Автореферат (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 2

Королев, 2011 г.). Международная молодежная конференция «Инновации в машиностроении», Юргинский технологический институт (г. Томск, 2012 г.) Молодежная научно-инженерная выставка «Политехника», МГТУ им.Н.Э. Баумана (г. Москва, 2012 г.). 9-я Всероссийская молодежная научно-инженерная выставка «Политехника», МГТУ им. Н.Э.

Баумана (г. Москва, 2014 г.). Получен диплом первой степени в номинации «Технология обработки материалов». Семинар «Прогрессивные технологии термообработки и обработки металлов давлением», МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2012г.).Личный вклад. Выполнен теоретический расчет твердости упрочненного слоя, полученного методом ДР. Проведены экспериментальные исследования твердости упрочненного слоя, подтверждающие результаты теоретическогорасчета. Разработана методика и проведены триботехнические испытания натрение и износ образцов упрочненных методом ДР. Модернизирована машинатрения типа «Amsler» для испытаний на трение и износ совместно с аспирантомПопцовым В.В.4Публикации.

Материалы диссертации представлялись в 7 печатных изданиях и 2 рукописных публикациях, из них 3 статьи опубликовано в рекомендованных ВАК РФ рецензируемых журналах. Общий объем 4,98 п.л.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шестиглав, общих выводов, списка использованной литературы из 101 наименованийи приложений. Работа содержит 230 страниц, в том числе 182 основного текста,106 рисунков, 46 таблиц, а также приложения на 32 страницах.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность исследований, приведены цель изадачи, научная новизна и практическая значимость работы, положения, выносимые на защиту.В первой главе рассмотрены механизмы деформационного упрочненияметаллов и сплавов, выполнен обзор методов поверхностного упрочнения, основанных на дислокационной теории упрочнения, где повышение твердости ипрочности материалов при их пластическом деформировании обусловлено увеличением плотности дислокаций кристаллической решетки материала.

Литературный обзор показал, что степень упрочнения при пластическом деформировании зависит от структуры материала. По данным В.М. Браславского относительное увеличение твердости аустенитных сталей при обкатывании роликамидостигает 100 %, ферритных — 90 %, феррито-перлитных — 60 %, а мартенситных — 52 %.К часто применяемым в машиностроении аустенитным сталям относятсясталь марки 12Х18Н10Т и ее близкие аналоги.

Для изготовления валов и осейчасто используют феррито-перлитные стали, марок 30ХГСА и 38Х2МЮА. Указанные марки сталей выбраны в силу их востребованности на практике и наличия у них структуры склонной к деформационному упрочнению.К производительным методам ППД используемым для повышения твердости поверхностей трения валов и осей относятся накатывание и алмазное выглаживание. Недостатками данных методов являются применение сборныхприспособлений и инструментов, дополнительных пневматических и гидравлических устройств, необходимость контроля силы прижатия деформирующегоэлемента к заготовке, экспериментальный подбор и корректировка режимов обработки, неравномерное распределение твердости по толщине упрочненногослоя, возможность получения дефектов в форме шелушения поверхности, искривления оси заготовки.Альтернативным методом получения упрочненного слоя на поверхностидетали, устраняющим перечисленные недостатки является метод механическойобработки деформирующим резанием.

Обработка методом ДР осуществляетсяпо токарной, строгальной или фрезерной схемам обработки на универсальном,специальном и специализированном металлорежущем оборудовании. При обработке методом ДР наружной цилиндрической поверхности заготовки по схеме точения (Рис. 1) инструмент ДР совершает прямолинейное движение подачивдоль образующей вращающейся заготовки, совершающей главное движение56hphhttpрезания. В процессе работы инDrструмента ДР его режущаяФормируемоеЗаготовкакромка разделяет поверхностныйреброслой обрабатываемой заготовки,образуяподрезаемыйслой,прочно прикрепленный узкойстороной к обработанной поверхности (Рис. 2).

Подрезаемыйслой деформируется в очаге плаУпрочненныймакрорельефстической деформации у режуDsщей кромки и скользит по передней поверхности, после чегоИнструмент ДРперегибается через деформиРис. 1. Обработка методом ДРрующую кромку, получая дополнительную деформацию. Врезультате на обработанной поверхности формируется винтовое ребро повышенной твердости, которое по сути представляет собой не отделившуюся от заготовки стружку. Совокупность витков формируемого ребра образуют на поверхности заготовки упрочненный макрорельеф с повышенной твердостью.В зависимости от геометрических параметров режущего инструментаможно получить два типа макрорельефа.

При вспомогательном угле в плане φ1равном 90° формируются вертикальные ребра с зазорами (Рис. 3, а). Если главный угол в плане φ равен или больше вспомогательного угла в плане φ1, тоформируются наклонные ребра без зазоров (Рис. 3, б).На вершине формируемого ребра имеется треугольное заострение, которое должно быть удалено для формирования опорной поверхности (Рис. 3, в, г).Удаление треугольного заострения производится точением на той же операциипосле формирования упрочненного макрорельефа или на отдельной операцииметодом шлифования.

