CC BY
1
новые материалы и технологии
New materials and technology
УДК 620.178.156.6 Б01 10.25960/то.2019.6.17
Процессы образования и снижения технологических остаточных деформаций нежестких деталей
Г. В. Мураткин
Представлен механизм образования остаточных деформаций и напряжений. Определены основные факторы, оказывающие влияние на процессы образования остаточных деформаций изгиба деталей. Приведены новые методы снижения технологических остаточных деформаций. Проведен сравнительный анализ типового и усовершенствованного технологических процессов изготовления длинномерных валов.
Ключевые слова: нежесткие детали, технологические остаточные деформации, процессы правки деталей, точность, стабильность размеров изделий.
Повышение конкурентоспособности машиностроительной продукции тесным образом связано с повышением ее качества. Одним из важнейших показателей качества деталей ответственного назначения является точность их геометрических параметров. От высокой точности зависит надежная работа оборудования в течение установленного срока службы. Однако достижение высокой точности нежестких деталей даже на высокоточных станках сопряжено со значительными трудностями из-за технологических остаточных деформаций. Особенно осложняется обеспечение высокой точности у нежестких деталей типа валов вследствие их большой податливости при проведении механической обработки. Технологические остаточные деформации изгиба, проявляющиеся в искривлении оси деталей, являются весьма опасным дефектом высокоскоростных валов, приводящим не только к нарушению их динамических характеристик во время работы, но и к серьезным авариям оборудования. Поэтому борьба с технологическими остаточными деформациями является одной из приоритетных задач машиностроительного производства. Ее эффективное технологическое решение лежит исключительно в возможности активного управления напряженным состоянием заготовок в процессе обработки.
На основе систем косвенного управления напряженным состоянием заготовок [1] разработаны новые технологические процессы изготовления нежестких деталей. В этих процессах снижение технологических остаточных деформаций осуществляется главным образом за счет пассивного ослабления причин их образования. По существу, такие технологические процессы вряд ли можно признать экономически эффективными, поскольку требуемая точность достигается за счет снижения производительности обработки, повышения себестоимости изделий и увеличения потерь от неустранимого брака. К тому же изготовленные по этим технологическим процессам валы ответственного назначения обладают низкой эксплуатационной надежностью, так как быстро теряют свою первоначальную точность в результате релаксационных процессов.
Учитывая значимость проблемы обеспечения высокой точности нежестких деталей для современного машиностроения, необходимы новые прогрессивные методы снижения остаточных деформаций, основанные на нестандартных решениях. Но разработка таких методов невозможна без знаний причин, механизма и закономерностей образования и развития технологических остаточных деформаций на всех этапах жизненного цикла изделий.
В течение длительного времени считалось, что технологические остаточные деформации образуются под воздействием остаточных напряжений. Такой взгляд на роль остаточных напряжений является ошибочным, так как остаточные напряжения уравновешены в объеме материала детали. Их главный вектор и главный момент в сечениях изделия равны нулю. Поэтому остаточные напряжения не могут вызвать деформацию детали без нарушения их равновесия по какой-либо причине (например, нарушения сплошности материала). Значит, деформация детали может проходить только под воздействием неуравновешенных в ее сечениях напряжений. Помимо неуравновешенных напряжений, полученных из-за технологически наследственных остаточных напряжений в результате, например, удаления технологического припуска, такими напряжениями являются напряжения, возникающие от неравномерных упругопластиче-ских деформаций и неоднородных объемных изменений материала заготовки, которые вызывают необратимые искажения кристаллической решетки.
В научно-технической литературе в большинстве случаев встречаются лишь самые общие объяснения механизма образования технологических остаточных деформаций, которые отражают в основном качественную сторону этого явления, но не позволяют количественно определить остаточные деформации. По существующим представлениям [1] формирование остаточных деформаций и остаточных напряжений является единым и взаимосвязанным процессом и, следовательно, механизм образования остаточных деформаций нельзя рассматривать изолировано от механизма образования остаточных напряжений. Также следует отметить, что разработке достоверного механизма образования технологических остаточных деформаций и напряжений мешают разногласия, имеющие место в технологической терминологии.
