CC BY
17ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
материала, так как абэазивные зерна в этом случае практически не совершают процесс резания, а осуществляют пластическую деформацию обрабатываемого материала. В некоторых работах процесс по эффекту упрочнения сопоставляют с ультразвуковой упрочняющей обработкой, так как шлифование является единственным видом механической обработки, которому присуще самовозбуждение ультразвуковых вибраций [5,6]. В связи с этим при реализации процесса выхаживания непосредственно после поверхностной закалки следует ожидать дополнительного эффекта в упрочнении поверхностного слоя, а, следовательно, и изменения характера распределения остаточных напряжений по глубине материала.
Так при обработке стали -45 по предлагаемой комбинированной схеме поверхностная закалка ВЭН ТВЧ осуществлялась при режимах: удельная мощность нагрева 2,4-10® Вт/м2, скоростэ перемещения источника 50 мм/с, размер источника 2,4 мм. В результате была пэлучена глубина упрочнения 0,8 мм с твердостью на поверхности Н20 = 10100 МПа. Последующий переход - выхаживание осуществлялся кругом ЭБ25СМ2К6 при скорости круга Ук = 30 м/с и скорости детали Уд = 40 м/мин, в течение 20 с, при этом поверхностная твердость материала повысилась до значения Н20 = 11200 МПа. Естественно, что повышение твердости носит локальный характер и распространяется на глубину лишь нескольких сотых миллиметров, однако это приводит к изменению характера распределения остаточных напряжений (см. рисунок).
При этом данное изменение состояния поверхностного слоя даже на незначительную глубину должно отразиться и на эксплуатационных свойствах данного изделия. Так, по данным работы [7] процесс выхаживания де~алей из стали ШХ 15, закаленных на твердость НРС 61,5 ..62, в течение 20 с повышает контактную усталостную прочность этих деталей на 21 %.
Подводя итог, можно сделать вывод, что предлагаемая комбинированная обработка позволяет не только повысить производительность обработки и снизить энергозатраты на финишной стадии технологического процесса, но и повысить качество поверхностного слоя за счет получения суммарного эффекта двойного упрочнения: закалка ВЭН ТВЧ и выхаживание.
300 100 •100 -зоо -600
-ООО -1100 -1 зоо
0 0.2 0.4 О в О.Я 1 h. MU
Рис. Распределение остаточных напряжений по глубине материала: 1 - после закалки ВЭН ТВЧ; 2 - после выхаживания в течении 20 с.
Список литературы
1. Самотугин С.С., Нестеров О.Ю., Мазур В.А. и др. Поверхностное упрочнение инструментальных сталей и сплавов при нагреве высококонцентрированной плазменной струей // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2005. - №3. - С. 23 - 28.
2. Иванцивский В.В., Чесов Ю.С., Птицын C.B. Технология, оборудование и инструмент для финишных операций // Обработка металлов. - 2001. - № 1 (12). - С.52 - 54.
3. Иванцивский В.В., Рахимянов Х.М. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин при интеграции поверхностной термической и финишной механической обработки // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2005. - №6. - С. 43 - 46.
4. Ящерицын П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск: Беларусь, 1966. - 384 с.
5. Ящерицын П.И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифованных деталей. Минск: Наука и техника, 1971. -212 с.
6. Маталин A.A. Повышение долговечности деталей в процессе их механической обработки // Технологические методы повышения точности, надежности и долговечности в машиностроении// Сб. науч. тр. - Одесса: НТОмашп-ром, 1966. - С. 34-54.
7. Хотеева Р.Д. Промышленность Белоруссии, № 7,1967.
Обработка отверстий в деталях из алюминиевого сплава поверхностно-пластическим деформированием
В. Н. БЕЛЯЕВ, аспирант,
A.M. ФИРСОВ, доцент, кант. техн. наук, АлтГТУ им. И.И. Ползуноеа, а Бийск
В настоящее время общепризнанным является факт влияния качества поверхностного слоя деталей (шероховатость, волнистость, микротвёрдость, остаточные напряжения) на их долговечность. Существенного повышения качества поверхностного слоя деталей можно достичь, применяя упрочняющие методы обработки. Среди этих методов широкое распространение в промышленности получили методы поверхностного пластического деформирования (ППД). Методы ППД позволяют при сравнительно низких производственных затратах в несколько раз повысить сопротивление усталости, контактную жёсткость, износостойкость деталей и увеличить тем самым ресурс работы машины [1]. Всё это позволяет использовать ППД
на всех машиностроительных предприятиях.
