СПОСОБ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
METHOD OF FINISHING-HARDENING TREATMENT BY SMOOTHING CYLINDRICAL SURFACES

Изобретение относится к области технологии машиностроения, в частности к отделочно-упрочняющей обработке деталей машин и может быть использовано для повышения качества поверхностного слоя заготовки.
Отделочно-упрочняющая обработка заключается в пластическом деформировании поверхностного слоя деталей роликами, шариками, алмазными инденторами. При отделочно-упрочняющей обработке наблюдается пластическое деформирование всех исходных микронеровностей, их значительное уменьшение, а также пластическое деформирование исходных волн и уменьшение последних, макроотклонение практически не изменяется, увеличивается упрочнение и появляются остаточные напряжения [Суслов, А.Г. Инженерия поверхности деталей / А.Г. Суслов, В.Ф. Безъязычный, Ю.В. Панфилов и др. М: Машиностроение. 2008. - 320 с.].
Известен способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием при котором осуществляют обкатку поверхности детали роликом с усилием, определяемым аналитически исходя из механических свойств материала детали.
(авторское свидетельство SU №1543768, МПК В24В 39/00)
Недостатком данного способа является сложность процесса, заключающаяся в большом количестве проходов (10-12) инструмента, и необходимости совершения технологического перехода для достижения требуемого качества поверхности заготовки.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ упрочняющей обработки поверхностей деталей выглаживанием заключающийся в многократных проходах выглаживателя по заготовке, выполненного из мелкодисперсного кубического нитрида бора с цилиндрической формой заточки с принудительным охлаждением рабочей зоны сухим воздухом или инертным газом.
(пат. РФ №2458777, МПК В24В 39/00)
Недостатком указанного способа является сложность восстановления формы выглаживателя в результате износа, а после его восстановления требуется внесение корректив в технологические режимы обработки.
Техническая проблема предлагаемого изобретения заключается в создании способа отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием цилиндрических поверхностей, роликом позволяющим повысить качество обработки деталей, производительность процесса, а также улучшить технико-экономические показатели процесса.
Технический результат заключается в образовании адсорбционного антифрикционного мономолекулярного слоя, снижение возникновения задиров и наплывов перед инструментом на обрабатываемой поверхности.
Поставленная проблема решается предлагаемым способом отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием цилиндрических поверхностей включающий движение выглаживателя с индентором с цилиндрической формой заточки но поверхности механически обработанной заготовки с установленной нагрузкой, согласно изменению в качестве индентора используют ролик выполненный из стали конструкционной качественной, нагрузку устанавливают в соответствии с выражением:
σ
b
B
Р=1,15⋅n⋅n⋅σ⋅F, H,
σ
где n - коэффициент (3,46-4,19];
b
n - коэффициент (0,5-0,96];
B
σ - предел прочности материала заготовки при температуре 850°С;
F - номинальная площадь контакта ролика с деталью;
и дополнительно осуществляют подачу смазочного материала в контакт фрикционной пары в объеме, определяемом с помощью выражения:
,
где L - ширина ролика;
n - количество оборотов в минуту, совершаемое роликом;
0
η - динамическая вязкость масла минерального происхождения;
р
ν - линейная скорость ролика;
сумм
ω - суммарная угловая скорость ролика и заготовки;
р
ω - угловая скорость ролика;
ср
ω - средняя угловая скорость ролика и заготовки.
р
σ
b
Сущность способа заключается в следующем: давильный ролик, выполненный из конструкционной стали обыкновенного качества имеющий цилиндрическую геометрическую форму насажен на свободно вращающийся вал после чего заготовке сообщают вращающий момент, далее производят нагружение давильного ролика вручную или механизированным способом с помощью нажимного винта, при этом давильный ролик получает вращение со скоростью ω, за счет действия сил трения. Прикладываемую нагрузку выбирают расчетным путем согласно выражению, руководствуясь механическими свойствами материала заготовки, а также коэффициентами n и n. После создания требуемой нагрузки подается расчетное количество смазочного материала капельным методом на поверхность давильного ролика под углом 30° к вертикальной плоскости его поперечного сечения. В качестве смазочного материала используют масла индустриальные минеральные марок И-20, И-40, И-50 в соответствии с ГОСТ 20799-88.
Для повышения эффективности обработки перед работой давильный ролик подают в поперечном направлении до создания натяга 0,1-0,8 мм. Диаметр давильного ролика выбирают из конструктивных соображений. С увеличением диаметра давильного ролика растет контактная площадь с обрабатываемой заготовкой и одновременным падением контактной нагрузки на единицу площади контакта при условии постоянства нагрузки, а также растут изгибающие моменты, действующие на валы.
Заявленный способ отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием цилиндрических поверхностей осуществляется за счет подачи смазочного материала на поверхность давильного ролика, который вращаясь, переносит его в контакт системы «давильный инструмент - обрабатываемая заготовка». Смазочный материал в контакте фрикционной пары характеризующейся высокими контактными напряжениями создает мономолекулярный антифрикционный слой, который формируется одновременно на обрабатываемой заготовке и на давильном ролике и объясняется следующим образом: первой стадией взаимодействия смазочного материала с рабочими поверхностями контактирующих деталей является физическая адсорбция молекул смазочного материала на этих поверхностях [Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии. М: Машиностроение, 1986. 360 с.]. При этом на поверхность твердого тела попадают преимущественно молекулы того компонента среды, который обеспечивает наибольшее снижение межфазного поверхностного натяжения. Более полярные молекулы вытесняют из адсорбционного слоя менее полярные молекулы (конкурентная адсорбция). Адсорбированные молекулы покрывают поверхность слоем толщиной в одну молекулу (мономолекулярным слоем). Полностью заполненный слой четко ориентирован, поскольку каждая молекула направлена активной (полярной) группой (или группами, если их несколько) к поверхности раздела фаз, а углеводородным радикалом (или радикалами) при полностью заполненном (насыщенном) адсорбционном слое - почти по нормали к поверхности раздела фаз в направлении объема среды. Активная концевая группа обеспечивает адсорбированной молекуле хорошую адгезию к подложке. [Ахматов, А.С. Молекулярная химия граничного трения / А.С. Ахматов. М.: Физматгиз, 1963. - 472 с.]
Особенностью способа является то, что отделочно-упрочняющая обработка заготовки достигается за счет формирования тонкого мономолекулярного слоя образованного смазочным материалом на контакте системы «давильный инструмент-обрабатываемая заготовка», через который происходит упругое взаимодействие данной системы без образования металлического контакта (без взаимного соприкосновения металлических поверхностей) и подаваемым в объеме (Q, л/мин), определенном экспериментально из проведенных исследований.
Пример осуществления способа.
Металлическую заготовку, выполненную из стали 45 (ГОСТ 1050-88) цилиндрической формы диаметром 55 мм и высотой 40 мм устанавливали на вал и сообщали ей вращающий момент при 500 об/мин. Давильный ролик диаметром 35 мм. изготовленный из конструкционной стали обыкновенного качества Ст. 3 (ГОСТ 380-2005) прижимали к заготовке с силой 850 Н, при этом подавали смазочный материал в объеме 0,08 л/мин. В результате получили деталь со следующими характеристиками: шероховатость после проведения обработки составила Ra=0,048-0,067 мкм., упрочнение поверхности по сравнению с исходной увеличилось на 10%, улучшились геометрические характеристики детали. Количество проходов - 2.
Данный способ позволяет обрабатывать детали за один установ, повысить качество обрабатываемой детали и ее отклонения от формы.