ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Іоргачов Вадим Дмитрович

УДК 621.923

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ЗМІЦНЕННЯ
ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
МЕТОДОМ ПЛАСТИЧНОГО ДЕФОРМУВАННЯ

Спеціальність 05.02.08 – технологія машинобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Лінчевський Павло Адамович,

Одеський національний політехнічний університет,

завідувач кафедри «Технологія машинобудування»

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Оргіян Олександр Андрійович,

Одеська національна академія харчових технологій,

завідувач кафедри «Інженерної і комп’ютерної графіки»

кандидат технічних наук, доцент

Фірсов Геннадій Федорович,

ТОВ «Технолог»,

провідний спеціаліст

Захист відбудеться « 27 » червня 2008 р. о 13.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.02 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, просп. Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, просп. Шевченка, 1.

Автореферат розісланий « 26 » травня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Г.О. Оборський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Довговічність агрегатів та механізмів машин загального машинобудування регламентується надійністю робочих пар тертя. Працездатність деталей пар тертя обумовлюється зносостійкістю їх матеріалу та здатністю протистояти експлуатаційним навантаженням і шкідливому впливу навколишнього середовища. Особливим чином проявляється вплив зносостійкості на довговічність механізмів, де пари тертя експлуатуються у важких умовах, спричинених наявністю корозійних, кавітаційно-ерозійних та теплових явищ. Яскравим прикладом таких пар тертя є циліндри термопластавтоматів.

Дослідження провідних вчених та багаторічний досвід експлуатації дали змогу створити досконалі методики розрахунків пар тертя, які з урахуванням конкретних умов роботи та властивостей матеріалів мали б гарантувати високу їх надійність. Однак, незважаючи на це, недосконалість технологічних процесів їх виготовлення, неспроможність у забезпеченні належних фізико-механічних властивостей матеріалів деталей пар тертя різко знижують їх реальний ресурс.

Довговічність деталей пар тертя забезпечується застосуванням зміцнювальних та оздоблювально-заключних технологічних операцій. Серед них провідне місце належить зміцненню цих деталей поверхнево пластичним деформуванням (ППД). Підвищення зносостійкості, корозійної, кавітаційно-ерозійної стійкості та забезпечення в матеріалах залишкових напружень стиску в результаті зміцнення ППД робочих поверхонь деталей у поєднанні з дешевизною і простотою реалізації дають підстави для його широкого застосування. Однак, на заваді цьому стоїть неспроможність відомих різновидів способів зміцнення ППД як статичної, так і динамічної дій у забезпеченні значної енергії деформування, здатної підвищити рівень фізико-механічних характеристик матеріалу поверхневих шарів деталей до рівня вимог експлуатації.

З огляду на це актуальним залишаються дослідження, спрямовані на вдосконалення відомих і розроблення нових високоефективних способів зміцнення важконавантажених циліндричних поверхонь деталей пар тертя, які б забезпечували високий рівень їх експлуатаційних властивостей.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися відповідно до тематики науково-дослідної роботи Одеського національного політехнічного університету «Ресурсо- та енергозберігаючі технології в машинобудуванні» № 390-27 (2000-2003 р.), «Ресурсо- та енергозберігаючі технології в промисловості» № 543-27, (2004-2007 р.).

Мета й завдання дослідження. Метою роботи є підвищення експлуатаційних характеристик деталей машин шляхом створення технологічними методами в поверхневих шарах заданих параметрів зміцнення.

Для виконання поставленої мети були сформульовані й вирішені такі завдання:

- Розробити математичні моделі процесу пластичного деформування поверхонь деталей, що дозволяють керувати параметрами зміцнення.

- Установити взаємозв’язок між технологічними параметрами процесу й характеристиками зміцненого шару.

- Розробити нові конструкції комбінованого інструмента, що дозволяє стабілізувати за довжиною параметри зміцнення при обробці глибоких отворів циліндрів.

- Установити вплив ступеня пластичної деформації поверхневого шару на адгезійну міцність деталей.

- Визначити рівень залишкових напружень у поверхневих шарах після пластичного деформування.

- Розрахувати оптимальні технологічні параметри режиму зміцнювальної обробки.

- Експериментально перевірити можливість технологічного керування процесом пластичного деформування поверхонь.

Об’єкт дослідження – технологія пластичного деформування поверхні глибоких отворів циліндрів.

Предмет дослідження – закономірності формування параметрів якості поверхневого шару.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях теорії різання й поверхнево-пластичного деформування, теорії проектування ріжучих інструментів, що вигладжують, основних положеннях теорії машин, механізмів і технології машинобудування, теоретичних основах формоутворення поверхонь при їх механічній обробці.

