Файл: Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 69
Скачиваний: 0
но отражаются па системе СПИД, ускоряют износ инс трумента.
Значительный практический интерес представляет изучение влияния числа проходов инструмента на каче ство поверхности. Анализ экспериментов показывает, что в процессе многократного воздействия па поверхность происходит упруго-пластическая деформация: каждый
Рис. 17. Шероховатость н характер микропрофиля поверхности об разцов из стали -15: о — после токарной обработки (6-й класс чисто ты); б — после шлифования (8-п класс чистоты); в—в — после обка
тывания |
с разными усилиями (в — 4,9 кН, г — 9,8, д — 14,7, е — |
19,6 кН). |
Вертикальное увеличение в 10000 раз, горизонтальное — 40 |
проход способствует дополнительному упрочнению стали, увеличению наклепа и сглаживанию микронерові-гостей. До определенного числа проходов чистота поверхности улучшается, затем начинает ухудшаться. Последнее объ ясняется перенаклепом отдельных участков. Этот процесс проявляется тем нагляднее, чем больше в стали углерода (рис. 18).
В процессе обработки сталей пластическим деформи рованием на поверхности возникают напряжения сжатия, которые распределяются неравномерно как по сечению детали, так и в направлении движения ролика. Это обу-
7 0
словлено технологическими факторами, жесткостью си стемы, а также микропрофилем обкатываемой поверхно сти. Микрообъемы металла, расположенные в гребешках, получают большее упрочнение, чем металл, находящийся во впадинах. Поэтому, с одной стороны, для получения равномерного упрочнения и более высокого класса чисто ты поверхности необходимо, казалось бы, идти по пути увеличения числа одновременно работающих роликов или
Рис. 18. Зависимость чистоты поверхности от числа проходов ролика
( Р = 9,8 кН, п=300 об/мин, S = 0,21 мм/об, 0=130 мм, d = 40 мм, f i 10 мм): / — сталь 45; 2 — сталь 35; Я— сталь 15; 4 — сталь 45Г2
увеличения числа проходов. Но последнее влечет за со бой резкое снижение производительности процесса. По этому в практике все чаще находят применение много роликовые инструменты, которые позволяют - получить равнопрочную поверхность на всей длине обрабатывае мой детали.
Оптимальная чистота поверхности деталей из сталей 45, 35, 45Г2 была получена после 3—4 проходов ( R a . = 0,115—0,125), при дальнейшем увеличении числа
проходов чистота поверхности постепенно ухудшалась, появлялась волнистость, затем шелушение. Отрицатель ное влияние чрезмерного количества проходов на стали 15 и 45Г2 сказывается несколько меньше. По мере износа инструмента в процессе эксплуатации радиус увеличивал ся, чистота поверхностей обкатанных деталей и образцов улучшалась с одновременным уменьшением степени и глубины наклепа. Естественно, что это связано с нзмене-
71
паем величины контактных напряжений, которые в свою очередь зависят от геометрических параметров инстру мента.
Зависимость шероховатости от числа проходов, так же как и от усилия обкатывания, имеет параболический ха рактер. Это обстоятельство еще раз подтверждает корре ляционную связь основных технологических параметров процесса обкатывания наружной поверхности роликом с фнзнко-мехаппческпмп свойствами материала и качест вом поверхностного слоя.
В производственных условиях (па Минском вагоно ремонтном заводе им. Мясникова и Минском заводе ав томатических линий) два прохода обеспечивают нужную микрогеометрню поверхности с повышением чистоты по верхности па 3—4 класса. Надо полагать, что для увели чения производительности труда необходимо идти по пу ти увеличения скорости обкатывания и применения авто матов с мпогороликовым инструментом.
Технологический процесс обработки сталей наклепом основан на перераспределении объемов материала из гре бешков во впадины, что влечет к изменению диаметра обрабатываемой детали.
Относительное изменение диаметра приближенно мо жет характеризовать степень пластической деформации. Величина сминаемого слоя зависит от высоты исходной шероховатости, вида предварительной обработки и режи мов обкатывания. Экспериментальные данные по опреде лению величины припуска при обкатывании образцов приведены в табл. 1 0 .
