а0-5 с, V

10-1

= 1000е/с.

0,1 10 Таким образом, скорость V точечной закалки значительно превышает критическую vкр, необходимую для мартенситного превращения. Кроме того, в описанном микропроцессе нагрева и охлаждения реализуются и такие фазовые превращения, как растворение карбидов в аустените, гомогенизация у-твердого раствора и формирование карбидов путем искусственного или естественного старения. При этом в микроскопических областях размером I температура очень высока (близка к температуре плавления металла). Коэффициенты диффузии, по крайней мере для углерода, достаточно велики для того, чтобы обеспечить в области I диффузию и заметную гомогенизацию у-твердого раствора. Приближенную оценку времени (8) и скорости (ю) диффузионных процессов углерода в у-фазе можно провести по формулам:

8 =

В Ь В 8Ь

где скорость диффузии углерода в у-фазе при высоких температурах порядка В ~ 10-6, а при температуре плавления металла В ~ 10-4 Из формул (1) и (2) находим

В Ь2

Если принять, что время т' нагрева под закалку (т' порядка т), диффузии и гомогенизации жидкого раствора, переходящего в у-твердый раствор, совпали, то соотношение I и Ь будет

Ь

Отсюда

Т'

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10-4 -10-6

0,1

10-

Указанные оценки позволяют заключить, что в процессе трения возможны не только микропроцессы закалки, но и процессы растворения и выделения карбидов, конечно, весьма дисперсных - размером менее 1000 А. При благоприятных условиях в микроскопических областях может возникать оптимальная структура: мартенсит - аустенит - карбид, в которой импульсные процессы нагрева и охлаждения при трении и фазовые превращения оказываются обратимыми.

Образование исходной или в процессе трения такой оптимальной структуры, в которой указанные процессы происходят обратимо (хотя и с небольшим гистерезисом), и объясняет явление установившегося стационарного периода работы на трение, когда износ оказывается минимальным (в идеале - нулевым).

Эпюры макронапряжений после абразивной разрезки отрезными кругами вдоль образцов представлены на рис. 6.

40

20

ст, кгс/мм2

(3)

(4)

-20

-40

1/" » * / 1 _ 2

/ /> /; / /:/ 3

Г ! 1

1 {

(5)

(6)

(7)

т.е. I примерно на два порядка меньше Ь и равно около 0,1 мкм.

0 100 200 300 Ь, мкм

Рис. 6. Изменение макронапряжений в поверхностном слое после абразивной разрезки кругом Ук = 80 м/с;

Вк = 400 мм; Sy = 4 мм/с; характеристика 14АЕ30

образца из стали 08кп: 1 - Sy = 2 мм/с;

2 - Sy = 4 мм/с; 3 - Sy = 6 мм/с; 4 - Sy = 8 мм/с

После разрезки отрезным кругом с режущими боковыми сторонами на поверхности трубы возникают сжимающие макронапряжения, которые на глубине 15-70 мкм переходят в значительные растягивающие напряжения.

Заключение

Исходные распределения микротвердости в процессе разрезки претерпевают существенные изменения, которые в случае применения отрезных кругов с боковыми режущими поверхностями имеют более благоприятную для эксплуатационных свойств труб эпюру, чем при разрезке обычными отрезными абразивными кругами.

Образование исходной или в процессе трения между инструментом и разрезаемой поверхностью такой оптимальной структуры, в которой указанные процессы происходят обратимо (хотя и с небольшим гистерезисом), и объясняет явление установившегося стационарного периода работы на трение, когда износ оказывается минимальным (в идеале - нулевым).

С улучшением чистоты поверхности сжимающие напряжения на поверхности возрастают, при этом глубина залегания их в поверхностном слое уменьшается.

Библиографический список

1. Левченко Е.А. Моделирование энергоемкости пластической деформации работы режущих поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. - 2022. - Т. 24, № 1. - С. 15-20.

2. Levchenko Е., Pokintelitsa N. Investigation of Thermal Processes in Abrasive Pipe Samplin // MATEC Web of Conferences. - 2017. - Vol. 129. - P. 01078. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201712901082

3. Калинин Е.П. Теория и практика управления производительностью абразивной обработки с учетом затупления инструмента: дис. ... д-ра техн. наук: спец. 05.03.01 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки». - Рыбинск, 2006. - 414 с.

4. Филимонов Л.Н. Высокоскоростное шлифование. - Л.: Машиностроение, 1979. - 248 с.

5. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2012. - 304 с.

6. Левченко Е.А. Экспериментальные исследования радиального износа отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вюник СевНТУ. Машиноприладобуду-вання та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський наць ональний технчний ушверситет. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2013. - Вип. 139. - C. 148-153.

7. Левченко Е.А., Новоселов Ю.К. Экспериментальные исследования энергосиловых параметров процесса абразивной разрезки труб // Вюник СевНТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський нацюнальний техшчний ушверситет. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2013. - Вип. 140. -C. 52-57.

8. Левченко Е.А. Теплофизическая модель процесса абразивной разрезки труб отрезными кругами // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Выпуск 40. Технические науки. - Симферополь: НИЦ КИПУ, 2013. - С. 70-75.

9. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И., Новоселов Ю. К. Расчет боковой режущей поверхности отрезного круга с учетом износа абразивных зерен // Вюник СевН-ТУ. Машиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський нацюнальний техшчний ушверси-

тет. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2014. - Вип. 151. -C. 74-80.

10. Левченко Е.А. Пути повышения эффективности процесса абразивной разрезки труб с учетом износа вершин зерен отрезного круга // Вксник СевНТУ. Машиноприладо-будування та транспорт: зб. наук. пр. Севастопольський нацюнальний техшчний ушверситет. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2014. - Вип. 152. - C. 145-151.

11. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И. Теплофи-зическая модель процесса абразивной разрезки труб отрезными кругами // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. - Севастополь: Изд-во ФГАОУ ВО СевГУ, 2016. -Вып. № 3. - C. 46-51.

12. Богомолов Н.И. Исследование деформации металла при абразивных процессах под действием единичного зерна // Труды ВНИИАШ. - 1968. - № 7. - С. 74-87.

13. Бокучава Г.В. О влиянии скорости шлифования на стойкость абразивного инструмента // Абразивы и алмазы. - 1964. - № 1. - С. 47-53.

14. Богомолов Н.И. Основные процессы при взаимодействии абразива и металла. автореф. дис. ... д-ра техн. наук: спец. 05.02.08 «Технология машиностроения». - Киев, 1967, - 46 с.

15. Вульф A.M., Мурдасов A.B. Геометрические параметры режущих элементов абразивных зерен шлифовального круга // Науч. техн. реф. сб. «Абразивы». -М.: НИИМАШ. - 1968. - Вып. 1.

16. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. - М.: Машиностроение, 1974. - 280 с.

17. Лоладзе Т.Н., Бокучава Г.В. Износ алмазов и алмазных кругов. - М.: Машиностроение, 1967. - 112 с.

18. Братан С.М., Левченко Е.А. Определение вероятности изнашивания вершины зерна отрезного круга в процессе разрезки труб // Вюник Кременчуць-кого державного полггехшчного унiверситету iменi Михайла Остроградського. - Кременчук: КДПУ, 2009. -Вип. 6 (59) ч. 1. - С. 40-43.

19. Левченко Е.А. Теоретическое исследование особенностей работы боковых поверхностей отрезного круга при абразивной разрезке труб // Вюник СевНТУ. Ма-шиноприладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севас-топольський нацюнальний технiчний ушверситет. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2010. - Вип. 107. - C. 114-117.

20. Левченко Е.А., Новоселов Ю.К. Анализ закономерностей удаления металла боковыми сторонами круга при абразивной разрезке труб // Вюник СевНТУ. Машино-приладобудування та транспорт: зб. наук. пр. Севастополь-ський нацюнальний техтчний унiверситет. - Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2011. - Вип. 118. - C. 57-61.

21. Левченко Е.А. Методика расчета параметров боковых поверхностей отрезных кругов при абразивной разрезке // Вестник современных технологий: сб. науч. тр. Севастопольский государственный университет. -Севастополь: Изд-во ФГАОУ ВО СевГУ, 2017. -Вып. № 6. - C. 39-45.

22. Левченко Е.А., Покинтелица Н.И., Харченко А.О. Теория и практика абразивной разрезки труб: монография. - М.: Вузовский учебник: ИНФРА-М, 2018. - 142 с.

23. Евсеев Д.Г., Сальников А.Н. Физические основы процесса шлифования. - Саратов: Изд-во Саратовского университета, 2021. - 129 с.