Експериментальні дослідження фінішної обробки поверхонь комбінуванням різання й ППД проводились на технологічному устаткуванні в умовах верстатобудівного виробництва з використанням спеціально розробленого інструмента, з оцінкою параметрів якості оброблених поверхонь сучасними вимірювальними засобами й статичним аналізом досліджень на ЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів

1.  Вперше виявлено як одну з головних причин виходу з ладу поверхнево зміцнених пар тертя нерівномірність параметрів деформованого шару за всією поверхнею.

2.  Встановлено зв’язок результатів попередньої лезової обробки глибоких отворів з нерівномірністю ступеня деформації поверхні при її зміцненні методом ППД.

3.  Розроблено математичну модель, що дозволяє визначати залишкові напруги стиску, адгезійну міцність пластично деформованого шару, області пластичних і пружних деформацій, товщину пластичного шару.

4.  Експериментально встановлені нові закономірності процесу пластичного деформування тонких поверхневих шарів.

5.  З позицій наукового підходу, на рівні винаходів, розроблено інструмент для зміцнення металів методом ППД.

6.  Закладені основи для технологічного управління процесом деформаційного зміцнення робочих поверхонь деталей тертя.

Практична цінність роботи

На підставі проведених досліджень обґрунтовано можливість значного підвищення конкурентоспроможності, довговічності та якості роботи основних вузлів машин вітчизняного виробництва для лиття пластмас під тиском.

Запропоновано нову технологію обробки глибоких отворів у товстостінних циліндрах пластифікаційних вузлів, яка гарантує стабілізацію параметрів зміцнення робочої поверхні за всією довжиною отворів. Запропоновано нові конструкції ріжучо-деформуючих елементів інструментів для обробки глибоких отворів, що забезпечують практично повну компенсацію розмірного зношування різців і високу точність повздовжнього профілю отворів. Рекомендовано оптимальні режими розточування й пластичного деформування робочих поверхонь, а також геометричні параметри деформуючих елементів.

Методика встановлення параметрів глибини та інтенсивності пластичної деформації при силовому контакті тіл двоякої кривизни, а також встановлення оптимальних технологічних режимів при зміцнювальній обробці була впроваджена на ЗАТ «Будгідравліка».

Особистий внесок здобувача полягає в розробці основних ідей, формулюванні мети роботи, обґрунтуванні й проведенні експериментальних досліджень з визначення оптимального режиму обробки пластичним деформуванням поверхонь, розробці комбінованого інструмента, обґрунтуванні його конструктивних елементів і програми досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на: 6-й Міжнародній науково-технічній конференції «Фізичні та комп’ютерні технології в народному господарстві» (2002 р., м. Харків), VI-й Міжнародній науково-практичній конференції «Наука та освіта 2003» (2003 р., Дніпропетровськ), 38-й науковій конференції ОНПУ (2003 р., м. Одеса), 6-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків (2003 р., м. Львів), Міжнародній конференції «Power transmissions 03» (2003 р., м. Варна), Міжнародній науково-технічній конференції «Нові процеси та їх моделі в ресурсо- та енергозберігаючих технологіях» (2003 р., м. Одеса), 11-й Міжнародній науково-технічній конференції «Фізичні й комп’ютерні технології» (2005 р., м. Харків).

Публікації за темою дисертації. За результатами дисертації опубліковано 1 монографію, 4 наукові роботи у фахових наукових виданнях, отримано позитивне рішення про видачу патенту України на винахід.

Структура і обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. Робота викладена на 143 сторінках і включає 50 рисунків на 22 сторінках, 6 таблиць на 4 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наводиться загальна характеристика роботи, в якій обґрунтовано актуальність, новизну і практичну значущість отриманих результатів, сформульовані мета й завдання дослідження, показано особистий внесок здобувача у виконану роботу і результати апробації дисертації.

У першому розділі розглянуто стан і проблеми забезпечення показників зміцнення поверхневого шару деталей машин методом поверхневого пластичного деформування. Аналізується вплив зміни стану поверхневого шару на фізико-механічні характеристики матеріалу й експлуатаційні властивості деталей машин. Детально проводиться аналіз існуючих методів ППД та їх недоліки. Розглянуто технологічні проблеми обробки глибоких отворів, такі як забезпечення точності, формування шорсткості поверхні, забезпечення необхідних фізико-механічних параметрів поверхневого шару.

