К  ОЦЕНКЕ  ЭФФЕКТИВНОСТИ  ТЕХНОЛОГИИ  УЛЬТРАЗВУКОВОГО  ВЫГЛАЖИВАНИЯ

Ирсецкий  Алексей  Сергеевич

магистрант  кафедры  оборудования  и  технологий  машиностроительного  производства  Тольяттинского  государственного  университета,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  XOLD163@gmail.com

Митяков  Павел  Петрович

магистрант  кафедры  оборудования  и  технологий  машиностроительного  производства  Тольяттинского  государственного  университета,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  mitpape@mail.ru

ASSESSMENT  OF  EFFICIENCY  FOR  ULTRASONIC  BALL  BURNISHING

Irsetsky  Aleksey  Sergeevich

undergraduate,  Department  of  machine  and  technologies  for  Production  Mechanical  Engineering,  Togliatti  State  University,  Russia  Togliatti

Mitykov  Pavel  Petrovich

undergraduate,  Department  of  machine  and  technologies  for  Production  Mechanical  Engineering,  Togliatti  State  University,  Russia  Togliatti

АННОТАЦИЯ

В  работе  приведены  результаты  сравнительного  исследования  формирования  показателей  качества  поверхности  после  обработки  обычным  и  ультразвуковым  выглаживанием.  Дана  количественная  оценка  эффективности  применения  энергии  ультразвука  при  выглаживании  материалов  различной  структуры  и  исходной  микротвердости. 

ABSTRACT

This  paper  proposes  comparative  research  results  of  surface  quality  after  non  ultrasonic  and  ultrasonic  processing  by  ball  burnishing.  The  quantitative  assessment  of  efficiency  for  use  of  ultrasonic  energy  when  ball  burnishing  of  materials  with  various  structure  and  microhardness.

Ключевые  слова:  выглаживание;  ультразвук;  микротвердость;  шероховатость  поверхности

Keywords:  ball  burnishing;  ultrasound;  microhardness;  surface  roughness

Одним  из  перспективных  методов  финишной  комбинированной  обработки  материалов  является  технология  ультразвуковой  упрочняющей  обработки  выглаживанием.  Энергия  ультразвука  позволяет  интенсифицировать  процесс  обработки  и  добиться  значительного  улучшения  показателей  качества  обрабатываемых  поверхностей  по  сравнению  с  традиционной  обработкой  выглаживанием  [2,  6].  При  разработке  комбинированной  технологии  обработки  деталей  машин  выглаживанием,  особенно  для  автоматизированного  производства  на  станках  с  ЧПУ,  важно  оценить  эффективность  ввода  в  зону  обработки  дополнительной  энергии  ультразвука  в  сопоставлении  с  достигаемыми  показателями  качества  обрабатываемых  поверхностей  [3]. 

  Количественную  оценку  эффективности  ввода  дополнительной  энергии  ультразвука  удобно  проводить  с  помощью  безразмерных  показателей,  например,  коэффициентов  относительной  микротвердости  и  шероховатости,  соответственно  характеризующие  прирост  микротвердости  и  снижения  шероховатости  относительно  их  исходных  значений: 

где:  ,  ,  ,    —  соответственно  исходные  и  полученные  после  обработки  значения  микротвердости  и  шероховатости  поверхности.

Для  расчета  коэффициентов  и    воспользовались  результатами,  полученными  различными  авторами  [1,  2,  4,  6,  7]  при  исследовании  процессов  обработки  как  обычного,  так  и  ультразвукового  выглаживания.

На  рис.  1  представлены  зависимости  коэффициента    от  усилия  выглаживания.  Из  рисунка  следует,  что  с  увеличением  усилия,  как  и  следовало  ожидать,  наблюдается  увеличение  коэффиицентов  для  всех  обработанных  материалов,  т.  е.  наблюдается  прирост  микротвердости  относительно  исходного  значения.  Определенный  интерес  представляет  угол  наклона  прямых  линий,  характеризующий  прирост  относительной  микротвердости  с  изменением  усилия  обработки.  Тангенс  угла  наклона  аналитически  можно  выразить  с  учетом  (1)  следующей  зависимостью:

Рисунок  1.  Зависимость  относительной  микротвердости  от  статического  усилия  при  выглаживании  стали  ХВГ  (1),  08Х12Н10Т  (2),  45  (3)

Рисунок.  2.  Зависимость  прироста  относительной  микротвердости  в  расчете  на  единицу  прикладываемого  статического  усилия  от  исходного  значения  микротвердости

Полученное  выражение  удобно  представить  в  процентном  соотношении,  помножив  правую  часть  на  100  %,  тогда  размерность  выражения  будет  %/Н,  т.  е.  характеризует  процентный  прирост  относительной  микротвердости  в  расчете  на  единицу  приложенного  статического  усилия.  На  рис.  2  приведены  результаты  расчета  по  формуле  (2)  в  зависимости  от  исходного  значения  микротвердости  обрабатываемых  поверхностей.  Как  выяснилось,  значения  угла  наклона  зависит  от  исходного  значения  микротвердости,  для  более  пластичных  материалов  (например,  для  стали  08Х12Н10Т)  он  больше,  для  материалов  с  высоким  значением  исходной  микротвердости  наблюдается  его  уменьшение.  Из  рис.  2  следует,  что  для  исследованных  материалов  большую  эффективности  ввод  в  зону  обработки  дополнительной  энергии  ультразвука  приобретает  при  обработке  материалов  с  высоким  значением  исходной  микротвердости  поверхности,  т.  е.  для  стали  ХВГ.  Обусловлено  это  особенностью  воздействия  ультразвука  на  пластические  свойства  материала,  в  частности  на  его  дислокационную  структуру  [5,  6,  8].  В  работе  [5]  установлена  корреляционная  связь  микротвердости  поверхности  с  плотностью  линий  скольжения  (рис.  3).  Полученные  значения  микротвердости  и  плотности  линий  скольжения  как  при  обычном  выглаживании,  так  и  при  ультразвуковом  расположены  на  одной  прямой.  Однако,  при  ультразвуковой  обработке  микротвердость  и  плотность  линий  скольжения  имеют  более  высокие  значения,  что  говорит  об  интенсификации  пластической  деформации  обрабатываемого  материала.

