CC BY
20
DOI 10.36622/VSTU.2023.19.1.018 УДК 621.787.4
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕВЕРСИВНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ УПРОЧНЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
С.А. Зайдес, Х.Х. Нгуен Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
Аннотация: представлены результаты экспериментальных исследований по определению влияния параметров реверсивного поверхностного пластического деформирования на шероховатость цилиндрических деталей типа валов и осей. Рассмотрено влияние шести основных параметров процесса поверхностного пластического деформирования (ППД): частоты вращения заготовки (пз), продольной подачи (S^), радиального натяга (t), начального угла установки рабочего ролика (ан), амплитуда угла реверсивного вращения рабочего ролика (ар) и реверсивной частоты вращения рабочего ролика (пр), - на шероховатость поверхности упрочненных деталей при упрочнении стали С45. Для реализации предлагаемого способа отделочно-упрочняющей обработки разработано устройство для образования реверсивного кругового движения рабочего инструмента (РИ), которое устанавливается на токарном станке 1К62. Шероховатость поверхности упрочненных деталей измерена на профилометре Form Talysurf i200. По результатам экспериментальных исследований были определены рациональные режимы упрочнения, обеспечивающие высокие требования к шероховатости поверхности деталей: частота вращения заготовки от 75 до 100 об/мин, продольная подача от 0.075 до 0.1 мм/об, радиальный натяг от 0.07 до 0.08 мм, начальный угол установки РИ 90о, амплитуда угла реверсивного вращения РИ от ±10о до ±20о и реверсивная частота вращения РИ от 100^140 дв.ход/мин.
Ключевые слова: реверсивное поверхностное пластическое деформирование, шероховатость поверхности, двухрадиусный ролик, начальный угол установки рабочего инструмента, реверсивная частота вращения
Введение
Качество выпускающей продукции относится к важнейшим задачам машиностроительных отраслей народного хозяйства страны. Н Надежность изделий машиностроения во многом зависит от качества изготовления отдельных деталей,
характеризуемого точностью формы и шероховатостью поверхности [1, 2]. Микронеровности в первую очередь воспринимают силовые, температурные, агрессивные и другие виды воздействия. От величины шероховатости поверхности зависят эксплуатационные свойства деталей машин: появление усталостных трещин, износ поверхностей трения, смятие рабочих поверхностей, коррозионное и эрозионное воздействия, кавитационное разрушение [1, 3].
Шероховатость во многом определяют и физические свойства поверхностей: оптические, акустические, электрические, магнитные. Шероховатость поверхности влияет и на прочность соединений с натягом [4]. Практически нет ни одного эксплуатационного свойства деталей машин, которое в той или иной мере не зависело бы от шероховатости поверхности [2].
© Зайдес С.А., Нгуен Х.Х., 2023
Многочисленными исследованиями [2, 57] было установлено, что после обработки резанием поверхность имеет хаотичный микрорельеф с выступами и впадинами различной формы и размеров, образующихся из-за неоднородной пластической деформации, скалывания и вырывания частиц обрабатываемого материала из общей его массы.
На практике для повышения качества поверхностного слоя деталей машин обычно используют отделочно-упрочняющую
обработку поверхностным пластическим деформированием (ППД), которая позволяет получить более однородную по всем параметрам микрогеометрию, чем любой, даже самый тонкий процесс обработки резанием [2, 8, 9].
В свою очередь, шероховатость поверхности после ППД тоже зависит от целого ряда факторов: способа упрочнения, вида и геометрии рабочего инструмента, параметров процесса, марки обрабатываемого материала, состояния технологического оборудования и др. [10-12]. Для традиционных способов упрочнения к настоящему времени проведены многочисленные исследования, позволившие выявить и обосновать рациональные параметры упрочнения, обеспечивающие получение качественного поверхностного слоя деталей с
минимальном шероховатостью поверхности [13, 14].
В последнее время на смену простых кинематик процессов ППД (вращение заготовки и подача рабочего инструмента) успешно разрабатываются новые процессы, позволяющие усилить напряженное состояние в очаге деформации или сформировать регулярный микрорельеф [1, 15]. Так, в Иркутском национальном техническом университете разработан способ реверсивного ППД, позволяющий повысить интенсивность рабочих напряжений в зоне деформации и остаточных сжимающих напряжений в деталях машин [17]. Предлагаемая более сложная кинематика рабочего инструмента не может не сказаться и на качестве поверхностного слоя и, в частности, на его микрогеометрии.
