Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 4

Рычажное однороликовое приспособление с двумя пружинами22станоктребуетпримененияподъемно-транспортныхустройств.Этинедостатки свойственны многим приспособлениям для ППД.Другие недостатки накатывания связанны со структурой и свойствамиполучаемого поверхностного слоя. В упрочненном накатыванием и другимиметодами ППД поверхностном слое наблюдает снижение твердости по егоглубине от максимального значения до значения твердости исходногоматериала.

Это приводит к тому, что высокие степени упрочнения 40–70 %[17] наблюдаются лишь у самой поверхности упрочненного слоя иэкспоненциально снижаются по глубине. Так по мере износа более твердыхслоев на поверхность трения выходят более мягкие слои, что приводит квозрастанию интенсивности изнашивания. На Рис.

1.7, а [16] приведенораспределениямикротвердостипотолщине поверхностного слояx,полученного после обкатывания крупногабаритного вала диаметром 235 ммиз стали 50 роликовым инструментом с радиусом ролика r = 12 мм и усилиемобкалывания Pобк = 58860 Н. Глубина упрочнения достигает 10 мм, номаксимальная степень упрочнения δH равная 45 % наблюдается только наобработанной поверхности, после чего её значение снижается до 30 % наглубине 1 мм и до 20 % на глубине 2 мм.

На расстоянии более 6 мм отобработанной поверхности степень упрочнения δH ниже 5 %. Уменьшениесилы обкатывания приводит к снижению степени упрочнения материала итолщины упрочненного слоя. Так при усилии обкатывания Pобк = 33354 Н ипрочих равных условиях максимальная степень упрочнения снижается до38 %, а толщина упрочненного слоя – до 8 мм (Рис. 1.7, б) [16]. При усилииобкатывания Pобк = 14715 Н максимальная степень упрочнения снижается до26 %, а толщина упрочненного слоя – до 6 мм (Рис. 1.7, в) [16]. Так какстепень упрочнения зависит от свойств упрочняемого материала, то привысоких нагрузках могут быть получены относительно невысокие показателиупрочнения. При обкатывании стали 34ХН1М при усилии обкатыванияPобк = 58860 Н максимальная степень упрочнения составила 24 % (Рис. 1.7, г)[16], а глубина – менее 6 мм.23б)а)г)в)Рис.

1.7. Распределение микротвердости в поверхностном слое послеобкатывания: а) стали 50 при Pобк = 58860 H; б) стали 50 приPобк = 33354 H; в) стали 50 при Pобк = 14715 H; г) стали 34ХН1Мпри Pобк = 58860 HИспользуемоеусилиеобкатыванияPобк = 58860 Н(Рис. 1.7, а)является максимальным для крупных токарных станков [16] и назначаетсяпри обкатывании крупногабаритных валов. Широко распространенныеуниверсальные токарно-винторезные станки не могут обеспечить обработкустакойнагрузкой.Токарно-винторезныйстанок1М63Ндопускаетпоперечное усилие не более 3,7 кН, станки тип 16К20, 16К25 допускаютпоперечное усилие 4510 Н.

Кроме того усилие обкатывания такжеограничено геометрическими размерами и прочностью обрабатываемойзаготовки. Вал диаметром 100 мм из материала с пределом прочностиравным около 300 МПа рекомендуется обрабатывать с усилием от 6 до 12 кН24[16]. Как следствие снижения усилия обкатывания приведет к уменьшениюстепени упрочнения и глубины упрочненного слоя. Применение шаровогоинструмента при обкатывании позволяет создать достаточно высокиеконтактные нагрузки между инструментом и заготовкой при относительноневысоких усилиях обкатывания. Для ряда сталей обкатывание шаровыминструментомпозволяетполучитьмаксимальныхзначенийстепениупрочнения обкатанной поверхности при нагрузке до 2200 Н (Рис. 1.8) [17].При превышении усилия обкатывания, обеспечивающего максимальноеупрочнение, происходит перенаклеп материала и снижение его твердости(Рис.

1.8) [17].б)a)Рис. 1.8. Степень упрочнения и твердость материала при различном усилииобкатывания шаровым инструментом: а) степень упрочнения:1 – железо-армко; 2 – сталь 20; 3 – сталь 45; 4 – У8; б)микротвердость для сталей: 1 – 25Х2М1Ф; 2 – 14Х2Н3МА;3 – ШХ15; 4 – 20ХН3А; 5 – 40ХПриотносительнонебольшомусилииобкатыванияглубинаупрочнения составляет не более 2,5 мм, но вследствие экспоненциальногоснижения твердости по толщине упрочненного слоя на глубине 1,5 мм от25обработанной поверхности степень упрочнения составляет не более 5%(Рис.

1.9) [17].Кроме обкатывания для повышения износостойкости поверхностейтренияваловидругихподобныхдеталейприменяетсяалмазноевыглаживание. При данном методе обработки выглаживающий инструментскользит по обрабатываемой поверхности с приложенной радиальной силой.При скольжении инструмент деформирует поверхностный слой в результатечего снижается шероховатость и увеличивается твердость поверхности.Алмазное выглаживание отличается от обкатывания малыми силами. Такрекомендуемые силы выглаживания охватывают диапазон от 60 до 250 Н [17,25]. Малые силы выглаживания снижают массогабаритные характеристикиприменяемых приспособлений и позволяют обрабатывать тонкостенныезаготовки.Недостаткомалмазноговыглаживанияявляетсятолщинаупрочненного слоя, на порядок меньшая толщины при обкатывании.