В работе профессора А. Н. Овсеенко [1] представлен наиболее полный механизм образования остаточных деформаций и напряжений, позволяющий, насколько это возможно в силу принятых ограничений, оценить качественную и количественную стороны этого процесса. Предложенный механизм основан
на перераспределении начальных напряжений. Под термином «начальные» напряжения автор понимает неуравновешенные напряжения в детали после обработки, но до ее деформации. Однако исходное состояние поля начальных напряжений А. Н. Овсеенко предлагает определять по известным остаточным деформациям и напряжениям, которые получила деталь после упругой разгрузки. В этом случае возникают закономерные вопросы. Как начальные напряжения соотносятся с теми напряжениями, которые формируются в материале заготовки от упругопластической деформации, возникающей под воздействием инструмента в процессе обработки? В каком направлении изгибается деталь во время упругой разгрузки?
Недостатком предложенного механизма образования остаточных деформаций и напряжений является отсутствие фазы нагружения заготовки, определяющей напряженно-деформированное состояние (НДС) материала непосредственно в процессе обработки. Тем не менее необходимо признать, что термин «начальные» напряжения является основополагающим понятием в теории остаточных деформаций и напряжений, но, безусловно, требующим уточнения, собственно так же, как предложенный механизм образования остаточных деформаций и напряжений.
Возникновение начальных напряжений можно наглядно продемонстрировать на следующем примере. В процессе одноосного растяжения абсолютно упругого тела в нем под воздействием протекающей так называемой полной [2, 3] (в других источниках — первичной [4, 5] или первоначальной [6, 7]) деформации формируются упругие напряжения растяжения и накапливается потенциальная энергия. В момент освобождения тела от закрепления напряжения растяжения превращаются в разгрузочные напряжения сжатия, а запасенная энергия переходит в кинетическую энергию деформации сжатия и тело, сокращаясь, восстанавливает свои исходные размеры. Напряжения, возникающие в первоначальный момент разгрузки, и являются теми начальными напряжениями, которые определяют упругую деформацию растянутого тела. Они равны по значению, но противоположны по знаку напряжениям под нагрузкой, кото-
рые окончательно сформировались при завершении процесса растяжения тела. По мнению автора, эти напряжения, собственно так же, как деформацию их вызвавшую, правильно было бы называть по И. А. Биргеру [8] термином «первоначальные», так как под термином «полные» напряжения Н. Н. Давиденков [2] понимает напряжения от деформации, которая имеет как упругую, так и пластическую составляющие, но наличие обеих составляющих бывает не всегда.
В соответствии с изложенным выше уточненную технологическую схему образования остаточных деформаций и напряжений можно проиллюстрировать на примере обкатывания заготовки нежесткого вала инструментом сферической формы вдоль ее образующей (рис. 1), т. е. односторонней обработки заготовки, не имеющей технологически наследственных остаточных напряжений и деформаций изгиба.
Под воздействием усилия деформирования со стороны инструмента в материале поверхностного слоя заготовки развивается упруго-пластическая деформация. Эта первоначальная деформация ео, включающая упругую и пластическую составляющие, вытягивает крайние волокна заготовки на величину Дп и формирует в поверхностном слое первоначальные напряжения оп, т. е. напряжения под нагрузкой. Эти напряжения, совпадающие по знаку с направлением протекающей в процессе обработки деформацией, локализуются в тонком (толщиной а8) поверхностном слое.
При обкатывании силовое воздействие инструмента (шар, ролик) является превалирующим технологическим фактором, оказывающим решающее влияние на интенсивность и глубину распространения упругопластиче-ской деформации в поверхностном слое заготовки. Поэтому эпюру первоначальных напряжений в деформированном слое заготовки можно с большой достоверностью построить с помощью обобщенной диаграммы о^ = у(е^) деформирования материала [8], применяя при этом соотношения теории малых упругопла-стических деформаций.
Таким образом, процесс обкатывания формирует несимметричную относительно нейтральной оси заготовки эпюру неуравновешенных первоначальных напряжений оп. Эти на-
пряжения стремятся уравновеситься в объеме материала детали, но этому мешают действие инструмента и наложенные при закреплении заготовки внешние связи.