Цель данной работы заключается в экспериментальном определении влияния параметров реверсивного ППД на основные параметры шероховатости поверхности деталей машин.
Методика и техника выполнения экспериментов
Для определения параметров
шероховатости поверхностей упрочненных деталей после реверсивного ППД использовали цилиндрические образцы из
среднеуглеродистой стали 45 диаметром 28 мм (рис. 1). Опытные образцы разделены поперечными канавками на 6 одинаковых участков по длине и диаметру, которые упрочняются с использованием разных технологических параметров и режимов обработки. На каждом образце испытывался один параметр ППД с пятью разными режимами упрочнения, что позволяло построить соответствующие графики. Один из шести участков не обрабатывали, и он служил для определения исходной шероховатости поверхности перед ППД.
Для исключения биения обрабатываемой поверхности образец закрепляли в трехкулачковом патроне токарного станка и поджимали задним центром. После этого цилиндрическую поверхность образца диаметром 30 мм протачивали резцом до диаметра 28 мм (^пр = 0,2 мм/об, пз = 600 об/мин, t = 0,2 мм), а затем упрочняли реверсивным ППД.
5x6
xi гч -Ж. Я
*
210 i25x6i
Рис. 1. Образец для экспериментального определения параметров шероховатости поверхности после реверсивного ППД
Устройство для реверсивного ППД
Для реализации предлагаемого способа отделочно-упрочняющей обработки авторами статьи разработано устройство для образования реверсивного кругового движения рабочего инструмента (рис. 2). Устройство содержит рабочий инструмент 1, выполненный в виде двухрадиусного ролика с возможностью реверсивного вращения по амплитуде с реверсивной частотой вращения пр, шпонку 2, с помощью которой на валу шагового двигателя 3 закреплен рабочий инструмент, шаговый двигатель 3 смонтирован на основании 12, блок управления 4, смонтированный в
электрическом шкафу, в котором находятся кнопка запуска 5, регулятор скорости реверса 6, программируемый контроллер (PLC) 11, экран режимов обработки 8, автоматический выключатель 9 и трансформатор 10. Параметры шагового электродвигателя задаются по управляющей программе при помощи персонального компьютера 7 через блок управления 4.
Устройство работает следующим образом: управляющая программа для шагового двигателя 3, запрограммированная на персональном компьютере 7, загружается в программируемый контроллер (PLC) 11. Запускают систему нажатием кнопки запуска 5,
выбирают режим обработки, используя регулятор скорости реверса 6 и кнопки угла реверса рабочего инструмента. Информация о параметрах рабочего инструмента отражается на экране режимов обработки 8. Программируемый контроллер (PLC) 11 преобразует команды управляющей программы в управляющие импульсы, подаваемые на обмотки шагового двигателя 3, который вращается по строго заданной амплитуде угла реверса с заданными параметрами скорости.
При этом рабочий инструмент вращается с заданной управляющей программой движением - реверсивное вращение по амплитуде ± а с заданной частотой реверсивного вращения. Трансформатор 10 используется для преобразования напряжения переменного тока 220 V в напряжение постоянного тока 15 V, необходимое для программируемого контроллера 11, а автоматический выключатель 9 служит для защиты электрических цепей от перегрузки или короткого замыкания.
7
5 Ш
220 V
Рис. 2. Принципиальная схема устройства для реверсивного поверхностного пластического деформирования двухрадиусным роликом: 1 - рабочий инструмент, 2 - шпонка, 3 - шаговый электродвигатель, 4 - блок управления, 5 - кнопка запуска, 6 - регулятор скорости реверса, 7 - персональный компьютер, 8 - экран режимов обработки, 9 - автоматический выключатель, 10 -трансформатор, 11 - программируемый контроллер, 12 - основание, 13 - заготовка
Экспериментальные исследования
проведены на токарном станке 1К62, где вместо верхней части суппорта устанавливается устройство для создания реверсивного кругового движения
двухрадиусного ролика (рис. 3). Геометрические характеристики рабочего инструмента: диаметр рабочего ролика Dр = 30
мм, профильный радиус гпр = 2.5 мм, расстояние между вершинами рабочего ролика I = 1.5 мм; материал - быстрорежущая сталь SKD-11. В качестве технологической смазки использовано индустриальное масло И-40А, которое широко применяется при обработке деталей ППД.
