УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ

ULTRASONIC PROCESSING OF PARTS

Ignat Borodin

student, Department of Technical Service in agriculture, Belgorod State Agrarian University,

Russia, Belgorod

Alexander Novitsky

candidate of Technical Sciences, Belgorod State Agrarian University,

Russia, Belgorod

АННОТАЦИЯ

Одним из наиболее эффективных способов упрочнения деталей является поверхностное пластическое деформирование. В результате пластической деформации поверхностного слоя увеличивается твердость, образуются сжимающие напряжения, снижается шероховатость, что благоприятно влияет на ресурс деталей.

ABSTRACT

One of the most effective ways to harden parts is surface plastic deformation. As a result of plastic deformation of the surface layer, hardness increases, compressive stresses are formed, roughness decreases, which favorably affects the life of the parts.

Ключевые слова: поверхностный слой, упрочнение, ультразвуковая обработка, шероховатость.

Keywords: surface layer, hardening, ultrasonic treatment, roughness.

Применение современных машин и механизмов, работающих на больших скоростях и со значительными нагрузками, требует от конструкторов и технологов решение проблемы повышения срока их службы и, соответственно, срока службы отдельных деталей, входящих в состав машин и механизмов.

Качество поверхностного слоя является одним из главнейших факторов определяющих долговечность деталей машин и механизмов. Тщательно обработанная общеизвестными способами поверхность сопрягаемых деталей является носителем остаточных макро- и микронапряжений, усталостных макро- и микротрещин, шаржированных зерен абразива и прочих дефектов. Для повышения прочности и износостойкости деталей необходимо применять методы обработки, улучшающие физические свойства, структуру и микрогеометрию поверхности [1, с. 358].

Проблема создания эффективных методов упрочнения поверхностей деталей, является одной из самых важных в машиностроении. Большинство деталей работает в условиях интенсивного износа, при высоких контактных нагрузках и неблагоприятных условиях воздействия окружающей среды. Одним из наиболее эффективных способов упрочнения деталей является поверхностное пластическое деформирование (ППД), сущность которого заключается в том, что деформирующий элемент (индентор) прижимается к поверхности обрабатываемого изделия. В результате пластической деформации поверхностного слоя увеличивается твердость, образуются сжимающие напряжения, снижается шероховатость, что благоприятно влияет на ресурс деталей.

ППД ультразвуковым инструментом, которое в технической литературе имеет несколько названий: безабразивная ультразвуковая финишная обработка (БУФО), ультразвуковая финишная обработка (УФО), ультразвуковая импульсная упрочняюще-чистовая обработка), вследствие своих особенностей (высокой частоты, силы ударов) ведет к более существенному изменению микроструктуры поверхностного слоя. Кроме того, отличительной особенностью БУФО от других известных методов пластического деформирования является значительная скорость деформации. При таком динамическом воздействии на металл изменяются его механические свойства: увеличивается усталостная прочность, пределы текучести и прочности, сопротивляемость износу на истирание, коэффициент отражения света; уменьшаются относительные удлинение и сужение, электропроводность, магнитная проницаемость, теплопроводность, коэффициент затухания поверхностных звуковых волн; увеличивается коррозионная стойкость [2, с. 50, 3, с. 210, 4, с. 215].

Экспериментальные исследования показали, что в процессе обработки между деформирующим элементом и обрабатываемой поверхностью возникает периодический контакт с частотой ультразвуковых колебаний. В момент контакта мгновенные напряжения существенно выше средних, что вызывает значительную пластическую деформацию. Также, как и для других методов поверхностного деформирования (выглаживание, обкатывание, дорнование и др.), в результате обработки уменьшается шероховатость поверхности [5, с. 40].

Ультразвуковая обработка применяется после чистовой токарной обработки. Ультразвуковой инструмент, зажатый в резцедержатель универсального токарного станка, под действием статической силы, создаваемой прижимом, и динамической силы, создаваемой ультразвуковой колебательной системой, пластически деформирует и упрочняет поверхностный слой детали, увеличивает микротвердость, снимает остаточные макро- и микронапряжения, сглаживает неровности поверхности и создает, в итоге, улучшенный поверхностный слой с регулярным характером микрорельефа.

На рисунке 1 приведено фото применения ультразвуковой импульсной упрочняюще-чистовой обработки внешней поверхности тел вращения на токарном станке.

Рисунок 1. Ультразвуковая импульсная упрочняюще-чистовая обработка внешней поверхности тел вращения на токарном станке

Производительность ультразвуковой импульсной упрочняюще-чистовой обработки определяется теми же факторами, что и обработка резаньем в штатном режиме.

Большое значение может иметь и то, что появляется возможность исключить из технологической цепочки при обработке деталей некоторые операции и станки.

Рассматривая данный метод, безотносительно к привязке к токарному станку, можно реализовать способ обработки плоских поверхностей.

Список литературы:

1. Абрамов О.В., Абрамов В.О., Артемьев В.В., Градов О.М., Коломеец Н.П., Приходько В.М., Эльдарханов А.С. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. - М.: Янус-К, 2006. 687 с.
2. Тимонин Я.И. Инновационные методы безабразивной ультразвуковой финишной обработки, ультразвуковая импульсная упрочняюще-чистовая обработка металлов // Результаты современных научных исследований и разработок. – 2020 – С. 50-53.
3. Трясцин Д.А., М.В. Песин, Повышение качества и долговечности деталей на основе применение ультразвуковой обработки // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. – 2021 – С. 209-212.
4. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987, 328 с.
5. Алаев А.Г., Потапов А.И., Максаров В.В., Палаев Н.А. Технология, оборудование ультразвуковой упрочняюще-финишной обработки металлов и контроль качества // Металлообработка. – 2018 №6. – С. 38-41.
6. Самуль А.Г., Гилета В.П. Ультразвуковая обработка материалов низкой твердости // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2017 №4. – С. 27-31.
7. Самуль А.Г., Рахимянов Х.М., Гилета В.П, Кудрявцева Ю.С. Выбор рациональной схемы ультразвуковой обработки для конструкционных материалов средней твёрдости // Инновации в машиностроении. – 2020 – С. 111-116.