24. Ефремов В.Д., Ящерицын П.И. Технологическое обеспечение качества рабочих кромок инструмента и деталей. - Минск: БАТУ, 2005. - 251 с.

25. Завадский В.В., Мыздриков A.M., Панков Г. В. Температура разрезания при разрезке ленточных магнитопроводов абразивными дисками // Труды Уфимского авиац. института. - 2015. - 38 с.

References

1. Levchenko E.A. Modelirovanie energoemkosti plasticheskoi deformatsii raboty rezhushchikh poverkhno-stei otreznogo kruga pri abrazivnoi razrezke trub [Simulation of energy intensity of plastic deformation of cutting surfaces of the cutting wheel during abrasive cutting of pipes]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialovedenie, 2022, vol. 24, no. 1, pp. 15-20.

2. Levchenko E., Pokintelitsa N. Investigation of Thermal Processes in Abrasive Pipe Samplin. MATEC Web of Conferences, 2017, vol. 129, p. 01078. DOI: https://doi.org/ 10.1051/matecconf201712901082

3. Kalinin E.P. Teoriia i praktika upravleniia proizvoditel'nost'iu abrazivnoi obrabotki s uchetom zatupleniia instrumenta [Theory and practice of abrasive blasting performance management with regard to tool blunting]. Doctors degree dissertation. Rybinsk, 2006, 414 p.

4. Filimonov L.N. Vysokoskorostnoe shlifovanie [High-speed grinding]. Leningrad: Mashinostroenie, 1979, 248 p.

5. Novoselov Iu.K. Dinamika formoobrazovaniia poverkhnostei pri abrazivnoi obrabotke [Dynamics of Surface Shaping in Abrasive Machining]. Sevastopol': Izdatel'stvo SevNTU, 2012, 304 p.

6. Levchenko E.A. Eksperimental'nye issledova-niia radial'nogo iznosa otreznogo kruga pri abrazivnoi razrezke trub [Experimental studies of cutting wheel radial wear during abrasive pipe cutting]. Visnik SevNTU. Mashinopriladobuduvannia ta transport, 2013, iss. 139, pp. 148-153.

7. Levchenko E.A., Novoselov Iu.K. Eksperimen-tal'nye issledovaniia energosilovykh parametrov pro-tsessa abrazivnoi razrezki trub [Experimental studies of energy-power parameters of abrasive pipe cutting process]. Visnik SevNTU. Mashinopriladobuduvannia ta transport, 2013, iss. 140, pp. 52-57.

8. Levchenko E.A. Teplofizicheskaia model' pro-tsessa abrazivnoi razrezki trub otreznymi krugami [Thermophysical model of the abrasive pipe cutting process with cutting wheels]. Uchenye zapiski Krymskogo inzhenerno-pedagogicheskogo universiteta. Vypusk 40. Tekhnicheskie nauki, 2013, pp. 70-75.

9. Levchenko E.A., Pokintelitsa N.I., Novoselov Iu.K. Raschet bokovoi rezhushchei poverkhnosti otreznogo kruga s uchetom iznosa abrazivnykh zeren [Calculation of the lateral cutting surface of a cutting wheel with regard to abrasive grain wear]. Visnik SevNTU. Mashinopriladobuduvannia ta transport, 2014, iss. 151, pp. 74-80.

10. Levchenko E.A. Puti povysheniia effektivnosti protsessa abrazivnoi razrezki trub s uchetom iznosa vershin zeren otreznogo kruga [Ways to improve the efficiency of the abrasive pipe cutting process, taking into account the wear of the grain tips of the cutting wheel]. Visnik SevNTU. Mashinopriladobuduvannia ta transport, 2014, iss. 152, pp. 145-151.

11. Levchenko E.A., Pokintelitsa N.I. Teplofi-zicheskaia model' protsessa abrazivnoi razrezki trub otreznymi krugami [Thermophysical model of the abrasive pipe cutting process with cutting wheels]. Vestnik sovremennykh tekhnologii: sb. nauch. tr. Sevastopol'skii gosudarstvennyi universitet, 2016, no. 3, pp. 46-51.

12. Bogomolov N.I. Issledovanie deformatsii metalla pri abrazivnykh protsessakh pod deistviem edinichnogo zerna [Study of metal deformation during abrasive processes under the action of a single grain]. Trudy VNIIASh, 1968, no. 7, pp. 74-87.