Анализ способов обработки деталей ППД показал, уже в настоящее время практически все детали машин могут обрабатываться ППД в целях отделки и упрочнения |2].
Одним из наиболее эффектизных способов повышения производительности труда при обработке деталей, сокращения цикла обработки и улучшения качества поверхностного сгоя является совмещение обработки резанием с методами ППД.
В настоящее время основным из направлений развития и совершенствования методов получения качественной поверхности деталей является совмещение различных методов в одном цикле, включая методы ППД, а также мето-
технология
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ды резания и другие методы упрочнения (термохимическое, покрытия, химикотермическое и др.). Иллюстрацией этих направлений являются: накатывание+алмазное выглаживание; методы ППД+ покрытия + методы ППД; совмещённое точение и накатьвание (обкатывание, раскатывание); вибровыглаживание+хонингование и др.[3].
Наиболее экономичным с точки зрения затрат на подготовку инструмента и доо умным из перечисленных выше направлений является комбинированная обработка деталей резанием и ППД.
Существующие конструкции комбинированных инструментов резанием и ППД предусматривают, в основном, обработку наружных поверхностей тел вращения (валов, осей), причём особое внимание уделяется обработке стальных изделий. По обработке внутренних поверхностей отверстий в литературе приведены либо схемы инструмента, либо конструкции инструмента предусматривающего обработку резанием, ППД и ещё с одним видом мех. ибрабслки, например, хонингования. Последнее приводит к удорожанию детали, трудности подбора режимов обработки, к использованию спец. оборудования, затруднительной обработке глухих отверстий.
Та те недостаточно публикаций о ППД деталей из алюминиевых сплавов, что, вероятно, связано с особенностью их обработки. Алюминиевые сплавы характеризуются относительно повышенной вязкостью. Их обработка методом ППД, особенно литейных, согровождается образованием наростов как на инструменте, так и на ибраба1ываемой поверхности из-за сил поверхностного взаимодействия. При этом сграниченность попадания смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону обработки в существующих методах раскатывания не позволяет максимально уменьшить трение при взаимодействии поверхностей деформирующего элемента (ДЭ) и детали.
В машиностроении широкое распространение получили детали из алюминиевых сплавов, к отверстиям которых предъявляются повышенные требования, например, по шероховатости. Так, бензопильный цилиндр имеет отверстие, к поверхности которого предъявляется требование по шероховатости не более 1,25 (ГОСТ 2789-73). Это требование достаточно трудно обеспечить без применения дополнительных операций (дозодки, чернового хонингования и др.).
На кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» Бийсксго технологического института спроектирован комбинированный инструмент для обработки отверстий резанием и ППД, проводимой последовательно или одновременно (рис. 1). Одним из важных достоинств данного инструмента является возможность обработки глухих отверстий за счёт расположения режущего и деформирующего элементов противоположно. При чём расположение ДЭ может изменяться в зависимости от вида отверстия.
Рис. 1. Общий вид инструмента
При одновременном проведении операции сменные державки 1 (рис. 2) позволяют изменять размер L, тем самым обрабатывать цилиндрические отверстия разного диаметра одним инструментом, повышая его универсальность. Использование программного обеспечения Autodesk Inventor позволяет быстро получать чертежи державок с нужным размером.
/
настроенного на размер I
В этом инструменте ДЭ располагаемся на гидростатической подушке. Жидкость от гидростанции подаётся через осевой канал 2 в державке (рис. 3). Гидростатическая подушка обеспечивает постоянство давления, максимально эффективную смазку в зоне ППД, вращение шара и, как следствие, равномерный износ, уменьшение износа шара, тем самым повышая срок его службы. Усилие деформирования можно менять путём изменения давления в системе.
Проведено исследование по выявлению влияния режимов обработки (давление на ДЭ, рабочая подача обработки, скорость обработки) и начальной шероховатости на шероховатость получаемой поверхности.
Исследования проводились на токарном станке модели 16К20ФЗ. Материал заготовки - литейный алюминиевый сплав АК-12. Обрабатывалось отверстие D = 55 мм. ДЭ выполнен в виде шара D = 12 мм из стали ШХ-15 HRCa 60...65, в качестве режущего элемента использовалась трёхгранная пластина из твёрдого сплава марки ВК 3.
На рис. 5,6 приведены некоторые результаты исследования шероховатости обработанной поверхности от условий обработки (подача инструмента, начальная шероховатость поверхности). Полученные данные показывают, что минимальная шероховатость обеспечивается при малых подачах. При увеличении подачи происходит возрастание скорости деформирования материала и, как следствие, ухудшение шероховатости из-за перенаклёпа, что приводит к отслоению части обрабатываемого металла.
