Диссертация (Разработка и исследование способа деформационного упрочнения поверхностей деталей методом деформирующего резания), страница 7

Механические свойства данных сталейприведены в Таблице 5 [70].В качестве заготовок использовались прутки горячекатаные из сталеймарок 30ХГСА ГОСТ 4543-71, 38Х2МЮА ГОСТ 4543-71, 08Х18Н10ТГОСТ 5632-72,трубы20×2,5×6000ГОСТ9941-81изсталимарки12Х18Н10Т.Таблица 5.Механические свойства исследуемых марок сталейМаркасталиСтандартВид термообработкиСечение,ммσ0,2, σв, δ5,МПа МПа %ψ, %KCU,Дж/см2HBне менее30ХГСА38Х2МЮА08Х18Н10Т12Х18Н10ТГОСТОтжиг, t° = 830–850 °C,4543–71охлаждение с печьюГОСТОтжиг, t° = 840–870 °C,4543–71охлаждение с печьюГОСТ5949–75ГОСТ5949–75Свыше 5 Не определяются≤229Свыше 5 Не определяются≤229Закалка, t° = 1020–1100 °C,охлаждение на воздухе, вДо 60196 490 4055–До 60196 510 4055–масле или водеЗакалка, t° = 1020–1100 °C,охлаждение на воздухе, вмасле или воде2.3.

Особенности получения исследуемых типов макрорельефа на сталяхметодом деформирующего резанияПолучение деформационноупрочненного макрорельефа методом ДРосуществлялось на токарно-винторезных станках модели 16К20ПФ3 и47модели 1Е61МТ. Данные станки обладают достаточной точностью ижесткостью для обработки методом ДР.Обработка методом ДР заготовок прутков из сталей 30ХГСА,38Х2МЮА и 08Х18Н10Т проводилась на токарно-винторезном станке16К20ПФ3 (Рис. 2.4). Заготовки устанавливались в трехкулачковый патрон споджатием задним центром. Для устранения поверхностных дефектов ирадиальногобиенияобрабатываемаяповерхностьпредварительнопротачивалась.

Чтобы исключить влияние предварительной обработки насвойства формируемого макрорельефа обработка велась на чистовых иполучистовых режимах. Для этого использовался проходной упорный резец снапайной пластиной из твердого сплава с углами φ=90°, φ1=12°, γ=10°,α=α1=6°. При окончательном проходе величина припуска составляла не более0,05…0,1 мм при подаче равной 0,05 мм/об.Рис. 2.4. Формирование макрорельефа на токарно-винторезном станкемодели 16К20ПФ348После подготовки поверхности заготовки проводилась обработкаметодом ДР. При включенном вращении шпинделя станка инструментподводился к заготовке до касания вершины инструмента с обрабатываемойповерхностью. При включенной продольной подаче станка инструментплавно внедрялся в заготовку с ручной поперечной подачей.

Таким образом,происходило постепенное внедрение инструмента в заготовку на рабочемходу до назначенной глубины резания. После осуществления рабочего ходапродольная подача выключалась без отвода инструмента от заготовки. Врезультате этого режущая часть инструмента формировала круговуюканавку,поглубинекоторойконтролироваласьглубинавнедренияинструмента. Далее инструмент отводился в поперечном направлении отповерхности заготовки.Постепенное внедрение инструмента для ДР позволяло проводитьобработку с большими глубинами резания, чем при врезании инструментасразу на всю глубину резания.

Без плавного внедрения инструмента взаготовку, как при обычном продольном точении, глубина резаниясоставляла не более 0,5 мм. При постепенном внедрении режущего клина вповерхность заготовки на рабочем ходу глубина резания составляла 1,5 мм. Вотдельном случае на стали 30ХГСА была достигнута глубина резания равная3 ммОбработка методом ДР заготовок в форме труб проводилась натокарно-винторезном станке повышенной точности 1Е61МТ (Рис. 2.5),оснащенном подвижным люнетом, установленным на продольном суппортестанка.

Труба устанавливалась в подвижный люнет и закреплялась втрехкулачковом патроне с поджатием задним центром. Трубные заготовкиобрабатывались методом ДР с постепенным увеличением глубины резаниятакже, как и при обработке заготовок прутков.49Рис. 2.5. Схема обработки методом ДР трубных заготовок на токарновинторезном станке модели 1Е61МТ с люнетом2.4.

Особенности подготовки шлифов для исследования степениупрочнения макрорельефа, получаемого на сталяхШлифыдляисследованиястепениупрочненияматериаламакрорельефа изготавливались из сталей марок 38Х2МЮА, 30ХГСА,12Х18Н10Т.Длякаждойсерииэкспериментоввырезкаобразцовупрочненного макрорельефа для шлифов осуществлялась из одной и той жезаготовки. Исследуемая поверхность шлифов совпадала с осевым сечениемзаготовок, что позволяло наблюдать в исследуемом сечении профильформируемогомакрорельефасминимальнымискажением.Вырезкапроизводился на вырезном электроэрозионном станке модели А207.61. Дляполучения образцов материала из оребренного участка заготовок вырезалсясегмент.

Далее вырезанный сегмент разрезался на две половины. Схемаполучения образцов показана на Рис. 2.6. Схема вырезания образцов изтрубы показана на Рис. 2.7. Вырезанные образцы перед заливкой компаундом50располагались в форме так, чтобы поверхности с ребрами оказались другнапротив друга (Рис. 2.8).В качестве компаунда для изготовления шлифов использовалсядвухкомпонентныймикротвердостиэпоксидныйисследуемаясоставЭДП.поверхностьПередизмерениемшлифатщательноподготавливалась. Черновая обработка осуществлялась с использованиемшлифовальной бумаги с последовательным изменением зернистости: P120,P240, P320, P500, P600, P800, P1000, P1200, P2500.