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 10 |
|
|
|
Изменение |
диаметра детали |
|
|
|
|
Диаметр |
Уменьшение диаметра образца после обкатывания |
||||
Марка |
|
с усилиями Р , |
к Н |
|
||
образца до |
|
|
|
|
|
|
стали |
обкатыва |
|
|
|
|
24,5 |
|
ния, м м |
4,9 |
9,8 |
14,7 |
19,6 |
|
45 |
40,2 |
0,066 |
0,144 |
0,164 |
0,166 |
0,290 |
35 |
40,2 |
0,080 |
0,148 |
0,170 |
0,174 |
0,318 |
15 |
40,2 |
0,098 |
0,154 |
0,180 |
— |
— |
45Г2 |
40,2 |
0,040 |
0,142 |
0,146 |
0,158 |
0,244 |
7 2
В диапазоне усилий 9,8— 19,6 кН |
уменьшение диа |
метра детали после обкатывания |
незначительно, а |
при дальнейшем увеличении давления |
наблюдается рез |
кое уменьшение диаметра. Это объясняется тем, что про исходит не только смятие микроиеровностей и пластиче ская деформация в радиальном направлении, но и начи нается интенсивное перемещение металла в осевом направлении па торец детали. Этот факт еще раз свиде тельствует о необходимости правильного выбора усилий обкатывания в каждом конкретном случае. Эксперимен тальные данные обобщены в эмпирической зависимости Ad = 2a(Ra— 1), где Ra — среднеарифметическое отклоне ние микроиеровностей от средней линии профиля поверх ности детали до обкатывания, равное 2,5 мкм; а — вели чина сближения центров детали и ролика при условии абсолютной жесткости последнего.
Как показали эксперименты, с ростом высоты микро неровностей исходной поверхности растет припуск под обкатывание. Например, у деталей диаметром 40 мм из сталей 45 и 45Г2 после их обкатывания с усилием на ро лик 9,8 кН отмечено следующее уменьшение диаметра: при Ra, равном 7; 3; 2,5 мкм, соответственно иа 0,21; 0,17; 0,14 мм.
Точность обкатывания при одной настройке приспособ ления мало чем отличается от точности чистового точе ния. С уменьшением высоты микроиеровностей исходной поверхности необходимо повышать точность ее обработ ки, так как возможность исправления погрешностей за счет перераспредления макрообъема металла при обкаты вании уменьшается. Обкатывание образцов плавающим приспособлением ие исправляет погрешностей формы, ибо ролики движутся по траектории, определяемой фор мой обрабатываемой поверхности, и, наоборот, с увеличе нием объемных остаточных деформаций растут погреш ности.
6.Изменение шероховатости поверхности
взависимости от величины продольной подачи
инструмента
Усилие, приложенное к роликам, совместно с усилием, возникающим при продольной подаче инструмента, вы зывает сложную совокупность действующих сил в зоне
7 3
Т а б л и ц а II
Изменение шероховатости поверхности в зависимости от величины
|
продольной |
подачи инструмента |
|
|
|
|
|||
|
Изменение шероховатости поверхности |
|
.ѵ клі) |
п зависи |
|||||
Марка стали |
|
мости от величины продольной подачи S, м |
м / о б |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о. и |
0,17 |
0,21 |
0,24 |
0,26 |
0,30 |
0,33 |
0,37 |
|
45 |
0,35 |
0,25 |
0,22 |
0,22 |
0,24 |
0,33 |
0,37 |
0,68 |
|
35 |
0,36 |
0,34 |
0,31 |
0,30 |
0,32 |
0,38 |
0,48 |
0,68 |
|
15 |
0,42 |
0,39 |
0,36 |
0,38 |
0,42 |
0,54 |
0,68 |
0,86 |
|
45Г2 |
0,35 |
0,22 |
0,17 |
0,17 |
0,18 |
0,22 |
0,27 |
0,43 |
контакта. Подчиняясь закону наименьшего сопротивле ния, металл из мест наибольшего давления перемеща ется в места наименьшего давления. В результате этого перед упрочняющим роликом образуется «волна», кото рая увеличивается с увеличением нагрузки на ролик, про дольной подачи и с уменьшением исходной высоты шеро ховатости. Наличие продольной подачи снижает эффек тивность процесса обкатывания вследствие осевого тече ния металла относительно обрабатываемой поверхности. Продольная подача инструмента оказывает существен ное влияние не только па качественные характеристики поверхности, по также па величину и глубину деформа ции (табл. 11). Зависимость шероховатости от подачи имеет плавный характер, что позволяет получать требуе мую чистоту в необходимом интервале подач (рис. 19).
