Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 3

Известные механизмыупрочнения такие, как увеличение плотности дислокаций, возникновениеграниц блоков и двойников, формирование мелкозернистой структуры,являются основными при пластической деформации металлов [5-7]. В своюочередь эффект от упрочнения при пластическом деформировании зависит откристаллической решетки материала.Наматериаларезультирующиевлияютмеханическиевеличинадеформациисвойствадеформируемогоматериала,температурадеформирования и скорость деформации.

С ростом деформации возрастаетплотность дислокаций в материале, что приводит к его упрочнению.Существуют разные меры деформации такие, как относительное удлинение,13относительное сужение, истинная или накопленная деформация и другие [8].Температура деформирования является разупрочняющим фактором. Влияниескорости деформации имеет сложный характер [9]. В большинстве случаевувеличение скорости деформации способствует упрочнению металлов [10],но с ростом скорости деформации возникает явление саморазогреваматериала, которое снижает эффект скоростного упрочнения [11].Необходимость учета влияния перечисленных факторов определяетсяфизико-механическими свойствами конкретного деформируемого материала[12-15]. Так в ряде случаев при обработке металлов давлением при холоднойпластической деформации с малыми скоростями деформации можнопренебречь влиянием скорости деформации и температуры [12-15].

Приобработке металлов резанием для определения сил резания, в большинствеслучаев, требуется определять механические свойства материала с учетомвеличины деформации, температуры и скорости деформации.Эффект упрочнения при пластической деформации используется дляповышениятакихсвойствдеталей,какпределпрочности,пределвыносливости и увеличения износостойкости поверхностей трения [16, 17].Увеличение износостойкости является деталей является важной задачей, таккак основной причиной выхода из строя машин и агрегатов является износ ихдеталей [18].

Среди методов упрочнения пластическим деформированием напрактике широко применяются методы поверхностного пластическогодеформирования (ППД). Данные методы основаны на принципе локальногосилового воздействия на обрабатываемую поверхность заготовки или деталиврезультатекоторогоформируетсялокальныйочагпластическойдеформации, приводящей к упрочнению материала. В результате обработкиметодамиППДназаготовкеформируетсяповерхностныйслойсповышенной твердостью и прочностью.В инженерной практике для расчета механических свойств материалачащеприменяютсядеформации,анематематическиеплотностимодели,дислокаций.использующиеВчастности,мерымерой14деформационного упрочнения материала при ППД является степеньдеформационного упрочнения δH [19], которую определяют расчетным путемпо результатам измерения микротвердости материала поверхностного слоядо и после обработки. Расчет степени упрочнения в процентах производитсяпо следующей формуле [19]:H H обр  H исхH обр 100%(1.1)где Hисх и Hобр – соответственно микротвердость материала до и после егообработки.Степеньупрочненияматериалаврезультатепластическойдеформации главным образом зависит от свойств материала: химическогосостава, фазовой структуры, строения кристаллической решеткой и других.Ряд исследователей изучали влияние фазовой структуры на степеньдеформационногоупрочнения,например,И.В.

КудрявцевымиЕ.В. Рымыновой были получены значения степени упрочнения ряда мароксталей при одной и той же величине деформации [16] (Таблица 1).Наибольшую склонность к деформационному упрочнению имеют стали сферритной и аустенитной структурой. Аустенитные стали способныповышать свою твердость до двух раз. У феррито-перлитных сталей степеньупрочнения снижается с увеличением содержания перлитной фазы,содержание которой растет с увеличением содержания углерода. Умартенситных сталей в отличие от феррито-перлитных с ростом содержанияуглерода склонность к деформационному упрочнению увеличивается. Сталис сорбитной структурой имеют низкие значения степени упрочнения, но,несмотря на это, также обрабатываются методами ППД для повышенияусталостной прочности [16].

Из приведенных данных (Таблица 1) следует,что наиболее целесообразно проводить деформационное упрочнение насталях с ферритной, феррито-перлитной и аустенитной структур.Доказано,чтообработкаППДспособствуетповышениюизносостойкости обработанных поверхностей [20-22], а в работе [23]15доказано, что кроме износостойкости обработка алмазным выглаживаниемповышает коррозионную стойкость аустенитной стали 12Х18Н10Т.

