X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Одним из наиболее эффективных и простых способов обеспечивающих в широком диапазоне показателями качества поверхностного слоя, являются способы поверхностного пластического деформирования (ППД). В результате ППД формируется требуемая шероховатость поверхности, твердость может достигать 650 HV, сжимающие остаточные напряжения до 1200 МПа. Однако возможность создания при ППД поверхностного слоя с необходимыми остаточными напряжениями и эпюрами твердости , а также требуемой равномерностью упрочнения до сих пор остается не до конца реализованной, что является препятствием эффективного применения упрочнения ППД для целого ряда деталей машин.

Исследованиями ударных процессов Александровым Е.В., Соколинским В.Б., Алимовым О.Д., Манжосовым В.К. доказана возможность управления формой ударных импульсов за счет акустических и геометрических параметров используемой ударной системой. Применительно к обработке ППД Лазуткиным А.Г. и Киричеком А.В. предложено сообщать энергию удара в очаг деформации через ударную систему с промежуточным звеном, что позволяет генерировать пролонгированные ударные импульсы, за счет использования отраженных волн деформации, формирующихся в виде хвостовой части импульса. Различные геометрические и акустические параметры бойка и волноотвода позволяют изменить форму как головной, так и хвостовой части ударного импульса. Непременным условием для реализации прологированного ударного импульса является неразрывный контакт инструмента с очагом деформации, осуществляемый предварительным статическим поджатием, т.е условие статико-импульсного нагружения.[1]

При управлении процессом статико – импульсной обработки (СИО) приходится варьировать значениями комплекса новых параметров. Это существенно расширяет возможности ППД. Следовательно, СИО – наиболее общий способ динамического нагружения очага деформации при ППД. Таким образом, имеет место научная проблема заключающаяся в выявлении закономерностей статико – импульсного волнового нагружения очага деформации с целью повышения эффективности и расширения технологических возможностей ППД, обеспечения заданных показателей качества поверхностного слоя, глубоко и гетерогенного упрочненных слоев материала.

Особенностью СИО является комбинрованное динамичесое и статическое нагружение очага деформации.

Для обоснованного поверхностного упрочнения можно сравнить данные технологических возможностей известных способов упрочнения в частности по микротвердости и напряженному состоянию упрочненного слоя. Известны следующие основные виды упрочняющей обработки:

термоупрочняющая обработка (ТО);

химико – термическая обработка (ХТО);

нанесение упрочняющих покрытий;

поверхностное пластическое деформирование (ППД)

Рис. 1

После поверхностной закалки величина микротвердости хорошо термоупрочняющихся сталей может достигать 7500 МПа, а глубина упрочнения обычно не более 5мм.Напряжения в упрочненном поверхностном слое в зависимости от выбираемых режимов ТО могут быть как растягивающими, так и сжимающими. Необходимо отметить наличие резкого перехода от упрочненной поверхности к неупрочненной сердцевине. Микротвердость после ХТО может составлять до 8000 МПа, глубина упрочненной поверхности от 0,01 мм до 1-1,4 мм. Знак остаточных напряжений и характер их распределения после ХТО зависят от способа последующей термообработки.

Нанесение покрытий в основном используют для повышения коррозионной стойкости и износостойкости при трении или абразивном выкрашивании поверхностей деталей. Нанесением упрочняющих покрытий обычно получают микротвердость поверхности до 3000 МПа, причем независимо от исходной твердости металла упрочняемой детали. Толщина покрытий лежит в пределах 0,003-2 мм. При нанесении покрытий в поверхностном слое формируются растягивающие напряжения.

Обработка ППД позволяет обеспечить глубину упрочненного поверхностного слоя до 30 мм, а также увеличивать микротвердость в среднем около 150 % относительно исходного значения до 6500 МПа. Остаточные напряжения после обработки ППД всегда имеют отрицательное значение, глубина их распространения превышает глубину распространения повышенной микротвердости в 1,5 раза (рис. 1.). Большинство методов ППД позволяет упрочнять локальные области поверхностей деталей, характеризующиеся плавным переходом граница между упрочненной и неупрочненной поверхностью. В связи с этим упрочнение ППД необходимо рассматривать как наиболее эффективный способ повышения эксплуатационных характеристик тяжелонагруженных деталей машин.

Методы ППД подразделяются на статические и динамические. Статические методы (выглаживание, раскатывание, обкатывание и т. д.) обеспечивают большую величину упрочнения: микротвердость составляет 6500 МПа и остаточные напряжения –1200 МПа при небольшой глубине упрочненного слоя соответственно 2 и 3 мм (рис. 2.). Динамические методы (центробежная, дробеструйная, гидродробеструйная обработка, чеканка и т.д.) позволяют увеличивать микротвердость и остаточные напряжения сжатия соответственно до 6500 МПа и -1000 МПа, при глубине упрочненного слоя, достигающей соответственно 35 мм и 45 мм. Следовательно, наибольшая глубина упрочненного поверхностного слоя обеспечивается динамическими методами ППД, причем упрочненный слой обладает большими величинами остаточных напряжений сжатия, высокой твердостью и, плавным переходом от упрочненной к неупрочненной поверхности. Однако среди вышеперечисленных достоинств большинство динамических методов упрочнения ППД имеет небольшой коэффициент полезного действия, так как на упругопластическую деформацию затрачивалась лишь небольшая часть энергии удара.

Рис.2.

Статико – импульсная обработка является наиболее перспективным способом ППД отличающимся высоким КПД. Предварительное статическое поджатие инструмента перед ударом позволяет полно передавать энергию удара в нагружаемую среду, повышая КПД процесса 30% [2]. Кроме того, упрочнение СИО способствует увеличению глубины эффективного максимума микротвердости до 15%.

Для достижения большой глубины упрочнения при обработке динамическими и статико-импульсными методами ППД, обычно использовались режимы, когда небольшая энергия удара (до 35 Дж) сочетается с большой кратностью ее приложения (до 10-20 ударов). Низкая производительность упрочнения с такими режимами требует разработки иных подходов. Один из них заключается в выборе соответствующего сочетания энергии удара Е и площади контакта инструмента с обрабатываемой деталью, характеризуемой приведенным радиусом инструмента Rпр.

Таким образом, увеличивая энергию удара и подбирая соответствующий приведенный радиус инструмента можно варьировать глубину и степень упрочнения при минимальной кратности приложения требуемой величины нагрузки в процессе статико-импульсной обработки.

Список используемой литературы

«Технология и оборудования статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием». Автореферат Соловьем Д.Л., 2005г

Киричек. А.В. , Соловьев Д.Л., А.Г. Лазуткин. Технология и оборудования статико — импульсной обработки поверхостным пластическим деформированием. - 2004.

Код для цитирования: Скопировать