CC BY
7ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
3. Влияние комбинированною меюда упрочнении (азотирование + УЗО) на эксплуатационные свойства вытяжных пуансонов.
Исследование процесса УЗО производилось на кольцах из материала Х12М, подвергнутых азотированию на глубину 0,07.. .0,15мм. Микротвёрдость после азотирования, измеренная на микротвёрдомере ПМТ-3 при нагрузке 100 грамм (1 Н) составила Я100 = 9000...9500 МН/м2, шероховатость поверхности Яя =0,5...0,55 мкм (измерение производилось на профилографе-профилометре модели 252).
Варьируемыми параметрами режима УЗС выбирались : статическая нагрузка (Рст), радиус инструмента из синтетического алмаза типа АСПК (г), скорость вращения детали (V), подала инструмента (S). Они изменялись в следующих пределах : Рст от 100 до 250 Н, У от 80 до 130 м/мин, S от 0,07 до 0,14 мм/об, г от 2 до 4 мм. Частота и амплитуда колебаний инструмента оставались неизменными (f = 44 кГц, 2А = 12 мкм). Процесс обработки происходил в условиях обильной смазки индустриальным маслом 20. Оптимизация режимов обработки осуществлялась по двум основным пара-мэтрам, характеризующим качество поверхностного слоя: шероховатости (Яа, мкм) и микротвёрдости (Н100), МН/м2. Оптимальными режимами УЗО принимались такие, которые обеспечивали минимальную шероховатость и максимальную микротвёрдость. Этим условиям соответствовали: Рст = 250Н, V= 80...100 м/мин, S = 0,10 мм/об и радиус инструмента г = 4 мм. При таких режимах обработки шероховатость поверхности азотированных образцов уменьшилась с исходной до Яа = 0,20...0,24 мкм, что позволило убрать операцию полирования после азотирования, а микротвердость возросла до Н100 = 11000... 11500 МН/м2. При этом следует отметить, что на поверхности при значительном снижении высоты микронеровностей образовался своеобразный микрорельеф в виде следов инструмента, оставшихся после ударов. Изменения физико-механических характеристик поверхностного слоя азотированных образцов должно было отразиться на эксплуатационных свойствах деталей машин и инструментов, работающих в тяжёлых условиях нагружения (износа и усталости). Это было подтверждено стендовыми и натурными испытаниями вытяжных пуансонах, обработанных после азотирования ультразвуковым инструментом. Испытания были сравнительными с азотированными и полированными.
Стойкости пуансонов, обработанных УЗО, после азотирования по сравнению с азотированными и полированными в реальных условиях вытяжки увеличилось в среднем в три раза.
Увеличение стойкости вытяжных пуансонов объясняется тем, что качество поверхностного слоя по геометрическим и физико-механическим характеристикам после УЗО является более предпочтительным, чем после азотирования и полирования. В поверхностном слое создаётся мелкозернистая структура однородная по поверхности, равномерно распределяются сжимающие остаточные напряжения, образуется специфичная микрогеоиетрия и субмикрогеометрия, происходит значительное увеличение микротвердости поверхности.
Извес-но, что пуансоны, применяемые на операциях свертки v вытяжки как с утонением так и без утонения стенки при значительных степенях деформации, склонны к образованию зон схва i ыванин вдоль образующей i iyan-сона. Зоны схватывания начинаются в очаге деформации и распространяются даль ше, приводя к вырыву, отпуску, резкому снижению шероховатости материала пуансона и налипанию на эти участки деформируемого материала. Регулярный микрорельеф посте УЗО на поверхности пуансонов, имеющий резервуары для удержания смазки, способствует разделению ювенильных поверхностей, препятствует образованию адгезионных связей и тем самым устраняет зоны схватывания.
Таким образом, исследованиями показано, что возможно пластическое деформирование с высокой частотой нагружения азотированных слоев. Комбинация процессов (азотирование плюс УЗО) приводит к формированию поверхностного слоя инструментов с благоприятными свойствами для эксплуатации в условиях больших контактных напряжений. Стойкость вытяжных пуансонов, обработанных на оптимальных режимах ьоз-росла более чем в три раза.