В первоначальный момент упругой разгрузки, т. е. в момент снятия всех воздействий и внешних связей, первоначальные напряжения меняют знак, превращаясь в начальные напряжения он. Действие начальных напряжений эквивалентно действию внутренних продольной силы и изгибающего момента, которые вызывают упругую деформацию заготовки при разгрузке. Под действием продольной силы и изгибающего момента происходят укорочение (продольная Д упругая деформация) и изгиб (упругая деформация изгиба /) заготовки. Высвобождающиеся при этом реактивные напряжения Ор и ом уравновешивают начальные напряжения по всему поперечному сечению изделия, преобразуя их в остаточные напряжения оо. Реактивные напряжения, распределение которых в соответствии с теорией Генке носит линейный характер, являются реакцией на действие первоначальных напряжений при наличии связей, наложенных на заготовку. После упругой разгрузки вал принимает новое деформированное состояние, характеризуемое остаточными деформациями растяжения До и изгиба /о, которые отвечают равновесной эпюре остаточных напряжений. При этом равновесная эпюра остаточных напряжений, получаемая путем вычитания из начальных напряжений реактивных напряжений, может иметь существенную асимметрию относительно нейтральной оси изделия. Степень асимметрии зависит от значения упругой деформации изгиба f заготовки. Сама же упругая деформация изгиба зависит не столько от уровня начальных напряжений, сколько от асимметрии их распределения относительно нейтральной оси заготовки. Этот факт объясняет, что образование малых остаточных деформаций не связано с формированием небольших по значению остаточных напряжений в теле детали. Точно так же в случае возникновения больших остаточных деформаций детали нельзя утверждать, что в ней сформировались большие остаточные напряжения [1].
Только при обработке заготовки с прямолинейной осью упругая деформация изгиба f
будет совпадать по значению с остаточной деформацией изгиба /о, но при наличии у заготовки остаточной деформации изгиба такого равенства наблюдаться не будет. При больших упругих деформациях f и А заготовки, возникающих во время разгрузки, эпюра остаточных напряжений может существенно отличаться от эпюры начальных напряжений в сторону уменьшения. Причем глубина залегания а0 остаточных напряжений в активной части эпюры при односторонней обработке всегда меньше глубины залегания а8 начальных напряжений, а при двусторонней (осе-симметричной) обработке, наоборот, больше глубины залегания начальных напряжений.
Что касается направления изгиба заготовки во время упругой разгрузки, то его можно определить на основании гипотезы плоских сечений (гипотеза Бернулли) [9], сохраняющей свою силу за пределом текучести материала. Согласно гипотезе Бернулли плоские сечения детали после деформации остаются плоскими и перпендикулярными к изогнутой оси изделия. Поэтому, соединив на торцах детали крайнее волокно, имеющее остаточное удлинение Ао с обработанной стороны, и крайнее волокно с необработанной стороны, получаем условно плоские сечения. У плоских сечений угол наклона к прямолинейной оси
заготовки, полученный в результате упруго-пластической деформации материала, сохраняется по всей длине детали. Нормали п - п, проведенные к торцевым плоским сечениям, собственно и определяют направление изгиба изделия (см. рис. 1).
Из приведенной принципиальной технологической схемы следует, что образование остаточных деформаций и напряжений является результатом неравномерного изменения НДС заготовки в процессе обработки [1]. В основе этого процесса лежат первоначальные напряжения, а начальные напряжения являются лишь их следствием, их зеркальным отражением в самом начале упругой разгрузки.
Разумеется, при наличии у заготовки остаточных деформаций и напряжений представленный на рис. 1 механизм существенным образом усложняется. Но, тем не менее, даже такая упрощенная технологическая схема образования остаточных деформаций и напряжений позволяет составить весьма полное представление о формировании НДС заготовки в процессе обработки и получении уравновешенного НДС детали после окончания ее обработки. Полученное деталью после упругой разгрузки равновесие НДС, по сути, является квазистатическим. Окончательное же равновесие наступает спустя значитель-
Рис. 1. Принципиальная схема образования остаточных деформаций и напряжений при односторонней обработке детали:
1 — первоначальные напряжения оп; 2 — начальные напряжения он; 3 — реактивные напряжения Ор, высвобождающиеся при продольной А упругой деформации; 4 — реактивные напряжения ом, высвобождающие-
ся при упругой деформации изгиба f; 5 — суммарные реактивные напряжения
высвобождающиеся
при упругих продольной и изгибной деформациях; 6 — образованные в детали остаточные напряжения ао
Fig. 1. Schematic diagram of residual deformations and strains related to unilateral processing of the part:
1 — primary strains ап; 2 — initial strains ан; 3 — reactive strains released during longitudinal Д elastic deformation; 4 — reactive stresses ам, released during elastic bending deformation f; 5 — total reactive stresses +м> released during elastic longitudinal and bending deformations; 6 — residual stresses formed in the part ао
ный промежуток времени — по завершении релаксации остаточных напряжений, которая сопровождается снижением общей остаточной напряженности изделия и завершением развития остаточных деформаций.
