CC BY
3
ESTIMATED CALCULATION OF FRICTION PAIRS WITH MDO COATING FOR THE MECHANICAL SEAL OF THE CENTRIFUGAL PUMP OF THE ENGINE COOLING SYSTEM D-180 TRACTOR T10
The article presents the results of evaluation calculations of the standard mechanical seal of the centrifugal pump 16-08-140SP of the D-180 engine of the T10(170) tractor with friction pairs made by microarc oxidation of an aluminum alloy, for example D16, as well as a brief analysis of the results obtained.
Keywords: mechanical seal, friction pair, MDO composite.
ОЦЕНКА МИКРОТВЕРДОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ ПОВЕРХНОСТНОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ С РАЗНОЙ КИНЕМАТИКОЙ ТОРОИДАЛЬНОГО РОЛИКА
Хоанг Нгок Ань, старший преподаватель (e-mail: [email protected]) Офицерское училище Военно-Воздушных Сил, г.Нячанг, Вьетнам
Нгуен Хыу Хай, аспирант (e-mail: [email protected]) Иркутский национальный исследовательский технический университет,
г.Иркутск, Россия Зайдес Семен Азикович, д.т.н., профессор (email: [email protected])
Иркутский национальный исследовательский технический университет,
г. Иркутск, Россия
В статье представлены результаты исследований по определению влияния кинематики тороидального ролика при поверхностном пластическом деформировании на величину микротвердости поверхностного слоя. В результате экспериментальных исследований установлено, что при упрочнении поверхностным пластическим деформированием тороидальным роликом с реверсивным круговым движением по сравнению с аналогичным роликом, но вращающимся относительно центральной оси и с роликом, который совершает круговое вращение относительно центральной оси, проходящей через плоскость, соединяющую однорадиусные элементы, величина микротвердости поверхностного слоя деталей повышается на 40,4 % и 25,5 %, глубина наклепа возрастает на 18,2 % и 6,1 %, соответственно.
Ключевые слова: Реверсивное выглаживание, микротвердость, двухра-диусный ролик, глубина наклепа.
Введение. Надежность изделий машиностроения во многом зависит от качества изготовления отдельных деталей машин. При этом, состояние поверхностного слоя оказывает существенное влияние на усталостную прочность, коррозионную стойкость, износостойкость, ударную вязкость и другие эксплуатационные характеристики деталей машин. Эксплуатационные
характеристики отдельных деталей в значительной мере определяют ресурс изделия в целом [1-6].
Поверхностное пластическое деформирование оказывает положительное влияние на обеспечение надежности машиностроительных изделий благодаря сглаживания микронеровностей поверхности, снижающих концентрацию напряжений; повышения твердости и глубины упрочненного слоя, влияющих на износостойкость и контактную выносливость; формирования сжимающих остаточных напряжений в поверхностных слоях, влияющих на усталостную прочность упрочненных деталей [7-9].
В практике отделочно-упрочняющей обработки ППД используют самые разнообразные способы, в основу которых положено сочетание элементарных движений: прямолинейного и вращательного, которые выражают абсолютные движения, сообщаемые рабочему инструменту и обрабатываемой детали [10-13].
К настоящему времени в технологии ППД достигнуты значительные теоретические и практические результаты, разработано ряд новых технологий, определены рациональные режимы упрочнения, созданы новые конструкции рабочих инструментов, позволяющие обрабатывать разнообразные по форме и габаритам детали машин [14, 15].
Однако при изготовлении и упрочнении нежестких деталей типа валов, осей, штоков возникают проблемы, связанные с обеспечением их точности и стабильности характеристик качества по длине обработки [16, 17]. Такие детали считаются нетехнологичными, так как и при обработке резанием и при ППД они легко искривляются под действием радиальной силы от воздействия рабочего инструмента.
Для решения указанной проблемы предлагается использовать более сложную кинематику рабочего инструмента. Выдвигается следующая рабочая гипотеза: повысить напряженное состояние в очаге деформации без увеличения радиального натяга возможно, если применять более сложную кинематику рабочего инструмента.
Предложенная гипотеза построена на анализе энергии деформации поверхностно слоя. Чем более сложную кинематику имеет рабочий инструмент, тем большая по величине совершается работа и тем больше накапливается энергии деформации. По мнению ряда исследователей именно накопленная энергия пластической деформации представляет собой комплексный показатель качества материала поверхностного слоя [18].