Дляповышения износостойкости поверхностей трения и лучшего удержаниясмазки используются вибрационные методы ППД [24], позволяющие кромеповерхностногоупрочненияполучитьрегулярныймакрорельефнаобработанной поверхности. В Таблице 2 [25] приведены результатысравнительных испытаний образцов из стали 45 с разной окончательноймеханической обработкой. Как видно из полученных результатов алмазноевыглаживание, так же относящееся к методам ППД, позволяет уменьшитьинтенсивность изнашивания образцов по сравнению с шлифованием иполированием.Таблица 1.Степень упрочнения сталей с разной фазовой структурой при ППДМарка сталиАрмко-железоПовышение поверхностной твердости в % (числитель) к исходнойтвердости HV (знаменатель) стали в структурном состоянииферритаперлитавысокодисперсногосорбитамартенситазакалкиаустенита90/105––––2575/1239/351––3560/15113/29335/540–4560/15620/30640/600–5045/16911/28543/640–12/32152/720–У8–33/20240Х23/18713/37522/640–40ХН–13/36017/670–18ХНВА–15/34122/403–34ХМ(ТУ МТМ 20-5-54)–25/29337/595–8/34740/7309Х–37/200ЭИ 123–––100/165ЭИ 257–––80/14516Таблица 2.Результаты испытаний на износ полученные Торбило В.М.Марка сталиМетодокончательнойобработкиСталь 45Тонкоенормализованная, шлифование180 HBПолированиеАлмазноевыглаживаниеСталь 45Тонкоезакаленная,шлифованиеHRC 56ПолированиеАлмазноевыглаживаниеСталь 40ХТонкоезакаленная,шлифованиеHRC 58АлмазноевыглаживаниеСталь18ХГТ Тонкоецементованная,шлифованиеНRC 61АлмазноевыглаживаниеСталь 12Х2Н4А Тонкоецементованная,шлифованиеHRC 61АлмазноевыглаживаниеИнтенсивностьИзносДлительностьустановивприработки, приработки,шегосямкмминизноса,×106 мкм/м1010036370342,56024713080380702,57024313045212019312040280253,5110702,570251.2.

Методы поверхностного пластического деформированияОбработка методом ППД является способом обработки давлением,при котором пластической деформации подвергается только поверхностныйслой детали [26]. При обработке ППД происходит силовое взаимодействиемеждуповерхностьюобрабатываемойзаготовкиитвердотельным17деформирующим элементом (ДЭ) инструмента или рабочей средой,сопровождающееся формированием локального очага деформации в зонеконтакта. Характеристики очага деформации зависят от конкретногоприменяемого метода обработки, вида, применяемого инструмента илирабочей среды, характера взаимодействия инструмента с обрабатываемойповерхностью, прикладываемой нагрузки и многих других факторов.Силовое воздействие на обрабатываемую поверхность заготовки можетосуществляться не только со стороны твердотельных ДЭ, жидкостей илигазов [17], но и со стороны магнитного поля как при магнитно-импульснойупрочняющей обработке [27].

Классификацию применяемых при ППДинструментов можно представить в виде схемы (Рис. 1.1).Инструмент для ППДТвердые телаРабочая средаРоликиСуспензияШарыЖидкостьДробьГидравлическоеЧеканыППДЩеткиГазПневматическоеППДЭлектромагнитное полеРис. 1.1. Классификация инструментов для ППД по типу используемого ДЭКлассификация методов ППД по видам силового воздействияприведена в работе [28]. В зависимости от прикладываемой силы методыППД можно разделить на статические, при которых сила, действующая состороны инструмента, не изменяется во времени, и динамические, прикоторыхприлагаемаянагрузкаявляетсявеличинойпеременной.Кстатическим методам обработки ППД относятся накатывание за исключениевибрационного и ударного накатывания, выглаживание, поверхностное18дорнование, поверхностное редуцирование и метод однократного обжатиядеформируемойзаготовкибезперемещенияочагадеформации.Динамические методы обработки разделяются на ударные, вибрационные иультразвуковые.