Рис. 3. Общий вид устройства для реверсивного поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей цилиндрических деталей на токарном станке 1К62: 1 - задний центр, 2 - обрабатываемый образец, 3- основание, 4 - шаговый электродвигатель, 5 - рабочий инструмент, 6 -трехкулачковый патрон, 7 - панель управления параметрами движения рабочего инструмента
Методика измерения шероховатости
Измерение параметров шероховатости цилиндрической поверхности опытных образцов, подвергающихся реверсивному ППД, проводили с помощью профилометра Form Talysurf i200 производства компании Taylor Hobson (рис. 4). Для измерения шероховатости цилиндрический образец 1 устанавливался в V-образную призму, закрепленную на подложке. Измерительная головка 5 перемещается в соответствии с сигналом ручного управления по поверхности образца 1 для осуществления
измерения. Результаты каждого замера представляются на экране компьютера в виде профилограммы с высотными и шаговыми характеристиками микропрофиля.
Для обеспечения корректности измерения параметры шероховатости каждого участка определили в трех зонах через 120о по окружности. Исходя из результатов средних значений по трем замерам определили зависимость шероховатости упрочненных поверхностей от каждого технологического параметра маятникового ППД, которая отражается в нижепредставленных графиках.
Рис. 4. Измерительный комплекс для определения шероховатости поверхности на профилометре Taylor Hobson Form Talysurf i200: 1 - опытный образец, 2 -V-образная призма с подложкой, 3 - ручное управление измерительной головкой, 4 -персональный компьютер, 5 - измерительная головка, 6 - направляющая по вертикали, 7 - индуктивный датчик
После механической обработки поверхности большинства деталей выглядят блестящими, но на самом деле они не идеально ровные и все еще имеют неровности. Эти шероховатые микронеровности являются результатом пластической деформации слоя материала на поверхности заготовки после процесса упрочнения металла. Шероховатость поверхности обычно оценивают по следующим критериям: среднее арифметическое отклонение профиля Ra, высота неровностей профиля Rz и шаговый параметр
Для исследования влияния параметров реверсивного поверхностного пластического деформирования на шероховатость
упрочненных деталей рассмотрены 6 параметров технологического процесса -продольная подача (£"пр), частота вращения заготовки (пз), радиальный натяг (0, начальный угол установки РИ (ан), амплитуда угла реверсивного вращения (ар) и реверсивная частота вращения РИ (пр).
Результаты экспериментальных исследований
Базовые режимы обработки, которые определены при предварительном упрочнении реверсивным ППД, представлены в таблице.
Базовые режимы реверсивного ППД
(мм/об) Пз (об/мин) t (мм) ан (град.) ар (град.) пр (дв.ход./мин.)
0.075 100 0.075 90 ±15 120
Влияние продольной подачи
На рис. 5 представлено влияние
продольной подачи на параметры шероховатости упрочненных деталей при реверсивном ППД.
Ка. ыкм 2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
п а "исх иг = 4.80 = 21. о: ыкм 1 ыкм
к- у
Ко
Е1. ыкм Вт. ыкм 14 175
6 4
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 мы/об
12 160 10 145
8 130
115
100
™ ^ и о: = 218 мкм
/
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Йцр мы/об
б
Рис. 5. Влияние продольной подачи на параметры шероховатости Ка, Кг (а) и Sm (б) при упрочнении деталей реверсивным ППД
а
Анализ экспериментальных результатов на рис. 5 показал, что чем больше величина продольной подачи, тем выше параметры шероховатости. Увеличение продольной подачи от 0.075 до 0.275 мм/об высотные параметры шероховатости Ra, ^ увеличиваются в 2.8^3.7 раз, а шаговый параметр Sm увеличиваются в 1.6 раза. Это объясняется тем, что с увеличением продольной подачи степень перекрытия очагов деформации уменьшается - шероховатость поверхности растет, что способствует образованию частично нового профиля поверхности.
