Повышение износостойкости и усталостной прочности поверхностей деталей при изготовлении и проведении ремонта машин и оборудования для переработки нерудных материалов

Чистяков А.В.

УДК 621.9.06:539.374 А.В. Чистяков

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И ПРОВЕДЕНИИ РЕМОНТА МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Семинар № 16

¥>ажной проблемой повышения износо-

X# стойкости и усталостной прочности деталей, от которой зависит во многих случаях надежность и долговечность машин и оборудования для переработки нерудных материалов, является внедрение и дальнейшее развитие работ по изысканию эффективных средств упрочнения поверхностных слоев деталей, а также по повышению стабильности процессов поверхностного пластического деформирования (ППД) при изготовлении и ремонте машин.

В результате ППД изменяется микроструктура и физико-механические свойства поверхностных слоев деталей, при этом существенно повышается их прочность и твердость, возникают благоприятные по величине и знаку остаточные напряжения, улучшается микрогеометрия обработанной поверхности. В практике металлообработки существуют множество способов поверхностного пластического деформирования. Среди них: накатывание и раскатывание шариком или роликом; выглаживание; дорно-вание; чеканка; обработка щетками; упрочнение дробью; сочетание ППД с резанием и т.д.

Среди основных направлений обеспечения износостойкости и усталостной прочности деталей, подвергаемых поверхностному пластическому деформированию, на наш взгляд, можно выделить следующие [1]:

- оптимизация режимов ППД, использование в качестве критерия оптимизации структурных характеристик поверхностного слоя деталей;

- разработка комбинированных способов ППД, сочетающих поверхностное упрочнение с чистовой обработкой резанием;

- разработка инструмента, повышающего эффективность ППД, обладающего достаточной степенью универсальности.

Одним из направлений оптимизации режимов ППД является оптимизация усилия обкатки. Известные в литературе [2] методы оптимизации учитывают диаметр накатываемого изделия, диаметр накатного ролика или шарика, ширину контакта ролика или шарика с обрабатываемым изделием, модуль упругости обрабатываемого материала и т.д. Для преодоления сложности и неопределенности данных методов, вызванных необходимостью иметь дополнительные сведения о влиянии задаваемого удельного давления на свойства получаемого поверхностного слоя детали, повышения точности определения силы обкатки наиболее эффективным является экспериментальное определение оптимального усилия обкатки, используя графические зависимости влияния давления и структурного состояния стали на упрочнение поверхностного слоя. При этом в качестве основной характеристики обработанной поверхности детали выбирается величина плотности дислокаций [3].

Оптимальное значение усилия обкатки может быть определено в следующей последовательности [4]:

- выбор оборудования и упрочняющего инструмента для поверхностной пластической обработки;

- назначение продольной подачи инструмента и скорости вращения обрабатываемой детали, используя данные технической литературы;

- определение исходной плотности дислокаций обрабатываемого материала рисх экспериментальным путем или по литературным данным;

- обработка поверхности детали на двух заведомо низких значениях усилия обкатки при заданных значениях продольной подачи инструмента и скорости вращения обрабатываемой детали;

- определение значений плотности дислокаций р1 и р2 обработанной поверхности для двух низких значений усилия обкатки и вычисления кр1 — р1/ рисх; кр2 — р2/рисх;

- построение для двух значений кр1 и кр2 в логарифмических координатах графика кр

- Р;

- обработка поверхности детали на двух заведомо высоких значениях усилия обкатки при заданных значениях продольной подачи инструмента и скорости вращения обрабатываемой детали;

- вычисление значений плотности дислокаций р3 и р4 обработанной поверхности для двух высоких значений усилия обкатки и вычисление кр3 — р3/рисх; кр4 — р4/рисх;

- построение для двух значений кр3 и кр4 в логарифмических координатах графика кр

- Р;

- нахождение координат точки пересечения построенных графиков кр - Р для низких и высоких значений усилия обкатки и определение оптимального усилия обкатки Ропт.

Заведомо низкие и заведомо высокие значения усилия обкатки назначаются исходя из практических рекомендаций или имеющихся справочников.

Критерий кр — р/рисх, представляющий собой отношение поверхностной плотности дислокаций материала деталей после обкатки р к исходной плотности материала детали рисх [5] с физической точки зрения может служить мерой устойчивости дислокационной структуры материала.