У другому розділі розглядаються закономірності пружнопластичного силового контакту тіл двоякої кривизни, обмежених у загальному випадку несферичними гладкими поверхнями, з їхнім початковим контактом у площині контакту. Припускається, що площина контакту обмежена при цьому еліптичним контуром. Якщо при втисненні пружного індентора в поверхню контртіла в зоні контакту виникає залишкова ум’ятина, то навколо неї формується пластично деформована область, що поширюється на деяку глибину hs. Ця область обмежена замкнутою поверхнею, на якій задовольняється умова пластичності Генкі-Мізеса (i = T) (рис. 1).

Параметр контакту hs має істотне практичне значення, оскільки прямо або побічно характеризує механічний стан (зміцнення, запас пластичності, залишкову напруженість) локальної пластичної області при одиничному контакті або поверхневого шару деталі, підданої зміцненню або розкочуванню шляхом обкатування роликами або кульками, і може бути розрахований за формулою:

. (1)

Важливим аспектом цього дослідження є розв’язання проблеми руйнування поверхневого шару через визначення його адгезійної міцності при певному навантаженні. Для цього розглядається наступна модельна задача (рис. 2). Напівплощина із пружними постійними Е2, 2 (Е2 модуль пружності 1 роду, 2 коефіцієнт Пуассона) посилена шаром товщини h із пружними постійними Е1, 1 (Е1 модуль пружності 1 роду, 1 коефіцієнт Пуассона).

Шар під впливом стискаючих залишкових напружень, головний вектор яких Р1. Напівплощина знаходиться в області контакту із шаром під впливом залишкових розтягуючих напружень. Формування цих напружень є наслідком дії навантажень інтенсивності Р1 та Р0.

Потрібно визначити розподіл тангенціальних контактних напружень (х) між шаром і основою, а також осьові напруження в шарі. Відповідь до поставленої задачі можна знайти у розв’язку такого інтегро-диференціального рівняння:

, . (2)

У цьому рівнянні пошуковою функцією є функція ), що пов’язана з розшукуваним законом розподілу _ () співвідношенням

. (3)

В рівнянні (2) введені безрозмірні коефіцієнти , співвідношеннями

x = a ; y= a (4)

та безрозмірні величини:

, , , (5)

,

Далі покладено:

, (6)

. (7)

Розв’язок рівняння (2) повинен задовольняти такі граничні умови

(–1) = 0, (1) = 1 (8)

і приймає вигляд:

, . (9)

де поліном Чебишева 1 роду, що має вигляд:

. (10)

Взявши до уваги (7) і (9), після нескладних перетворень приходимо до наступного співвідношення:

, , (11)

де поліноми Чебишева 2 роду.

Після побудови розв’язку інтегро-диференціального рівняння осьові напруження запишуться у вигляді:

, . (12)

Чисельна реалізація приводить до знаходження шуканих контактних напружень () в залежності від граничних умов (рис. , 4, 5). Наведені результати відповідно до принципу суперпозиції дають розв’язання поставленої в роботі задачі.

Для модельної задачі 3 розподіл невідомих дотичних контактних напружень між шаром і основою виразиться формулою:

(13)

або в розмірних величинах

. (14)

де , .

Взявши до уваги формулу (5), можна перейти до розмірних величин і в задачах 1 і 2.

Аналіз отриманих численних результатів показує, що спостерігається сильне зростання тангенціальних дотичних напружень на краях шару (особливі точки), що не суперечить теорії контактних задач. Тому для оцінки адгезійної міцності доцільно брати до уваги величини контактних напружень для х  ,8 а. Аналізуючи отримані результати, можна також зробити висновок, що абсолютні значення (х) в області х  ,8 а не дуже відрізняються для різних значень (інтервал від 0 до 10).

Цей висновок є досить важливим, тому що значення модуля пружності для шару Е1 (що входить в ) невизначене. А з огляду на той факт, що в області х  ,8 а значення реальних контактних напружень мало залежать від (   ), немає потреби користуватися абсолютними значеннями Е1.

У третьому розділі розглянуто теоретичне та експериментальне дослідження процесу суміщення операцій тонкого розточування та пластичного деформування. Незалежно від обраного методу деформування поверхні (розкатування або алмазне вигладжування) у будь-якому випадку виникає задача розрахунку та обирання радіуса деформуючого елемента. При цьому необхідно враховувати, що профіль обробленої різанням поверхні являє собою сполучення похибки форми, хвилястості та шорсткості поверхні.

Тонке пластичне деформування зменшує шорсткості поверхні без змінення досягненої тонким розточуванням похибки форми та хвилястості. Вирішити цю задачу можливо, обираючи радіус деформуючого елемента менший, ніж радіус кривизни хвилі на поверхні отвору після розточування, тобто за умов R .

