CC BY
0
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
УДК 621.787
ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩАЯ ОБРАБОТКА ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
А. Д. Рыков*, Д. В. Черепанов, В. П. Елисов Научный руководитель - В. А. Левко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31.
*E-mail: rykov1999@inbox.ru
Проведено исследование и обзор статей по теме использования отделочно-упрочняющая обработка внутренних поверхностей в современном машиностроении.
Ключевые слова: Поверхностное пластическое деформирование, отделочно-упрочняющая обработка.
FINISHING AND STRENGTHENNING TREATMENT OF INTERNAL SURFACES
A. D. Rykov*, D. V. Cherepanov, V. P. Elisov Scientific Supervisor - V. A. Levko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: rykov1999@inbox.ru
A study and review of articles on the topic of using finishing and hardening treatment of internal surfaces in modern engineering has been carried out.
Keywords: Surface plastic deformation, finishing and hardening treatment.
В последние годы во всех отраслях промышленности все чаще применяют методы, основанные не на резании материалов, а на пластическом деформировании в холодном состоянии поверхностного слоя металлических деталей машин, что определяется существенными преимуществами метода обработки давлением, по сравнению с методом обработки резанием. Сочетание достигаемых при обработке давлением низкой шероховатости поверхности с гарантированным упрочнением поверхностного слоя обеспечивает высокие эксплуатационные свойства деталей: повышение твердости поверхностного слоя металла, его износостойкости, предела текучести и особенно предела усталости. Именно эти достоинства в сочетании с высокой экономичностью и простотой осуществления технологического процесса практически в любых производственных условиях определили быстрое развитие и широкое внедрение в производство методов отделочно-упрочняющей обработки, среди которых поверхностное пластическое деформирование (ППД) является одним из наиболее экономичных и эффективных методов упрочнения. ППД позволяет полнее реализовать потенциальные свойства конструкционных материалов в реальных деталях, особенно в деталях сложной формы [1].
Упрочнение внутренней поверхности целого ряда деталей, имеющих сложные поперечные сечения, является актуальной проблемой.
Из всех видов контактных взаимодействий твердых тел при отделочно-упрочняющей обработке наибольшее влияние оказывают пластическое и упругопластическое деформирование. При этих видах контактах, в отличие от микрорезания, не происходит
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
отделение материала с обрабатываемой поверхности. Микронеровности поверхности при контакте пластически деформируются, при этом происходит сглаживание вершин неровностей и увеличивается диаметр основания неровности. Материал поверхностного слоя испытывает сжимающие напряжения. При этом увеличивается микротвердость поверхности, а, следовательно, и прочностные характеристики детали в целом. Упрочнение поверхности повышает запас прочности в 1.5.. .3 раза, а срок службы детали в десятки раз.Обработка ППД обеспечивает значительный наклеп поверхностного слоя и формирование в нем сжимающих остаточных напряжений, а также, как правило, малую шероховатость поверхности, что повышает усталостную прочность, износостойкость, контактную жесткость, надежность посадок и другие эксплуатационные свойства деталей и их соединений.
С позиций механики деформирования глубина упрочнения определяется границей очага деформации. Таким образом, для точного прогнозирования глубины упрочнения имеет значение адекватность теоретической модели и связанная с ней конструкция поля напряжений (деформаций). Поликристаллические твердые тела состоят из большого числа зерен (кристаллов), разделенных между собой границами. Каждое зерно содержит дефекты. Зерна имеют различную ориентировку при приложение внешнего напряжения к металлу пластическая деформация в первую очередь произойдет в зерне, наиболее благоприятно ориентированном к внешнему напряжению (т.е. с наибольшим касательным напряжением). С ростом внешнего напряжения наблюдается постепенное вовлечение остальных зерен в процессе пластической деформации при сохранении сплошности зерна [2].
Упрочнение внутренних поверхностей характеризуется рядом ограничений, связанных с введением и перемещением упрочняющих инструментов в обрабатываемые детали. На данный момент для упрочнения внутренних поверхностей деталей применяют операции раскатывания роликами и шариками, а также различные ротационные упрочнители и раскатники, дорны, алмазные гладилки и инденторы из твердых сплавов.
