Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 6

1.19. Основные зоны пластической деформации при ДРАналогичный механизм упрочнения материала наблюдается приобработке методом ДР. Материал подрезаемого слоя поступает в областьосновных сдвиговых деформаций (зона 1 Рис. 1.18) у режущей кромки, гдепроисходитегопервичноеупрочнение.Далеедеформированныйподрезанный слой скользит по передней поверхности инструмента иперегибается через деформирующую кромку (зона 2 Рис.

1.18), где39происходит образование ребра. При перегибе подрезанного слоя черездеформирующую кромку возникает область изгибных деформаций, вкоторойтакжепроисходитдеформацияиупрочненияматериалаформируемого ребра. При движении материала подрезаемого слоя попередней поверхности вблизи режущей кромки и деформирующей кромкивозникаютзоныконтактныхдеформаций,гдематериалполучаетдополнительное упрочнение в результате действия на него сил трения состороны передней поверхности инструмента.

Таким образом контактныедеформации способствует более интенсивному упрочнению материалаподрезанного слоя. Еще одним источником дополнительной деформации приформировании ребра является зона пластической деформации в егоосновании (зона 3 Рис. 1.18), возникающего в результате поворотаподрезаемого слоя в вертикальное или наклонное положение.Таким образом, метод ДР позволяет получить на поверхности деталидеформационноупрочненныйрегулярныймакрорельеф.Полученныймакрорельеф является поверхностным слоем с повышенной твердостью иизмененной структурой материала и, как следствие, имеет повышеннуюизносостойкость по сравнению с исходным материалом.

Использованиеметода ДР для повышения износостойкости рабочих поверхностей деталейможет осуществляться разными способами [53]. В работах [54, 64]предлагаетсяиспользованиеметодаДРдляувеличенияглубиныпроникновения легирующих элементов в поверхностный слой при химикотермической обработке (ХТО). В работах [65, 66] упрочнение материаладостигает путем структурных превращений в результате термическоговоздействия. Также возможно создание подповерхностных каналов дляудержания смазки [67] и создание регулярного рельефа для запрессовкиантифрикционных материалов, например, фторопласта Ф4 [53, 68].В работе рассматривается обработка наружных цилиндрическихповерхностейметодомдеформационноупрочненногоДРсцельюмакрорельефасозданиядлянанихповышения40износостойкостиповерхностейдеформационноупрочненногомакрорельефатрения.возможноСозданиенамножествеметаллов и сплавов, но наиболее актуально для незакаливаемых материалов,например, аустенитных сталей.

Данные стали не претерпевают мартенситныхпревращений при закалке и не повышают свою твердость, поэтому для ихупрочнения применяются методы, основанные на эффекте деформационногоупрочнения. Кроме того, аустенитные стали имеют высокую склонность кдеформационному упрочнению (Таблица 1).Для формирования поверхностей трения в парах трения скольжениянаиболее подходящими являются типы макрорельефа в форме вертикальныхребер с зазорами и плотно сжатых между собой ребер без зазоров.Макрорельеф с зазорами лучше удерживает смазку, а зазоры между ребрамимогут вмещать продукты износы, выводя их из зоны трения.

Наклонныеребра без зазоров позволяют получить поверхности с высокой контактнойплощадью в паре трения.Деформационное упрочнение методом ДР имеет ряд преимуществ посравнению с другими методами поверхностного упрочнения. В отличие оттермической обработки и ХТО данный способ не требует дорогостоящегооборудования. Обработка методом ДР может производится на той жетехнологической операции, что и получение обрабатываемой методом ДРповерхности. Формирование упрочненного макрорельефа осуществляется заодинпроходинструмента.Толщинаупрочненногослоялегкопрогнозируется, исходя из геометрических параметров инструментов ирежимов резания.

Таким образом, метод ДР является перспективнымспособом получения упрочненных поверхностей на стальных деталях.Несмотря на перечисленные преимущества метода ДР, существуетряд препятствий для широкого применения данного способа на практике.Эффект деформационного упрочнения в процессе ДР мало изучен. Неопределена степень упрочнения материала в процессе ДР. Отсутствуютэкспериментальные данные, подтверждающие повышение износостойкости41приДРврезультатепластическогоупрочнения.модели,позволяющиепрогнозироватьматематическиеупрочненногоповерхностногослоя.ОтсюдаследуетОтсутствуютсвойстваактуальностьисследования механических характеристик, формируемых методом ДРмакрорельефов на разных сталях и их испытание на трение и износ.1.4 Постановка цели и задачи исследованияНа основе проведенного литературного обзора сформулирована цельработы.Целью работы является повышение эксплуатационных характеристикдеталей трения путем деформационного упрочнения их поверхностного слояс использованием деформирующего резания.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: выполнить обзор методов деформационного упрочнения наружныхповерхностей деталей, провестианализметодаДРкакспособаформированиядеформационноупрочненного макрорельефа на поверхности детали, разработать расчетную методику определения твердости упрочненногомакрорельефа, получаемого методом ДР, экспериментально подтвердить результаты теоретического расчетатвердости упрочненного макрорельефа, получаемого методом ДР, исследоватьраспределениятвердостивхарактерныхзонахупрочненного макрорельефа, определить влияния геометрических параметров инструмента ирежимов ДР на твердость формируемого макрорельефа. подтвердить повышение износостойкости упрочненных поверхностей,созданных методом ДР, разработатьрекомендациипопредлагаемого способа упрочнения.практическомуиспользованию42ГЛАВА 2.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙДля достижения поставленной цели и выполнения задач исследованийбыли разработаны общие и частные методики измерений, обоснованновыбраны контрольно-измерительные средства, материалы и инструменты,процедуры обработки экспериментальных данных. Разработанные методикиобеспечивают получение достоверных результатов экспериментальныхданных.2.1.

