ОБЗОР  РЕЖИМОВ  ОБРАБОТКИ  МЕТАЛЛОВ  ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКИМ  ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Лукьянов  Алексей  Александрович

магистрант,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

Бобровский  Игорь  Николаевич

канд.  техн.  наук,  начальник  лаборатории,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  bobri@yandex.ru

Севостьянов  Алексей  Сергеевич

магистрант,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  sevalexey@yandex.ru

REVIEW  OF  SURFACE  PLASTIC  DEFORMATION  PROCESSING  MODES  OF  METALS

Aleksey  Lukyanov

undergraduate  student,  Togliatty  State  University,  Russia,  Togliatti

Bobrovskij  Igor

Ph.D.,  chief  of  laboratory,  Togliatty  State  University,  Russia,  Togliatti

Sevostyanov  Aleksey

undergraduate  student,  Togliatty  State  University,  Russia,  Togliatti

Проведение  научно-исследовательской  работы  осуществляется  при  поддержке  гранта  Президента  Российской  Федерации  МК-6076.2013.8.

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассмотрен  зарубежный  опыт  применения  технологии  обработки  поверхностно-пластическим  деформированием.  Рассмотрены  оптимальные  режимы  обработки.  Приведены  рекомендации  по  обработке  деталей  методами  выглаживания  и  обкатывания.

ABSTRACT

In  this  paper,  the  foreign  experience  of  application  of  surface  plastic  deformation  processing  technology  is  considered.  The  optimal  processing  modes  are  considered.  The  recommended  processing  modes  for  treatment  of  parts  by  surface  plastic  deformation  and  ball  burnishing  methods  are  given.

Ключевые  слова:  оптимальный  режим  обработки;  выглаживание;  шероховатость;  упрочнение.

Keywords:  optimal  processing  mode;  burnishing;  roughness;  hardening.

Качество  поверхности  является  важным  фактором,  который  влияет  на  сборку,  и  в  целом  работу  механизма,  эстетические  показатели  механизма  и  материала.  Наиболее  важным  фактором,  влияющим  на  качество  поверхности,  является  шероховатость  [1].  В  машиностроении  используются  различные  методы  обработки  для  снижения  шероховатости  поверхности,  такие  как:  шлифование,  хонингование,  супер-финиширование  и  другие  методы  отделки  направленные  на  снижения  шероховатости  поверхности  [2].  Целью  данной  статьи  является  обзор  зарубежного  опыта  применения  технологии  обработки  поверхностно-пластическим  деформированием  (ППД)  для  обработки  различных  сплавов.

Методы  ППД  имеют  сильное  влияние  на  шероховатость  поверхности.  ППД  —  это  метод  холодной  обработки,  при  котором  поверхностные  неровности  уменьшаются  под  действием  силы  за  пределами  текучести  материала.

В  своей  работе  автор  В.А.  Говтхам  рассматривает  обработку  ППД  легированной  стали  En-9  (сталь  55)  [4].

На  практике  были  установлены  корреляции  между  следующими  параметрами:  шероховатость  поверхности,  микротвердость  поверхности,  частота  вращения  заготовки,  время  обработки  и  сила  прижатия  инструмента.

Так,  при  силе  обработки  в  300  Н  при  увеличении  времени  обработки  с  2  до  4  минут  шероховатость  поверхности  увеличивается,  тогда  как  твердость  уменьшается.  Однако  при  времени  обработки  равном  2  минуты  при  возрастании  силы  от  300  Н  до  400  Н  шероховатость  и  твердость  поверхности  увеличиваются.

Автором  был  экспериментально  определен  оптимальный  режим  обработки  стали  En9:  частота  вращения  заготовки:  500  об/мин;  силы  выглаживания  300  Н;  время  обработки  3  мин.  При  этом  шероховатость  обработанной  поверхности  составляет  1,718  мкм,  твердость  264,3  Hv.

Авторы  П.С.  Камбл,  В.С.  Ядхав  рассматривают  обработку  обкатыванием  легированной  стали  En-8  [6].

Экспериментально  было  установлены  следующие  зависимости:

·     При  увеличении  количества  проходов  увеличивается  микротвердость,  но  ухудшается  шероховатость;

·     Максимальная  твердость  достигается  при  подаче  в  0,04  мм/об;

·     Твердость  увеличивается  с  увеличением  частоты  вращения.  Максимальная  твердость  достигается  при  частоте  вращения  1125  об/мин;

·     Твердость  уменьшается  с  увеличением  числа  проходов.  Максимальная  твердость  достигается  при  одном  проходе.

Следовательно,  оптимальный  режим  обработки  ППД  стали  En9:  частота  вращения:  1125  об/мин;  сила  выглаживания  350  Н;  время  обработки:  2  мин;  подача  0,04  мм/об.

При  этом  режиме  шероховатость  поверхности  составляет  Ra0,13  мкм,  твердость  увеличивается  с  337  до  528  Hv.

Автор  Кхалид  С.Ф.  исследовал  влияние  роликового  обкатывания  на  механические  свойства  и  качество  поверхности  легированной  стали  [7].  Результаты  экспериментов  показали,  что  напряжение  материала  было  увеличено  примерно  на  150  МПа.  Также  роликовое  выглаживание  имеет  положительное  влияние  на  шероховатость  поверхности  легированной  стали.

Авторами  А.П.  Гходаке,  Р.Д.  Ракхаде,  А.С.  Махешвари  [3]  выполнены  исследования  по  обработке  алюминия  АД33  методом  обкатывания.

На  основе  их  работы  сделан  вывод,  что  оптимальные  параметры  обработки  алюминия  АД33:  частота  вращения  250—420  об/мин  для  ширины  ролика  1  мм.

