CC BY
9
Лiтература
1. Яцюк А.И. Новый способ механической обработки древесины. - Львов : Изд-во "Вы-ща шк.", 1975. - 216 с.
2. Якимов А.В. Прерывистое шлифование. - Киев-Одесса : Изд-во "Выща шк.", 1986. -
175 с.
3. Петришак 1.В. Обгрунтування конструктивних параметрiв i структури жорстко-пружного абразивного шструмента : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 51.53.2/ НЛТУ Украши. - Львiв, 2007. - 20 с.
4. Грицишин С.И. Разработка абразивного инструмента на эпоксидной связке и исследования процесса калибрования плитных древесных и других материалов : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.06.02/ ЛЛТИ. - Львов, 1982. - 22 с.
5. Заяц И.М. Исследование процесса шлифования древесины хвойных пород абразивными кругами : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. техн. наук: спец. 05.421/ ЛЛТА. - Л., 1970. - 19 с.
6. Бугаенко Я.П. Разработка рецептуры абразивного инструмента и оптимальных режимов шлифования паркетных изделий из древесины : дисс. на соискание учен. степени канд. техн. наук : 05.06.02. - Львов, 1984. - 156 с.
7. Гончар И.Н. Повышение эффективности абразивной обработки материалов скользящей поверхности лыж : дисс. на соискание учен. степени канд. техн. наук: спец. 05.21.05. -Львов, 1988. - 158 с. _
УДК 621.91 Acnip. А. е. РудЬ - НЛТУ Украши, м. Льв^в
ОСОБЛИВОСТ1 ЗМ1ЦНЕННЯ ВИСОКОШВИДК1СНИМ ТЕРТЯМ З ПОПУТНОЮ ПОДАЧЕЮ ЗАГОТ1ВКИ
Дослщжено вплив напрямку обертання та зусилля притискання шструмента-диска на яюсш показники модифшованого шару тсля фрикцшного змщнення. Вста-новлено, що змщнення високошвидюсним тертям володie низкою переваг - характеризуемся винятковою простотою у застосуванш та малою собiвартiстю порiвняно з шшими методами. Технология поверхневого змщнення тертям не вимагае великих катталовкладень та спещально! квалiфiкацii персоналу, що е ютотною перевагою для в^чизняно! промисловосп.
Post-graduateA.E. Rud'-NUFWTof Ukraine, L'viv Features of hardening by a high-speed friction with passing serve of detail
It has been investigated the influence of rotation's direction and efforts of the instrument-disk's pressure on quolitative figures of modificted layer after friction hardening. It is set that strengthening a high-speed friction owns the row of advantages - characterized exceptional simplicity in application and small prime price by comparison to other methods. Technology of the superficial strengthening frictions does not require large capital investments and special qualification of personnel which is substantial advantage for domestic industry.
Розроблення технологш поверхнево! модифжацн деталей машин i ме-хашзм1в - актуальна та визнана тема пошуку науковщв усього свггу. Шд впливом глобального дефщиту легуючих елеменлв та всесвггньо! економiч-но! кризи цей напрямок отримуе ютотну мотивацш. Оскшьки, на думку фа-хiвцiв, об'емне термооброблення себе вичерпало, то було визначено новий технолопчний напрямок - методи керування властивостями поверхш - шже-нерiя поверхш (Surface Engineering).
1 Наук. кер1вник: проф. М. Д. Юрик д.т.н. - НЛТУ Украши, м. Льв1в
Змщнення високошвидюсним тертям, як один з перспективних мето-дiв поверхневого змiцнення, володiе низкою переваг. Таке оброблення характеризуемся винятковою простотою у застосуванш та малою собiвартiстю по-рiвняно з iншими методами. Технологiя поверхневого змщнення тертям не вимагае великих кашталовкладень та спещально! квалiфiкащl персоналу, що е iстотною перевагою для в^чизняно! промисловостi.
Розробленням методу займались Ю.1. Бабей, В.1. Кирилiв, М.Д. Мак-симишин, В.М. Голубець, М.Д. Юрик, А.Н. Свдокимова, В.М. Гурей, 1.В. Гу-рей та шшь Здiйснено багато дослiджень щодо впливу тих чи шших чинни-юв на якiснi показники змiцненого шару, виведено певш закономiрностi. Але дослщження, якi ми здiйснили протягом 5 роюв разом з проф. М.Д. Юриком вказують на те, що метод фрикцшного змiцнення вивчений недостатньо i по-тенцiал методу не вичерпано.