Список литературы
1. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин/ М.А. Балтер.-М.: Машиностроение, 1978.
2. Туровский М.Л. Упрочняющая обработка роликами азотированных стальных деталей/ М.Л. Туровский, P.A. Новик. //Вестник машиностроения. -1970.-№ 1 -С. 39-49.
3. Овсиенко А.Н. Комплексная технология повышения дшп иьечиос!и bbicüKOHäi руженных деталей турбин/А.Н. Овсиенко, A.B. Савлина, М.В. Синицин. //Автоматизация и современные технологии. -2006. -№ 4.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА «ПРОГНОЗ-ТЕХНО» ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ КАЧЕСТВА ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ОТ ТЕХНОЛОГИИ ИХ НАПЫЛЕНИЯ
М.В. РАДЧЕНКО, профессор, доктор техн. наук, Ю.О. ШЕВЦОВ, профессор, канд. техн. наук, С.А. МАНЬКОВСКИЙ, инженер, С.Г.УВАРОВА, аспирант, АлтПГУим. И.И.Ползунова, г. Барнаул
При разработке новых технологических процессов создания упрочняющих л защитных покрытий на поверхности деталей машин и инструментов для оптимизации технологических параметров часто используют эмпирические зависимости, характеризующие влияние техно-
логических параметров на параметры качества создаваемых покрытий. Построение таких зависимостей, как правило, сопряжено с большими затратами времени и материальных ресурсов, поэтому достаточно часто применяют расчетные методы исследования с использова-
12 № 4 (37) 2007
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Cfa
10 (ОЧ5НЬ быстро) 3(Быстро) )(Бьстрее)
) (Скорость=Качест$о)
) (Медленнее)
Параметр
х Время напыления, с У
Значения
Тог щча гкжр-я, мкм
¡140 280 840 300 630 1240 180 9S0
z Прочность сцеп hfla
;1S 2S 38 43 20 19 31 S3
Введите название параметра н п_ Плотнось^дта, и тд. И его значения через пробел нп.: 1 3591 1034 34
(Количество значен у каждого параметра должно быть одинаковым)
Загрузить данные Сохранить данные
Остатки (%) [so 37 17 35 88 12 22 8
R2 - 0.46 Eps(max) - 68%
Eps(mid) ■ 31%
нием математического моделирования этих процессов. При этом иногда достаточно иметь лишь статистические математические модели в виде регрессионных соотношений между входными и выходными параметрами. Существует достаточно простой математический аппарат и набор программ для построения таких моделей. Авторами на базе пакета прикладных программ Ма!1_аЬ разработан новый программный продукт «Прогноз-техно», предназначенный для построения методом наименьших квадратов регрессионных моделей в прикладных статистических исследованиях. Даная программа, в отличие от других программных продуктов, позволяет получить
не только уравнения регрессии, связывающие входные и выходные параметры процесса, но и.построить графические модели в трехмерном пространстве (поверхность в 3D), а также их проекции на координатные плоскости. В программе предусмотрена разнообразная работа с данными, вычисление максимального из остатков и их суммы, оценка качества построенной модели (адекватность по критерию Фишера, коэффициенту детерминации и оценке среднего квадрата ошибки предсказания).
Настоящая работа посвящена исследованию возможности этой программы на примере изучения процесса создания износостойких защитных покрытий методом
ху-059* -Ю06у+1569
Тип графика
б
Рис. 1. Трехмерная математическая модель зависимости прочности сцепления от толщины напыленного слоя
и времени напыления (а) и данные для ее построения (б)
№4(37)2007 13
CJyj ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ТЕХНОЛОГИЯ
газопламенного напыления самофлюсующихся порошковых сплавов системы №-Сг-В-31, применяемых для повышения стойкости деталей в условиях контакта с высокотемпературными газами, различными агрессивными средами и абразивными материалами.