На рис. 6 показаны профилограммы шероховатости одной из исходных
поверхностей и упрочненных поверхностей при разных величинах продольной подачи при реверсивном ППД. В данном случае реверсивное ППД способствует образованию нового микропрофиля на поверхности упрочненных деталей и существенному уменьшению практически всех параметров шероховатости по сравнению с параметрами исходной поверхности.
По сравнению с исходной шероховатостью, после реверсивного ППД параметры шероховатости Ra и ^ уменьшаются в 8,3 и 4,4 раза, соответственно, при этом средний шаг неровности Sm уменьшается в 2,1 раза.
Исходный микропрофиль Ra= 4,80 мкм Rz=21,03 мкм Бт=218.0 мкм
Микропрофиль при 5пр = 0,175 мм/об Ra = 1,12 мкм ^ = 8,82 мкм Бт = 149,21 мкм
Микропрофиль при Бпр = 0,075 мм/об Ra = 0,58 мкм ^ = 4.75 мкм Бт = 103.55 мкм
Рис. 6. Профилограммы шероховатости исходной и обработанных поверхностей реверсивным ППД при разных значениях продольной подачи
Влияние частоты вращения заготовки
На рис. 7 представлено влияние частоты вращения заготовки на параметры шероховатости упрочненных деталей при реверсивном ППД.
Из рис. 7 видно, что частота вращения заготовки значительно влияет на параметры шероховатости упрочненных деталей при реверсивном ППД. При увеличении частоты вращения заготовки от 75 до 250 об/мин высотные параметры шероховатости Ra, Rz увеличиваются в 4^6 раз, а шаговый параметр
Бт увеличивается в 2 раза. Следует отметить, что при увеличении частоты вращения заготовки от 75 до 100 об/мин параметры шероховатости Ra, Rz и Бт увеличиваются плавно и незначительно. В этом интервале частоты вращения заготовки происходит практически полное смятие неровностей. Последующее увеличение частоты вращения заготовки приводит к росту скорости локального смятия микрорельефа поверхности, возможно появление вибрации в процессе ППД, что приводит к увеличению шероховатости поверхности.
На. мкы 3.8
3.3 2.8 2.3 1.8 1.3 0.8 0.3
Я а _ иск 4.80 ыкы
я; зсх 21.0: 1 ыю I
/
л /у Лет
— -
Дг. мкы Бп1. мкы 18 220
16 200 14
180
12
160
10
8 140 6 120 4 100
2 80
75 100 125 150 175 200 225 250 н,. об/мнн
С .'1Г •^ис — ' !18 1 [КЫ
75 100 125 150 175 200 225 250 п3. об/мнн
б
Рис. 7. Влияние частоты вращения заготовки на параметры шероховатости Ка, Кг (а) и Sm (б) при упрочнении деталей реверсивным ППД
а
Влияние радиального натяга
На рис. 8 представлено влияние радиального натяга на параметры шероховатости упрочненных деталей при реверсивном ППД.
Из рис. 8 видно, что наименьшая шероховатость поверхности после
реверсивного ППД обеспечивается при величине радиального натяга t = 0.07^0.08 мм, при этом параметры шероховатости Ra и Rz снижаются в 4,5^8.3 раза, а шаговый параметр Бт в 2.1 раза по сравнению с исходной шероховатостью. Небольшая величина радиального натяга ^ = 0.05 мм) приводит к неполному деформированию
микронеровностей, при этом требуемое удельное давление для полного сглаживания
микронеровностей недостаточно и слишком маленький радиальный натяг приводит к скольжению РИ по обрабатываемой поверхности заготовки и происходит прерывистое деформирование, что приводит к незначительному снижению исходной шероховатости поверхности. При большой величине радиального натяга ^ > 0,15 мм) наблюдается резкий рост удельного давления в очаге деформации, шероховатость при этом растет и возможен перенаклеп, который обычно проявляется в шелушении поверхности и отслаивании частиц металла. Кроме того, большая величина радиального натяга приводит к увеличению вибрации в процессе ППД, которая увеличивает шероховатость поверхности.
Ка. мкм 2.10
1.85
1.60
1.35
1.10
0.85
0.60
0.35
=4 .80 МКМ
UZ — -у "иск 1.03 мкм .