Суть методу полягае у швидкому iмпульсному нагрiвi (20000 оС/с та бiльше) поверхневих шарiв деталi за рахунок тертя металевого диска, що обертаеться та подальшого швидкого охолодження. Час дИ максимальних температур становить не бшьше (6... 10)-10" с за питомого тиску 0,56...0,73 ГПа. Швидюсть змiцнювального диска шд час змiцнення становить 50-70 м/с, а швидюсть подачi оброблювано! деталi - 0,03-0,18 м/с [1].
У процес тертя диска в зош контакту виникають температури, вишд вiд температур початку фазових перетворень. Одночасно тиск, що створюе змщнювальний диск у зонi контакту, призводить до пластичних деформацш.
Унаслiдок описаного вище процесу змiцнення на поверхш утворю-ються структури бiлих шарiв товщиною 100-300 мкм та мжротвердютю 7-10 ГПа [1-3]. Глибина шару змщнення та яюст показники залежать вiд ма-терiалу деталi, режимiв оброблення, технологiчного середовища тощо.
Дослщники [2, 3] стверджують, що застосування спещального середовища призводить до дифузшного насичення поверхневого шару вуглецем, азотом, хромом та шшими елементами, що ютотно покращуе якiснi показники змщненого шару. Як зазначено в робот [1], застосування спещального середовища з легуючими елементами у виглядi порошку сприяе тому, що вщ-буваеться насичення поверхневого шару (товщиною до 150 мкм) легуючими елементами i !х вмют сягае до 20 %.
У робот [4] описано принципово новий змщнювальний шструмент-диск для фрикцшного оброблення. 1нструмент оснащений пальцями з матерь алу, що мае коефщент теплопровiдностi вищий, нiж матерiал диска. Автор стверджуе, що в разi використання цього диска товщина шару шдвищуеться в 1,5 раза. Також варто вщзначити роботу [5], в якш дослщжено вплив реверсивного тертя на яюст показники змщнення тертям. Вказано, що в разi зна-козмiнного тертя утворюються бшьш екстремальнi умови для деформування поверхневого шару, що призводить до збшьшення товщини шару в 1,5-2 рази порiвняно з деформуванням без реверсу. Поверхнева твердють також зростае в 1,2-1,4 раза.
Ус наведет вище роботи зробили вагомий внесок у розвиток уявлень про механоiмпульсне змщнення високошвидюсним тертям. Але, на нашу
думку, необхщно придiлити бiльшу увагу саме базовим основам виникнення шару з високими фiзико-механiчними показниками, що утворюеться внасль док фрикцiйного оброблення.
У попередшх дослiдженнях було встановлено, що зi збiльшенням зу-силля, яке створюе iнструмент-диск у зонi тертя з поверхнею деталi, майже за лшшною залежнiстю зростае товщина шару та його твердють. Це чiтко ко-релюеться з дослiдженнями [6], де установлено, що зi збiльшенням тиску на поверхню деталi якiснi показники шару зростають. У цих дослщженнях авто-ри використовували подачу на врiзання та пiсля встановлення величини врь зання 0,3 мм були змушеш припинити збiльшення величини подачi на врiзан-ня, оскiльки була небезпека виходу з ладу шпиндельного вузла.
На кафедрi "Деревообробного обладнання та шструментв " НЛТУ Украши ми змонтували установку для фрикцшного змiцнення (рис. 1), яка дае змогу створювати зусилля в зош тертя до 1000 Н i бiльше. Аналiз технологи змщнення [1-4] вказуе на те, що для створення тиску в зош контакту пе-реважно використовували подачу на врiзання. На нашу думку, простше та ефектившше рiшення - застосувати важшьну систему створення тиску в зош змщнення.