Відомо, що головним фактором, який визначає хвилястість, є співвідношення частот гармонійного відносного руху деталі та інструмента fK до частоти обертання інструмента та деталі fB. Причому, виникнення хвилястості у повздовжньому перетині залежить від того, чи буде співвідношення fK / fB цілим або дробовим числом. Повздовжні хвилі виникають тільки за умов дробового співвідношення fK /B. Тому це відношення у розрахунках виражають у вигляді суми :

fK / fB = /. (15)

Висота та довжина хвиль визначаються піддатливістю технологічної системи та елементами режимів різання.

Таким чином, визначивши радіус кривизни поперечної хвилі та дотримуючись умови R , можна обрати оптимальний радіус деформуючого елемента для зминання нерівностей у повздовжньому напрямі. Якщо вказана умова не буде виконана, то не буде гарантований контакт інструмента із западинами хвиль і шорсткість поверхні буде зменшена тільки на вершинах хвиль.

Якщо відношення частоти гармонійного відносного руху (коливання) деталі та інструмента до частоти обертання шпинделя виражається цілим числом, то колова хвиля після одного оберту замикається (з урахуванням зміщення впродовж осі на величину зворотної подачі) і повздовжня хвиля в цьому випадку відсутня. Радіус деформуючого елемента для зминання нерівностей колової хвилі виникає за умови R’  ’ та визначається за формулою

. (16)

В результаті отримаємо два значення радіуса деформуючого елемента R та R’ для зминання нерівностей колової хвилі. Менший з цих двох радіусів гарантовано забезпечує зминання нерівностей як колової, так і повздовжньої хвиль.

Як випливає з розрахунку, максимальний радіус деформуючого елемента для зминання нерівностей колової хвилі значно більший за радіус, необхідний для зминання нерівностей поперечної хвилі. При цьому максимальна амплітуда була збільшена в 5 разів (при менших значеннях amax величина R' буде ще більшою). Таким чином, необхідно обрати радіус деформуючого елемента в даному випадку за умовою R 3,4 мм.

Дослідження щодо встановлення впливу радіуса деформуючого елемента на шорсткість поверхні проводилися при обробці чавуну СЧ 20. Початкова шорсткість поверхні відповідала Rа 2,5 мкм. Результати дослідження наведені на рис. 6. Збільшення радіуса деформуючого елемента до 3 мм приводить до значного зменшення шорсткості поверхні як на вершинах, так і в западинах. Подальше збільшення радіуса до 5 мм призводить до погіршення шорсткості поверхні, тому що куля зминає гребінці нерівностей тільки на вершинах хвиль.

Вживання інструмента з радіусом, значно меншим за оптимальний (1-2 мм), також забезпечує ефективне зминання нерівностей, однак на суттєво менших подачах, тобто з меншою продуктивністю обробки.

При обробці отворів тонким пластичним деформуванням з повздовжньою подачею рівнодіюча всіх зусиль, як і при обробці різанням, розкладається на три складові: нормальну РY, дотичну РZ та осьову РX. Основною складовою, яка створює необхідний тиск в зоні контакту деформуючого елементу та заготовки, є нормальна сила РY.

Результати розкочування поверхонь отворів із зміненням нормальної складової зусилля розкочування PY за подачею S = ,08 мм/об вказані на рис. . В міру збільшення зусилля PY до 100 Н шорсткість поверхні помітно зменшується. Дедалі збільшення зусилля стиснення деформуючого елемента до поверхні, що обробляють в межах дослідженого діапазону, практично не впливає на шорсткість поверхні. Таким чином, зусилля PY = Н для початкових умов експерименту можна визнати оптимальним, що повністю відповідає результатам розрахунку.

Об’єднання операцій тонкого розточування та тонкого пластичного деформування поверхні дозволяє не тільки покращити якість обробленої поверхні, але й за окремих умов надає можливість одночасно збільшувати й продуктивність обробки. З метою підвищення продуктивності обробки був запропонований інструмент (розточувальна борштанга), у якому в одному отворі протилежно розміщені різець і деформуючий елемент. За рахунок заточування вершина різця випереджує деформуючий елемент на L = 2 ч 3 мм.

Оскільки величина подачі S однакова для розточування та пластичного деформування, то шорсткість розкоченої поверхні визначиться за формулою:

. (17)

З формули (17) видно, що висота нерівностей після обробки методами тонкого пластичного деформування значною мірою залежить від початкової шорсткості поверхні. Тому задля досягнення мінімальної шорсткості процес тонкого розточування необхідно вести на невеликих подачах (до S ,04 мм/об). У свою чергу зменшення подачі призводить до збільшення шляху різання, в результаті чого зростає розмірний знос інструмента і конусність розточених отворів. Отже, за умови підвищення точності при тонкому розточуванні, необхідно працювати в зоні підвищених подач.

