CC BY
8
Потеряев Илья Константинович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)
CHANGE OF WEAR RESISTANCE OF STEEL 45 AT THE MAGNETRON SPUTTERING OF CU-
BASED THIN ANTIFRICTION FILMS
S.B. Skobelev, G.G. Buryy, I.K. Poteryaev
In the present work, the effect of a thin-layer antifriction coating based on copper deposited by magnetron sputtering on a sample of steel 45 on the wear resistance during the running-in period in the friction pair "steel 45 - steel ШХ15" is studied. Comparison is made with a sample of steel 45 without applied antifriction coating. Using the Jeol JCM-5700 scanning electron microscope, the elemental composition of the thin-layer coating was studied before and after the period of working-in of samples. The study found that the coated sample, compared with the uncoated sample, has a lower friction moment during the running-in period and a much shorter running-in time, as well as lower mass wear.
Key words: magnetron sputtering, wear resistance, thin-layer copper-based coating, friction torque, friction pair, phenomenon of selective transfer.
Skobelew Stanislav Borisovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Buryy Gregory Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway University,
Poteryaev Ilya Konstantinovich, candidate of technical sciences, docent, docent, [email protected], Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway University
УДК 621.9.022.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-412-416
АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИЙ ДЕТАЛЕЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЕЙ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ
М.Н. Богомолов
Отмечен факт снижения виброустойчивости процесса фрезерования оболочковых конструкций из высокопрочных материалов, вследствие их недостаточной жесткости. Для моделирования деформации тонкостенной втулки был поставлен специальный эксперимент на упрощенной модели оправки, состоящей из стальной втулки уменьшенного диаметра и толщины, в которую вставлены резиновые шайбы. Внутри втулки на комплект резиновых шайб воздействуют два пуансона: подвижный и неподвижный. Показано, что значительное превышение натяга может вызвать дополнительные погрешности в осевом сечении обрабатываемой втулки.
Ключевые слова: нежесткая заготовка, виброустойчивость, шероховатость поверхности.
Согласно классификации Б.С. Балакшина [1], все возникающие погрешности делятся на зависящие от процесса резания и независящие. В свою очередь, погрешности подразделяют на систематические и случайные. Систематические погрешности по величине больше случайных и определяют точность обрабатываемой детали. Основными причинами систематических погрешностей обработки являются: неточность станка (например, непрямолинейность направляющих станины и суппортов, непараллельность или неперпендикулярность направляющих оси шпинделя, неточность изготовления шпинделя и его опор и т. д.); деформация сборочных единиц (узлов) и деталей станка под действием сил резания и нагрева в процессе работы; неточность изготовления режущих инструментов, приспособлений и их износ; деформация инструментов
и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки; погрешности установки и базирования заготовки на станке; деформация обрабатываемой заготовки под действием сил резания и зажима, а также благодаря нагреву в процессе обработки; погрешности, возникающие при установке инструментов и их настройке на размер; погрешности в процессе измерения, вызываемые неточностью измерительных инструментов и приборов, их износом и деформациями. К случайным относятся погрешности, возникающие вследствие случайных упругих деформаций заготовки, станка, приспособления и режущего инструмента (например, из-за неоднородности обрабатываемого материала).
Если рассмотреть с этих позиций процесс концевого фрезерования маложестких деталей, то определяющее влияние на точность обработки оказывают деформации детали от сил резания и закрепления, которые могут превысить допуск на размер при сравнительно небольших значениях величин этих сил. Процесс фрезерования относится к методам, связанным с удалением металла резанием. Соответственно при этом формируется новый поверхностный слой с остаточными напряжениями, при этом нарушаются условия равновесия остаточных напряжений. Маложесткая деталь стремится принять новое равновесное состояние, в результате происходят упругая деформация и перераспределение остаточных напряжений [2].
Систематические погрешности, обусловленные неточностью и деформациями узлов станка и приспособления, могут быть учтены настройкой станка и соответствующей коррекцией управляющей программы. Рассмотрим влияние деформаций детали, зависящих от процесса резания на точность обработки.
Малая жесткость деталей делает обязательным учет деформаций от сил закрепления детали в приспособлении, так как деформации, возникающие при зажиме детали, переносятся на получаемые размеры.
Анализируемая деталь (рис. 1) представляет собой тонкостенный цилиндр с толщиной стенки 2,5 мм. На верхней поверхности находятся две ступени 1, в которых необходимо сделать 8 лысок 2 с радиусом Лшах 20-1. При этом к поверхности 2 требования шероховатости Ra 6,3 и отклонение от цилиндричности 0,1 мм.
