CC BY
21
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АДРЕСНОЙ ППД
ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ Лебедев В.А., профессор, к.т.н., профессор, Лисицкий Л.О., аспирант, инженер Донской государственный технический университет
В последние время широкое распространение получили динамические методы отделочно-упрочняющей обработки ППД и среди них виброударная обработки ШСУ и ее разновидности. Исследованиями и опытом промышленного применения доказана высокая эффективность виброударной обработки. Однако, не смотря на достигнутые успехи в развитии и отмеченные технико-экономические преимущества ВиУО многоконтактным виброударным инструментом, именуемый в дальнейшем шарико-стержневой упрочнитель (ШСУ), резервы дальнейшего повышения её эффективности не исчерпаны. Среди задач, требующих своего решения, следует отметить необходимость обработки деталей адресной обработки (в локальных местах), сокращения цикла обработки путем повышения интенсивности, более эффективное использование подводимой энергии ударных импульсов, установление новых закономерностей.
Ключевые слова: виброволновые технологии, адресная обработка, локальная обработка, шарико-стержневой упрочнитель.
Шарико-стержневой упрочнитель (ШСУ) - многоконтактный виброударный инструмент для обработки поверхностей деталей методом поверхностно пластического деформирования был создан в 1986 году. В основу создания инструмента легла попытка объединить технологические возможности вибрационной обработки (гибкость обрабатывающей среды) и достоинства простой чеканки (характеризуемые высокой интенсивностью воздействия). Произведена модернизация конструкции ШСУ, для обеспечения высокой производительности инструмента, модернизирована конструкция и введено несколько дополнительных деталей.
Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, снабженного верхним зажимным элементом 8 и поршнем 7, нижнего зажимного элемента 2, цилиндрических стержней 5, упаковка которых представляет собой плотный пучок, распределительного элемента 6 в виде слоя стальных шаров, пружин 4, упирающихся в переходной сепаратор 3, служащий для соединения устройства с источником удара, причем распределительный элемент 6 расположен между поршнем 7 и торцом пучка цилиндрических стержней 5. (см. рисунок 1).
Рис.1 - Схема модернизации конструкции шарико - стержневого упрочнителя (ШСУ): 1 - корпус; 2 - зажимной элемент; 3 - переходной сепаратор; 4 - пружина; 5 - цилиндрический стержень;
6 - распределительный элемент; 7 - поршень; 8 - зажимной элемент
Рис.2 - Схема обработки шарико -стержневым упрочнителем (ШСУ): 1 - поверхность детали; 2 - зажимной элемент; 3 - переходной сепаратор;
4 - корпус; 5 - пружины; 6 - цилиндрические стержни; 7 - распределительный элемент; 8 - поршень; 9 - зажимной элемент
Устройство подводится к детали, цилиндрические стержни 6 поджимаются к обрабатываемой поверхности 1 различной кривизной с предварительным усилием, определяемым параметрами пружины 5 и типом источника нагружения. При этом каждый из цилиндрических стержней 6 контактирует с участком поверхности детали, а удерживающий сепаратор 3 освобождает стержни 6 и позволяет им свободно перемещаться вдоль оси. После включения источника удара через систему тел: поршень 8, распределительный элемент 7, цилиндрические стержни 6 на поверхность детали 1 передаются ударные импульсы, требуемой частоты. Схема и частота (на-
гружения удара, давления) определяется типом источника энергетического воздействия (удара, давления). Стержни 6, постоянно контактирующие с обрабатываемой поверхностью детали различной кривизны, наносят многократные равномерные силовые воздействия (статические, динамические, комбинированные), упрочняют поверхность и поверхностный слой детали и изменяют ее шероховатость, микротвердость, остаточные напряжения (см. рисунок 2).
В практической реализации приведённой выше методики рассмотрим процесс проектирования рациональной технологии упрочняющей обработки нижнего звена шлицевого шарнира основной (передней) стойки шасси транспортного самолёта.
По своему служебному назначению нижнее звено шлиц - шарнира обеспечивает совместно с верхним звеном возвратно поступательное движение поршня амортизатора (при посадке летательного аппарата) и препятствует повороту поршня вокруг его продольной оси (см. рисунок 3).
/7 0.016
Рис.3 - Положение нижнего звена шлиц-шарнира в конструкции шасси самолёта (П1 - нижнее звено шлиц - шарнира, П2, П3 - ушко крепления нижнего звена к поршню амортизатора).