Результаты обработки экспериментальных данных с помощью методов математической статистики и программного обеспечения Maple позволили получить уравнение конечной шероховатости в зависимости от давления на ДЭ (Р = 0,8...3 МПа), рабочей подачи обработки
(Продолжение на 22 стр.)
СТАНКИ ПРИБОРЫ ИНСТРУМЕНТ МЕТАЛЛООБРАБОТКА СВАРКА
2006
г-я международная выставка технологий, оборудования, материалов и средств защиты для машиностроения, металлообрабатывающей промышленности, литейного и сварочного производства
Пермь, 4-7 апреля, 2006
ПЕРМСКАЯ
ВЫСТАВОЧНЫЙ ЦЕНТР i
Россия, 614077, Пермь, бульвар Гагарина, 65, ЯРМАРКА телефон: (342) 262-58-21, центр _ факс: 262-58-21,
E-mail: [email protected], www.fair.perm.ru
INDUSTRIAL TECHNOLOGIES EXHIBITIONS
3-я Международная выставка и конференция
ПОКРЫТИЯ И ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ
Тол (812) 380 60 17/00 Факс: (812) 380 60 01 E-mail: coatinggprimexpo.ru Web. www.primexpo.ru
Новосибирская научно-производственная
МАМ.;ГП^гппиглп ^ 000 «СТАНКИ РТМ»
МАШСЕРВПСПРПБОР
630087, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 30, оф. 309 тел.: (383) 346-37-79; т./ф.: 212-03-13; факс: 346-39-81. е-таН:т5р@сИри.ги, www.chpu.ru
Комплект: ИТО лШапам;«
Модернизация станков с ЧПУ, систем ЧПУ, электроприводов.
- полезный инструмент для машиностроителей
^щнкост^оении и инструментальном и ' !;JJo5icпeчeнии!
вззншаайЯ
автоматизированном
и о многом ДРУГОМ..
ы
Подписка через! «Издательство «ИТО»?
по тел./факс?«?
Подписка] через агентства
[¿РОСПЕЧАТЬ» «Пресса России»-
420491
(095) 366-98-(
е-таИ; [email protected] www.ito-news.rul
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
(Э = 0,05.. .0,8 мм/об), скорости обработки (V = 35.. .345 м/мин) и начальной шероховатости поверхности (Язг„= 2,5.. .4,5 мкм) (1):
На --^006- (1)
Для выявления доли влияния каждого из составляющих уравнения (1) построена круговая диаграмма (рис. 7). Диаграмма показывает, что на исследуемом участке наименьшее влияние на получаемую шероховатость поверхности оказывает давление ДЭ, наибольшее - начальная шероховатость поверхности.
(Продолжение, начало на 19 стр.)
I 3.5 Е.а нач., мкм.
Рис. 6. Влияние начальной шероховатости поверхности на конечную шероховатость 1 - 35м/мин, 0,05 мм/об; 2 - 35м/мин, 0,1 мм/об; Р=0,8 МПа
Рис. 7. Круговая диаграмма
Таким образом, полученное уравнение позволяет выявить оптимальные режимы обработки, обеспечивающие нужную шероховатость поверхностного слоя, ужо на этапе разработки операции. Так, для обеспечения требования ГОСТ 2789-73 (Я3<1,25) необходимы: подача в = 0,17 мм/об, скорость V = 345 м/мин и давление Р = 0,8 МПа при начальной шероховатости Явнач= 2 5 (черновое точение), что подтвердилось при обработке бензопильного цилиндэа «Урал» (рис. 8). Использование комбинированного инструмента позволило повысить производительность операции, при этом устранить копирование погрешности устаноза при ППД.
По данному комбинированному инструменту поданы две заявки на патент (приоритетные справки №№ 111021, 111022).
Рис. 8. Экспериментальный цилиндр «Урал»
Список литературы
1.Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 2002. - С.7
2.Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник.- СПб.: Политехника, 1998.-414 е.: ил.
3. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технол. методы упрочнения. В 2 т. Т. 2. — М.: "Л.В.М. — СКРИПТ", "МАШИНОСТРОЕНИЕ", 1995. — 688 е.: ил.
Рис. 4. Схема размещения инструмента на станке 16К20ФЗ: 1- инструмет; 2- планшайба резцедержателя; 3 - манометр измерения давления
На, мкм.
мм/об.
Рис. 5. Влияние рабочей подачи на шероховатость поверхности: 1 - 35м/мин; 2-87 м/мин 3 - 207м/мин; 4-345 м/м^н; Р=0,8 МПа
На, мкм.