/у о.1
Рис. 1. Анализируемая деталь
С целью повышения виброустойчивости процесса фрезерования фасонных впадин на втулке была разработана оправка для закрепления тонкостенных цилиндрических заготовок [3, 4]. Деформации тонкостенной втулки моделировались на втулке в масштабе 1:5 (рис. 2).
38
-----
Рис. 2. Стальная втулка
Внутрь втулки вставили 3 вкладыша из резины 1Н-1ТМКЩ-С-10 ГОСТ 7338-90. На вкладыши воздействовали пуансоном 1, с центровым отверстием, на который воздействовали подвижной пинолью с центром, и пуансоном 2, неподвижно закрепленным в патроне станка (рис. 3 и 4).
При сдавливании резиновых вкладышей задним центром, проводился замер внешнего диаметра стальной втулки в 6 разных точках. Результаты эксперимента заносились в таблицу и отражены на рис. 5.
□ Торец1 ■ Середина □ Торец2
1 ]
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 5. Диаграмма деформации стальной втулки
Результаты эксперимента
№ опыта Перемещение в мм. Замеры в горизонтальной плоскости в мм Замеры в вертикальной плоскости в мм
Торец 1 Середина Торец 2 Торец 1 Середина Торец 2
0 21,84 21,85 21,84 21,84 21,82 21,83
1 1 22,00 22,20 21,90 22,00 22,16 21,95
2 2 22,15 22,55 22,01 22,10 22,48 22,00
3 3 22,21 22,95 22,2 22,17 23,02 22,15
4 4 22,15 23,38 22,17 22,14 23,35 22,08
5 5 22,08 24,02 22,09 22,11 23,90 22,06
6 6 22,20 24,3 22,14 22,21 24,35 22,10
7 7 22,21 24,80 22,14 32,21 24,80 22,13
При анализе таблицы и диаграммы, можно сделать вывод, что центральная часть втулки наиболее подвержена деформациям и имеет малую жесткость. Такие же выводы и данные были получены при теоретических исследованиях с помощью метода конечных элементов [5, 6] (рис. 6).
Рис. 6. Эпюра распределения напряжений
Заключение. Результаты исследования показывают, что под воздействием избыточного давления упругого резинового наполнителя виброгасящей втулки наблюдаются деформации заготовки: одинаковые по краям и увеличивающиеся к середине.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научно-исследовательского проекта «Аспиранты» №20-38-90248-РФФИ.
Список литературы
1. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969.
556 с.
2. Технологические основы методов снижения остаточных деформаций и обеспечения качества обработки высоконагруженных деталей энергомашин: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / Овсеенко А. Н. М.: МВТУ им. Баумана, 1986. 32 с.
3. Ямников А.С., Богомолов М.Н. Центрирующая оправка повышенной виброустойчивости для фрезерования тонкостенных втулок // Черные металлы. 2019. №5. С. 52-57.
4. Богомолов М.Н., Чуприков А.О., Ямников А.С. Оправка для закрепления тонкостенных цилиндрических заготовок // Патент России № 2688019, B23B31/40. Опубл. 17 мая 2019. Бюл. №14.
5. Богомолов М.Н. Моделирование динамики фрезерования сложнопрофильных деталей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 5. С. 371-376.
6. Киселев И.А. Моделирование динамики процесса фрезерования тонкостенных слож-нопрофильных деталей. Диссертация кандидата технических наук. М., 2013. 243 с.
Богомолов Максим Николаевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула Тульского государственного университета
ANALYSIS OF PARTS DEFORMATIONS DUE TO MANUFACTURING TECHNOLOGY
M.N. Bogomolov
The fact of a decrease in the vibration resistance of the process of milling shell structures made of high-strength materials, due to their insufficient rigidity, is noted. To simulate the deformation of a thin-walled sleeve, a special experiment was carried out on a simplified model of the mandrel, consisting of a steel sleeve of reduced diameter and thickness, into which rubber washers are inserted. Inside the sleeve, two punches act on the set of rubber washers: a movable and a fixed one. It is shown that a significant excess of the tightness can cause additional errors in the axial section of the sleeve being processed.
Key words: non-rigid workpiece, vibration resistance, surface roughness.
Bogomolov Maxim Nikolaevich, postgraduate, bogomolovmn@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