В основном вид технологической обработки определяет значение, знак и характер распределения технологических первоначальных напряжений в объеме материала заготовки. Но также на характеристики распределения первоначальных напряжений оказывают условия обработки, а именно предварительное напряженное состояние материала заготовки, которое создается перед обработкой путем ее упругого растяжения-сжатия или изгиба.
Важно отметить, что начальные напряжения могут иметь самостоятельное значение, их образование может быть и не связано непосредственно с деформацией материала до обработки заготовки или в процессе ее обработки. Начальные напряжения могут возникать в результате нарушения равновесия имеющихся в заготовке технологически наследственных остаточных напряжений, например, при удалении материала поверхностного слоя на проводимой технологической операции или в результате релаксационных процессов, проходящих во время хранения, транспортировки и эксплуатации изделия.
Для упрощения описания НДС заготовки в процессе обработки, которая сопровождается упругопластической деформацией материала от силового воздействия инструмента и нарушением равновесия имеющихся технологически наследственных остаточных напряжений в результате удаления технологического припуска во многих случаях можно руководствоваться только начальными напряжениями.
Остаточные деформации при различных видах технологической обработки и после их завершения образуются вследствие разных причин, основными из которых являются:
• асимметричная обработка, связанная с неравномерным удалением материала по контуру поперечного сечения заготовки, например при фрезеровании шпоночных пазов, лысок и др.;
• осесимметричная обработка, связанная с равномерным удалением материала по контуру поперечного сечения заготовки, которая
имеет осевую асимметрию распределения технологически наследственных остаточных напряжений;
• асимметричная обработка, не связанная с удалением материала заготовки, например локальные нагрев или упрочнение материала поверхностного слоя заготовки, несимметричное по контуру поперечного сечения заготовки нанесение покрытий, упругопласти-ческий изгиб и др.;
• неравномерное протекание процессов релаксации остаточных напряжений и структурно-фазовых превращений в материале детали в ходе термической обработки или во время хранения, транспортировки и эксплуатации изделия;
• термическая обработка (например, отпуск или отжиг), которая приводит к изменению значения и характера распределения первоначальных упругих напряжений, созданных в заготовке перед обработкой.
Процесс изготовления нежестких валов можно представить совокупностью их переходов из одного НДС в другое, которые сопровождаются наследованием технологических остаточных деформаций. Причиной технологического наследования остаточных деформаций являются отрицательные факторы НДС детали, такие как неравномерное изменение напряженного состояния (или асимметрия распределения напряжений сечениях изделия) и остаточная деформация изгиба заготовки [10]. Это взаимосвязанные наследуемые факторы, которые обусловливают переход остаточных деформаций от заготовок на изделия и их возникновение непосредственно в процессе обработки деталей. Получить высокоточные изделия можно только в случае, когда процесс изготовления сопровождается затуханием отрицательных наследуемых факторов и планомерным снижением технологических остаточных деформаций до требуемых значений. Но по ходу технологического процесса каждая последующая операция не только исправляет остаточные деформации заготовки, но и вносит дополнительные остаточные деформации, которые обусловлены собственной погрешностью обработки. Оценить эффективность технологической операции в снижении остаточной деформации изгиба можно с помощью известной из курса техно-
логии машиностроения связи одноименных погрешностей заготовки и детали, называемой уточнением у:
у =
fз
'дет
(1)
где fзаг, fдет — остаточный прогиб изогнутой оси соответственно заготовки и детали.
В технологической цепочке существуют некоторые операции, которые не только не снижают, но, наоборот, увеличивают остаточные деформации заготовки. Такими операциями являются процессы термической обработки (закалка, нормализация, отпуск и др.), после выполнения которых остаточные деформации изгиба, как правило, в несколько раз превышают свои первоначальные значения. Такие термонасыщенные операции с точки зрения достижения высокой точности изделий являются дефектами технологического процесса, которые требуют изменения его структуры.
