Способы и инструменты для отделочно-упрочняющей обработке деталей типа дисков

 

     РЕФЕРАТ

На тему: «СПОСОБЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНО –

УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ДИСКОВ» 

     Описана методология выбора методов отделочно-упрочняющей обработки рабочих поверхностей деталей машин ППД, определения параметров инструмента и режимов обработки в зависимости от функционального назначения поверхности. Приведены некоторые справочные материалы. Представлен пример результатов расчетов по предлагаемой методологии. 

     Широкое применение в промышленности для повышения долговечности деталей машин получили методы отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием (ОУО ППД). К ним относятся все методы обработки деталей, связанные с пластическим деформированием только их поверхностных слоев и практически не изменяющие исходную точность размеров. Это накатывание, выглаживание, вибронакатывание, виброобработка, дробеструйная, центробежно-ударная, статико-импульсная обработка и др. виды обработки различных поверхностей деталей машин.

     Выбор методов ОУО ППД осуществляется в зависимости от размеров деталей, формы и функционального назначения обрабатываемой поверхности. Выбор методов обработки деталей малых размеров (до 100 мм) представлен в табл. 1. Аналогичные таблицы составляются для деталей средних (от 100 до 300 мм) и крупных (более 300 мм) размеров.

     В зависимости от точности обрабатываемой поверхности выбирается метод предшествующей обработки, который, в свою очередь, достаточно однозначно определяет исходную для ОУО ППД шероховатость поверхности.

     В зависимости от функционального  назначения обрабатываемой поверхности детали ОУО ППД можно выполнять на отделочных, отделочно-упрочняющих и упрочняющих режимах.

     Отделочная  обработка ППД выполняется с  целью уменьшения исходной шероховатости поверхности и увеличения ее несущей способности, т.е. увеличения параметра шероховатости t_p или уменьшения параметра Rр, практически без упрочнения поверхностного слоя детали. Это необходимо для повышения износостойкости детали при жидкостном трении, контактной жесткости, герметичности и коррозионной стойкости. Процесс отделочной обработки ППД деталей осуществляется при рабочем давлении, обеспечивающем частичное сглаживание выступов шероховатости при контактном сближении у_к £ 0,5 Rр_исх

     Отделочно-упрочняющая  обработка ППД выполняется с  целью уменьшения исходной шероховатости поверхности, увеличения ее несущей способности и частичного поверхностного упрочнения детали. Это необходимо для повышения износостойкости при граничном трении, контактной жесткости, герметичности и частично усталостной прочности деталей. Процесс отделочно-упрочняющей обработки ППД деталей осуществляется при рабочем давлении, обеспечивающем контактное сближение в пределах 0,5 Rр_исх £ у_к £ Rр_исх .

     Упрочняющая обработка ППД выполняется с  целью упрочнения поверхностного слоя детали. Это необходимо для повышения износостойкости при сухом трении и усталостной прочности деталей. При этом происходит полное переформирование исходной шероховатости, вплоть до формирования нового регулярного профиля. Процесс упрочняющей обработки ППД осуществляетcя при у_к > Rр_исх . 
 
 
 
 
 
 

Таблица 1

     Выбор методов ОУО ППД для деталей малых размеров (менее 100 мм)

При выборе приведенного радиуса необходимо учитывать вид обработки. Так, при отделочной и отделочно-упрочняющей обработке приведенный радиус целесообразно определять, исходя из  

требуемых и исходных параметров качества поверхностного слоя, максимальной производительности. При этих видах обработки в основном происходит деформация исходных неровностей шероховатости. Наиболее оптимальной для обеспечения уменьшения волнистости, стабильности усилия, повышения производительности представляется ширина контакта не менее 3 Sm (рис. 1).

     Тогда величина приведенного радиуса определяется из геометрических соображений по зависимости

     1

                                                           r = .                                           (1)

     Так как при отделочных режимах y_к достигает 0,5 Rp ≈ 0,25 Rz, то выражение (1) после преобразования принимает вид

     r =

.

     При отделочно-упрочняющих режимах  y_к достигает Rp ≈ 0,5 Rz, следовательно, выражение (1) принимает вид:

     r =

.