Сила  выглаживания  свыше  220  Н  способна  уменьшить  шероховатость  поверхности  на  35  %.  Ниже  этого  значения  шероховатость  не  улучшается  пластически.  Частота  вращения  110  об/мин  дает  самый  высокий  результат  увеличения  твердости  поверхности  до  30  %.  Однако  увеличение  силы  выглаживания  имеет  негативное  влияние  на  износостойкость  алюминия.

Обкатывание  титана  Ti-6Al-4V  и  стали  316L  (03Х16Н15М3)  рассмотрено  в  работе  авторов  U.D.  Gulhane1,  S.B.  Mishra,  P.K.  Mishra  [5].

Материал  Ti-6Al-4V:  получена  шероховатость  Ra0,24  мкм  с  режимами  выглаживания:  Частота  вращения  900  об/мин,  Сила  давления  1,9  МПа,  диаметр  шарика  12  мм,  количество  проходов  —  2.

Материал  316L:  получена  шероховатость  Ra0,25  мкм  с  режимами  выглаживания:  Частота  вращения  900  об/мин,  Сила  давления  1,9  МПа,  диаметр  шарика  8мм,  количество  проходов  —  2.

Шероховатость  поверхности  была  значительно  снижена,  однако  после  обработки  методом  ППД  титана  обнаружены  острые  кромки,  оставшиеся  после  лезвийной  обработки.  Это  обуславливается  высокой  твердостью  вкраплений  в  материал.

Авторы  Томасз  Д.,  Крзыстоф  Д.  [8]  исследовали  влияние  параметров  обкатывания  на  твердость  нержавеющей  стали  X5CrNiMo17-12-2.

По  результатам  исследований  можно  сделать  вывод,  что  твердость  поверхностного  слоя  увеличивается  с  каждым  проходом  инструмента,  хотя  наибольшее  увеличение  твердости  происходит  после  первого  прохода.  Начальная  твердость  материала  составляла  240  HV  а  максимальная  твердость  была  получена  после  третьего  прохода  роликом  с  радиусом  при  вершине  3  мм  и  составила  337  HV.  Увеличение  твердости  составило  42,2  %.  Наиболее  эффективное  упрочнение  происходит  у  ролика  с  радиусом  при  вершине  3  мм.  Это  обуславливается  тем,  что  у  такого  ролика  наименьшая  площадь  контакта  с  поверхностью  материала,  следовательно,  наибольшая  сила  давления  на  материал.

После  анализа  всех  вышеперечисленных  источников,  полученные  результаты  были  обобщены  в  таблицу  оптимальных  режимов  обработки  методами  ППД  (табл.  1).

На  основании  рассмотренных  исследований  можно  оценить  изменения  в  поверхностном  слое  в  процессе  выглаживания  наружных  цилиндрических  поверхностей.  Таким  образом,  для  наилучшего  эффекта  упрочнения  следует  использовать  низкую  частоту  вращения  заготовки  и  радиус  скругления  при  вершине  инструмента  не  более  3  мм.

Таблица  1.

Свойства  детали  после  обработки  методами  ППД  и  оптимальные  режимы  обработки

Список  литературы:

1. Бобровский  И.Н.,  Мельников  П.А.,  Бобровский  Н.М.,  Лукьянов  А.А.,  Ежелев  А.В.  Технологическое  обеспечение  трибологических  свойств  сальниковых  шеек  деталей  машин  //  Известия  Самарского  научного  центра  Российской  Академии  Наук.  —  2012.  —  Т.  14,  —  №  1(2).  —  C.  340—343.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.ssc.smr.ru/media/journals/izvestia/2012/2012_1_340_343.pdf  (дата  обращения:  25.08.2014).
2. Ежелев  А.В.,  Бобровский  И.Н.,  Лукьянов  А.А.  Анализ  способов  обработки  поверхностно-пластическим  деформированием  //  Фундаментальные  исследования.  —  2012.  —  №  6  (часть  3).  —  C.  642—646.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://elibrary.ru/download/99416024.pdf  (дата  обращения:  25.08.2014).
3. Ghodake  A.P.  Effect  of  burnishing  process  on  behavior  of  engineering  materials  /  A.P.  Ghodake,  R.D.  Rakhade,  A.S.  Maheshwari  //  Nasik.  India.  2013.  —  20  p.
4. Gowtham  V.A.  Burnishing  process  on  the  crank-shaftmaterial  using  design  of  experiments  /  V.A.  Gowtham,  V.S.  Kumar  //  Chennai.  2010.  —  48  p.
5. Gulhanel  U.D.  Enhancement  of  surface  roughness  of  316L  stainless  steel  and  Ti-6Al-4V  using  low  plasticity  burnishing  /  U.D.  Gulhane1,  S.B.  Mishra,  P.K.  Mishra  //  Allahabad.  India.  2011.  —  30  p.
6. Kamble  P.S.  Experimental  study  of  Roller  burnishing  process  on  plain  carrier  of  planetary  type  gear  box  /  P.S.  Kamble1,  V.S.  Jadhav  //  Maharashtra.  India.  2012.  —  52  p.
7. Khalid  S.F.  Effect  of  roller  burnishing  on  the  mechanical  behavior  and  surface  quality  of  O₁  alloy  steel  /  S.F.  Khalid  //  Tafila.  India.  2011.  —  65  p.
8. Tomasz  D.Y.  The  influence  of  the  burnishing  on  technological  quality  of  elements  of  part  shipping  machines  /  D.Y.  Tomasz,  D.V.  Krzysztof  //  Gdynia.  Poland.  2010.  —  95  p.