Рисунок  3.  Зависимость  микротвердости  от  плотности  линий  скольжения

Рисунок  4.  Значения  относительной  шероховатости  от  приложенного  статического  усилия  при  выглаживании  сталей  ХВГ  (1)  и  45  (2)

На  рис.  4  приведены  рассчитанные  значения  коэффициента  относительной  шероховатости  обработанных  поверхностей  (формула  1).  Здесь  наблюдается  эффективность  ввода  энергии  ультразвука  с  точки  зрения  обеспечения  шероховатости  поверхности.  Для  ультразвуковой  обработки  наблюдается  увеличивающий  тренд  изменения  коэффициента  с  увеличением  усилия,  в  отличие  от  традиционной  обработки,  где  с  увеличением  усилия  возникает  вероятность  перенаклепа  поверхности  и  ухудшение  ее  шероховатости.  Увеличивающийся  тренд  в  изменении  коэффиицента    при  ультразвуковой  обработки,  а  следовательно  и  уменьшение  шероховатости  поверхности  с  увеличением  усилия  также  можно  связать  в  повышением  пластических  свойств  обрабатываемого  материала,  в  результате  чего  происходит  более  эффективное  сглаживание  исходных  микронеровностей. 

Таким  образом,  на  основе  выполненного  сравнительного  анализа  экспериментальных  данных  можно  сделать  следующие  выводы:

1.  Ультразвуковое  выглаживание  обеспечивает  более  высокую  степень  упрочнения  поверхностного  слоя,  причем  на  большую  глубину,  чем  при  выглаживании  без  УЗК  в  сходных  технологических  условиях;

2.  Дополнительная  энергия  УЗК  интенсифицирует  процесс  пластической  деформации,  что  обуславливает  деформационное  упрочнение  высокопрочных  материалов

3.  Наибольшую  эффективность  ввод  в  зону  обработки  дополнительной  энергии  ультразвука  приобретает  при  обработке  материалов  с  высоким  значением  исходной  микротвердости  поверхности

Список  литературы:

1.Алехин  В.П.  Влияние  на  дефектную  структуру  и  свойства  конструкционных  и  инструментальных  сталей  ударного  воздействия  с  ультразвуковой  частотой  /  В.П.  Алехин,  О.В.  Алехин,  Е.В.  Крылова  //  ВАНТ.  —  2012.  —  №  2(78).  —  С.  120—125.

2.Бобровский  Н.М.  Оптимизация  параметров  процесса  выглаживания  в  производственных  условиях  с  целью  получения  поверхности,  пригодной  для  работы  в  условиях  гидродинамического  трения  /  Н.М.  Бобровский,  П.А.  Мельников  //  Вектор  науки  Тольяттинского  государственного  университета.  —  2011.  —  №  2.  —  С.  65

3.Малышев  В.И.  Автоматизация  гибридных  и  комбинированных  технологий  на  основе  модернизации  станочного  оборудования  и  выбора  кинематических  связей  /  В.И.  Малышев,  Д.Г.  Левашкин,  А.С.  Селиванов  //  Вектор  науки  Тольяттинского  государственного  университета.  —  2010.  —  №  3.  —  С.  70—74.

4.Малышев    В.И.  Ультразвуковая  отделочно-упрочняющая  обработка  сферическим  индентором  /  В.И.  Малышев,  А.С.  Петрова,  А.С.  Селиванов  //  Механики  ХХI  веку.  ХII  Всероссийская  научно-техническая  конференция  с  международным  участием:  сборник  докладов.  Братск:  Изд-во  БрГУ,  2013.  —  266  с.

5.Малышев  В.И.  Физические  особенности  пластической  деформации  поверхностного  слоя  при  механической  обработке  в  ультразвуковом  поле  /  В.И.  Малышев,  А.С.  Селиванов,  А.С.  Петрова  //  Сборник  научных  трудов  SWorld.  —  2012.  —  Т.  7.  —  №  3.  —  С.  44—51.

6.Марков  А.И.  Ультразвуковая  обработка  материалов  /  А.И.  Марков  М:  Машиностроение,  1968.  —  365  с.

7.            Мельников  П.А.  Повышение  эксплуатационных  свойств  сальниковых  шеек  коленчатых  валов  путем  оптимизации  технологии  изготовления  /  П.А.  Мельников,  А.С.  Селиванов,  Л.Р.  Хамидуллова  //  Объединенный  научный  журнал.  —  2003.  —  №  29.  —  С.  15—17.

8.            Селиванов  А.С.  Формирование  дислокационной  структуры  при  ультразвуковом  алмазном  выглаживании  стали  08Х12Н10Т  /  А.С.  Селиванов,  В.И.  Малышев,  Е.А.  Даньшина  //  В  сб.:  Проведение  научных  исследований  в  области  машиностроения.  Сборник  материалов  Всероссийской  научно-технической  конференции  с  элементами  научной  школы  для  молодежи:  в  3-х  томах.  2009.  —  С.  231—236.