Точность и размерная стабильность изделий зависит от того, насколько отрицательные факторы технологической наследственности будут подавлены или нейтрализованы в процессе изготовления. Сильное действие отрицательных факторов прекращается после проведения операций, которые характеризуются высоким показателем уточнения. Эти операции играют роль технологических «барьеров» [11]. Однако операции стабилизирующей обработки и правки упругопластическим изгибом, традиционно причисляемые к технологическим барьерам на пути отрицательных наследуемых факторов НДС заготовки, по сути, таковыми не являются. В большинстве случаев напряженное состояние заготовки преодолевает технологический барьер в виде термической стабилизирующей обработки за счет увеличения технологической остаточной деформации изгиба, а ее устранение правкой упругопластическим изгибом приводит к значительной асимметрии распределения остаточных напряжений в сечениях детали. При обработке этими методами улучшение одного наследуемого параметра НДС заготовки происходит за счет ухудшения другого параметра, что значительно снижает технологические возможности процессов. Кроме того, стабилизирующая обработка и правка могут
вызвать нежелательное изменение физико-механических свойств материала, что во многих случаях недопустимо для ответственных деталей, требующих повышенной надежности.
Действительными технологическими барьерами, ослабляющими неблагоприятное влияние отрицательных наследуемых факторов НДС заготовки на точность изделия, следует считать операции, которые основаны на активном управлении напряженным состоянием заготовки в процессе обработки [12, 13]. Управление напряженным состоянием осуществляется в целях создания изгибающего момента, обусловленного начальными напряжениями, противоположного знака по отношению к имеющейся остаточной деформации изгиба заготовки [14]. Такие технологические барьеры позволяют практически полностью «переформатировать» НДС заготовки, обеспечив таким образом высокую эксплуатационную надежность изделия [15].
В последние годы разработано много новых методов токарной, электрохимической, термической обработки и поверхностного пластического деформирования (ППД), которые являются действительными технологическими барьерами на пути отрицательных наследуемых факторов НДС заготовки, позволяющими повысить точность детали путем одновременного снижения технологических остаточных деформаций и асимметрии распределения остаточных напряжений в поперечных сечениях заготовки. Эти методы являются комбинированными, включающими разнородные, но вместе с тем технологически совместимые процессы обработки в рамках одной технологической операции. Они разработаны благодаря современным знаниям теории остаточных деформаций и напряжений. В них успешно реализована научная идея о превращении отрицательного фактора технологической наследственности, какими являются, например, неравномерное изменение напряженного состояния или предварительная упругая деформация заготовки, в положительный фактор. Место таких барьеров в технологической цепочке обусловлено необходимостью значительного улучшения НДС деталей после проведения операций с низкими показателями точности обработки. Анализ технологических методов и факторов обработки показал, что
наиболее эффективное управление напряженным состоянием заготовки может проводиться при термической обработке и обработке ППД, так как они не вносят изменения в НДС заготовки, связанные с удалением материала поверхностного слоя [16, 17].
Технологические барьеры, позволяющие одновременно снижать технологические остаточные деформации и формировать остаточные напряжения с распределением, близким к осевой симметрии, дают возможность в значительной мере управлять явлением технологической наследственности НДС заготовок в процессе изготовления нежестких изделий. Поэтому для обеспечения высокой точности и размерной стабильности деталей в технологический процесс изготовления следует интегрировать необходимое и достаточное число технологических барьеров.
Для того чтобы снизить наследственный перенос остаточных деформаций изгиба с заготовок на изделия в начале процесса изготовления, традиционно выполняемую операцию закалки целесообразно заменить первым технологическим барьером — термосиловой правкой (правка заготовок, совмещенная с закалкой материала). Она позволяет в рамках одной операции снизить технологические остаточные деформации заготовок и обеспечить необходимую структуру материала. Снижение технологических остаточных деформаций изгиба при термосиловой правке, например с предварительным обратным изгибом заготовки [17], осуществляется путем целенаправленного изменения ее НДС в результате одновременного силового и термического воздействий на материал, приводящих к кинетическим изменениям свойств (явление кинетической пластичности) при закалке. Термосиловая правка позволяет в 6 раз снизить уровень остаточных деформаций изгиба заготовок, выровнять остаточные напряжения в детали и сформировать требуемые физико-механические свойства материала.
Особо важная роль при проектировании технологических процессов изготовления изделий ответственного назначения отводится финишным операциям, которые в значительной мере определяют качество поверхностного слоя, точность и размерную стабильность изделий [18].