Известно, что при напылении одним из наиболее важных параметров, определяющих качество покрытия, являемся прочность сцепления покрытия с основой асцеп [1]. Этот параметр зависит от многих факторов, основными из которых являются дистанция напыления /_нап (расстояние от среза сопла горелки до напыляемой поверхности), время напыления ¿нап и толщина покрытия ЛП01ф. Поэтому был спланирован и проведен полный двухфакторный эксперимент с целью пoлvчeния статистических данных, характеризующих зависимости прочности сцепления с поверхностью от данных наиболее значимых параметров
г= «О.ООк2 -ОООу2 -I
режима напыления. Газопламенное напыление самоф-люсующегозя порошкового сплава ЛГ-10Н-01 на листы из стали 20 проводили на установке «КЕДР», варьируя исходные параметры в пределах = 50...110 мм, Гнап= 1...6 с. Для определения прочности сцепления авторы этой работы использовали один из наиболее известных в технике эксперимента и распространённых способов - штифтовой метод [2].
На основе экспериментальных данных, полученных в результате исследований напыленных слоев, были построены регрессионные зависимости в виде полиномов второго порядка и трехмерные математические модели, графическое изображение которых представлено на рис. 1и 2.
Анализ рис. 1, а показывает, что в области изменения режимов наблюдается следующая зависимость: пло-
у +0 74х +1 43/-31890
Прогноз - f:Графические npotpoMMbtXPrognoZZZ f^ j X
Ось Параметр
Дистанция нап-я,мм
50 100 80 130 60 90 70 110
У Толвума norp-я, к/км
3S0 330 390 340 490 410 620 390
[Прочность сцеп ИТа
15 26 34 37 38 24 30 50
Введите название параметра нл,: Ллотнось, sigma. и тд. И его значения через пробелнл:1 3591 10 34 34
(Количество значений у каждого параметра должно выть одинаковым)
| Загрузить данные [ Сохражть да»*ые
R2-065
Epi(max) - 52%
Eps(mW)-13%
Скорость о Качество отображения
Тип граф*«а
Линии уровня XY Линии уровня XZ Линии уровня YZ
Рис. 2. Трехмерная математическая модель зависимости прочности сцепления от толщины напыленного слоя
и дистанции напыления (а) и данные для ее построения (б)
№4(37) 2007
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Cfä
скость стремится вверх в двух случаях: I) при увеличении /7покр и уменьшении £нап, 2) при уменьшении /1покр и увеличении Гнап, что говорит об увеличении прочности сцепления. Минимальная осцеп наблюдается при максимальных и минимальных величинах Лпокр и ?нап.
Это можно объяснить следующим. При увеличении времени напыления увеличивается толщина покрытия. При э_ом вследствие более длительного нагрева поверхности и материала покрытия в нем образуются внутренние напряжения, которые не успевают релаксировать, что приводит к его отслоению от защищаемой поверхности Следовательно, в данном случае наиболее эаци-оналыым является время напыления 5-6 с.
Также с позиций качества защитных покрытий представляет интерес математическая модель зависимости прочности сцепления от толщины напыленного слоя и дистанции напыления. В результате получена следующая зависимость (рис. 2, а). Вид плоскости наглядно показывает, что с увеличением толщины покрытия до определенного значения (400...500 мкм) происходит увеличение °Сцеп' а затем снижение.
Максимальная асцеп наблюдается при максимальной и ^покр в интервале между значениями 400...500 мкм в изгибе графика. При увеличении дистанции напыления прочность сцепления возрастает, достигает своегс мак-
симума при LHan=120 мм, а затем ее значения снижаются. Поэтому оптимальная дистанция при напылении составляет 110...120 мм, оптимальная толщина 400...500 мкм.
Таким образом, в результате исследования установлено, что разработанная программа «Прогноз-техно» позволяет предопределить рациональные технологические параметры для формирования напыленных покрытий с наиболее благоприятными показателями физико-меха-мичоских и окзплуатациоммых свойств. Логично прсдпо ложить, что эти выводы можно распространить на процессы газопорошковой наплавки покрытий.
