CC BY
20
ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 224 1976
УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МЕТАЛЛОВ ПОСЛЕ
ВИБРООБРАБОТКИ
Н. Т. ЛЯЛИКОВА, В. А. ОГОРОДНИКОВ (Представлена научным семинаром кафедры прикладной механики)
В процессе вибрационной обработки частицы рабочей среды вступают в динамический контакт с обрабатываемой деталью и наносят множество ударов о ее поверхность. В результахе этих ударов происходит процесс микрорезания и пластического деформирования, что позволяет выполнять очистные, отделочные и упрочняющие операции. Пластическая деформация поверхностного слоя приводит к повышению исходной твердости, образованию остаточных напряжений сжатия и уменьшению шероховатости поверхности [1]. Это улучшение качества поверхностного слоя приводит к повышению износостойкости, усталостной прочности металла, а следовательно, к повышению надежности и долговечности деталей машин.
В литературе еще нет достаточных сведений о том, как сильно изменяются механические свойства поверхностных слоев обрабатываемых деталей, поэтому авторами настоящей статьи были поставлены опыты по исследованию интенсивности и глубины упрочнения, возникающего при виброобработке. Ниже приводятся результаты этих исследований.
Опыты производились на образцах из меди и стали ШХ15, которые подвергались обработке в вибробарабане в течение 120, 60 и 15 минут в среде из стальных закаленных шариков диаметрами 30, 15 и 5 миллиметров, при частоте колебаний 1900 в минуту и амплитуде — 4 мм. Обработка в этих рабочих средах производилась с промывкой проточной водой с целью охлаждения и удаления продуктов отхода после виброобработки. Образцы для тарировки и испытания изготавливались из одного и того же отожженного прутка, после чего производились замеры исходной твердости образцов для испытаний по торцу и по цилиндрической части. После виброобработки образцы разрезались в меридиональном сечении, полировались до 10 класса чистоты и на эту поверхность накатывалась делительная сетка с базой 1 мм. В узлах сетки измерялась твердость на твердомере Виккерса для образцов из цветного металла под нагрузкой 10 кг и для стали ШХ15 под нагрузкой 30 кг на алмазной пирамиде. Среднеарифметическое этих замеров принималось за твердость в данной точке. Остаточные деформации и интенсивность напряжений, характеризующие деформированную зону образцов после виброобработки, определялись по распределению твердости в меридиональном сечении с использованием методики Г. Д. Деля [2].
По результатам испытаний были построены графики распределения интенсивности деформации и величины наклепа в зависимости от времени виброобработки и крупности частиц рабочей среды, построена картина распределения изолиний твердости по всей поверхности образца в меридиональном сечении, что дает возможность наглядно представить распределение и глубину деформации по всему объему образца.
На рис. 1 показан тарировочный график для меди, полученный при осаживании образцов па прессе, по которому определяются величины деформаций и интенсивность напряжений по распределению твердости в меридиональном сечении образцов, подвергавшихся виброобработке.
На рис. 2 представлены графики распределения твердости, интенсивности деформаций и напряжений по глубине деформированного слоя образцов из меди, подвергавшихся виброобработке в течение: а) 120 мин, б) 60 мин ив) 15 мин в среде из стальных закаленных шариков диаметром 30 мм в сечении по цилиндрической части. Точно такие же графики были построены для образцов из стали ШХ15, подвергавшихся обработке в тех же рабочих средах в течение тех же отрезков времени.
Испытания показали, что во всех случаях наблюдается заметное повышение твердости в направлении от оси образца к поверхностному слою. Величина интенсивности деформаций и интенсивности напряжений в направлении к упрочненной поверхности резко возрастает, особенно на образцах из меди. Эту интенсивность напряжений в пластической области можно рассматривать как повышенный предел текучести деформированного металла. Как видно из рис. 2, на образцах из меди предел текучести возрастает уже после 15 минут обработки в вибробункере; при обработке в течение 60 и 120 минут образцы деформируются на всю глубину. Отсюда можно сделать вывод, что для получения наклепа на небольшую глубину образец из меди достаточно обрабатывать в среде из стальных закаленных шариков диаметром 30 мм при данном режиме в течение 5—10 минут. При обработке в течение 120 минут предел текучести на поверхности медных образцов возрастает, примерно, в 4,5 раза, на поверхности образцов из стали ШХ15 — в 2,5 раза. Соответственно увеличивается твердость и возрастает интенсивность деформации по глубине пластически деформированного слоя. Установлено, что крупность частиц рабочей среды также влияет на величину интенсивности деформации и интенсивности напряжений. С возрастанием размеров частиц рабочей среды увеличиваются величина наклепа и глубина деформированного слоя.
0,8
0,6
<7,4
о,г
ИМ
/ о X/ /о / Л
о ^ъо • •
12 16
т ^ /1Г !
' о о * _
•
а)
8 6)
12
16
Н\Г 6с
> к 120 ьо
■ 100 50
6с
1т
ГеГ
/ // 80 20
1
60 10
8
12 Л мм
в)
Рис. 2. Распределение твердости, напряжений и деформаций по толщине деформированного слоя образцов из меди после виброобработки в течение: а) 120 мин., б) 60 мин., в) 15 мин
При виброочистке можно ожидать существенное упрочнение поверхностного слоя, причем, как показали опыты, деформации проникают на относительно большую глубину и могут привести, в конечном счете, к короблению деталей в процессе ее эксплуатации.
Таким образом, при использовании виброочистки следует учитывать, что деталь может существенно упрочняться с относительно большой глубиной проникновения деформации.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. П. Устинов. Упрочнение поверхностных слоев деталей машины в процессе вибрационной объемной обработки. Вибрационная техника в машиностроении, Львов, 1967.
2. В. М. Пименов, К. Н. Ц у к у б л и н а, Г. Д. Д е л ь, В. А. Огородников. Методика определения деформации и наклепа при обработке роликом. ЦНИИТМАШ, № 112, 1968.