При формировании вертикальных ребер с зазорами диаметр по вершинам ребер больше обрабатываемого диаметра, что позволяетосуществлять упрочнение материала с одновременным увеличением размеровдлявосстановленияизношенной поверхности. Зазоры междуDrребрами могут бытьЗаготовкаφиспользованыдляφ1acapудержания смазок илизаполненияремонтПодрезаемый слойным составом. НаΔклонные ребра без зазоров позволяют поp = SоDsИнструмент для ДРлучить опорную поФормируемое реброверхность той жеРис.

2. Формирование макрорельефа, получаемого ме- площади, что и истодом ДР.ходная необработан-Удаляемыетреугольныезаостренияhtp = SоapУдаляемыетреугольныезаостренияhhphpp = SоΔaphhtная методом ДР поверхность. В обоих случаях метод ДР формирует деформационноупрочненные слои.Метод ДР имеет ряд преимуществ по сравнению с методами ППД. Приобработке методом ДР используется простой по конструкции режущий инструмент, обработка осуществляется за один проход инструмента, упрочненныймакрорельеф имеет равномерное распределение твердости по толщине упрочненного слоя.

Высота и шаг ребер напрямую определяются геометрическимипараметрами инструмента и режимами обработки, что позволяет прогнозировать толщину упрочненного слоя. Данные преимущества делают актуальнымдальнейшее исследование и развитие метода ДР как способа формирования упрочненного поверхностного слоя на деталях.б) Наклонное оребрениебез зазорова) Вертикальное оребрение с зазорамиОпорная поверхностьhhОпорная поверхностьв) Вертикальное оребрение сопорной поверхностьюг) Наклонное оребрение сопорной поверхностьюРис. 3. Варианты упрочненного макрорельефа, получаемые методом ДР:а, б – после ДР; в, г – после удаления вершин ребраОднако, в настоящее время потенциальные возможности метода ДР подеформационному упрочнению не используются на практике в силу ряда причин.

Отсутствуют экспериментальные данные, количественно оценивающиестепень упрочения применяемых на практике сталей и сплавов. Нет сравнительных испытаний на трение и износ упрочненных методом ДР поверхностейтрения с поверхностями, упрочненными другими методами. Не выявлены закономерности, сзывающие технологические параметры ДР и свойства получаемого упрочненного слоя.7Во второй главе рассмотрены методики исследования процесса ДР имакрорельефов, получаемых методом ДР, позволяющие повысить точность идостоверность проведенных экспериментальных исследований.

Обработка методом ДР при получении образцов поверхностного макрорельефа проводиласьна токарно-винторезном станке модели 16К20ПФ3. Режущие пластины инструмента для ДР изготавливались из пластин твердого сплава марок ВК8, Т14К8,Т5К10 формы 02411 по ГОСТ 25395-90. Экспериментальные исследования поформированию упрочненного макрорельефа проводились на сталях марок30ХГСА, 38Х2МЮА, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т. Выбранные марки сталей имеют структуры склонные к деформационному упрочнению.Исследование микротвердости упрочненного макрорельефа, полученногометодом ДР, проводилось на металлографических шлифах. Вырезка образцовдля изготовления шлифов осуществлялась на вырезном электроэрозионномстанке модели А207.61.

Измерение микротвердости выполнялось по методувосстановленного отпечатка на микротвердомере модели ПМТ-3. Для повышения достоверности и точности измерений использовался микротвердомер, оснащенный цифровой фото-видеокамерой модели Levenhuk C510.Разработана методика испытаний на трение и износ для исследованиявлияния упрочнения методом ДР на интенсивность изнашивания и коэффициент трения деталей пар трения скольжения.

В результате работы проведена модернизация машины трения Amsler A135 совместно с Попцовым В.В. Авторомвыполнена модернизация механизма для измерения и регистрации коэффициента трения. В результате модернизации повышена точность регистрируемыхэкспериментальных данных. Разработанный стенд работает в режиме автоматизированного сбора и записи экспериментальных данных, что сокращает времяна сбор и обработку результатов эксперимента. Измерение массового износаосуществлялось с использованием аналитических весов модели АДВ-200М 2кл.В третьей главе разработана математическая модель для определениятвердости упрочненного слоя, получаемого методом ДР, с учетом геометрических параметров режущего инструмента, режимов резания, механическихсвойств обрабатываемого материала.Математическая модель для определения микротвердости упрочненногоматериала ребра разработана с использованием метода решения пластическихзадач профессора А.Л.

Воронцова. Метод базируется на основных положенияхмеханики деформируемого твердого тела и имеет широкие возможности длярасчета параметров напряженно-деформированного состояния в очаге пластической деформации и позволяет прогнозировать изменение механическихсвойств деформированного материала.Твердость пластически деформированного материала зависит от его накопленной деформации ei. Функциональная зависимость твердости деформированного материала от параметра ei индивидуальна для каждого материала и вбольшинстве случаев определяется экспериментальным путем или по справочным данным. Решение задачи по определению твердости макрорельефа, упрочненного методом ДР, сводится к определению его накопленной деформации ei.8HIIНакопленная деформация eiвычисляется, путем интегрироваПодрезаемый слойния функции интенсивности скоacростей деформаций ξi по времениОбласть 1Z1t, в течение которого деформи0Траекториядвижения0Bруемый материал пребывает вматериала1zочаге пластической деформации.деформируемого ма1xO1Для определения накоплентериала1H1ной деформации ei зона ДР раздеX1Z2Область 2лась на две области пластической0деформации.