З іншого боку, при обробці тиском величина подачі повинна бути менша за діаметр відтиску деформуючого елемента на поверхні, яку обробляють, тому що на ній залишаться не оброблені ділянки. До того ж необхідно врахувати, що найбільш плавна обробка тисненням проходитиме в тому випадку, коли в контакті з деформуючим елементом знаходиться не менше трьох виступів нерівностей. Число виступів, які знаходяться у контакті з деформуючим елементом, визначається з виразу:

. (18)

Підставляючи в отриманий вираз (18) оптимальне число виступів нерівностей z та експериментально отриманий діаметр відтиску задля прийнятих значень діаметру деформуючого елемента і зусилля притискання, визначаємо оптимальну, щодо наданих умов, подачу.

Перевірка описаної методики проводилася за одночасним тонким розточуванням та розкочуванням кулею отворів діаметром 60 мм у заготовках з чавуну СЧ . Зусилля притискання деформуючого елемента до поверхні, що обробляють, склало 100 Н. Діаметр відтиску перевірявся на заготовках з початковою шорсткістю, отриманою після несумісного тонкого розточування різцем з r ,7 мм. Для діаметра деформуючого елемента R  мм розрахункова кількість виступів нерівностей, які знаходяться з ними у контакті при різних подачах, наведена в табл. .

У відповідності з прийнятою методикою оптимальною для наданих початкових умов повинна бути подача S ,08 мм/об.

Цей висновок підтверджується результатами експерименту із суміщенням операцій розточування та розкочування отворів. У разі змінення загальної подачі для розточування та пластичного деформування змінюються як початкова (табл. ), так i кінцева досягнута шорсткість поверхні. Конуснiсть отворів на довжині 60 мм за подачею S ,04 мм/об склала 3 ч  мкм, а за подачею S ,08 мм/об не перевищувала 2 мкм. Таким чином, при незначному погіршенні шорсткості за оптимальною подачею зросли точність та продуктивність обробки.

Таблиця 1

Шорсткість поверхні отворів

R = 3 мм

Py = 100 H | S = 0,04 мм/об | S = 0,08 мм/об

Rапоч | Z | Rапоч | z

1,12 | 0,22 | 5,5 | 1,25 | 0,245 | 3,06

R = 3 мм

Py = 100 H | S = 0,12 мм/об | S = 0,16 мм/об

Rапоч | Z | Rапоч | z

1,87 | 0,247 | 2,28 | 2,41 | 0,283 | 1,17

У четвертому розділі розглянуті нові конструкції інструмента для обробки отворів великих діаметрів та довжин. Технологічне завдання обробки отворів великого діаметра й довжини найбільш часто зустрічається при виготовленні робочих циліндрів пневматичних і гідравлічних приводів машин різного призначення, а також циліндрів термопластавтоматів. Характерною рисою товстостінних циліндрів пластифікаційних вузлів машин для лиття пластмас під тиском є значна довжина у них отворів (20-30 діаметрів), які оброблюють, що забезпечує необхідний розподіл температури, знижує зворотний потік розплавленої пластмаси й створює рівномірний тиск у прес-формі. До робочих поверхонь таких циліндрів пред’являються підвищені вимоги щодо точності розмірів і форм, а також зносостійкості. Технологічний процес обробки глухих отворів у циліндрах, як правило, включає роздільні й сполучені операції розточування й поверхневого пластичного деформування. Головним недоліком процесу розточування є розмірне зношування різців, що призводить до появи конусності отворів і до наступної нерівномірної пластичної деформації поверхні. Це у свою чергу може призвести до нерівномірного зношування циліндра в процесі експлуатації й до порушення показників якості роботи термопластавтомата. У зв’язку з цим метою справжньої роботи було створення нового інструмента, що дозволяє виконати компенсацію розмірного зношування різців при розточуванні з одночасним рівномірним і керованим за всією довжиною отвору пластичним деформуванням його поверхневого шару.

Часто виникає необхідність стабілізації не тільки діаметрального розміру, але й умов різання і, як результат, інших параметрів якості обробки. Такий метод обробки існує. Суть його полягає в тім, що процес різання здійснюється круговими лезами й при цьому в зону різання дискретно, або безупинно, вводиться незношена частина ріжучих лез із одночасним виводом зношеної частини, що практично забезпечує різання зі стабільною геометрією ріжучих лез інструмента. Різання зі стабільною геометрією забезпечує одночасну стабілізацію діаметрального розміру й параметрів якості обробленої поверхні.