При ударных методах обработки инструмент совершаетудар о поверхность детали, причем сила, действующая со стороны ДЭ наповерхность, изменяется от нулевого значения до некоторой величины. Привибрационныхметодахобработкинаобрабатываемыйматериалиинструмент накладывается относительная вибрация.В некоторых случая проводят совмещенное ППД, когда разныеспособы обработки применяются одновременно, и комбинированное ППД,когда обработка ведется последовательно.Дополненная классификация методов ППД представлена на Рис.

1.2.Одним из самых распространенных в серийном и массовомпроизводстве методов обработки ППД, применяемым для производительнойобработки тел вращения, является накатывание [17, 29]. При накатыванииинструментвдеформированиеформешараилиобрабатываемогороликаматериаласовершаетприпластическоекачениипоегоповерхности под действием статической нагрузки. По типу обрабатываемыхповерхностей накатывание подразделяется на обкатывание и раскатывание(Рис. 1.3). По цели выполняемой операции накатывание разделяется наупрочняющее, сглаживающее, формообразующее и калибрующее (Рис.

1.4).Форма обрабатываемой поверхности и цель обработки определяюттип применяемого инструмента и используемое оборудование. Упрочняющеенакатываниепроводитсяшаровымироликовыминструментомдляповерхностей вращения деталей типа вал, втулка и реже плоскостей.Накатывание реализуется в рамках единичного, серийного и массовогопроизводств.Упрочняющее накатывание создает остаточных напряжений сжатия вповерхностном слое и снижает шероховатость обработанной поверхности[17, 30], что приводит к повышению усталостной прочности [31, 32].19Методы ППДСтатическоеДинамичекоевоздействиевоздействиеНакатываниеУдарноеВибрационноеУльтразвуковое ППДВыглаживаниеВибрационное выглаживаниеПоверхностноедорнованиеПоверхностноередуцированиеОбжимУдарноенакатываниеЦентробежнаяВибрационное накатываниеГидравлическая виброударнаяобработкаобработкаОбработкаДробеабразивная обработкадробьюГалтовкаГидравлическая галтовкаЧеканкаВибрационная галтовкаУдарно-барабаннаяобработкаОбработкамеханической щеткойКомбинированное ППДСовмещенное ППДРис.

1.2. Классификация методов поверхностного пластическогодеформирования по способу силового воздействияна обрабатываемую заготовку20ЗаготовкаЗаготовкаnnPSPИнструментSИнструментa) Раскатываниеб) ОбкатываниеРис. 1.3. Схема накатыванияНакатываниеСглаживающеенакатываниеУпрочняющеенакатываниеФормообразующеенакатываниеКалибрующеенакатываниеРис. 1.4. Классификация накатывания по назначению операцииПри обкатывании и раскатывании роликами применяется сложный поконструкцииинструмент(Рис. 1.5).Егоконструкцияопределяетсядействующими в процессе обработки нагрузками, типом механизманагруженияиоднороликовойиспользуемымсуппортнойоборудованием.державкидляТипичнаяконструкцияобкатываниянаружныхповерхностей с силой 2500…5000 Н и роликовая головка для нее показана наРис.

1.5, a [17].Существует аналогичный инструмент для обкатывания с силой до40 000 Н (Рис. 1.5, б) [17]. На практике применяются приспособления длябольшихусилийобкатывания,до60 кН(Рис. 1.6)[17].Данноеприспособление имеет крупногабаритную конструкцию с максимальнымгабаритным размером до 800 мм. Установка приспособления на токарный21Суппортная державкаРоликовая головкаa)Суппортная державкаРоликовая головкаб)Рис. 1.5. Однороликовые суппортные державки и роликовые головки длянаружного обкатывания: а) для обкатывания при нагрузке от2500 до 5000 Н; б) для обкатывания при нагрузке 40 000 НРис. 1.6.