Так приа)б)Рис. 1.9. Распределение твердости в поверхностном слое при различныхдавлениях обкатывания: а) сталь 20; б) сталь 45; 1 – 1400 МПа;2 – 1750 МПа; 3 – 2250 МПа; 4 – 2500 МПаотносительновысокойсилевыглаживания,равной470 Н,глубинаупрочненного слоя на заготовке из стали ШХ15 с твердостью 60–62 HRCсоставила около 0,3 мм [25].

Максимальное увеличение твердости 25–35 %26наблюдалось при силах выглаживания равных 150–200 H, а дальнейшееувеличение нагрузок приводило к снижению микротвердости вследствиеперенаклепа [25].Как и при обкатывании в поверхностном слое после выглаживаниянаблюдается экспоненциальное снижение микротвердости материала поглубине. На Рис.

1.10 приведен градиент микротвердости в поверхностномслое при различных силах выглаживания стали ШХ15 с исходнойтвердостью 60–62 HRC при различных усилиях выглаживания, из которыхследует, что с увеличением нагрузки распределение микротвердостивыравнивается вследствие увеличения величины деформации в болееглубоких слоях.Рис. 1.10. Распределение микротвердости в поверхностном слое послеалмазного выглаживания стали ШХ15 с исходной твердостью60–62 HRC при разных силах выглаживания Pвыг: 1 –Pвыг = 49 Н; 2 – Pвыг = 88 Н; 3 – Pвыг = 147 Н; 4 – Pвыг = 177 Н;5 – Pвыг = 235 Н; 6 – Pвыг = 294 Н; 7 – Pвыг = 471 Н27Аналогичнаявыглаживаниизакономерностьаустенитнойсталинаблюдаетсяпри08Х12Н10Талмазном(Рис.

1.11)[33].Экспериментальные исследования, проведенные в работе [33], показывают,чтоэкспоненциальноеуменьшениемикротвердостиматериалавповерхностном слое характерно не только для обычного алмазноговыглаживания,ноидляалмазноговыглаживаниясналожениемультразвуковых колебаний. Следует отметить, что при ультразвуковомвыглаживании микротвердость и глубина упрочненного слоя больше, чемприобычномвыглаживании.Максимальнаяультразвуковомвыглаживаниисоставиламикротвердостьоколо450 HV,приглубинаупрочненного слоя достигала 600 мкм. Без наложения ультразвуковыхколебаний максимальная микротвердость незначительно превышает отметку350 HV, а глубина упрочненного слоя приблизительно равна 500 мкм.Степень упрочнения материала на поверхности заготовки составила 125 %для обычного вылаживания и 181 % для ультразвукового выглаживания.Рис. 1.11.

Распределение твердости в поверхностном слое при алмазномвыглаживании стали 08Х12Н10Т: 1 – с ультразвуковымиколебаниями; 2 – без ультразвуковых колебаний; 3 – исходныйматериал (после точения)28Высокиестепениупрочнения объясняютсявысокойсклонностью кдеформационному упрочнению аустенитной структуры. В работе [34]увеличениетвердостиповерхностнойтвердостипослеалмазноговыглаживания стали 34CrNiMo4 имело гораздо меньшие значения, приисходной твердости равной 330 HV степень упрочнения составила 6,8 % дляобычного алмазного выглаживания и 11,8 % для ультразвукового алмазноговыглаживания.Экспоненциальноеуменьшениемикротвердостипоглубинеповерхностного слоя объясняется неравномерностью деформации материалапо его толщине.

Максимальная деформация возникает в непосредственнойблизости от зоны контакта инструмента для ППД с поверхностью заготовки.Увеличение нагрузки на инструмент при ППД позволяет увеличиватьдеформацию материала и твердость материала до определенного предела,зависящего от ресурса пластичности обрабатываемого материала.

Ресурспластичности является одним из важнейших параметров материала,определяющих его разрушение [35]. С ростом деформации материала вприповерхностном слое происходит исчерпание ресурса пластичности, чтоприводит к появлению микротрещин и дефекту поверхности, называемому«шелушением» и проявляющемуся в отслаивании частиц материала. Чтобыизбежать возникновения дефектов при практическом применении методовППД и добиться максимального увеличения эксплуатационных свойствобработанных деталей требуется проводить подбор режимов обработкиэкспериментальным путем. Такой способ подбора режимных параметровтребует дополнительных трудовых и материальных затрат.Из рассмотренных особенностей ППД можно выделить следующиеосновные недостатки:- применениекрупногабаритныхприспособленийсложнойконструкции,- экспоненциальное снижение твердости по глубине упрочненногослоя,29- возможностьполучениядефектовввидеповерхностныхмикротрещин или шелушения поверхности,- необходимость подбора режимов обработки для избежаниеперенаклепа поверхности.Для устранения выявленных недостатков является актуальнымразработка других методов повышения твердости и износостойкостиповерхностей трения, к которым относится метод ДР.1.3.