Диссертация (Технологическое обеспечение качества прецизионных поверхностей деталей типа «тел вращения» из титановых сплавов), страница 8

Образуя в структуреметалла концентратор остаточных напряжений, снижается способностьповерхности к дальнейшему пластическому деформированию.49Дислокации подразделяют также на совершенные, имеющие векторБюргерса, равный целому числу векторов решетки, и несовершенные, имеющиевектор Бюргерса, не равный целому числу векторов решетки. Несовершенныедислокации при возникновении образуют новые конфигурации атомовдисклокаций двойникования [20, 114].Отдельные фигуры несовершенных дислокаций неспособны к процессускольжения и поэтому получили название «застрявшие» (завязнувшие).Завязнувшие дислокации являются препятствием для подвижных дислокаций ипровоцируютувеличениесопротивлениямонокристаллапластическойдеформации, локализуясь в микрообъемах с возрастанием напряжениятекучести.Пластическоедеформирование,увеличиваяискаженностькристаллической решетки, число дефектов в ней и свободную энергиюсистемы, образует в металле анизотропию свойств.

Металл, находясь внеустойчивом термодинамическом состоянии вследствие обработки давлением,имеет повышенный запас внутренней энергии и, в соответствии со вторымзаконом термодинамики, такая система стремится к состоянию с наименьшимзапасом свободной энергии.Вданномслучаевследствиевзаимодействиямеждузернами,разделенными границей искаженности, и уменьшением размеров зернавозрастает сопротивление деформации.Значительноеповышаетсосредоточениеконцентрациюдеформацийостаточныхвконкретнойнапряжений,чтообластиприводиткпреждевременному разрушению, т.е. снижению пластичности.2.3Определениепараметровпредварительноголокальногопластического деформирования поверхностного слоя деталиИсходя из условий обеспечения динамической стабильности процессамеханическойобработкизаготовкислокальноизмененнымифизико-50механическими свойствами в зоне стружкообразования, является необходимымсочетать одновременно безударную работу лезвийного инструмента собеспечением своевременного удаления наростообразования с режущей кромкиинструмента.Для обеспечения безударного врезания режущего клина инструментанеобходимо обеспечить такие параметры деформированной структуры, прикоторых зона с измененными физико-механическими свойствами будетпринимать значения меньше, чем зона снимаемого припуска.Основным параметром деформированной зоны можно считать глубинуизмененногослоя.Вследствиесообщениястатическойнагрузкидеформирующему индентору поверхности заготовки создается уплотненнаяструктура из-за перехода упругой деформации в пластическую.

Глубинанаклепанного слоя hн определяется размерами dи и hо (Рисунок 2.4). Посколькуглубина наклепанного слоя hн является пропорциональной глубине отпечаткаhо, то может быть рассчитана по следующей формуле:ℎн = ℎо .Рисунок 2.4 – Схема распространения деформации(2.1)51Значение коэффициента выбирается из учета условий обработки ипринимает значения mi = 2…20, а так как глубина измененной структурысвязана с силой деформирования и пределом текучести σT обрабатываемогоматериала, то формула примет следующий вид:ℎн = √(д /2т ),(2.2)где т – предел текучести исходного материала заготовки.Зависимости диаметра отпечатка dо и нагрузки Рд индентора приупругопластическойдеформациивобластивнедренияописываютсяуравнением Герца и Майера:1д =3 (1−2+121−1 )o3 ,(2.3)где D – диаметр шарикового индентора; E, 1 – модуль упругости индентора иобрабатываемого материала соответственно; μ, 1 – коэффициенты Пуассонадля шарикового индентора и материала.Ноэтиформулыпластическогодеформационныесправедливыдеформированиянагрузкибезтолькодляучетаконтактногоприложеныстрогоусловийпротеканиятрения,аперпендикулярнокобрабатываемой поверхности.Экспериментально установлено, что при локальном пластическомдеформированииобрабатываемогоматериалазонаконтакта(наклеп)невозможно принимать ни упругим, ни пластичным соответственно, тоявляется не целесообразным проводить расчеты, опираясь на теорию упругостии пластичности с учетом распределения контактных напряжений пластическойдеформации.Для обеспечения достоверного результата на практике применяетсяэкспериментальное планирование и отработка оптимальных параметровглубины деформации с учетом предполагаемых передаваемых усилийиндентора.52Пластическое течение в зоне контакта индентора и заготовки происходитв направлении подачи с образованием впадины посредством прямолинейногоперемещения индентора, образуя по обеим сторонам внедрения волнообразныеследы.

