CC BY
58
ОБЗОР РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Лукьянов Алексей Александрович
магистрант, Тольяттинский государственный университет, РФ, г. Тольятти
E-mail: a. lukyanov@tehnomasch.ru Бобровский Игорь Николаевич канд. техн. наук, начальник лаборатории, Тольяттинский государственный
университет, РФ, г. Тольятти E-mail: bobri@yandex. ru Севостьянов Алексей Сергеевич магистрант, Тольяттинский государственный университет, РФ, г. Тольятти
E-mail: sevalexey@yandex. ru
REVIEW OF SURFACE PLASTIC DEFORMATION PROCESSING MODES
OF METALS
Aleksey Lukyanov
undergraduate student, Togliatty State University, Russia, Togliatti
Bobrovskij Igor
Ph.D., chief of laboratory, Togliatty State University, Russia, Togliatti
Sevostyanov Aleksey
undergraduate student, Togliatty State University, Russia, Togliatti
Проведение научно-исследовательской работы осуществляется при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-6076.2013.8.
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрен зарубежный опыт применения технологии обработки поверхностно-пластическим деформированием. Рассмотрены оптимальные режимы обработки. Приведены рекомендации по обработке деталей методами выглаживания и обкатывания.
ABSTRACT
In this paper, the foreign experience of application of surface plastic deformation processing technology is considered. The optimal processing modes are considered. The recommended processing modes for treatment of parts by surface plastic deformation and ball burnishing methods are given.
Ключевые слова: оптимальный режим обработки; выглаживание; шероховатость; упрочнение.
Keywords: optimal processing mode; burnishing; roughness; hardening.
Качество поверхности является важным фактором, который влияет на сборку, и в целом работу механизма, эстетические показатели механизма и материала. Наиболее важным фактором, влияющим на качество поверхности, является шероховатость [1]. В машиностроении используются различные методы обработки для снижения шероховатости поверхности, такие как: шлифование, хонингование, супер-финиширование и другие методы отделки направленные на снижения шероховатости поверхности [2]. Целью данной статьи является обзор зарубежного опыта применения технологии обработки поверхностно-пластическим деформированием (ППД) для обработки различных сплавов.
Методы ППД имеют сильное влияние на шероховатость поверхности. ППД — это метод холодной обработки, при котором поверхностные неровности уменьшаются под действием силы за пределами текучести материала.
В своей работе автор В.А. Говтхам рассматривает обработку ППД легированной стали En-9 (сталь 55) [4].
На практике были установлены корреляции между следующими параметрами: шероховатость поверхности, микротвердость поверхности, частота вращения заготовки, время обработки и сила прижатия инструмента.
Так, при силе обработки в 300 Н при увеличении времени обработки с 2 до 4 минут шероховатость поверхности увеличивается, тогда как твердость уменьшается. Однако при времени обработки равном 2 минуты при возрастании силы от 300 Н до 400 Н шероховатость и твердость поверхности увеличиваются.
Автором был экспериментально определен оптимальный режим обработки стали En9: частота вращения заготовки: 500 об/мин; силы выглаживания 300 Н;
время обработки 3 мин. При этом шероховатость обработанной поверхности составляет 1,718 мкм, твердость 264,3
Авторы П.С. Камбл, В.С. Ядхав рассматривают обработку обкатыванием легированной стали En-8 [6].
Экспериментально было установлены следующие зависимости:
• При увеличении количества проходов увеличивается микротвердость, но ухудшается шероховатость;
• Максимальная твердость достигается при подаче в 0,04 мм/об;
• Твердость увеличивается с увеличением частоты вращения. Максимальная твердость достигается при частоте вращения 1125 об/мин;
• Твердость уменьшается с увеличением числа проходов. Максимальная твердость достигается при одном проходе.
Следовательно, оптимальный режим обработки ППД стали En9: частота вращения: 1125 об/мин; сила выглаживания 350 Н; время обработки: 2 мин; подача 0,04 мм/об.
При этом режиме шероховатость поверхности составляет Ra0,13 мкм, твердость увеличивается с 337 до 528 Иу.
Автор Кхалид С.Ф. исследовал влияние роликового обкатывания на механические свойства и качество поверхности легированной стали [7]. Результаты экспериментов показали, что напряжение материала было увеличено примерно на 150 МПа. Также роликовое выглаживание имеет положительное влияние на шероховатость поверхности легированной стали.
Авторами А.П. Гходаке, Р.Д. Ракхаде, А.С. Махешвари [3] выполнены исследования по обработке алюминия АД33 методом обкатывания.
На основе их работы сделан вывод, что оптимальные параметры обработки алюминия АД33: частота вращения 250—420 об/мин для ширины ролика 1 мм.
Сила выглаживания свыше 220 Н способна уменьшить шероховатость поверхности на 35 %. Ниже этого значения шероховатость не улучшается пластически. Частота вращения 110 об/мин дает самый высокий результат
увеличения твердости поверхности до 30 %. Однако увеличение силы выглаживания имеет негативное влияние на износостойкость алюминия.