Яа //
/ / Дг
-
0.05
0.10 0.15 мы
Яг. мкм Бт. мкм 14.5 175
0.20
12.5 160
6.5 115 45 100
= 21 8 мкм
0.05
0.10 0.15 мм
б
Рис. 8. Влияние радиального натяга на параметры шероховатости Ra, ^ (а) и Бт (б) при упрочнении деталей реверсивным ППД
0.20
а
Влияние начального угла установки рабочего инструмента
Результаты экспериментальных
исследований показали, что наименьшая шероховатость упрочненных деталей после
реверсивного ППД достигается при ан = 90о (рис. 9), а наибольшая при ан = 0о. При увеличении начального угла установки РИ от 0о до 90о высотные параметры шероховатости (Яа и Я^) уменьшаются в 3.4^5.1 раза, а шаговый параметр Sm в 2 раза.
Ка. мкы 3.5
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5
= ¿ СИ 4 1.80 ь :кы
1.03 лхм
ЙС1 к-
мкы мкы
18.0 220
15.5 200
13.0 180
10.5 160
8.0 140
5.5
120
3.0
100
^исх = 211 51Ш
0 15
30 45 60 ан. град.
75 90
0 15
30 45 60 а.н. град.
а б
Рис. 9. Влияние начального угла установки рабочего инструмента на параметры шероховатости Яа, Яг (а) и Sm (б) при упрочнении деталей реверсивным ППД
75 90
Влияние амплитуды угла реверсивного вращения рабочего инструмента
На рис. 10 представлена зависимость параметров шероховатости упрочненных деталей от амплитуды угла реверсивного вращения РИ, из которого видно, что наименьшая шероховатость упрочненных деталей после реверсивного ППД достигается при ар = ±10о ±20о, а наибольшая при ар = 0о (в этом случае РИ не совершает реверсивного вращения). Малая величина амплитуды угла реверсивного вращения приводит к уменьшению ориентации большой и малой оси
отпечатка рабочего ролика, что снижает искажение кристаллической структуры материала и при этом снижается деформирующая способность второго профиля рабочего ролика. Кроме того, если ар = 0о, то в процессе упрочнения рабочий ролик будет соприкасаться с поверхностью заготовки в двух точках и оставаться постоянным на протяжении всего процесса. При этом возникает большое трение в зоне контакта РИ с поверхностью заготовки, поэтому рабочий ролик будет быстрее изнашиваться, что приведет к росту шероховатости поверхности.
На. мкы 3.35
мкы
2.85 2.35 1.85 1.35 0.85 0.35
II » и. .80 мкь
1.03 мк и
Дт
Ят. ыкм 195
13 11
9 7 5
170
145
120
95
™ _ 218 ми I
0
±15 ±30 ±45 ±60 0 ±15 ±30 ±45
ар. град. ар. град.
а б
Рис. 10. Влияние амплитуды угла реверсивного вращения РИ на параметры шероховатости Яа, Яг (а) и Sm (б) при упрочнении деталей реверсивным ППД
±60
Влияние реверсивной частоты вращения РИ
Из рис. 11 видно, что влияние реверсивной частоты вращения РИ (пр) на величину шероховатости поверхности представляет собой неоднозначную
зависимость. При изменении пр от 60 до 120 дв.ход/мин. все исследуемые параметры шероховатости снижаются. Это происходит благодаря пластическому течению металла, при котором происходит сглаживание
микронеровностей поверхности. При пр>120
дв.ход/мин. рассмотренные параметры шероховатости Ra, Rz, Бт растут, причем достаточно интенсивно. На наш взгляд, это связано с перенаклепом и охрупчиванием материала поверхностного слоя. Дело в том, что реверсивное вращение РИ вызывает сдвиговую знакопеременную деформацию локальных объёмов материала, что приводит к исчерпанию запаса пластичности и повреждению поверхностного слоя материала.