После обработки нашлифовальной бумаге производилось полирование шлифов алмазной пастой,нанесенной на хлопчатобумажную ткань. Зернистость алмазных пастменялась в следующей последовательности 5/3, 3/2, 2/1. На заключительномэтапе шлифы полировались на фетровом полировальном круге в воднойсуспензии оксида хрома.Выявлениемикроструктурысталей30ХГСАи38Х2МЮАпроводилось травлением с использованием 0,5%-раствора азотной кислоты вэтиловом спирте в соответствии с рекомендациями [71].Исследуемая поверхность шлифаРис. 2.6.

Схема вырезания образцов из заготовок в форме прутков51Исследуемая поверхностьшлифаРис. 2.7. Схема вырезания образцов из заготовок в форме трубРис. 2.8. Схема расположения вырезанных образцов в шлифе2.5. Особенности измерения микротвердости образцовИзмерение микротвердости проводилось на микротвердомере моделиПМТ-3пометодувосстановленногоотпечаткасиспользованиемчетырехгранной пирамиды Виккерса по ГОСТ 9450-76. Для повышенияточностиизмеренийнатвердомерустанавливаласьцифроваяфотовидеокамера Lеvеnhuk C510, которая позволяла выводить на экранмонитора персонального компьютера изображение отпечатка индентора(Рис.

2.9). Максимальное разрешение цифровой фотовидеокамеры LеvеnhukC510 составляет 2592×1944 пикселей. Получение изображений и измерение52диагоналей отпечатков индентора осуществлялось с помощью программногообеспечения ToupViеw 3.7.Нагрузка на индентор для измерений микротвердости на исследуемыхсталях выбиралась равной 0,98 Н в соответсвии с рекомендациями работы[72]. При данной нагрузке формировались отпечатки с размерами диагоналейот 20 до 30 мкм. Это позволяло нанести достаточное количество отпечатковна исследуемой области упрочненной макроструктуры при выдерживаниитребуемого расстояния между ними.

По рекомендациям работы [72]расстояние между отпечатками с диагоналями до 25 мкм располагались нарасстоянии не менее чем 50 мкм друг от друга.Приизмерениимикротвердостиспомощьюцифровойфотовидеокамеры Lеvеnhuk C510 фиксировалось изображение отпечатковиндентора на металлографическом шлифе. Разрешение снимков составляло21Рис. 2.9. Прибор для измерения микротвердости: 1 – микротведомерПMT–3; 2 – цифровая фотовидеокамера Lеvеnhuk C510531280×960пикселей.Нацифровыхфотографияхизмерялисьдлиныдиагоналей отпечатков dpx в пикселях.

Для определения длины диагонали вмиллиметрах d использовалось выражение:d  k  d px(2.1)где k = 0,293·10–3 мм/пиксель – тарировочный коэффициент; dpx – длинадиагонали, измеренная по цифровой фотографии в пикселях.Число микротвердости HV рассчитывалось по формуле:HV  0,189Fd2(2.2)где F – сила вдавливания индентора, Н; d – длина диагонали отпечатка, мм.2.6. Установка для испытаний на трение и износ на базе машины трениямодели Amslеr A135Для оценки влияния деформационного упрочнения методом ДР наинтенсивность изнашивания и коэффициент трения поверхностей трения,обработанных методом ДР, проводились испытания на трение и износ.Испытания проводились на машине трения модели Amslеr A135 [73].

Ееконструкция аналогична конструкции машины трения МИ [74]. Даннаямашина трения позволяет реализовывать испытания по схемам трения стремя разными видами первоначального контакта (Таблица 6): точечным,линейным и поверхностным. Основными схемами испытания для машинытрения Amslеr A135 являются схемы трения «кольцо–кольцо» и «кольцо–колодка». Схема трения «кольцо–кольцо» предназначена для имитациитрения качения с проскальзыванием.

Схема трения «кольцо–колодка»имитирует работу колодочного тормоза. Как правило для сравнительныхлабораторных испытаний используют пару трения «кольцо–колодка» [75].Для проведения испытаний на трение и износ в рамках работы [76]была модернизирована машина трения Amsler A135 [77], в которой такжепринимал участие автор.

Машина трения Amsler A135 после модернизациипредставлена на Рис. 2.10, фотография получена аспирантом В.В Попцовымдля совместной работы [77].54Таблица 6.Схемы трения, реализуемые машиной трения Amsler A135Точечный«Кольцо-тор»Вид первоначального контактаЛинейныйПоверхностный«Кольцо-кольцо»«Кольцо-втулка»«Кольцо-плоскость»Имитируемые узлытрения: подшипниккачения шариковый,сопряжение «колесорельс»Имитируемые узлытрения: подшипниккачения роликовый,зубчатое зацепление,кулачковый механизм«Кольцо-колодка»Имитируемые узлытрения: подшипникскольжения, колодочныйтормоз55Рис. 2.10.

Машина трения модели Amsler A135 после модернизацииМашина трения Amslеr A135 имеет два вала, приводимых в движениеэлектродвигателем через систему зубчатых передач (Рис. 2.11). Нижний валмашины трения является основным. На нем закрепляется испытуемыйобразец в форме кольца и измеряется возникающий при трении крутящиймомент.