Обкатывание титана Ti-6Al-4V и стали 316L (03Х16Н15М3) рассмотрено в работе авторов U.D. Gulhane1, S.B. Mishra, P.K. Mishra [5].
Материал Ti-6Al-4V: получена шероховатость Ra0,24 мкм с режимами выглаживания: Частота вращения 900 об/мин, Сила давления 1,9 МПа, диаметр шарика 12 мм, количество проходов — 2.
Материал 316L: получена шероховатость Ra0,25 мкм с режимами выглаживания: Частота вращения 900 об/мин, Сила давления 1,9 МПа, диаметр шарика 8мм, количество проходов — 2.
Шероховатость поверхности была значительно снижена, однако после обработки методом ППД титана обнаружены острые кромки, оставшиеся после лезвийной обработки. Это обуславливается высокой твердостью вкраплений в материал.
Авторы Томасз Д., Крзыстоф Д. [8] исследовали влияние параметров обкатывания на твердость нержавеющей стали X5CrNiMo17-12-2.
По результатам исследований можно сделать вывод, что твердость поверхностного слоя увеличивается с каждым проходом инструмента, хотя наибольшее увеличение твердости происходит после первого прохода. Начальная твердость материала составляла 240 HV а максимальная твердость была получена после третьего прохода роликом с радиусом при вершине 3 мм и составила 337 HV. Увеличение твердости составило 42,2 %. Наиболее эффективное упрочнение происходит у ролика с радиусом при вершине 3 мм. Это обуславливается тем, что у такого ролика наименьшая площадь контакта с поверхностью материала, следовательно, наибольшая сила давления на материал.
После анализа всех вышеперечисленных источников, полученные результаты были обобщены в таблицу оптимальных режимов обработки методами ППД (табл. 1).
На основании рассмотренных исследований можно оценить изменения в поверхностном слое в процессе выглаживания наружных цилиндрических поверхностей. Таким образом, для наилучшего эффекта упрочнения следует использовать низкую частоту вращения заготовки и радиус скругления при вершине инструмента не более 3 мм.
Таблица 1.
Свойства детали после обработки методами ППД и оптимальные режимы
обработки
Материал Предел прочности при растяжении (МПа) Предел текучести (МПа) Твердость HB Вид обработки Шероховатость Ra (мкм) Прирост твердости (%) Частота вращения заготовки (об/мин) Сила (Н) х и ч о б а во а et > о о ов х 1 С. ч а 2 s
Сталь 55 570 315 167 Выглаживание 1,718 54 500 300 2
Легированная сталь En8 380 245 270 Обкатывание 0,13 57 1125 350 1
Алюминий АД33 140 80 80 Обкатывание 0,3 30 400 220 1
Титан Ti-6Al-4V 835 380 310 Обкатывание 0,24 17 900 420 2
Сталь 316 L 500 380 179 Обкатывание 0,25 37 900 380 2
Сталь X5CrNiMo 650 430 223 Обкатывание 0,34 42 560 330 3
Список литературы:
1. Бобровский И.Н., Мельников П.А., Бобровский Н.М., Лукьянов А. А., Ежелев А.В. Технологическое обеспечение трибологических свойств сальниковых шеек деталей машин // Известия Самарского научного центра Российской Академии Наук. — 2012. — Т. 14, — № 1(2). — C. 340—343. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.ssc.smr.ru/media/journals/izvestia/2012/2012_1_340_343.pdf (дата обращения: 25.08.2014).
2. Ежелев А.В., Бобровский И.Н., Лукьянов А.А. Анализ способов обработки поверхностно-пластическим деформированием // Фундаментальные исследования. — 2012. — № 6 (часть 3). — C. 642—646. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/download/99416024.pdf (дата обращения: 25.08.2014).
3. Ghodake A.P. Effect of burnishing process on behavior of engineering materials / A.P. Ghodake, R.D. Rakhade, A.S. Maheshwari // Nasik. India. 2013. — 20 p.
4. Gowtham V.A. Burnishing process on the crank-shaftmaterial using design of experiments / V.A. Gowtham, V.S. Kumar // Chennai. 2010. — 48 p.
5. Gulhanel U.D. Enhancement of surface roughness of 316L stainless steel and Ti-6Al-4V using low plasticity burnishing / U.D. Gulhane1, S.B. Mishra, P.K. Mishra // Allahabad. India. 2011. — 30 p.
6. Kamble P.S. Experimental study of Roller burnishing process on plain carrier of planetary type gear box / P.S. Kamble1, V.S. Jadhav // Maharashtra. India. 2012. — 52 p.
7. Khalid S.F. Effect of roller burnishing on the mechanical behavior and surface quality of O1 alloy steel / S.F. Khalid // Tafila. India. 2011. — 65 p.
8. Tomasz D.Y. The influence of the burnishing on technological quality of elements of part shipping machines / D.Y. Tomasz, D.V. Krzysztof // Gdynia. Poland. 2010. — 95 p.