Що стосується зазначеного методу обробки, то поряд з очевидною перевагою, він має й недолік, що обмежує його технологічні можливості та, відповідно, застосування: відсутня можливість різання з оптимальною геометрією ріжучих лез, а саме, з оптимальними кутами ріжучого леза в плані, через їхню кругову форму. Це визначає участь у різанні ділянки леза порівняно великої довжини й, як наслідок, неоптимальний поперечний переріз стружки, підвищення зусилля різання, схильність до вібрацій і т. ін. Однак, при тонкому фінішному розточуванні цей недолік практично не проявляється, а переваги реалізуються повною мірою.

Метод обробки отворів полягає в тім, що синхронно з лезовою обробкою здійснюється розмірне пластичне деформування оброблюваної поверхні деформуючими елементами кочення. При цьому елементи кочення, при введенні їх у отвір, що розточується, разом із функцією пластичного деформування оброблюваної поверхні здійснюють привод повороту ріжучих елементів, а також забезпечення співвісності повздовжніх осей оброблюваного отвору й інструмента. Тобто разом із пластичним деформуванням керують процесом різання й забезпечують прямолінійність осі отвору, що обробляють.

У роботі представлений ряд конструкцій інструмента, які дозволяють стабілізувати геометричні параметри та якість поверхні, що обробляють, один з котрих наводиться нижче. Принцип роботи та пристрій його пояснюється на рис. 9. Ряди тіл кочення в міру осьової подачі послідовно вступають у роботу і виконують підналадку (поворот з виводом затупленої та вводом заточеної частини) різця на настроювальний розмір. Розточувальний інструмент складається із циліндричного корпуса 1 діаметром D, що несе ріжучі елементи 2. Деформуючо-напрямні елементи, виконані у вигляді декількох рядів сферичних (діаметром d) тіл кочення 3 і проміжних кілець 5, 6 і 7. Два крайні ряди сферичних (діаметром d1) тіл кочення виконують функцію опорних підшипників. Ріжучі елементи 2 заточені радіусом R, встановлені з можливістю повороту навколо осі 8 і взаємодіють із рухливим в осьовому напрямку кільцем 7 опорного підшипника під дією пружини 9.

На рис. наведений графік залежності розмірного зношування И від довжини шляху різання l для звичайного й пропонованого інструментів при розточуванні отворів  мм у циліндрах зі сталі ШХ , різцями із твердого сплаву Т15ДО6 для швидкості різання V  м/хв, подачі s ,12 мм/об й глибини різання t ,4 мм.

Таким чином, розроблено високопродуктивний комбінований метод обробки, що поєднує різання й розмірне пластичне деформування поверхні, яку обробляють, та інструмент, що характеризується порівняно непоганою здатністю до виправлення осі оброблюваного отвору й забезпечує, без автономних приводів, малі переміщення ріжучих лез для підналадки.

Розроблений метод дозволяє просто варіювати схеми й ступінь пластичного деформування, підвищити технологічні можливості інструмента одночасно з підвищенням геометричної точності й якості операцій розточення отворів.

Отримані результати свідчать про те, що новий інструмент за рахунок безперервної компенсації розмірного зношування забезпечує значно вищу точність обробки в порівнянні з існуючим інструментом.

ВИСНОВКИ

1.  На підставі теоретичних узагальнень та експериментальних досліджень вирішене важливе завдання підвищення експлуатаційних характеристик деталей типу циліндрів термопластавтоматів шляхом створення при їхніх поверхневих шарах необхідних параметрів зміцнення, рівномірно розподілених за довжиною отворів.

2.  Розроблено математичні моделі процесу поверхневого пластичного деформування деталей, що дозволяють визначати рівень залишкових напруг залежно від умов обробки, а також оцінювати адгезійну міцність пластично деформованого шару. Встановлено, що для кожного оброблюваного матеріалу існує відносно вузький діапазон між параметрами ефективного зміцнення й перенаклепом металу.

3.  Встановлено, що головними факторами, які визначають рівень залишкових напруг у поверхневому шарі, є міцність оброблюваного матеріалу й тиск у зоні обробки. Показано, що збільшення глибини шару, який піддається деформації, всього лише на 0,01 мм призводить до збільшення тиску більш ніж в 2 рази.

4.  На підставі аналізу технологічного процесу обробки товстостінних циліндрів пластифікаційних вузлів машин для лиття пластмас під тиском визначені вимоги до точності розмірів і форми глибоких отворів (довжина до 20-30 діаметрів), а також їхньої шорсткості перед пластичним деформуванням. Погрішності форми повздовжнього профілю отворів не повинні перевищувати 0,002-0,003 мм, а шорсткість поверхні за параметром Rz повинна бути в межах 1 мкм.