     Учитывая  наиболее часто получаемые сочетания  Sm и Rz при предварительной лезвийной обработке, получаем следующие диапазоны радиусов: r = 4,5…45 мм – для отделочной обработки; r = 2,25…22,5 мм – для отделочно-упрочняющей обработки. При предварительной абразивной обработке: r = 0,9…6,75 мм – для отделочной обработки; r = 0,45…3,35 мм – для отделочно-упрочняющей обработки.

     Выбор величины приведенного радиуса при упрочняющих режимах обработки в зависимости от характеристик обрабатываемого материала, требуемой степени и глубины упрочнения наиболее полно рассмотрен в работах

В.М.Смелянского [3].

     Режимы  отделочной, отделочно-упрочняющей  и упрочняющей обработки для статических методов определяются давлением в зоне контакта инструмента и обрабатываемой поверхности детали, которое зависит от рабочего усилия P, фактической площади контакта А_ф и твердости материала обрабатываемой детали.

     Фактическая площадь контакта при пластических деформациях определяется по уравнению [1]

     2

      ,       (2)

     где HB – твердость обрабатываемой заготовки.

     С учетом исходной шероховатости фактическая площадь контакта будет зависеть от номинальной площади контакта Ан, величин контактных деформаций, которые определяются формируемой относительной длиной профиля шероховатости tp_к :

     3

      .       (3)

     Номинальная площадь контакта рабочей части  инструмента с обрабатываемой деталью рассчитывается по формуле

     4

      ,       (4)

     где p_н – номинальное давление в зоне контакта.

     Подставляя  правую часть формулы (4) в выражение (3) и приравнивая правые части полученного уравнения и уравнения (2), получаем

      ,       

     откуда

      .       

     При отделочной обработке tp_к находится в пределах 10…25%, тогда

     0,1 HB < p_н < 0,25 HB.      

     При отделочно-упрочняющей обработке 25 < tp_к < 40%, т.е.

     0,25 HB < p_н < 0,4 HB.      

     При упрочняющей обработке 40 < tp_к < 100%, следовательно,

     0,4 HB < p_н < HB.       

     Рабочие усилия при ОУО ППД определяются по формуле

     P = Ан p_н .        

     Номинальная площадь контакта инструмента и обрабатываемой детали зависит от рабочего усилия, приведенного радиуса контакта, параметров исходной шероховатости поверхности [2].

     При динамических методах обработки  взаимосвязь между режимами обработки  и параметрами инструмента значительно  более тесная, чем при статических.

     Удельная  работа деформации неровностей шероховатости  Аду определяется по зависимости

     5

     Аду = c’  k s_T /100,     (5)

     где подынтегральное выражение определяет относительную опорную длину профиля шероховатости в зависимости от контактного сближения [4]; с’ = 2,87 – коэффициент стеснения; k – степень упрочнения; s_T – предел текучести обрабатываемого материала.

     С другой стороны, работа, совершаемая  инструментом при множестве ударов по единичной площади обрабатываемой поверхности, определяется как сумма  энергий всех ударов на этой площади. Принимая, что энергии ударов равны, получаем

     6

     Аду = Еу  m,       (6)

     где Еу – энергия единичного удара, Дж; m – плотность ударов, мм^-2.

     Плотность ударов m связана со средним шагом между отпечатками в продольном (Sz_пр ) и поперечном (Sz_поп ) направлениях:

     7

     m = (Sz_пр · Sz_поп )^-1 .      (7)

     Шаг отпечатков, в свою очередь, оказывает влияние на формируемую шероховатость обрабатываемой поверхности. При отсутствии раздельных требований по продольной и поперечной шероховатости для повышения производительности целесообразно принимать Sz_пр = Sz_поп . Наибольшее значение величины Sz при отделочной и отделочно-упрочняющей обработке может быть определено исходя из того, что коэффициент перекрытия отпечатков, как правило, не менее 2. Размер отпечатка определяем из геометрических соображений (рис. 2):

     b = 2 .       

     Подставив Sz_max = b/2 и коэффициент перекрытия в формулу (7), после выполнения некоторых преобразований получим зависимость для минимальной плотности ударов:

     8

     m = ,      (8)