Автореферат (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания)

На правах рукописиУДК 621.9Шуляк Ян ИгоревичРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ДЕФОРМАЦИОННОГОУПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМДЕФОРМИРУЮЩЕГО РЕЗАНИЯСпециальность:05.02.07 - Технология и оборудование механической ифизико-технической обработкиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква  2017Работа выполнена в федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования«Московский государственный технический университет имени Н.Э.

Баумана(национальный исследовательский университете)»(МГТУ им. Н.Э. Баумана)Научный руководитель:Официальные оппоненты:Сергей Геннадьевич Васильев,кандидат технических наук, доцентСаушкин Борис Петрович,доктор технических наук, профессор кафедрытехнологий и оборудования машиностроенияМосковского политехнического университетаАндреев Виктор Николаевич,кандидат технических наук,заведующий лабораторией резания металловОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ»Ведущая организация – ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН»Защита состоится «____»_______________20____ г. в ___________час. назаседании диссертационного совета Д 212.141.06 при МГТУ им.

Н.Э. Бауманапо адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, стр.1.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатьюорганизации, просим направлять по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомитьсяим. Н.Э. Баумана и на сайте www.bmstu.ru.Телефон для справок: 8(499)267-09-63.вбиблиотекеМГТУАвтореферат разослан «____»_______________2017 г.Ученый секретарьДиссертационного советад.т.н., доцентВ.П. МихайловОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. В машиностроении широко известна проблема повышения параметров износостойкости поверхностей трения скольжения.

Для еерешения используется множество методов поверхностного упрочнения. Каждый из методов обладает своими преимуществами и недостатками. В большинстве случаев упрочнение материала обеспечивается изменением его химического состава, проведением структурных и фазовых превращений, изменениемплотности дислокаций при пластическом деформировании и другими способами. Среди используемых методов упрочнения часто используются методы поверхностного пластического деформирования (ППД), основанные на эффектедеформационного упрочнения материала. Обработка методами ППД для создания упрочненного поверхностного слоя на деталях менее энергозатратна посравнению с термическими и химико-термическими способами упрочняющейповерхностной обработки, что делает методы ППД актуальными для поверхностного упрочнения сталей и незакаливаемых сплавов.

К основным недостаткамсуществующих методов ППД относятся малая глубина упрочнения, неравномерное распределение твердости по толщине упрочненного слоя, использование сборных дорогостоящих приспособлений, необходимость предварительного экспериментального подбора оптимальных режимов обработки. Наличиесуществующих недостатков делает актуальным поиск и разработку новых способов поверхностного упрочнения.Перспективным способом поверхностного упрочнения, позволяющимсоздавать упрочненный слой на поверхности заготовки, является метод деформирующего резания (ДР), разработанный на кафедре инструментальной техники и технологий МГТУ им.

Н.Э Баумана. Метод защищен патентом РФ№ 2044606, в котором сформулирована идея использования метода ДР как способа поверхностного упрочнения.Метод ДР относится к способам лезвийно-деформирующей обработки ипозволяет без отделения стружки формировать на поверхности детали макрорельеф из чередующихся выступов и впадин. Метод реализуется по различнымкинематическим схемам обработки, включающим точение, строгание и фрезерование, на станках соответствующих групп. Отличие режущей части инструмента для ДР заключается в наличии деформирующей кромки, исключающейпроцесс резания на ней, вместо вспомогательной режущей кромки. Переднийугол на деформирующей кромке имеет значительные отрицательные значения,что препятствует отделению стружки от заготовки. Режущая кромка разделяетприпуск заготовки на слои, которые скользят по передней поверхности инструмента и перегибаются через деформирующую кромку.

Подрезаемые слои обрабатываемого материала образуют на наружной поверхности детали совокупность чередующихся ребер, которую называют оребрением. Полученные ребра,по сути, являются не отделившейся от заготовки стружкой. Материал подрезаемого слоя при формировании ребра претерпевает значительные пластические деформации, характерные для стружки при обработке резанием, и упрочняется. Таким образом, получаемое методом ДР оребрение можно рассматри1вать как упрочненный поверхностный слой с толщиной равной высоте получаемых ребер. Эффект повышения твердости формируемого макрорельефаобосновывает использование метода ДР как способа создания упрочненногоповерхностного слоя на поверхности детали методом механической обработкис использованием лезвийно-деформирующего инструмента.Преимуществами формирования упрочненного слоя методом ДР передметодами ППД является отсутствие падения твердости по глубине упрочненного слоя, использование простого по конструкции инструмента и универсального оборудования.

