Повышение качества нежестких деталей путем поверхностного пластического деформирования

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2011 р. Серія: Технічні науки Вип. 22

Высш. шк., 1986. - 176 с.

11. Гончаров В.М., Зінченко А.М., Зінченко Н.В., Подліпенська Л.Є., Татарин А. П. Організація і моделювання сучасного складального виробництва: Монографія / В.М. Гончаров, А.М. Зінченко, Н.В. Зінченко та ін. / Під загальною редакцією В.М. Гончарова. - Донецьк: ТОВ "Аль-матео", 2005. - 160 с.

Рецензент О.М. Новохатський,

д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «ДонГТУ»

Статья поступила 28.03.2011.

УДК 539.374.4

Колот Л.П.1, Придворов А.В.2

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ ПУТЕМ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

В статье рассматривается исследование технологии поверхностного пластического деформирования поверхностей нежёстких плоскостных деталей с целью уменьшения остаточных деформаций компенсационными режимами накатки.

Ключевые слова: поверхностное пластическое деформирование, компенсатор, накатка, деформация изгиба

Колот Л.П., Придворов А.В. Підвищення якості нежорстких деталей шляхом поверхневої пластичної деформації. У статі розглянуто дослідження технології поверхневого пластичного деформування поверхонь нежорстких плоских деталей з метою зменшення остаточних деформацій компенсуючими режимами накатки.

Ключові слова.поверхнева пластична деформація, компенсатор, накатка, деформація згину

L.P. Kolot, A. V. Pridvorov. Improvement of unrigged details by superficial plastic deformation. In the article the research of technology of surface plastic deformation of surfaces of unrigged planar details is considered with the purpose of a diminution of residual strain by compensatory modes rotten.

Keywords: surface plastic deformation, canceller, knurl, bending strain.

Постановка проблемы и анализ последних публикаций. Поверхностное пластическое деформирование (ППД) традиционно служит для обеспечения требуемых показателей качества поверхностного слоя металла на финишных этапах изготовления деталей. Вопросы влияния ППД на параметры точности формы и расположения поверхностей остаются еще малоизученными. В литературе имеются лишь самые общие сведения, позволяющие оценить качественную сторону механизма коробления нежёстких деталей при упрочнении их поверхностей пластическим деформированием. Вопросы кинематики и управления величиной коробления при ППД деталей привлекают исследователей из-за высокой эффективности этого процесса с целью повышения износостойкости и циклической прочности деталей [1]. Характерной особенностью коробления при обработке резанием и ППД является то, что оно носит наследственный характер.

Целью работы является разработка методики управления остаточными деформациями изгиба, связанными с короблением плоских нежестких деталей типа брус на предшествующих этапах формообразования.

Авторами выполнены теоретические и экспериментальные исследования возможностей использования ППД для управления остаточными деформациями изгиба, связанными с короблением плоских нежестких деталей типа брус на предшествующих этапах формообразования.

гканд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Донбасская государственная машиностроительная академия», г Краматорск

2 студент, ГВУЗ «Донбасская государственная машиностроительная академия», г. Краматорск

197

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2011 р. Серія: Технічні науки Вип. 22

На основании условия компенсации коробления [2], заключающегося в восстановлении «удалённых» со стружкой остаточных напряжений на предшествующей операции напряжениями внесёнными ППД, получено уравнение требуемой величины накатки применительно к накатке роликами:

25 - 6h5nn + 3h25n

где: 5n - глубина наклепа;

h - толщина обрабатываемой детали; v - коэффициент Пауссона;

c = oohfah - коэффициент несоответствия остаточного напряжения в детали до

накатки ah , напряжениям в поверхностном слое ooh .

При решении уравнения относительно 5 n получим:

5n = kuh,

где: ku = 1 -

К1 -v)c!

- теоретиче-

ский коэффициент компенсации коробления, осуществляемой ППД после обработки резанием при с = 1 и v = 0,25, ku ~ 0,302.

Однако из [3] известно, что при компенсации коробления удалением припуска коэффициент компенсации k5 = a/h = 0,2087 (где : а - величина удаляемого припуска, h - толщина

бруса). Таким образом, чтобы применить безотходную компенсационную обработку ППД взамен лезвийной, необходимо в наклепанном слое 5n создать по своему действию остаточные напряжения, большие по величине напряжений, которые вызывают прогиб бруса при удалении припуска а. Поскольку лезвийная компенсационная обработка возможна только при условии удаления остаточных напряжений соответствующих знаков и используя выражение (2), получим:

дп = 0,69Sn + 0,31^,

где: 0,31 и 0,69 - коэффициенты, характеризующие величину зоны залегания остаточных напряжений растяжения ( +о ) и сжатия ( -о ) соответственно в наклепанном слое 5 n .

Физический смысл полученного тождества заключается в том, что поверхностное пластическое деформирование сопровождается образованием в наклепанном слое уравновешенной системы остаточных напряжений состоящей из моментов внутренних сил, формирующих напряжения растяжения. При этом зона действия напряжений растяжения не может превышать пластически деформированный слой, т.е.:

ёп = дсж + драс.

Этот выход хорошо согласуется с ранее проведенными исследованиями [4] при анализе наклепанного слоя от дробеструйной обработки и полностью отвечает закону [5] о соответствии видов напряженного и деформированного состояния, сформулированная М. С. Дроздом.