5.  Встановлено, що головним недоліком процесу розточування отворів у циліндрах є розмірне зношування різців, що приводить до появи конусності отворів у межах 1,07-0,03 мм і до наступної нерівномірної пластичної деформації поверхні. Це в свою чергу може призвести до нерівномірного зношування циліндра в процесі експлуатації й до порушення показників якості роботи термопластавтомата.

6.  Для гарантованого забезпечення рівномірності параметрів зміцнення поверхні за довжиною оброблених отворів розроблені й впроваджені у виробництво три нові конструкції комбінованого ріжучо-деформуючого інструмента, що усувають вплив розмірного зносу різців на точність повздовжнього профілю отворів.

7.  Вирішено завдання суміщення технологічних операцій розточування отворів із пластичним деформуванням їхніх поверхонь, а також розточування з попереднім і остаточним деформуванням.

8.  Вирішені завдання вибору оптимальних зусиль деформування поверхонь, подач з об’єднаною обробкою й геометрією деформуючих елементів.

9.  Методика встановлення параметрів глибини та інтенсивності пластичної деформації при силовому контакті тіл двоякої кривизни, а також встановлення оптимальних технологічних режимів при зміцнювальній обробці була впроваджена на ЗАТ «Будгідравліка».

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.  Иоргачев В.Д. Адгезионная прочность пластически деформированного поверхностного слоя // Труды Одесского национального политехнического университета. – 2004. – № 2 (22). – С. .

2.  Иоргачев В.Д., Линчевский П.А. Определение уровня остаточных напряжений в деталях машин при их поверхностно пластическом деформировании // Труды Одесского национального политехнического университета. – 2003. – № 1 (19). – С. .

Розглянуто особливості застосування методу поверхнево пластичного деформування.

3.  Линчевский П.А. Новые конструкции инструмента для совмещенной обработки отверстий большого диаметра и длины / П.А. Линчевский, И.М. Буюкли, В.Д. Иоргачев // Труды Одесского национального политехнического университета. – 2007. – № 2 (28). – С. 46-49.

Розроблено нову конструкцію розточувальної головки для обробки глибоких отворів великих довжин і діаметрів.

4.  Линчевский П.А. Повышение точности обработки при растачивании отверстий в цилиндрах / П.А. Линчевский, И.М. Буюкли, В.Д. Иоргачев // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка. – 2007. – № 61. – С. 47-52.

Запропоновано конструкцію розточувальної головки, що забезпечує усунення впливу розмірного зношування різців на точність обробки отворів у циліндрах.

5.  Дащенко А.Ф. Несущая способность упрочненных деталей машин / А.Ф. Дащенко, В.С. Кравчук, В.Д. Иоргачев. – Одеса: Астропринт, 2004. – 157 с.

Визначено технологічні методи підвищення експлуатаційних властивостей деталей машин.

6.  Позитивне рішення про видачу патенту України на винахід від 18.12.2007, Розточувальна головка / І.М. Буюклі, Т.Г. Джугурян, В.Д. Іоргачов, П.А. Лінчевський (заявка № а 200501682 від 23.02.2005).

Складення опису винаходу, узагальнення результатів досліджень.

АНОТАЦІЯ

Іоргачов В.Д. Технологічне забезпечення показників зміцнення поверхневого шару деталей машин методом пластичного деформування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2008.

Дисертація присвячена розробці науково-прикладних основ керування процесом деформаційного зміцнення поверхневого шару для покращення експлуатаційних властивостей деталей машин шляхом створення технологічними методами в поверхневих шарах заданих параметрів зміцнення. Розроблено і досліджено математичну модель, що дозволяє визначити залишкові напруги стиску, адгезійну міцність пластично деформованого шару, області пластичних і пружних деформацій, товщину зміцненого шару. Вперше виявлено як одну з головних причин виходу з ладу поверхнево зміцнених пар тертя нерівномірність параметрів деформованого шару.

Розроблено і впроваджено у виробництво технологічні процеси поверхневого зміцнення деталей машин та нові конструкції комбінованого інструмента. Суміщення операцій тонкого розточування та тонкого пластичного деформування поверхні дозволяє не тільки покращити якість обробленої поверхні, але й за окремих умов надає можливість одночасно збільшувати й продуктивність обробки. На підставі проведених досліджень обґрунтована можливість значного підвищення конкурентоспроможності, довговічності та якості роботи основних вузлів машин вітчизняного виробництва для лиття пластмас під тиском.