В качестве примера определения оптимального значения усилия обкатки можно привести оптимизацию этого режима ППД для образцов из стали 40. Плотность дислокаций материала детали определяли на рентгеновском дифрактомере «ДРОН-1,5» при следующих режимах: напряжение на трубке 25КВт, анодный ток 10 мА, ширина щели у счетчика 0,5 мм, скорость движения диаграммной ленты 4 см/мин. Исходная плотность дислокаций стали

Зависимость кр- Р в логарифмической системе координат для определения оптимального значения усилия обкатки

40Х после отжига исследуемых образцов составила рисх — 0,4х109 1/см2. Образцы подвергались обкатке на токарно-винторезном станке мод. 1К62 без смазки при скорости вращения образца V — 0,52 м/с; продольной подачи S — 0,1 мм/об и числа проходов т — 3. Обкатка производилась роликом из быстрорежущей стали Р6М5, закаленной до твердости НЕС 6265, диаметр ролика 40 мм, радиус профиля Я — 10 мм. Поверхностная плотность дислокаций определялись при следующих значениях усилия обкатки: Р1 — 0,75 КН, р1 — 5,4х109 1/см2; Р2

— 1,25 КН, р2 — 1,2х1010 1/см2; Р3 — 5,0 КН, р3 — 4,8х1010 1/см2; Р4—7,5 КН, р4 — 5,8х1010 1/см2. По полученным значениям определены кр — р/рисх: кр1 — 13,5; кр2 — 30; кр3 — 120; кр4 — 150. В логарифмической системе координат построены графики кр - Р (рис. 1). Координаты точки пересечения графиков кр - Р определили кр — 90 и Р — 2,75 КН.

Исследования на изнашивание обработанных поверхностей образцов производилось при удельном давлении р — 0,5 МПа и скорости скольжения Vск — 0,8 м/с без смазки контртелом из быстрорежущей стали Р6М5, закаленной до твердости НЕС 62-65 проводились на специальной установке для испытания образцов на изнашивание. Анализ полученных данных показывает, что наименьшая скорость изнашивания достигается при обработке поверхности с усилием обкатки Ропт — 2,75 КН, которое принято оптимальным.

Расчетное значение усилия обкатки согласно известной формулы составляет Р = 3,5 КН. Скорость изнашивания поверхности образцов, подвергнутых поверхностному пластическому деформированию с указанным усилием обкатки составила Аи = 5,0х10-8 м/с, что выше, чем при Ропт = 2,75 КН. При экспериментальном определении значения усилия обкатки с использованием графических зависимостей влияния давления и структурного состояния стали на упрочнение поверхностного слоя получено Р = 2,25 КН. Скорость изнашивания поверхно-

1. Гоголев А.Я., Бутенко В.И., Чистяков А.В., Махин Ю.П. Обеспечение надежности деталей машин поверхностной пластической обработкой // Изв. высш. учеб. за-вед. Сев. -Кавк. региона. Техн. науки, 1994. № 1-2. С. 3647.

2. Проскуряков Ю.Г., Меньшаков ВМ. Общая методика выбора режимов при упрочняюще-калибрующей обработке металлов // Упрочнение деталей машин механическим наклепыванием. - М.: Наука, 1965. С. 5-13.

3. Старков В.К. Дислокационные представления о резании металлов. - М.: Машиностроение, 1979. - 160 с.

сти образца составила Аи — 4,0х10-8 м/с, что также выше, чем при Ропт — 2,75 КН.

Таким образом, предлагаемый способ определения оптимального значения усилия обкатки дает положительный эффект по сравнению с известными способами, заключающийся в сокращении более чем в 2 раза затрат времени на определение оптимального значения усилия обкатки при поверхностном пластическом деформировании и в повышении в 2-3 раза износостойкости деталей,

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. А.с. 1611712 СССР. МКИ В 24 В 39/00 Способ определения оптимального значения усилия обкатки при поверхностном пластическом деформировании / В.И. Бутенко, А.В. Чистяков (СССР). Опубл. 07.12.90. Бюл. № 45.

5. Бутенко В.И., Чистяков А.В., Ходосов В.Г. Оптимизация режимов поверхностной пластической обработки деталей по критерию // Новые технологические процессы и оборудование для поверхностной пластической обработки материалов: Тез. докл. Всесоюз. науч.- техн. конф. г. Брянск, 21-23 окт. 1986 г. - Брянск, 1986. С. 159.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------

Чистяков Анатолий Васильевич - доцент, кандидат технических наук, зам. директора Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) по непрерывному образованию.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Чистяков А. В.