В большинстве случаев окончательная обработка валов производится шлифованием. Но оно у заготовки, которая имеет остаточную деформацию изгиба, сопровождается неравномерными термическими и силовыми воздействиями абразивного круга на обрабатываемую поверхность. Это приводит к снижению качества поверхностного слоя, формированию высоких остаточных напряжений растяжения и неравномерному изменению напряженного состояния заготовки. Возникающие в результате этого остаточные деформации изгиба, как правило, превышают допустимое отклонение от прямолинейности оси и требуют проведения прецизионной правки деталей. Но правку упругопластическим изгибом совершенно недопустимо проводить для ответственных валов на завершающей стадии их изготовления. Поэтому представляется целесообразным отказаться от операции шлифования и при механической обработке ограничиться чистовым точением (или в отдельных случаях тонким точением), а в качестве финишной обработки применять правку ППД, которая одновременно с отделочно-упрочняющей обработкой позволяет с высокой точностью исправлять небольшие (0,01-0,3 мм/м) остаточные деформации изгиба. В основе правки ППД, относящейся к технологиям прецизионного машиностроения [18], лежит точное управление напряженным состоянием заготовки в процессе обработки [19]. Она также дает возможность снизить отрицательное влияние технологической наследственности на конечную точность изделий благодаря следующим факторам:
• глубина распространения начальных напряжений от процесса ППД значительно превышает глубину активной части эпюры остаточных напряжений, сформированных предшествующей обработкой;
• распределение остаточных напряжений, созданных в изделии правкой ППД, наиболее близко к осевой симметрии;
• формирование при поверхностном упрочнении тонкой структуры материала способствует повышению его релаксационной стойкости.
На основании перечисленных положений был усовершенствован технологический процесс изготовления длинномерных валов высо-
a) y, f, мм г 3,0 I
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0
\
\ f y
i
> i
а к и
о
&
о
¡4
а м
a s
и ю а ы a S к s
+ м § &
I *
а + ю
S н и и
2 ® и tf а 6
S н
И и
2 <8
и tf
ft ¡5
ФВ ф В
S я
м &
13 S
м 'В
1 ¡5
ан
ю
а в О
S н Я И
S н Я И
>в м
в
£ ч о н
л и и а и о а в
и S
ч в
ю
а
S в Я И
>в м
л и и а и о а в
и В
ч в
ю
а в О
a s
и ю а ы ft £ И g
i-i н
S н и и " (3 и
ад
trf
ч
9!
и я
0 а
ft в К л п и
S и
■а ° © Н
0
И и
S н
И и
и а
о и
В в
Я §
О В аю ю а В g М °
a s и ю
ag
К В
в
б) f, мм y
- 2,5
2,0
1,5
1,0
- 0,5
0
1' I
f y
1
а к и о в о
¡4
а м
и а
а к
и и
о а
ч ft
В н о
о §
а Ен
¡8 о
ag
is °
§ 'S
В в
43 13
в
о
S в
И и
2 ® и ^ ft о ф в
S в
И и О ф
в g §°
£ ч о К
и и
а и S а 2 ft Я ® о н
И ф
ЕГ
ф ф
S s и и
£ I
13 и
и S
a g
и н
<5 х
ft _
£ Л п и
Ё ° •о1 и о
н 0
К К
а к и а ft К
Рис. 2. Графики изменения параметра уточнения y и остаточной деформации изгиба f по ходу типового (a) и усовершенствованного (б) технологического процессов изготовления длинномерных валов
Fig. 2. Graphs of refinement parameter change y and bending residual deformation f along the standard (a) and improved (b) technological processes for the manufacture of long shafts
коскоростных роторов центробежных насосно-компрессорных установок химических агрегатов (рис. 2). Он позволяет в полной мере и с меньшими затратами обеспечить требуемые параметры точности и качества поверхностного слоя изделий. Этот технологический процесс основан на двух новых операциях — термосиловой правке и правке ППД, являющихся сильнейшими технологическими барьерами.
Сравнительный анализ типового (рис. 2, а) и усовершенствованного (рис. 2, б) технологических процессов по показателю уточнения у и остаточной деформации изгиба f убедительно доказывает эффективность термосиловой правки и правки ППД, позволяющих существенным образом сократить объем термической и механической лезвийной обработок деталей. Это дает возможность перейти от экстенсивного к интенсивному пути достижения и обеспечения высокой точности изделий.