Режущий инструмент для деформирующего резанияПолучение упрочненного макрорельефа на сталях осуществлялосьметодом ДР на операции точения с использованием сборного режущегоинструмента для ДР (Рис. 2.1). Конструкция инструмента аналогичнаконструкции, приведенной в работе [37], и отличается наличием упорноговинта, препятствующего перемещению режущей пластины под действиемсоставляющей силы резания Py.Режущий инструмент был оснащен пластинами из твердого сплавасерии 02411 ГОСТ 25395-90 (Рис. 2.2). Заточка режущей пластины проходилана универсально-заточном станке модели 3М642 с использованием трехповоротного приспособления (Рис. 2.3).В Таблице 3 представлены геометрические параметры режущегоинструмента для получения разных типов упрочненного макрорельефа.

Вкачестве базовой геометрии была выбрана режущая пластина №1 с углом φравным 38° и φ1 равным 90°, рекомендованная в работе [54] для получениявертикальных ребер с зазорами при обработке сталей. Режущие пластины 2,3 и 4 отличались от базовой геометрии разными значениями углов φ и φ1.Выбор марок твердого сплава осуществлялся исходя из повышенныхтребований к изгибной прочности инструментального материала.

В качествеинструментальных материалов выбирались отечественные твердые сплавы43УпорРис. 2.1 Инструмент для ДРРис. 2.2. Пластина твердосплавная серии 02411 ГОСТ 25395-9044Рис. 2.3. Общий вид приспособления для заточки режущей частиинструмента для ДРмарок ВК8, Т14К8, Т5К10, обладающие достаточной изгибной прочностью.В Таблице 4 [69] приведены основные характеристики используемыхтвердых сплавов.Для заточки инструмента использовались алмазные шлифовальныекругичашечнойитарельчатойформы.Длячерновойобработкииспользовался алмазный круг с зернистостью алмазного порошка 160/100,для чистовой обработки использовался алмазный круг с зернистостью 63/50.Таблица 3.Геометрические параметры режущего инструмента для ДР№φφ1λγαα1Вид макрорельефа138°90°54°47°3°3°Вертикальные ребра с зазором262°66°54°47°3°3°Наклонные ребра с зазором365°63°54°47°3°3°Наклонные ребра без зазоров468°60°54°47°3°3°Наклонные ребра без зазоров45Таблица 4.Основные свойства используемых твердых сплавовСостав сплава, %МаркаКарбидКарбидвольфрама титанаПредел прочностиКобальтпри изгибе σизг,МПа, не менееHRA,не менееТ14К878148127489,5Т5К108569142188,5ВК892–8166687,52.2.

Выбор марки обрабатываемого материалаВ результате проведенного обзора выявлено, что наибольшую степеньупрочнения методами ППД имеют стали со структурой аустенита и феррита.Для исследования особенностей деформационного упрочнения методом ДРвыбирались марки сталей, имеющие эти структуры.Важным фактором при выборе марки стали является возможностьформирования макрорельефа с максимальным отношением высоты и шага.Для достижения максимальной высоты макрорельефа материал долженобладать достаточной пластичностью и низкой твердостью.Сростомтвердостиобрабатываемогоматериалавозрастаетвероятность скола вершины режущего инструмента, что приводит к срывупроцесса формирования макрорельефа.

При обработке материалов с малымотносительным удлинением происходит частичный срыв макрорельефа.При выборе марки стали учитывалась ее область применения.Рассматривались стали предназначенные для изготовления валов, осей идругих деталей с цилиндрическими поверхностями, на которых возможноформирование упрочненного макрорельефа методом ДР.После рассмотрения структурно-фазового состояния, механическихсвойств и области применения обрабатываемых материалов были выбраныстали марок 30ХГСА ГОСТ 4543–71, 38Х2МЮА ГОСТ 4543–71, 08Х18Н10ТГОСТ 5632–72, 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72. Сталь 30ХГСА относится к46феррито-перлитному классу сталей, сталь 38Х2МЮА – к перлитному классу,а стали марок 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т к аустенитному классу. Данныемарки сталей имеют широкую область применения, включающую, в томчисле, изготовление валов и осей.