Рис. 1. Принципова схема установки: 1 - стгл ушверсально-загострювального вер-стата; 2 - магнтна плита; 3 - деталь; 4 - шпиндель; 5 - колона; 6 - поворотна плита; 7 - шаршр; 8 - електродвигун приводу диска; 9 - клинопасова передача;
10 - ¡нструмент-диск; 11 - механизм створення зусилля
На установщ ми здшснили дослщження впливу зусилля притискання на товщину змщненого шару. Результати експерименту вказують на те, що юнуе чггка корелящя мiж товщиною змщненого шару та величиною дефор-мацш у ньому. Так, внаслщок сухого тертя титановим диском по сталi 45 шириною змщнення 4 мм та встановленому зусиллi притискання 450 Н отрима-ли шар товщиною 600 мкм з середньою мжротвердютю 9,5 ГПа. Якщо порiв-няти щ показники з результатами дослщжень у [3], то очевидно, що ми отри-
(
11
_
мали шар в 2 рази бшьший. Також варто вщзначити, що у разi створення великих зусиль, а як наслщок - i деформацш, утворюеться шар, який характеризуемся стабiльно високою мiкротвердiстю по всш глибинi змiцнення. Шар глибиною 600 мкм було також отримано в робот [1], але висока твердють шару (до 13 ГПа) мала мюце тiльки на перших 100 мкм вщ поверхнi, а дальше спостершалось зменшення твердостi (рис. 2).
Нт,ГПа 14 л
О I" Г Г" Ч "I 1-Г 1" г )
0,05 0,1 0,2 0.3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0.9
Ь,тт
Рис. 2. Графк порiвняння мiкротвердостi та глибини шару, отриманого в наших дослiдженнях та данихроботи [1]:1 - дат роботи [1]; 2 - наш1 досл1дження
Водночас з отриманими перевагами виникае вада у виглядi усадки ма-терiалу шсля фрикцшного оброблення, що може досягати 1 мм. Це значно звузить можливють використання методу та призведе до витрат матерiалу й необхщност виконання додаткових технолопчних операцш для вирiвнюван-ня поверхш.
Постало завдання - удосконалити процес фрикцшного змщнення з метою усунення вади усадки та створення умов для отримання шару бшьшо! товщини. Внаслщок наукового пошуку та аналiзу отриманих даних проф. М.Д. Юрик запропонував змiнити напрямок обертання шструмента-диска зi зустрiчного на попутний, вщносно руху деталi, що обробляеться. Реалiзацiю ще! ще! здшснено на описанiй вище експериментальнiй установщ.
На основi результатiв здiйснених дослщжень щодо впливу напрямку руху шструмента-диска на якiснi показники змiцненого шару встановлено, що значну роль у змщненш вщшрае саме напрямок обертання змщнювально-го диска вiдносно до напрямку подачь Так, за однакових режимних чинниюв змiцнення (матерiал зразка - сталь 45; диск з титанового сплаву; ширина контакту - 4 мм; зусилля - 450 Н; колова швидюсть диска - 68 м/с; швидюсть подачi - 0,5 м/хв; сухе тертя). Товщина шару у разi попутно! подачi була в 2 рази бшьша, тж у разi зустрiчно! (рис. 3). Попутне фрикцiйне змщнення, як показали дослщження, також характеризуеться меншою величиною усадки матерiалу. За умов, описаних вище, усадка тд час попутно! подачi стано-вила 0,09 мм проти 0,55 мм у разi зустрiчно!.
Рис. 3. Графж мiкротвердостi та товщини шару залежно вiд напрямку обертання шструмента-диска вiдносно напрямку подачи
Нт - мшротвердють, ГПа; И - товщина змщненого шару, мм. 1 - зус^чний напрямок; 2 - попутний напрямок.
Анашз експериментальних зразюв також показуе, що з1 зменшенням зусилля до 50 Н та ширини контакту до 4 мм (диск з титанового сплаву, без мастильно-охолоджувального середовища) товщина шару становить менше 200 мкм (рис. 4).