Ключові слова: технологічний процес, зносостійкість, поверхнево пластичне деформування, зміцнений шар, якість поверхні, комбінований інструмент.

АННОТАЦИЯ

Иоргачев В.Д. Технологическое обеспечение показателей упрочнения поверхностного слоя деталей машин методом пластического деформирования. – Рукопись.

Диссертация на присвоение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 – технология машиностроения. – Одесский национальный политехнический университет, Одесса 2008.

Диссертация посвящена разработке научно-практических основ управления процессом деформационного упрочнения поверхностного слоя для улучшения эксплуатационных свойств деталей машин путем создания технологическими методами в поверхностных слоях заданных параметров упрочнения. Разработана и исследована математическая модель, которая позволяет определить остаточные напряжения сжатия, адгезионную прочность пластично деформированного слоя, области пластических и упругих деформаций, толщину упрочненного слоя. Установлено, что для каждого обрабатываемого материала существует относительно узкий диапазон между параметрами эффективного упрочнения и перенаклепом металла. Впервые определена, как одна из главных причин выхода из строя поверхностно укрепленных пар трения, неравномерность параметров деформированного слоя. Главным фактором, который определяет уровень остаточных напряжений в поверхностном слое, является прочность обрабатываемого материала и давление в зоне обработки. Показано, что увеличение глубины слоя, который подвергается деформации на 0,01 мм, приводит к увеличению давления больше чем в 2 раза.

На основании анализа технологического процесса обработки толстостенных цилиндров пластификационных узлов машин для литья пластмасс под давлением определены требования к точности размеров и форм глубоких отверстий (длина до 20…30 диаметров), а также их шероховатость перед пластическим деформированием. Погрешности формы продольного профиля отверстий не должны превышать 0,002…0,003 мм, а шероховатость поверхности по параметру Rz должна быть в пределах 1 мкм.

Метод обработки отверстий заключается в том, что синхронно с лезвийной обработкой осуществляется размерное пластическое деформирование обрабатываемой поверхности деформирующими элементами качения. При этом элементы качения, при введении их в растачиваемое отверстие, вместе с функцией пластического деформирования обрабатываемой поверхности осуществляют привод поворота режущих элементов, а также обеспечивают соосность продольных осей обрабатываемого отверстия и инструмента. Т.е. вместе с пластическим деформированием управляют процессом резания и обеспечивают прямолинейность оси обрабатываемого отверстия.

Разработаны и внедрены в производство технологические процессы поверхностного упрочнения деталей машин и новые конструкции комбинированного инструмента. Совмещение операций тонкого растачивания и тонкого пластического деформирования поверхности позволило не только улучшить качество обработанной поверхности, но и при определенных условиях одновременно увеличивать и производительность обработки. На основании проведенных исследований обоснована возможность значительного повышения конкурентоспособности, долговечности и качества работы основных узлов машин отечественного производства для литья пластмасс под давлением.

Методика определения параметров глубины и интенсивности пластической деформации при силовом контакте тел двоякой кривизны, а также определения оптимальных технологических режимов при упрочняющей обработке была внедрена на ЗАО «Стройгидравлика».

Ключевые слова: технологический процесс, износостойкость, поверхностно пластическое деформирование, упрочненный слой, качество поверхности, комбинированный инструмент.

ANNOTATION

Iorgachov V.D. Technological maintenance of parameters of hardening of a superficial layer of details of machines with a method of plastic deformation. – Manuscript.

The dissertation on assignment of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.02.08 – machine-building technology – Odessa national polytechnical university, Odessa, 2008.

The dissertation is devoted to development of scientifically-practical bases of management by process of deformation hardening of a superficial layer for improvement of operational properties of details of machines by creation by technological methods in the superficial layers, the set parameters of hardening. The mathematical model which allows to define residual pressure of compression, adhesive durability of plastically deformed layer, area of plastic and elastic deformations, thickness of the strengthened layer is developed and investigated. For the first time it is certain, how one of the main reasons of failure of superficially strengthened pairs friction, non-uniformity of parameters of the deformed layer.

Technological processes of superficial hardening of details of machines and new designs of the combined tool are developed and introduced in manufacture. Overlapping of operations thin растачивания and thin plastic deformation of a surface has allowed not only to improve quality of the processed surface, but also under certain conditions, simultaneously to increase and productivity of processing. On the basis of the lead researches the proved opportunity of substantial increase of competitiveness, durability and quality of work of the basic units of machines of a domestic production for moulding plastic under pressure.

Keywords: technological process, wear resistance, superficially plastic deformation, the strengthened layer, quality of the surface, the combined tool.