13. Bokuchava G.V. O vliianii skorosti shlifova-niia na stoikost' abrazivnogo instrumenta [On the effect of grinding speed on the durability of abrasive tools]. Abrazivy i almazy, 1964, no. 1, pp. 47-53.

14. Bogomolov N.I. Osnovnye protsessy pri vzaimodeistvii abraziva i metalla [Basic processes in the interaction of abrasive and metal]. Abstract of Doctor,s degree. Kiev, 1967, 46 p.

15. Vul'f A.M., Murdasov A.B. Geometricheskie parametry rezhushchikh elementov abrazivnykh zeren shli-foval'nogo kruga [Geometric parameters of the cutting elements of abrasive grains of a grinding wheel]. Nauch. tekhn. ref. sb. «Abrazivy». Moscow: NIIMASh, 1968, iss. 1.

16. Korchak S.N. Proizvoditel'nost' protsessa shlifovaniia stal'nykh detalei [Productivity of the grinding process of steel parts]. Moscow: Mashinostroenie, 1974, 280 p.

17. Loladze T.N., Bokuchava G.V. Iznos almazov i almaznykh krugov [Wear and tear on diamonds and diamond wheels]. Moscow: Mashinostroenie, 1967, 112 p.

18. Bratan S.M., Levchenko E.A. Opredelenie ve-roiatnosti iznashivaniia vershiny zerna otreznogo kruga v protsesse razrezki trub [Determination of the wear probability of the tip of the cutting wheel grain during pipe cutting]. Visnik Kremenchuts'kogo derzhavnogo politekhnichnogo universitetu imeni Mikhaila Ostro-grads'kogo, 2009, iss. 6 (59), pp. 40-43.

19. Levchenko E.A. Teoreticheskoe issledovanie osobennostei raboty bokovykh poverkhnostei otreznogo kruga pri abrazivnoi razrezke trub [Theoretical study of the performance of the side surfaces of the cutting wheel during abrasive pipe cutting]. Visnik SevNTU. Mashinopriladobuduvannia ta transport, 2010, iss. 107, pp. 114-117.

20. Levchenko E.A., Novoselov Iu.K. Analiz zako-nomernostei udaleniia metalla bokovymi storonami kruga pri abrazivnoi razrezke trub [Analysis of metal removal patterns by the sides of the wheel during abrasive pipe cutting]. Visnik SevNTU. Mashinopriladobuduvannia ta transport, 2011, iss. 118, pp. 57-61.

21. Levchenko E.A. Metodika rascheta parametrov bokovykh poverkhnostei otreznykh krugov pri abrazivnoi razrezke [Calculation method for the parameters of the side

surfaces of cutting wheels during abrasive cutting]. Vestnik sovremennykh tekhnologii, 2017, no. 6, pp. 39-45.

22. Levchenko E.A., Pokintelitsa N.I., Kharchenko A.O. Teoriia i praktika abrazivnoi razrezki trub: monografiia [Theory and practice of abrasive pipe cutting: a monograph]. Moscow: Vuzovskii uchebnik: INFRA-M, 2018, 142 p.

23. Evseev D.G., Sal'nikov A.N. Fizicheskie os-novy protsessa shlifovaniia [Physical basis of the grinding process]. Izatel'stvo Saratovskogo universiteta, 2021, 129 p.

24. Efremov V.D., Iashcheritsyn P.I. Tekhnologiche-skoe obespechenie kachestva rabochikh kromok instrumenta i detalei [Technological quality assurance of working edges of tools and parts]. Minsk: BATU, 2005, 251 p.

25. Zavadskii V.V., Myzdrikov A.M., Pankov G.V. Temperatura razrezaniia pri razrezke lentochnykh magnitoprovodov abrazivnymi diskami [Cutting temperature when cutting ribbon magnetic circuits with abrasive discs]. Trudy Ufimskogo aviats. Institute, 2015, 38 p.

Поступила: 01.10.2022

Одобрена: 01.11.2022

Принята к публикации: 01.12.2022

Об авторе

Левченко Елена Александровна (Севастополь, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» Севастопольского государственного университета (Россия, 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: ealev1978@mail.ru).

About the author

Elena Al. Levchenko (Sevastopol, Russian Federation) -Cand. Sci. (Eng.), Assjciate Professor of the Department of Technology of Mechanical Engineering Sevastopol State University (33, st. Universitetskaya, Sevastopol, 299053, Russian Federation, e-mail: ealev1978@mail.ru).

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов. Вклад 100 %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.