Достоинствами усовершенствованного технологического процесса являются, прежде всего, сокращенный технологический цикл изготовления нежестких валов, уменьшение брака и более низкие издержки в расчете на единицу продукции при надлежащем ее качестве, что, безусловно, свидетельствует о его оптимальности.
Литература [References]
1. Овсеенко А. Н. Технологические остаточные деформации маложестких деталей и методы их снижения // Вестник машиностроения. 1991. № 2. С. 58-61. [Ovseenko A. N. Technological residual deformations of non-rigid parts and methods for their reduction// Engineering Bulletin. 1991. N 2. P. 58-61.]
2. Давиденков Н. Н., Шевандин Е. М. Исследование остаточных напряжений, создаваемых изгибом // Журнал технической физики. 1937. Т. 9, вып. 12. С. 11121124. [Davidenkov N. N., Shevandin E. M.Study of residual stresses generated by bending // Journal of technical physics. 1937. Vol. 9., is. 12. P. 1112-1124.]
3. Донсков А. С., Мокроносов Е. Д., Кропоткина Е. Ю. Остаточные напряжения и устранение погрешности формы неравномерным упрочнением // Вестник машиностроения. 1993. № 4. С. 43-46. [Donskov A. S., Mokronosov E. D., Kropotkina E. Yu. Residual stresses and elimination of mold errors by uneven hardening// Engineering Bulletin. 1993. N 4. P. 43-46.]
4. Остаточные напряжения в металлах и металлических конструкциях / Под ред. В. Р. Осгуда. М.: Изд-во иностр. лит., 1957. 395 с. [Residual stresses in metals and metal structures / Edited by V. R. Osguda. Moscow: Publishing House — Foreign Literature, 1957. 395 p.]
5. Смирнов В. А. Аналитическое определение остаточных напряжений и деформаций в процессе обработки деталей // Изв. вузов. Машиностроение. 1977. № 1. С. 150-155. [Smirnov V. A. Analytical determination of residual stresses and strains during the processing of parts // High School Bulletin. Engineering. 1977. N 1. P. 150-155.]
6. Иванов С. И., Букатый С. А. Общий метод определения остаточных деформаций детали, вызванных обработкой поверхности // Изв. вузов. Машиностроение. 1981. № 9. С. 3-6. [Ivanov S. I., Bukaty S. A. General method for determining residual deformation of a part caused by surface treatment// High School Bulletin. Engineering. 1981. N 9. P. 3-6.]
7. Кувалдин Ю. И. Формирование остаточных деформаций изгиба при точении нежестких валов // Изв. вузов. Машиностроение. 1987. № 6. С. 129-131. [Kuval-din Yu. I. Formation of residual bending deformations during turning of non-rigid shafts // High School Bulletin. Engineering. 1987. N 6. P. 129-131.]
8. Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов: учеб. пособие. М.: Наука, 1986. 560 с. [Birger I. A., Mavlyutov R. R. Material: Training course. Мoscow: Science. 1986. 560 p.]
9. Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. 2-е изд., перераб. и доп. Киев: Наук. думка, 1988. 736 с. [Pisa-
renko G. S., Yakovlev A. P., Matveev V. V. Handbook of materialresistance to s. The second edition, revised and supplemente. Kiev: Science Dumka, 1988. 736 p.]
10. Мураткин Г. В. Особенности технологического обеспечения высокой точности нежестких валов ответственного назначения // Вестник машиностроения. 2016. № 8. С. 65-71. [Muratkin G. V. Technological support features of high precision non-rigid shafts for critical purposes// Engineering Bulletin. 2016. N 8. P. 65-71.]
11. Ящерицын П. И., Рыжов Э. В., Аверченков В. И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск: Наука и техника, 1977. 256 с. [Yascherit-syn P. I., Ryzhov E. V., Averchenkov V. I. Technological heredity in mechanical engineering. Minsk: Science and Technologyy, 1977. 256 p.]
12. Мураткин Г. В. Технологические «барьеры» в процессах изготовления коленчатых валов дизельных двигателей // Транспорт азиатско-тихоокеанского региона. 2015. № 1 (2-3). С. 101-105. [Muratkin G. V. Technological "barriers" in the manufacturing processes of crankshafts of diesel engines // Transport of the Asia-Pacific region. 2015. N 1 (2-3). P. 101-105.]