Список литературы
1. Тушинский Л.И. Исследование структуры и физико-ме-ханических свойств покрытий/ Л.И. тушинский, A.B. Плохое/ - Новосибирск: Наука, 1986.- 201 с.
2. Радченкс М.В., Шевцов Ю.О., Федоров В.А., Маньков-пкий С. А , Нагорный Д А Исспедпняние прочности сцепления покрытия с основой как определяющего фактора качества/ М.В. Радченко, Ю.О. Шевцов, В.А. Федоров, С.А. Маньковский, Д.А. Нагорный // Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Т.В. Ершова «Современные технологические системы в машиностроении (СТСМ - 2006)». -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006.- С. 70-73.
ТОЧНОСТЬ ПРИ ДОРНОВАНИИ С БОЛЬШИМИ НАТЯГАМИ ОТОЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА Н ТОЛСТОСТЕННЫХ ВТУЛКАХ
В.Ф. СКВОРЦОВ, доцент, канд. техн. наук, И. С. ОХОТИН, ассистент,
А.Ю. АРЛЯПОВ, канд. техн. наук, ТПУ, г. Томск
Дорнование с большими натягами относится к одному из простых и производительных методов отделэчно-упрочняющей обработки отверстий малого диаметра (d =1...3 мм) в толстостенных заготовках [1]. Выполняя дорнование с натягами до 0,1с/ и более, можно повысить точность отверстий с / Л 1.../Г12 до IT6... /77 [1]. Эти данные получены при обработке отверстий в заготовках типа пластин. Ниже приведены результаты статистических исследований точности при дорновании отверстий малого диаметра в толстостенных втулках (D/d > 3, где D — диаметр наружной поверхности втулки).
Исследования проводили на втулках из стали Х12МФ (HB 2000 МПа). Их номинальные размеры составляли: диаметр отверстия — 2 мм; диаметр наружной поверхности — 7 мм (первый тип втулок) и 10 мм (второй тип втулок); высота — 10 мм. Отверстия получали сверлением спиральным сверлом диаметром 2 мм на токарном станке, остальные поверхности втулок обрабатывали точением. Дорнование отвеэстий выполняли на верти-кально-сверлильном станке однозубыми прошивками из твердого сплава ВК8. Углы рабочего и обратного конусов прошивок составляли 6°, ширина цилиндрической ленточки — 2 мм. Дорнование отверстий осуществляли последовательно двумя прошивками диаметром 2,236 мм (первый цикл) и 2,261 мм (второй цикл) со скоростью около 0,5 м/мин. В качестве смазочного материала при
этом использовали смесь жидкости МР-7 с дисульфидом молибдена.
Точность о~верстий и наружных поверхностей изучали методом больших выборок [2]. Для установления зависимостей между погрешностями диаметров поверхностей втулок после различных методов их обработки использовали корреляционный анализ [2]. Число втулок первого и второго типов соответственно составляло 75 и 45 штук.
Измерения диаметров отверстий после сверления производили нутромером фирмы «Carl Zeiss Jena» (Германия) с ценой деления 0,002 мм, а после дорнования — компаратором с перфлектометром фирмы «Leitz» (Германия) с ценой деления 0,0002 мм. Диаметры наружных поверхностей втулок измеряли на вертикальном * оптиметре модели ИКВ с ценой деления 0,001 мм. Измерения диаметров отверстий и наружных поверхностей выполняли в двух поперечных и трех продольных сечениях втулок. У каждой втулки фиксировали минимальный, максимальный и средний диаметры отверстия и наружной поверхности. В качестве среднего диаметра принимали среднее арифметическое из шести измеренных в различных сечениях втулки значений диаметра этих поверхнсстей. Точность обработки отверстий и наружных поверхностей втулок оценивали по параметрам распределения среднего диаметра, а также по величине суммарного поля рассеивания диаметров [3]:
№4(37)2007 15