R а. м км 3.85
Rz. мкм
3.35 2.85 2.35 1.85 1.35 0.85 0.35
= 4.80 b км
рг - = 21.03 IKM
R: -
Ra -
-
60
Stil, мкм 220
17 15 13 11
9 7 5 3
195 170 145 120 95
cm JHCX = 218 r, IKM
120 180 240 Ир, дв.ход/мин
300 60 120 180 240
Яр, дв.ход/мин
а б
Рис. 11. Влияние реверсивной частоты вращения РИ на параметры шероховатости Ra, Rz (а) и Sm (б) при упрочнении деталей реверсивным ППД
300
Таким образом, кроме рассматриваемых достоинств реверсивного ППД,
представленных в работах [18-20], которые доказаны в результате моделирования, предлагаемый способ ППД оказывает положительное влияние и на шероховатость поверхности упрочненных деталей. Именно выбор рациональных технологических параметров обработки позволяет достичь наименьшую шероховатость поверхности заготовки при реверсивном ППД.
Заключение
Для уменьшения шероховатости поверхности упрочненных деталей необходимо устанавливать следующие режимы упрочнения: частота вращения заготовки от 75 до 100 об/мин, продольная подача от 0.075 до 0.1 мм/об, радиальный натяг от 0.07 до 0.08 мм, начальный угол установки РИ 90о, амплитуда угла реверсивного вращения РИ от ±10о до ±20о
и реверсивная частота вращения РИ от 100^140 дв.ход/мин.
Литература
1. Способы повышения информационной эффективности профилометрии / С.И. Досько, А.А. Молчанов, С.В. Бушуев, С.К. Руднев // Вестник машиностроения. 2021. № 12. С. 40 - 43.
2. Шнейдер Ю.Г. Регуляризация микрогеометрии поверхностей деталей // Вестник машиностроения. 1991. № 5. С. 12 - 15.
3. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. 300 с.
4. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.
5. Лаврентьев А.М. Экспериментальные исследования взаимосвязи конструктивно-технологических параметров деформирующих роликов и заготовки при ротационном обкатывании наружных цилиндрических поверхностей // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 12-2. С. 289 - 294.
6. Перспективы применения поверхностного пластического деформирования для снижения шероховатости поверхностей деталей прокатных станов, упрочненных СВС-электродными материалами/ А.В. Макаров, А.П. Титова, А.Н. Афонин, А.Е. Кудряшов, А.А.
Владимиров // Вестник Брянского государственного технического университета. 2020. № 8 (93). С. 4 - 12.
7. Исследование параметров контактного взаимодействия индентора с поверхностью при обработке методами поверхностного пластического деформирования / В.П. Федоров, О.Н. Кириллов, М.Н. Нагоркин, Е.В. Ковалева // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2020. Т.16. № 3. С. 110 - 119.
8. Блюменштейн В.Ю. Инновационные технологии отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием в транспортном комплексе. Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 8(98). С. 16-24.
9. Григорьев С.Н., Кропоткина Е.Ю. Выбор оптимального способа поверхностного пластического деформирования// Вестник «СТАНКИН». 2012. № 2. С.144-147.
10. Блюменштейн В.Ю., Кукареко В.А. Структурные превращения в поверхностном слое при обработке мультирадиусным деформирующим инструментом // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2018. Т.20. № 2. С. 75 - 86.
11. Удалов С.В., Демкин Н.Б. Моделирование контактного взаимодействия поверхностей с учетом эффекта взаимного влияния поверхностных неровностей, имеющих волнистость цилиндрической формы // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2007. № 9. С. 7 - 11.
12. Гуров Р.В. Формирование качества поверхностного слоя при отделочных и отделочно-упрочняющих режимах отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием// Вестник Брянского государственного технического университета. 2011. № 3(31). С. 67-73.
13. Справочник по процессам поверхностного пластического деформирования. Т. 2: монография / под ред. С.А. Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2022. 584 с.
14. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей машин обработкой пластическим деформированием // Справочник. Инженерный журнал. 2003. №8. С. 8 - 13.
15. Зайдес С.А., Фам Ван Ань. Влияние основных параметров орбитального выглаживания на шероховатость упрочненных поверхностей // Технология металлов. 2021. № 3. С. 7 - 13.
16. Зайдес С.А., Нгуен Ван Хинь. Влияние параметров осциллирующего выглаживания на образование регулярного микрорельефа поверхностного слоя // Упрочняющие технологии и покрытия. 2017. № 12 (156). С. 547 - 553.