Обработка микрошариками производится без применения смазочно-охлаждающей жидкости. Тем не менее при этом методе обработки достигается малая шероховатость поверхности (Ra<0,63 мкм), а также формируются оптимальные параметры наклепа и сжимающих остаточных напряжений. Глубина наклепанного слоя при обработке микрошариками составляет не более 0,2 мм. Дорнование позволяет получить шероховатость поверхности, соответствующую Ra = 0,1-0,32 мкм, и точность IT5—IT8. Его применяют для обработки отверстий диаметром от 1 до 150 мм глубиной до 100 диаметров в заготовках из различных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов с твердостью в основном не более HRC = 40-45. Иногда дорнование используют и для обработки отверстий в заготовках из закаленных сталей с HR3 = 60-65. За счет дорнования значительно возрастают усталостная прочность и износостойкость деталей, а также прочность соединений с натягом [3].
Из недостатков можно привести проблемы с прогнозированием толщины упрочняемого поверхностного слоя, быстрый износ малогабаритного инструмента и налипание частиц обрабатываемого материала на инструмент в некоторых случаях.
Упрочнение внутренней поверхности деталей со сложными внутренними каналами традиционными инструментами затруднена. Для упрочнения внутренних поверхностей таких деталей применяют новые технологии, связанные с перемещением внутри упрочняемой детали потока различных сред, наполненных микрошариками из различных материалов (металл, стекло). Поток среды копирует форму упрочняемой поверхности по всей ее длине, обеспечивая обработку труднодоступных участков и каналов с некруглым поперечным сечением.
В качестве перспективных технологий для упрочнения внутренних поверхностей можно выделить обработку абразивным потоком, магнитную и магнитно-реологическую обработку. В традиционных способахобработки абразивным потокоми магнитно-реологической обработки в качестве наполнителя используют абразивные или алмазные зерна. Эти зерна
Секция «еТехнелегические и мехатронные еиетемы в производстве ракетио-космической те.хниеи»
вступают в контакт с микронеровностями внутренней поверхности и осуществляют процесс обработки [4].
Для упрочнения поверхности с использованием вышеназванных способов финишной обработки предлагается заменить абразивный (алмазный) наполнитель на микрошарики. Это, в перспективе, позволит обеспечить упрочнение внутренних поверхностей в каналах большой длины или с малой площадью поперечного сечения. При этом будет исключен такой вид контакта как микрорезание.
Для отделочно-упрочняющей обработке характерно меньшее изменение размеров обрабатываемых поверхностей, по сравнению с теми видами финишной обработки, у которых присутствует явление микрорезания. Это важно для финишной обработки внутренних поверхностей высокой точности, а также отделки деталей из цветных сплавов.
Таким образом, отделочно-упрочняющая обработка внутренних поверхностей является перспективным способом получения качественной и надежной поверхности в современном машиностроении. Повышение износостойкости с сохранением большинства параметров качества поверхностного слоя, без удаления материала является ключевыми особенностями этого способа обработки. Применение новых финишных технологий для упрочнения внутренних поверхностей позволит существенно расширить технологические возможности отделочно-упрочняющей обработки и расширить номенклатуру обрабатываемых деталей, в том числе сложной формы.
Библиографические ссылки
1. Состояние технологии поверхностного пластического деформирования в России -[Электронный ресурс]. - URLhttps://cyberleninka.ru/article/n/sostoyanie-tehnologii-poverhnostnogo-plasticheskogo-deformirovaniya-v-rossii (дата обращения 22.03.2022).
2. Поверхностное пластическое деформирование Полетаев В.А. - [Электронный ресурс]. -URL:https://masters.donntu.org/2005/mech/dubodelova/library/art6.htm (дата обращения 23.03.2022).
3. Обеспечение качества поверхностного слоя поверхностным пластическим деформированием (ППД) - [Электронный ресурс]. - URL: https://studref.com/607291/tehnika/obespechenie_kachestva_poverhnostnogo_sloya_poverhnostny m_plasticheskim_deformirovaniem (дата обращения 23.03.2022).
4. Левко, В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий / В. А. Левко // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2009. - № 1. - С. 59-62.
© Рыков А. Д., Черепанов Д. В., Елисов В. П., 2022