По производительности метод ДР сопоставим с однопроходным накатыванием и алмазным выглаживанием и превосходит многопроходную обработку этими методами. Данные преимущества метода ДР делают актуальным его применение на практике для повышения твердости поверхностейдеталей.Для использования метода ДР при формировании упрочненного слоя актуальной задачей является разработка математической модели, позволяющейпроизводить расчет твердости и глубины получаемого упрочненного слоя, атакже обоснованно подходить к выбору режимов ДР и геометрических параметров инструмента.Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эксплуатационных характеристик деталей трения путем деформационного упрочнения ихповерхностного слоя с использованием деформирующего резания.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: выполнить обзор методов деформационного упрочнения наружныхповерхностей деталей, провести анализ метода ДР как способа формирования деформационноупрочненного макрорельефа на поверхности детали, разработать расчетную методику определения твердости упрочненного макрорельефа, получаемого методом ДР, экспериментально подтвердить результаты теоретического расчетатвердости упрочненного макрорельефа, получаемого методом ДР, исследовать распределения твердости в характерных зонах упрочненного макрорельефа, определить влияния геометрических параметров инструмента и режимов ДР на твердость формируемого макрорельефа. подтвердить повышение износостойкости упрочненных поверхностей,созданных методом ДР, разработать рекомендации по практическому использованию предлагаемого способа упрочнения.Методы исследования и достоверность.

Для решения поставленных задач в работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Построение теоретической модели расчета твердости материаламакрорельефа, формируемого методом ДР, осуществлялось с использованиемметода пластического течения, разработанного профессором А.Л. Воронцовым.Математическое описание геометрии режущего инструмента ДР выполнялось2на основе положений аналитической геометрии.

Результаты теоретических исследований базируются на фундаментальных основах теории пластичности иподтверждаются результатами исследований.Экспериментальные исследования проводились по проверенным методикам с использованием комплекса современного измерительного оборудования влаборатории кафедры инструментальной техники и технологий МГТУ им. Н.Э.Баумана.

В процессе экспериментов использовались современные средствасбора и обработки данных. Измерения микротвердости макрорельефа осуществлялись на микротвердомере модели ПМТ3, оснащенным цифровой фотовидеокамерой модели Levenhuk С510. Испытания на трение и износ проводились на машине трения Amsler A135, модернизированной с участием автора дляавтоматизации сбора и обработки данных.Научная новизна. Обосновано использование деформирующего резаниядля поверхностного деформационного упрочнения деталей машин.

Совокупность подрезанных, пластически деформированных, регулярно расположенныхребер, сохранивших прочную связь с обработанной заготовкой, образует упрочненный слой с повышенной твердостью, износостойкостью и глубиной.На основе положений теории пластичности установлена математическаязависимость твердости упрочненного поверхностного слоя от геометрическихпараметров инструмента и режимов деформирующего резания. Доказано, чтодеформационное упрочнение происходит в трех зонах: в зоне основных сдвиговых деформаций в области режущей кромки, зоне изгибных деформаций в области деформирующей кромки и зоне изгибных деформаций подрезанного слояв его основании. Установлено, что основным параметром, влияющим на твердость упрочненного слоя, является величина накопленной деформации.Выявлены закономерности распределения микротвердости по толщинеупрочненного макрорельефа на сталях феррито-перлитного и аустенитногоклассов.Доказано, что упрочняющая обработка методом ДР позволяет достичьсопоставимое с алмазным выглаживанием повышение износостойкости прибольшей толщине упрочненного слоя и равномерном распределении твердостипо его толщине.Практическая значимость работы.

Разработан способ поверхностногодеформационного упрочнения на основе метода деформирующего резания,обеспечивающий равномерное распределение твердости при повышенной глубине упрочнения.Разработана методика расчета, позволяющая прогнозировать параметрыупрочненного слоя.Определены геометрические параметры инструмента и режимы ДР дляполучения упрочненной поверхности с заданными параметрами глубины итвердости.Положения, выносимые на защиту.

Методика теоретического расчетатвердости упрочненного слоя, получаемого методом ДР.3Результаты экспериментального исследования распределения микротвердости в материале упрочненного макрорельефа, формируемого методом ДР насталях 30ХГСА, 38Х2МЮА, 12Х18Н10Т.Результаты оценки износостойкости поверхностей трения, упрочненныхметодом ДР.Практические рекомендации по поверхностному упрочнению деталей типа вал.Реализация работы. Результаты работы использованы при выполненииНИР «Разработка принципов целенаправленного изменения эксплуатационныхсвойств поверхностей деталей методами глубинного механического воздействия», шифр темы 1.23.09 (ТП4), НИР «Разработка технологий и средств технологического оснащении для обеспечения производства судового оборудованиив Северо-Западном регионе России», шифр темы «Механизм» и в учебном процессе кафедры инструментальной техники и технологий при проведении занятий по дисциплине «Спецглавы механической и физико-технической обработки» для студентов специальности 15.05.01_02 «Проектирование технологических машин и комплексов – Проектирование механообрабатывающих и инструментальных комплексов в машиностроении»Апробация работы.

Результаты работы были представлены и обсуждались на следующих мероприятиях: 4-я Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России», МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва,2011 г.). 19-я Научно-Техническая Конференция молодых ученых и специалистов,посвященная 50-летию полета в космос Ю.А. Гагарина, ОАО РКК «Энергия», (г.