Технические науки /3. Отраслевое машиностроение

д.т.н. Жетесова Г.С., к.т.н. Никонова Т.Ю., к.т.н. Уалиев Д.Ш.,

магистр Бийжанов С.К., магистрант Уткина Д.В.

Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина, Казахстан

Карагандинский Государственный Технический университет, Казахстан

КЛАССИФИАЦИЯ СПОСОБОВ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПО СПОСОБУ ПРИМЕНЕНИЮ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ

На сегодняшний день поверхностное пластическое деформирование (ППД) зарекомендовало себя, как эффективный способ упрочнения деталей.

Изменяя характерные параметры процесса ППД можно управлять показателями качества упрочненного поверхностного слоя. Возможности способов ППД при формировании показателей качества поверхностного слоя определяются числом используемых параметров. Ввод дополнительных параметров, хотя и усложняет реализацию способа, способствует расширению его возможностей: снижением шероховатости и повышением производительности, улучшение качества поверхностного слоя.

Использование комбинированного статического и динамического нагружения при ППД повышает производительность, улучшает свойства поверхностного слоя [1]. Введение статической нагрузки при динамических методах ППД способствует улучшению шероховатости поверхности [2,3]. Дополнение статистических методов динамической составляющей увеличивает глубину и степень упрочнения [3].

По кинематике прoцесса все методы ППД мoжно условно разделить на следующие схемы: классические кинематические схемы, схемы, где oбработка происхoдит свoбодной инструментальной средой и схемы дорнoвания.

В способах ППД с кинематической схемой обработки свободной инструментальной средой используется направленный поток дроби (дробеструйная обработка) или объемная обработка дробью (виброударная обработка).

При дробеструйной обработке (рисунок 1) поверхность детали подвергается обработке направленным потоком дроби. Относительное движение детали и потока дроби осуществляется в зависимости от формы обрабатываемой детали (при обработке детали цилиндрической формы может использоваться кинематическая схема обработки на токарном станке, когда деталь совершает вращательное движение, а инструмент, в данном случае поток дроби, воздействует на ее поверхность с подачей вдоль оси детали).

п - частота вращения детали; v_c - скорость движения рабочей среды; s - скорость осевой подачи потока дроби относительно заготовки

Рисунок 1 - Дробеструйная обработка

Виброударная обработка (рисунок 2) осуществляется посредством относительного скольжения рабочих тел по поверхности обрабатываемой детали и множества микроударов рабочей среды об обрабатываемую поверхность. Виброударная обработка может производиться с закреплением детали в контейнере и без закрепления. Факторами, определяющими допустимые наклеп и остаточные напряжения сжатия при виброобработке выступают способ загрузки деталей, состав и количество рабочих сред, направление действия траектории колебаний и других факторов. При изменении этих факторов можно в определенных пределах управлять процессом упрочнения [1]. Основными достоинствами применения объемной вибрации являются возможность лучше обрабатывать труднодоступные места деталей сложной замкнутой формы и исключение перенаклепа.

Рисунок 2 - Виброударная обработка

Схемы дорнования имеют кинематические особенности, отличные от других способов ППД (рисунок 3).

При дорновании дорн проходит через отверстие под действием статической нагрузки, диаметр инструмента должен быть больше диаметра отверстия на величину натяга. Основными параметрами дорнования считаются: натяг, сила дорнования или сила тяги, скорость дорнования (скорость пластического деформирования), а также конструкция и форма инструментов. С увеличением натяга и толщины стенки детали сила, прикладываемая к дорну увеличивается, а скорость дорнования, наоборот, уменьшается. Кинематическим параметром такой схемы являются скорость деформирования. Обычно скорость деформирования зависит от натяга, диаметра обрабатываемого отверстия, силы деформирования, формы и размеров инструмента, СОЖ.

Рисунок 3 - Кинематическая схема дорнования

Способам, используемым кинематику токарных, фрезерных, строгальных и т.д. станков свойственна традиционная кинематическая схема нагружения. К таким схемам относятся схемы обкатывания, выглаживания, чеканки, раскатывания, виброобкатывания, ударного раскатывания, ультразвуковая обработка.

При обкатывании, выглаживании, раскатывании (рисунок 4, а) инструмент воздействует на обрабатываемую поверхность под действием статической нагрузки. Детали сообщается движение вращения, в то время как инструменту движение подачи вдоль оси детали с некоторой скоростью.

При виброобкатывании (рисунок 4, б) по сравнению с обкатыванием вводится добавочный технологический параметр - осциллирующее движение (вибродвижение) инструмента. Это оказывает благоприятное воздействие на поверхность, обеспечивая регулярный микрорельеф с требуемой формой микронеровностей. Как следствие, получается значительно меньший износ поверхности, чем после обкатывания [3,4].

При упрочняющей чеканке (рисунок 4, в) кинематика способа схожа с кинематикой обкатывания, однако на упрочняемую поверхность воздействует динамическая нагрузка взамен статической.

Суть метода центробежной обработки (рисунок 4, г) заключается в нанесении на поверхность последовательных ударов рабочими элементами. Рабочими элементами выступают шары или ролики, свободно сидящие в радиальных отверстиях вращающегося диска, перемещающегося вдоль оси детали. Под дeйствием цeнтробежных сил рабочие элeменты в радиальных отвeрстиях занимают крайнeе положениe, а при ударe об обрабатываeмую повeрхность опускаются на глубину, равную натягу, отдавая энергию, создаваемую центробежной силой.

Разница между обработкой вращающимися металлическими щетками (рисунок 4, д) и центробежной обработкой видом рабочих элементах. При обработке вращающимися металлическими щетками вместо шаров используется проволочный инструмент. Обработка металлическими щетками способствует осуществлению проведения одновременной зачистки и деформационного упрочнения поверхности, также и в труднодоступных местах. Кинематическая схема ударного раскатывания (рисунок 4, е) подобна раскатыванию, только к статической нагрузке добавляется динамическая, образованная за счет натяга создаваемого кулачковой оправкой.

Под ультразвуковой обработкой (рисунок 4, з) понимается способ обкатывания или выглаживания с дополнительно сообщаемым ультразвуковым колебанием с частотой 18...24 кГц и амплитудой 15...30 мкм.

а) обкатывание и выглаживание б) вибронакатывание и вибровыглаживание

в) упрочняющая чеканка д) обработка металлическими щетками

з) центробежная обработка г) ударное раскатывание

е) ультразвуковая обработка и) упрочняющая чеканка статически нагруженным инструментом

Рисунок 4 - Классические схемы способов поверхностного пластического деформирования

При вибрационной (статико-импульсной) чеканке (рисунок 4, и) инструмент сначала статически поджимают к нагружаемой поверхности, а затем через него наносят удары. Что способствует более полному использованию энергии удара для упругопластической деформации и улучшению шероховатости обработанной поверхности [2,3].

Из анализа рассмотренных способов можно сделать вывод, что кинематика любого способа поверхностного пластического упрочнения складывается из движений подачи инструмента (детали) относительно детали (инструмента) и скорости обработки.

Подача может быть непрерывной и дискретной. При подаче инструменту дополнительно может придаваться осциллирующее движение. Это способствует образованию на обрабатываемой поверхности регулярного микрорельефа. Осциллирующее движение инструмента, может задаваться по направлению подачи и в направлении скорости. Скорость обработки может быть постоянной и переменной.

Литература:

1. Соловьев Д.Л./ Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием/ Орловский государственный технический университет, 2003г, 384с.

2. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. М.: Машиностроение, 1975. 160 с.

3.Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.

4. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982. 248 с