Предложенная гипотеза достаточно убедительно согласуется с физическими закономерностями, происходящими в поверхностном слое при ППД. Накопленная энергия пластической деформации коррелирует со свойствами и параметрами состояния деформирующего металла, поскольку она практически полностью определяет энергию дислокаций, образовавшихся при деформации [18]. А свойства и состояние поверхностного слоя, определяют его качество, которое непосредственно влияет на эксплуатационные характеристики деталей машин.
Цель данной работы заключается в определении влияния кинематики рабочего инструмента при поверхностном пластическом деформировании на величину микротвердости упрочненных деталей машин.
Кинематические схемы ППД. Для оценки эффективности кинематики РИ в данной работе рассмотрены три схемы упрочнения цилиндрической поверхности (см. рис. 1).
а б в г
Рис. 1. Кинематические схемы ППД: а - вращение ролика относительно оси х-х; б - круговое вращение ролика относительно оси г; в - реверсивное вращение ролика относительно оси г; г - схема реверсивного вращения рабочего инструмента; 1 - трехкулач-ковый патрон; 2 - задняя бабка; 3 - заготовка; 4 - рабочий инструмент
При обкатке двухрадиусным роликом (рис. 1, а) заготовке сообщают вращательное движение относительно собственной продольной оси г-г, а двухрадиусному ролику, оказывающему давление на поверхность обрабатываемой заготовки, сообщают продольную подачу ^пр. На рис. 1, б и в представлены новые кинематики ППД, основанные на применении более сложной кинематики РИ [19]. Разница между последними двумя схемами заключается в том, что в схеме б рабочему инструменту дополнительно сообщают круговое вращательное движение относительно оси г, а в схеме в рабочему инструменту сообщают реверсивное вращение относительно оси г, проходящей через плоскость, соединяющую два ролика деформирующего инструмента и перпендикулярно оси заготовки с круговой амплитудой угла ар (см. рис. 1, г).
Для сопоставления эксплуатационных характеристик поверхностного слоя цилиндрических деталей, после ППД с разной кинематикой РИ использовали образцы из среднеуглеродистой стали 45 диаметром 30 мм. Экспериментальные исследования проведены на токарном станке 1К62. При упрочнении ППД с разной кинематикой РИ использовали ролик с двумя профильными радиусами из инструментальной стали ЖО-11 (аналог Х12М) диаметром 30 мм с профильным радиусом 2,5 мм. Методика и техника проведения экспериментальных исследований представлены в работе [20].
Для достижения наибольшей микротвердости поверхностного слоя упрочненных деталей для выбранных кинематик РИ приняты следующие
рациональные режимы упрочнения: продольная подача Snp = 0,07 мм/об, частота вращения заготовки пз = 300 об/мин, радиальный натяг t = 0,2 мм. При обкатке по схеме б (см. рис. 1) рабочему инструменту дополнительно сообщают круговое вращательное движение с частотой п2 = 600 мин-1, а в схеме в рабочему инструменту сообщают реверсивное вращение с частотой п3 = 300 дв.ход/мин и круговой амплитудой угла ар = 60о. Методика и техника проведения экспериментальных исследований микротвердости поверхностного слоя представлены в работе [20].
На рис. 2 представлено распределение микротвердости по глубине поверхностного слоя упрочненных деталей при разных схемах нагружения тороидального ролика. Из рис. 2 видно, что наибольшие микротвердость и глубина наклепа поверхностного слоя упрочненных деталей получена при реверсивном выглаживании, при этом по сравнению с обкаткой по схемам а и б (см. рис. 1) после реверсивного выглаживания микротвердость поверхностного слоя деталей повышается на 40,4 % и 25,5 %, а глубина наклепа повышается на 18,2 % и 6,1 %, соответственно. Экспериментальными результатами установлено, что среди выбранных схем нагружения схема реверсивного выглаживания в большей мере способствует повышению не только микротвердости, но и глубины наклепа поверхностного слоя цилиндрических деталей.
Рис. 2. Распределение микротвердости по глубине поверхностного слоя упрочненных деталей в зависимости от разных схем нагру-жения рабочим инструментом: 0 -исходная микротвердость; а - вращение ролика относительно оси х-х; б - круговое вращение ролика относительно оси г; в - реверсивное вращение ролика относительно оси г (см. рис. 1)
480
430
380
1 330
280
230
180
к
L. б
а
0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 180( h, Мкм
Заключение
В результате экспериментального исследования микротвердости поверхностного слоя деталей машин установлено, что при упрочнении поверхностным пластическим деформированием тороидальным роликом с реверсивным круговым движением по сравнению с аналогичным роликом, но вращающимся относительно центральной оси и с роликом, который совершает круговое вращение относительно центральной оси, проходящей через плоскость, соединяющие однорадиусные элементы, величина микротвердости поверхностного слоя деталей повышается на 40,4 % и 25,5 %, а глубина наклепа возрастает на 18,2 % и 6,1 %.