Рис. 4. Графж мiкротвердостi та товщини шару залежно вiд зусилля в зош контакту: 1-50 Н; 2-450 Н
На основ! результатв експерименлв очевидно, що напрямок обертання змщнювального диска вщносно напрямку подач1 ютотно впливае на пара-метри змщненого шару. Можна припустити, що процес теплоутворення та розподшу теплових потоюв у раз1 попутного напрямку обертання диска вщ-р1зняеться вщ дослщжуваного рашше, зустр1чного напрямку. Виведеш раш-ше залежност яюсних показниюв шару вщ режимних параметр1в та р1вняння розрахунку термодинам1чних процеЫв для зустр1чного режиму змщнення потребують коректив для попутного. Також вимагае переоцшки вплив де-формацшних процеЫв за значно бшьших зусиль у зош контакту, та узго-дження 1х з шшими чинниками (теплоутворення, дифуз1я, процеси фазових перетворень та шше) шд час процесу фрикцшного змщнення.
Bиcнoвки:
1. Moжливocтi мexaнoiмпyльcнoгo змiцнeння виcoкoшвидкicним тepтям ne вичepпaнi тa пoтpeбyють пoдaльшиx дocлiджeнь.
2. Зaпpoпoнoвaнo нoвий otocí6 здiйcнeння фpикцiйнoгo змiцнeння, щo дae змoгy знaчнo poзшиpити дiaпaзoн таго викopиcтaння.
3. Дeфopмaцiя пoвepxнi oбpoблювaнoï дeтaлi icтoтнo впливae na npou,ecn, щo пpoтiкaють пiд чac фрикцитого змiцнeння тa чiткo кopeлюeтьcя з як^ними пoкaзникaми oтpимaнoгo шapy.
4. Зacтocyвaння пoпyтнoгo нaпpямкy oбepтaння iнcтpyмeнтa-диcкa знaчнo пiдвищye ГЛИ6ИНУ змiцнeння тa змeншye нeбaжaнy ycaдкy пoвepxнeвoгo мaтepiaлy oбpoблювaнoï дeтaлi.
5. Heoбxiднo дoпoвнити нaявнi тeopeтичнi acпeкти змiцнeння виcoкoшвид-кicним тepтям пoлoжeннями, щo випливaють iз зacтocyвaння пoпyтнoï пoдaчi.
Лiтeрaтyрa
1. Кирилiв B.I. Рoзpoблeння мeтoдy пoвepxнeвoгo лeгyвaння cтaлeй при мexaнoiмпyль-cнiй oбpoбцi i диа та здoбyття таук. cтyпeня ^ид. тexн. таук: cпeц. C5.C2.C1/ Кирил1в Вoлo-димир Iвaнoвич. - Льв1в, 1997. - 1B5 c.
2. Ba6eiï Ю.И. Физичecкиe ocнoвы импyльcнoгo yпpoчнeния cтaли и чyгyнa. - К. i Вид-вo "Шук. дум^", 19BB. - 237 c.
3. Гyрeй I.B. Texнoлoгiчнe зaбeзпeчeння яшет! тa eкcплyaтaцiйниx влacтивocтeй виpo-б1в пapaмeтpaми iмпyльcнoï фрикц^го!" oбpoбки i дна na здoбyття нayк. студня д-pa тexн. нayк: cпeц. C5.C2.CB/ Гypeй Iгop Вoлoдимиpoвич. - TepRonm^ 2CC2. - 429 c.
4. А. с. № 1712135 СССР, В24 В 39/C4. Инcтpyмeнт для фpикциoннoгo пoвepxнocтнoгo yпpoчнeния; Зaявлeнo 29.CB.199C; Опу6л. 15.C2.1992, Бюл. № б. - 3 c.
5. Eвдoкимoвa А.Н. Tpибoлoгичecкиe ocoбeннocти и ^a^mec^e вoзмoжнocти выш-кocкopocтнoгo знaкoпepeмeннoгo тpeния и шлифoвaния : диcc. та coиcкaниe yчeн. cтeпeни кaнд. тexн. нayк: cпeц. C5.C2.C4/ Евдoкимoвa Aллa Hикoлaeвнa. - К. : Вид^ "Либщь", 199B. -45C c.
6. Type! I.B., Гyрeй Т.А., Плaхтiй Л^. Вплив фpикцiйнoгo змiцнeння na товщину no-вepxнeвoгo mapy чaвyнy // Вюник Tepнoniльcькoгo дepжaвнoгo тexнiчнoгo yнiвepcитeтy. -1999. - T. 4, № 2. - С. 45-5C. _
3. Тeхнoлoгiя тa ycтaткyвaння дepeвooбpoбних пiдпpиeмcтв
125