Результаты экспериментов говорят о том, что при по дачах меньше 0,14 мм/об происходит ухудшение чистоты поверхности. Это объясняется длительным контактом ин струмента с элементарными участками поверхности. При малых подачах отмечено течение металла из-под ролика как в направлении подачи, так и в направлении, проти воположном ей. Последнее вызывало искажение ранее образованного профиля. Наблюдается картина перена пряженного поверхностного слоя детали в связи с дли тельным действием па него инструмента.
Ухудшение чистоты поверхности при малых подачах у образцов из малоуглеродистой стали менее заметно, так как глубина проникновения ролика в деталь гораздо
74
большая, чем у образцов из среднеуглеродистых сталей, а давление ввиду большей площади контакта значитель но меньше.
Оптимальная шероховатость поверхности па образ цах из средпеуглеродпстых сталей была достигнута в диа пазоне подач 0,20—0,26 мм/об, а на образцах из стали 15 — 0,18—0,23 мм/об.
Рис. 19. Зависимость чистоты обкатанной поверхности от продольной подачи (Я= 9,8 кН, /г=300 об/мин, d=A0 мм, 0=130 мм, р=10 мм):
1— сталь 15; 2 — сталь 35; 3 — сталь 45; 4 — сталь 45Г2
Заметное ухудшение чистоты поверхности среднеугле
родистых и легированной сталей |
начинается |
с подачи |
0,30 мм/об, а малоуглеродистой |
стали — с |
0,26 мм/об. |
Это ухудшение проявляется прежде всего в появлении волнистости. При обработке деталей из стали марки 15 глубина проникновения ролика в металл более значитель на, чем при обкатывании сталей 45 и 45Г2. При этом до пустимы значительно большие подачи, кривая зависимо сти чистоты поверхности от величины подачи более плавная.
После обкатывания образуется новая поверхность с неровностями, высота, форма и шаг которых определя ются основными технологическими режимами обработки [148]. При рассмотрении принципиальной схемы (рис. 20) обработки поверхности роликом, связывающей основные величины, влияющие на мнкрогеометрию поверхности, видно, что Ah — высота микронеровностей поверхности после обкатывания зависит от изменения подачи. Есте ственно, глубина проникновения инструмента зависит от
75
механических свойств материала и характеризует величи ну упругой деформации.
С изменением продольной подачи от нуля до бесконеч ности Ah теоретически может изменяться от нуля до еди ницы. Из треугольников abd и obe видна зависимость ме жду основными величинами, влияющими на мпкрогеометрню поверхности: продольной подачей, профилем ро-
Рис. 20. Зависимость высоты міікронероізпостеіі от продольной по дачи и профильного радиуса ролика (схема)
лика, наибольшей Лі и наименьшей ho глубиной проник новения ролика в деталь:
ab |
be |
hi —Іи |
5/2 |
. |
(30) |
|
----= |
-----------od — cd |
; —------— = |
------- ------- |
|||
ad |
5/2 |
2p — (hL—lu) |
|
|||
Преобразовав выражение, получим |
|
|
||||
|
Д/i - 2Д/ір |
(-^- ) |
= 0, |
|
(31) |
|
|
|
/ |
S3 |
\ 1/2 |
|
(32) |
|
Д/і = p — (p- — -J - j . |
|
Значения Ah, найденные из выражения (32), подтверж дают полученные экспериментальные данные, что с опре деленных величин подачи высота микронеровностей обка танной поверхности начинает быстро увеличиваться (табл. 1 2 ).
Если S найти из выражения (31), Ah принять прибли женно равным величине сближения ролика и детали а, т. е.
S = 2К (2рсс — а2)1/2 , |
( 3 3 ) |