17. Пат. РФ 2758713. Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения/ Зайдес С.А., Нгуен Х.Х. Заявл.14.01.2021, опубл. 01.11.2021.
18. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Влияние кинематики тороидального ролика на напряженно-деформированное состояние при поверхностном пластическом деформировании // Металлообработка. 2022. № 2 (128). С. 40 - 48.
19. Зайдес С.А., Нгуен Хыу Хай. Влияние кинематики тороидального инструмента на остаточное напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя деталей машин // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 7 (748). С. 33 - 41.
20. Зайдес С.А., Нгуен Х.Х. Влияние основных параметров реверсивного поверхностного пластического деформирования на напряженно-деформированное состояние цилиндрических деталей // Системы. Методы. Технологии. 2022. № 3 (55). С. 7 - 15.
Поступила 23.12.2022; принята к публикации 16.02.2023 Информация об авторах
Зайдес Cемен Азикович - д-р техн. наук, профессор кафедры материаловедения, сварочных и аддитивных технологий, Иркутский национальный исследовательский технический университет (664074, Иркутск, Россия, ул. Лермонтова, д. 83), e-mail: [email protected], тел. +7(3952) 405079, ORCID: https://0000-0001-9416-7749.
Нгуен Хыу Хай - аспирант кафедры материаловедения, сварочных и аддитивных технологий, Иркутский национальный исследовательский технический университет (664074, Иркутск, Россия, ул. Лермонтова, д. 83), e-mail: [email protected], тел. 89500893877, ORCID: https://0000-0001-7909-385X.
INFLUENCE OF PARAMETERS OF REVERSIBLE SURFACE PLASTIC DEFORMATION ON THE HARDENED PARTS ROUGHNESS
S.A. Zaides, H.H. Nguyen Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
Abstract: the article presents the results of experimental studies to determine the influence of the parameters of reversible surface plastic deformation on the roughness of cylindrical parts such as shafts and axles. The influence of 6 main parameters of the SPD process is considered: the frequency of workpiece rotation(nz), longitudinal feed (Spr), radial interference (t), the initial installation angle of the working roller (аД the amplitude of the angle of working roller reverse rotation (dj) and the reverse rotational speed of the working roller (nr) on the surface roughness of hardened parts during hardening of C45 steel. To implement the proposed method of finishing and hardening processing, a device for the formation of a reverse circular movement of the working tool (WT), which is installed on a 1K62 lathe was developed. The surface roughness of hardened parts was measured on a Form Talysurf i200 profilometer. Based on the results of experimental studies, rational hardening modes that provide high requirements for the surface roughness of parts were determined: the workpiece rotation frequency is from 75 to 100 rpm, the longitudinal feed is from 0.075 to 0.1 mm/ turnover, the radial interference is
mamhhocrpoehhe h mamuhobegehue
from 0.07 to 0.08 mm, the initial installation angle RI 90°, amplitude of WT reverse rotation angle from ±10° to ±20° and
reverse WT rotation frequency from 100^140 up and down strokes/min
Key words: reversible surface plastic deformation, surface roughness, two-radius roller, initial angle of the working tool,
reversible rotation speed
References
1. Dosko S.I., Molchanov A.A., Bushuev S.V., Rudnev S.K. "Ways to improve the information efficiency of profilometry", Bulletin of mechanical engineering (Vestnik mashinostroeniya), 2021, no. 12, pp. 40-43.
2. Shneider Yu.G. "Regularization of the microgeometry of parts surfaces", Bulletin of mechanical engineering (Vestnik mashinostroeniya), 1991, no. 5, pp. 12-15.
3. Smelyansky V.M. "Mechanics of hardening of parts by surface plastic deformation", Moscow: Mashinostroenie, 2002, 300
p.
4. Odintsov L.G. "Hardening and finishing of parts by surface plastic deformation", Moscow, Mashinostroenie, 1987, 328 p.
5. Lavrentiev A.M. "Experimental studies of the relationship of structural and technological parameters of deforming rollers and workpieces during rotational rolling of external cylindrical surfaces", Modern science-intensive technologies (Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii), 2018. no. 12-2, pp. 289-294.
6. Makarov A.V., Titova A.P., Afonin A.N., Kudryashov A.E., Vladimirov A.A. "Prospects for the use of surface plastic deformation to reduce the surface roughness of parts of rolling mills hardened with SHS-electrode materials", The Bulletin of Bryansk State Technical University (Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2020, no. 8 (93), pp. 4-12.