При статистических методах пластического деформирования глубинаизмененной структуры характеризуется удельным давлением.Деформационное изменение протекает в области, описываемой областьюконтактной площадки, имеющей вид эллипса (Рисунок 2.5) с координатамиМ1КК1К2М2, где переднюю часть пятна контакта ограничивает фигура скоординатами КК1К2, а заднюю часть – КК3МК2.Рисунок 2.5 – Пятно контакта шарикового индентора с цилиндрической поверхностьюзаготовкиСуммарную площадь контакта с высокой точностью можно определитьиз геометрических составляющих.

Вследствие того, что она меньше площадиэллипса с осевыми координатами a и b, номинальный размер площадкиконтакта Sk при упругом контакте двух твердых тел определяется по формуле:53 =8,(ℎ + ) + + 0.25√ℎ)3√ ± (√ н(2.4)где R – радиус шарикового индентора; Rd – радиус детали; hн – остаточнаядеформация;ω–локальнаяупругаядеформацияинструментаидеформируемого тела.Величинаhнуже(какбылосказановыше)определяетсяэкспериментальным прогнозированием, а величина упругой деформации – поформулам теории упругости.На стадии экспериментальных исследований совместно с использованиемкомпьютерного моделирования в программной среде ANSYS 17.1 былоустановлено и проанализировано влияние передаваемых деформационныхусилий индентора поверхности заготовки на степень распространенияупрочнения (h) в предполагаемой зоне стружкообразования.Определениестепенидеформационногоупрочненияиизменениямеханических свойств производилось за счет определения твердости, по методуВиккерса, зоны локальной неоднородности при использовании лабораторногомикротвердомера модели ПМТ–3 под действием нагрузки Н100 гр.

Испытанияпроводились в соответствии с требованиями ГОСТ 9450-76.Дляобеспечениякорректностипроводимыхисследованийиустановления границ остаточных деформаций измерения микротвердостипроводились на микрошлифах образцов с зоной локальной неоднородности ипосле конечной операции технологического процесса из технически чистоготитана (Рисунок 2.6, а) и из сплава, применяемого при изготовлении(Рисунок 2.6, б). Результаты проведенных исследований микротвердости дляиспытуемого титанового сплава в зоне локального упрочнения находятся вдиапазоне от 3140 МПа до 3064 МПа.Из экспериментального расчета глубины измененной структуры иизменения микротвердости в зоне действующей нагрузки были определены54параметры приложенного усилия, передаваемого индентору, с учетом условийпоследующей чистовой механической обработки.2650251023202150198019831979197719811981абРисунок 2.6 – Результаты экспериментальных исследований по определениюмикротвердости2.4Устройстводлясозданиялокальногопластическогодеформирования на поверхностном слое деталиПроведенныйанализнаучно-техническойлитературыпозволилустановить, что выбор универсальных устройств упругой или жесткой системынагружения осуществляется в зависимости от обрабатывающего оборудования,особенностей формы и размеров обрабатываемого изделия, предпочтительныхрежимов механической обработки и серийности производства.Основными недостатками известных устройств являются: ограничениявозможностей управления параметрами создаваемой измененной структуры взоне снимаемого припуска; большие габаритные размеры и сложная схема55переналадкидеформирующегоустройства;сложностивобеспечениипостоянной силы деформирования и автоматизации процесса обработки;быстрый износ рабочих органов устройства; низкая точность контроляобкатывающейсилы,икакследствие–неравномерностьсозданиядеформирующей зоны.При проектировании устройства для ПЛПД была предусмотрена такаякинематика его работы, которая не ограничивает технологические возможностиметаллорежущего оборудования [77, 82, 83, 84].Основными критериями для выбора аналогового устройства упругоготипа установки являлись оптимальная величина погрешности установки иобеспечение постоянства величины деформации поверхности [84].Устройство для создания ПЛПД (Рисунок 2.7) представляет собой особуюконструкцию, содержащую в себе упруго-механические силовые элементы сгидравлической системой передачи усилия, так как такая конструкцияинструмента позволяет обеспечивать постоянство нормального усилия приобработке [51, 52].

С обратной стороны корпуса 16 относительно плунжера 3посредством ввинчивания в резьбовое отверстие корпуса установочной гайки 9устанавливается поршень 7.В качестве силового механизма, создающего деформационное усилие вданном устройстве применена тарированная винтовая проволочная пружина 8,установленная на регулировочный винт плунжера 7 и поджатая установочнойгайкой 9.В полости корпуса 16 находится основной плунжер 3, ограничениеперемещения которого контролируется стопорным кольцом 6. На рабочемрезьбовом торце плунжера 3 с помощью штифта 5 зафиксирован подшипниккачения 4, обеспечивающий свободное вращение деформирующего индентора1 в плоскости подачи.