13. Veprev A. A., Pashkov A. E. Complex technology of the aircraft panels forming // Jurnal UAMFO. 2012. Vol. 4, N 1, January-June. P. 39-54.
14. Zaides S. A., Gorbunov A. V. Improvement of low-rigidity shafts by centrifugal rolling // Jurnal Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36, N 3. P. 213-217.
15. Mahmoudi A.H., Ghasemi A., Farrahi G.H., She-rafatnia K. A comprehensive experimental and numerical study on redistribution of residual stresses by shot peening // Materials & Design. 2016. N 90. P. 478-487.
16. Asi O., Can A. C. The comparison of the residual stresses between carburized and only quenched steels // Pamukkale University Journal of Engineering Sciences. 2001. N 7. P. 182-187.
17. Мураткин Г. В. Правка нежестких деталей при термической обработке // Ремонт, восстановление, модернизация. 2004. № 8. С. 21-26. [Muratkin G. V. Correcting of non-rigid parts during heat treatment// Repair, restoration, modernization. 2004. N 8. P. 21-26.]
18. Зайдес С. А., Забродин В. А., Мураткин Г. В. Поверхностное пластическое деформирование. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. 304 с. [Zaides S. A., Zabrodin V. A., Muratkin G. V. Surface plastic deformation. Irkutsk: Publishing House of Irkutsk State University, 2002. 304 p.]
19. Мураткин Г. В. Исследование влияния методов правки на размерную стабильность длинномерных валов ответственного назначения // Металлообработка. 2014. № 4 (82). С. 37-42. [Muratkin G. V. The influence of dressing methods on the dimensional stability of long shafts having critical purpose // Меtalloobrabotka. 2014. N 4 (82). P. 37-42.]
Сведения об авторе
Мураткин Геннадий Викторович — кандидат технических наук, доцент кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика», Тольяттинский государственный университет, 445046, г. Тольятти, ул. Чайкиной, д. 3941, тел.: +7 927 788-69-96, e-mail: muratkin_g @ mail.ru
Для цитирования: Мураткин Г. В. Процессы образования и снижения технологических остаточных деформаций нежестких деталей // Металлообработка. 2019. № 6. С. 17-26.
hflt IHLI/UUKIiHIf UIH A
L I^H LL'jU U Р^ПН DU H^t
new materials and technology
UDC 620.178.156.6
DOI 10.25960/mo.2019.6.17
The processes of formation and reduction in technological residual deformations of non-rigid parts
G. V. Muratkin
The description of mechanism related to residual deformations and strains is given. There are some processes, which form residual bending deformations of parts. The main factors that influence these processes are described here. The new methods for reducing technological residual strains are also given. Comparative analysis concerning typical and advanced technological processes for the manufacture of long shafts has been carried out.
Keywords: non-rigid parts, technological residual deformations, the processes of correcting details, accuracy, product dimensional stability.
Information about authors
Muratkin Gennady Viktorovich — Ph. D., Associate Professor of "Nanotechnology, Materials Science and Mechanics Department", Togliatti State University, 445046, Russia, Togliatty, Chaykina str., 39-41, phone: +7 927 788-69-96, e-mail: muratkin_g @ mail.ru
For citation: Muratkin G. V. The processes of formation and reduction in technological residual deformations of non-rigid parts // Metalloobrabotka. 2019. N 6. P. 17-26.
Мы рады сообщить вам, что, начиная с выпуска 6 (108) 2018, по желанию авторов, статьям, которые публикуются в нашем журнале, может быть присвоен номер DOI (регистрация в международной организации DataCite). Digital Object Identifier — уникальный идентификатор, присваиваемый различным информационным объектам — книгам, главам книг, журналам, статьям и даже отдельным рисункам, таблицам, графикам и т. п. Использование DOI — признанная мировая практика. Номер DOI — постоянно действующая ссылка на вашу научную публикацию. Теперь, для того чтобы ознакомиться с вашими трудами, достаточно знать лишь номер DOI, и читатель сразу попадет на первоисточник. Кроме того, DOI облегчает цитирование, обеспечивает интеграцию с международными базами данных (Scopus, WoS, EBSCO и др.). DOI поможет включить вашу статью в мировое научное пространство!
Мы присваиваем DOI монографиям, учебным пособиям, справочникам и другим изданиям, подготовленным в АО «Издательство „Политехника"».
DOI
УВАЖАЕМЫЕ АВТОРЫ!