Анализ напряжённого состояния детали проведённого с помощью модуля APM Structure 3D системы APM WinMachine показал, что максимальные номинальные напряжения, действующие в наиболее опасных участках
детали при приложении рабочих нагрузок, составляют для П1 и П2 - 614,5 МПа, а для П3 - 538,5 МПа. Выбор методов ППД для реализации адресного последовательного упрочнения проведём с использованием динамических методов с полужёсткой связью и соударением частиц рабочей среды, методом упрочнения обработка многоконтактным виброударным инструментом, именуемый в дальнейшем шарико-стержневой упрочнитель (ШСУ)
Таблица 1 - Результаты подбора параметров инструмента и режимов обработки для упрочнения многоконтактным виброударным инструментом _(МКВиУО) элементных поверхностей упрочнения П1, П2, П3._
Элементные поверхности упрочнения Тип инструмента и его основные размеры Режимы упрочнения Технологические показатели качества ПС Коэффициент упрочнения ку
Шарико-
стержневой
упрочнитель
ЕЭПУ (ШСУ), двух-ствольнй угол 90°, квадратная упаковка Ин=0,8мм аост=-412МПа
инденторов, Еед=2,5Дж ка=1,26 1,402
12х12мм V =42Гц АН=1,14
КСТ=16, 1=4,8 мин к=2,23
Б=3мм, Х=1,53
ЯСТ=8мм, Б=10мм
ЬСТ=30мм,
псл=2,
ёш=2мм
ШСУ, одно-
ствольный,
квадратная
П1 упаковка ин-денторов, 12 х12 Кст=16, Б=3мм, Еед=2,5Дж V =42Гц 1=4 мин Бср=6мм/ми н Ин=0,65 аост=-330МПа ка=1,22 АН=1,04 к=2,23 1,23
ЯСТ=8мм, Х=1,53
ЬСТ=30мм, Б=25мм
Псл=2,
ёш=2мм
Продолжение табл.1
Элементные поверхности упрочнения Тип инструмента и его основные размеры Режимы упрочнения Технологические показатели качества ПС Коэффициент упрочнения ку
П2, П3 ШСУ, одноствольный, квадратная упаковка ин-денторов, 12х12 Кст=16, Б=3мм, ЯСТ=8мм, ЬСТ=30мм, Псл=2, ёш=2мм Еед=2,5Дж V =42Гц 1=2,4 мин Ин=0,8мм сост=-414МПа ка=1,31 АН=1,14 к=2,23 Х=1,53 Б=10мм 1,402
Примечание: В- диаметр несущей части индентора, ЯСТ-радиус заточки индентора, ЬсТ-длина индентора, ИСТ -количество инденторов в многоин-денторной системе (МИС), псл-количество слоёв шариков, dш-диаметр шариков, у-частота колебаний МИС, Бср - минутная подача, Еимп - энергия ударного импульса, 1-время упрочнения; Нн_глубина упрочнения, сост-поверхностные остаточные напряжения, ка-коэффициент предельной амплитуды напряжений, АН-приращение микротвёрдости, к- коэффициент, учитывающий отношение глубины залегания остаточных напряжений к глубине наклёпа, £ - расстояние между точками поперечного сечения, в которых действует максимальный градиент напряжений, х-параметр преобразования.
Для упрочнения элементных поверхностей принимаем «одноствольный» ШСУ. Результаты расчётов подбора размеров инструментов и режимов обработки (см. таблицу 1) которые показывают, что предварительно выбранные методы ППД обеспечивают требуемый эффект упрочнения. Полученные режимы в дальнейшим округлим в большую сторону в соответствии с паспортными данными выбираемого оборудования. На рис.3 представлена карта распределения эквивалентных напряжений звена шлиц-шарнира после упрочнения, показывающая на сколько уменьшилась величина напряжений в участках поверхности детали П1, П2 и П3 по сравнению с исходными значения.
Список литературы
1. Бабичев А. П. Основы вибрационной технологии. 2-е изд., перераб. и доп. / А.П. Бабичев, И.А. Бабичев. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2008. - С. 693.
2. Бабичев А. П. Отделочно-упрочняющая обработка деталей многоконтактным виброударным инструментов / А. П. Бабичев, П. Д. Мотренко и др. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2003. - 191 с.
3. Бабичев А. П. Применение вибрационных технологий для повышения качества поверхности и эксплуатационных свойств деталей // А. П. Бабичев, П. Д. Мотренко и др. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2006. - 215 с.
Lebedev V. A., Professor, Ph. D., Professor, Lisitsky L. O., post-graduate student, engineer Don state technical University
THE EFFECTIVENESS OF TARGETED PPAS SURFACES TO ENHANCE THE PERFORMANCE PROPERTIES OF THE PARTS
In recent years, widespread dynamic methods of finishing and hardening treatment of PPD and among them vibro-shock treatment of shsu and its varieties. Research and experience of industrial application proved the high efficiency of vibration shock treatment. However, despite the progress made in the development and the noted technical and economic advantages of Viuo multi-contact vibro-impact tool, hereinafter referred to as the ball-rod hardener (shsu), reserves for further improvement of its efficiency is not exhausted. Among the tasks that need to be solved, it should be noted the need to process the details of address processing (in local places), reduce the processing cycle by increasing the intensity, more efficient use of the input energy of shock pulses, the establishment of new laws. Keywords: webrevolve technology, address processing, local processing, the ball-rod strengthener.