7. Fedorov V.P., Kirillov O.N., Nagorkin M.N., Kovaleva E.V. "Investigation of the parameters of the contact interaction of the indenter with the surface during processing by methods of surface plastic deformation", Bulletin of the Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta), 2020, vol. 16, no. 3, pp. 110-119.
8. Blumenshtein V.Yu. "Innovative technologies of finishing and hardening treatment by surface plastic deformation in the transport complex", Science-intensive technologies in mechanical engineering (Naukoyemkiye tekhnologii v mashinostroyenii), 2019, no. 8 (98), pp. 16-24.
9. Grigoriev S.N. Kropotkina E.Yu. "Choice of the optimal method of surface plastic deformation", The Bulletin of MSTU "STANKIN" (VestnikMGTU "Stankin"), 2012, no. 2, pp.144-147.
10. Blumenshtein V.Yu., Kukareko V.A. "Structural transformations in the surface layer during processing with a multi-radius deforming tool", Processing of metals (technology, equipment, tools) (Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovaniye, instrumenty)), 2018, vol. 20, no. 2, pp. 75-86.
11. Udalov S.V., Demkin N.B. "Modeling of contact interaction of surfaces taking into account the effect of mutual influence of surface irregularities with cylindrical waviness", Friction and lubrication in machines and mechanisms (Treniye i smazka v mashinakh i mekhanizmakh), 2007, no. 9, pp. 7-11.
12. Gurov R.V. "Formation of the quality of the surface layer during finishing and finishing-hardening modes of finishing-hardening treatment by surface plastic deformation", The Bulletin of the Bryansk State Technical University (Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2011, no. 3(31), pp. 67-73.
13. Handbook of Surface Plastic Deformation Processes, vol. 2, ed. by S.A. Zaides, Irkutsk: Izdatel'stvo IRNITU, 2022, 584 p.
14. Suslov A.G. "Technological support and improvement of operational properties of machine parts by processing by plastic deformation", Spravochnik. Engineering Journal (Spravochnik. Inzhenernyy zhurnal), 2003, no. 8, pp. 8-13.
15. Zaydes S.A., Pham Van Anh. "Influence of the main parameters of orbital burnishing on the roughness of hardened surfaces", Technology of Metals (Tekhnologiya metallov), 2021, no. 3, pp. 7-13.
16. Zaides S.A., Nguyen Van Hinh. "Influence of oscillating burnishing parameters on the formation of a regular microrelief of the surface layer", Strengthening technologies and coatings (Uprochnyayushchiye tekhnologii i pokrytiya), 2017, no. 12 (156), pp. 547-553.
17. Zaides S.A., Nguyen H.H. "The method of surface plastic deformation of the outer surfaces of bodies of revolution", patent of RF no. 2758713, 2021.
18. Zaides S.A., Nguyen H.H. "Influence of the kinematics of a toroidal roller on the stress-strain state during surface plastic deformation", Metalworking (Metalloobrabotka), 2022, no. 2 (128), pp. 40-48.
19. Zaides S.A., Nguyen H.H. "Influence of the kinematics of a toroidal tool on the residual stress-strain state of the surface layer of machine parts", News of higher educational institutions. Engineering (Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy), 2022, no. 7 (748), pp. 33-41.
20. Zaides S.A., Nguyen H.H. "Influence of the main parameters of reverse surface plastic deformation on the stress-strain state of cylindrical parts", Systems. Methods. Technology (Sistemy. Metody. Tekhnologii), 2022, no. 3 (55), pp. 7-15.
Submitted 23.12.2022; revised 16.02.2023 Information about the authors
Semen A. Zaides, Dr. Sc. (Technical), Professor, Irkutsk National Research Technical University (83 Lermontova str., Irkutsk 664074, Russia), e-mail: [email protected], tel. +7(3952) 405079. ORCID: 0000-0001-9416-7749.
Huu H. Nguyen, graduate student, Irkutsk National Research Technical University (83 Lermontova str., Irkutsk 664074, Russia), email: nq [email protected], tel. +79500893877. ORCID: 0000-0001-7909-385X.