Анализ полученной зависимости ku (2) показывает, что зоны залегания составляющих эпюры остаточных напряжений при компенсации ППД зависит только от упругих свойств материала, характеризуемых коэффициентом Пуассона, т.е. при v = 0,24...0,3

5Пж =

Отсюда следует вывод, что в металлах с большим значением коэффициента Пуассона глубина залегания напряжений сжатия в наклепанном слое при прочих равных условиях будет меньше, а уравновешивающих растягивающих напряжений - больше.

Как показывают поведенные исследования [5], наиболее существенным фактором, определяющим величину остаточных напряжений и глубину наклепа, является усилие деформирующего элемента.

При использовании формулы И. В. Хейфеца, уточненной И. В. Кудрявцевым [6], и значения полученной нами глубины наклепа (2), усилие накатки роликом, необходимое для компенсации коробления деталей типа брус, будет равно:

198

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2011 р. Серія: Технічні науки Вип. 22

Pn = 2кП ath2m2,

где: a t - предел текучести материала;

m - коэффициент, косвенно учитывающий размеры контактной площади, m=1+0.07R, для практических расчётов принимает m=1;

R - приведенный радиус кривизны контактных поверхностей.

Проведены исследования возможностей использования ППД как средства для регулирования остаточных деформаций и восстановления качества поверхностного слоя на примере изготовления армировочных планок прямоугольного сечения с размерами LxDxH=520x 130x10мм (сталь 20Х) металлорежущих станков.

Особенностью их изготовления является необходимость сохранения асимметричного расположения закаленного на 62 HRCэ слоя металла, на глубине 0.7-1 мм, высокая степень точности формы (Отклонение от прямолинейности не более 0.01 мм на длине 520 мм и от плоскости не менее двух пятен на площади S=25x25мм2), шероховатостью поверхности Ra < 0.4 мкм, малая жесткость детали L/H-52.

Результаты измерений показали, что при обработке по действующей технологии, предусматривающей неоднократную правку, шлифование с многократными переустановками значительного асимметричного припуска. Требования к геометрическим параметрам не обеспечивается у 36% деталей. Кроме этого, поверхностная твердость получается меньше допустимой. Это является следствием вынужденного одностороннего удаления припуска и возникновения при этом дополнительных остаточных деформаций изгиба. Стремление выполнить заданные требования к точности формы поверхностей, работающих на износ, частичным снятием металла с закаленной поверхности, приводит к снижению твердости.

Эффективность ППД исследовали на деталях, прошедших термообработку, но не удовлетворяющих техническим требованиям по точности формы. После обработки детали ППД отклонение от прямолинейности рабочих поверхностей планок не превышало 0.008 мм по всей их длине. По разработанной номограмме определялось усилие накатки для каждой детали конкретно, исходя из параметров точности её исходного состояния.

В некоторых случаях после ППД установлена волнистость обработанной поверхности значение которой выходило за пределы допустимой Ее устранение проводили тонким шлифованием. После проведенных исследований и обработки результатов получена математическая модель зависимости выходной точности формы fmfl от условий обработки и входных парамет-

ров исследуемой детали:

f = 147 2

J шл

Л,46 о3,68

П S ТТ 0,59 2,97 lgSu pl,47 П

где: А - удаляемый припуск при шлифовании;

S=2.. .4 мм/ход - подача шлифовального круга;

Н= 10.20мм - толщина образца;

P = 5.15 - усилие накатывания образца перед шлифованием.

Анализ полученный математической модели показал, что в исследуемом диапазоне изменения формы обработанной ППД детали находятся в прямопропорциональной круга и в обратно пропорциональной зависимости от усилия накатывания предварительно обработанной ППД заготовки.

Выводы

Таким образом, теоретически и экспериментально установлено использование поверхностного пластического деформирования в новой роли компенсатора погрешностей формы нежестких деталей. Получена математическая модель зависимости полученной точности формы поверхности детали при финишном шлифовании от режимов, предшествующей обработке поверхностным пластическим деформированием и параметров детали.

Список использованных источников:

1. Емельянов В. Н. Коробление коленчатых валов при упрочнении их галтелей / В. Н. Емельянов // Изв. Вузов. Машиностроение. - 1992. - № 11. - С. 34-37.

2. Ящерицын П. Н. Основы нового способа обеспечения точности формы при изготовлении

199

ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2011 р. Серія: Технічні науки Вип. 22

нежестких плоскостных деталей / П. Н. Ящерицын, В. А. Колот, С. П. Гинкул // Технология заготовительного и механосборочного производства. - Краматорск, 1991. - С. 122-128.

3. Ящерицын П.Н. Исследование коробления деталей при их обработке резанием / П.Н. Ящерицын, С.П. Гинкул, В. А. Колот // Рукопись деп. в ВНИИТИ, 21.11.80, рег. № 4934 -80.

4. Дрозд М.С. Остаточные напряжения и деформации плоской плиты при дробеструйной обработке / М. С. Дрозд // Вестник машиностроения. - 1975. - № 10. - С. 48-50.

5. Кудрявцев Н.В. Влияние кривизны поверхности на глубину пластической деформации при упрочнении поверхности поверхностным наклепом / Н.В. Кудрявцев, Г.Е. Петушков // Вестник машиностроения. - 1986. - № 7. - С. 41-43.

Рецензент : В.К. Заблоцкий

д-р тех. наук, проф., ГВУЗ «ДГМА», г. Краматорск

Статья поступила 28.03.11.

200