Список литературы
1. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 300 с.
2. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.
3. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. 320 с.
4. Ляшев Д.Н., Грушев В.В. Возможности повышения эксплуатационных характеристик восстанавливаемых деталей машин при финишной ультразвуковой обработке // Механики XXI Веку. 2010. № 9. С. 63-66.
5. Курицын В.Н., Панкратова Н.А., Кравченко И.Б., Мещерякова Н.В. Исследование влияния поверхностного пластического деформирования микрошариками на эксплуатационные характеристики деталей машин, работающих при высоких температурах // Альманах современной науки и образования. 2011, № 6, с. 76-79.
6. Саблин П.А., Щетинин В.С. Влияние микропрофиля обработанной поверхности на прочностные и эксплуатационные характеристики деталей машин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 8 (200). С. 368-370.
7. Махалов М.С., Блюменштейн В.Ю. Механика процесса поверхностного пластического деформирования. Модель упрочняемого упругопластического тела // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2018. № 4. С. 6-20.
8. Бутаков Б.И., Шебанин В. С., Марченко Д. Д., Артюх А.В. Поверхностное пластическое деформирование как метод повышения качества деталей машин // Труды Госнити. 2011. Т. 107. № 2. С. 85-87.
9. Томашевский С.Б. Численное моделирование упрочнения деталей машин поверхностным пластическим деформированием // Наука и техника транспорта. 2011. № 2. С. 60-68.
10. Тимофеев М.В., Тимофеева Е.В., Ершов В.С. Анализ путей совершенствования технологических процессов упрочнения деталей машин поверхностным пластическим деформированием // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2018. Т. 1. С. 304-307.
11. Блюменштейн В.Ю. Механика технологического наследования как научная основа проектирования процессов упрочнения деталей машин поверхностным пластическим деформированием // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2006. № 6. С. 7-9.
12. Коробейников В.В. Методы упрочнения деталей машин поверхностным пластическим деформированием // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2016. № 3. С. 77-81.
13. Справочник по процессам поверхностного пластического деформирования. Том 2: монография / под ред. С. А. Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2022. 584 с.
14. Исаев А.Н. Технология и инструменты отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2014. 480 с.
15. Отений Я.Н., Ольштынский Н.В., Ольштынский С.Н., Лунин Д.Н. Особенности работы жесткого и упругого инструмента при обработке поверхностным пластическим деформированием роликами // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2004. № 9. С. 34-35.
16. Довгалев А.М. Комбинированное магнитно-вибродинамическое накатывание поверхности отверстий нежестких деталей машин // Вестник Белорусско-Российского университета. 2015. № 4 (49). С. 14-21.
17. Кропоткина Е.Ю. Управление качеством нежестких деталей методами поверхностного пластического деформирования // Вестник МГТУ «Станкин». 2011. № 2 (14). С. 25-28.
18. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. 280 с.
19. Пат. 2758713 РФ. Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения / Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай, заявл.14.01.2021; опубл. 01.11.2021. Бюл. № 31.
20. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Механические свойства упрочненного слоя при реверсивном поверхностном пластическом деформировании // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 19. № 7 (223). С. 304-311.
Hoang Ngoc Anh, Senior Lecturer (e-mail: [email protected]) Air Force Officer College, Nha Trang, Viet Nam Zaides Semen Azikovich, DrSc (Eng.), Professor (email: [email protected])
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia. Nguyen Huu Hai, postgraduate (e-mail: [email protected])
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
ASSESSMENT OF MICROHARDNESS OF MACHINE PARTS UNDER SURFACE PLASTIC DEFORMATION WITH DIFFERENT KINEMATICS OF TOROIDAL ROLLER
Abstract. The article presents the results of studies to determine the influence of the kinematics of a toroidal roller during surface plastic deformation on the microhardness of the surface layer. As a result of experimental studies, it was established that when hardening by surface plastic deformation with a toroidal roller with reverse circular motion compared with a similar roller, but rotating relative to the central axis and with a roller that performs circular rotation relative to the central axis passing through the plane connecting single-radius elements, the value microhardness of the surface layer of parts increases by 40,4% and 25,5%, the depth of work hardening increases by 18,2% and 6,1%, respectively. Key words: Reverse burnishing, microhardness, two-radius roller, work hardening depth.
