Дубоделова ОС

Главная страница Электронная библиотека

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ СОВМЕСТНОЙ ЛЕЗВИЙНОЙ И ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ

Дубоделова О.С. (Донецкий национальный технический университет, г. Донецк) Руководитель - к.т.н.,доц. Ивченко Т.Г.) Доклад на ХIII Всеукраинской студенчесуой научно-технической конференции по технологии машиностроения в г. Краматорске.

    Повышение производительности механообработки с обеспечением высокого качества деталей является важнейшей задачей технологии машиностроения. Одним из возможных вариантов ее решения является комбинирование лезвийной и отделочно-упрочняющей обработок, обеспечивающих как снижение трудоемкости за счет совмещения операций, так и высокое качество поверхностного слоя.
    В настоящей работе исследованы закономерности формирования парамет-ров шероховатости и остаточных напряжений при совместной обработке точением и обкатыванием наружных поверхностей вращения, на основании которых разработаны рекомендации по технологическому обеспечению требуемых параметров шероховатости поверхностного слоя обрабатываемых деталей.
    На основании исследований по формированию неровностей профиля шероховатости при различных методах обработки выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на шероховатость обработанной поверхности:

R_Z=h₁+h₂+h₃+h₄ ,              (1)
где h₁,h₂,h₃,h₄ - составляющие профиля шероховатости, обусловленные, соответ-ственно, геометрическими параметрами инструмента, колебаниями инструмен-та, деформациями обрабатываемого материала, шероховатостью режущих кромок инструмента.
    При обкатывании составляющая профиля, обусловленная геометрически-ми параметрами инструмента h₁

h₁ = h_геом = S²/8R,              (2)
где S- подача; R - радиус шарика или поперечный радиус ролика.

    Составляющая профиля, обусловленная колебаниями инструмента значи-тельно меньше, чем остальные составляющие и может быть принята равной h₂= 0.

    Составляющая профиля, обусловленная деформациями обрабатываемого материала h3 определяется как разность исходной высоты шероховатости Rzи и величины ее пластических деформаций - hпл

h₃ =Rzи -h_пл; Rzи = Rzт              (3)
    Составляющая профиля h₄ обусловлена шероховатостью режущих кромок инструмента h₄= Rин.
    Таким образом, расчетная высота неровностей профиля шероховатости RZ (мм) для отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим дефор-мированием, если инструмент образует круглую или эллиптическую площадки контакта, может быть представлена как

где - Р - рабочее усилие; f -коэффициент трения; a_пл - радиус пластического отпе-чатка; h_уп - упругое восстановление; hкин - глубина внедрения инструмента в обра-батываемую поверхность; Н - поверхностная микротвердость; R_Pи, t_mи - исходные параметры шероховатости: R_Pи= 0,65R_zи ; t_mи= 45%.
    В том случае, когда обкатывание осуществляется как самостоятельная операция, параметры исходной шероховатости постоянны. При совместном точении и обкатывании исходные параметры шероховатости зависят от условий обработки, что необходимо учитывать при их нормировании.
    При точении для резцов с круглой пластиной высота неровностей профиля шероховатости Rzи имеет вид:

    где r - радиус при вершине резца; Rин - высота неровностей профиля шероховатости на вершине резца; b_сд - величина пластического оттеснения при резании.
    Влияние подачи s на составляющие параметра шероховатости Rz при обка-тывании и исходную шероховатость после точения Rzи представлено на рис.2.
    Графики дают наглядное представление о характере и степени влияния по-дачи на составляющие профиля шероховатости, обусловленные: геометрическими параметрами инструмента h₁ = h_гeом, деформациями обрабатываемого материала h₃ =R_zи -h_пл, шероховатостью режущих кромок инструмента h₄ = Rин.= 0,6мкм. Результаты расчетов и представленные графики свидетельствуют о том, что с увеличением подачи все составляющие параметра шероховатости, в том числе и исходная шероховатость, увеличиваются.

    Полученные графики позволяют учитывать одновременное влияние изменения подачи на исходную шероховатость после точения Ra_ис и окончательную шероховатость после обкатывания Ra. По полученным графикам может оцениваться изменение шероховатости при изменении подачи, а также устанавливаться значение подачи, соответствующие заданным значениям пара-метров шероховатости.
    Разработанная методика позволяет рассчитывать подачи, позволяющие обеспечить требуемые параметры шероховатости поверхности, для любых условий совместного точения и обкатывания.

    Качество деталей в значительной мере определяется остаточными напряжениями в поверхностном слое заготовки. Для исследования влияния режимов механической обработки на остаточные напряжения, возникающие в поверхностном слое обработанной детали, остаточные напряжения представляются как алгебраическая сумма температурных и механических остаточных напряжений:

    Механические остаточные напряжения определяются формулой:

    В формуле (17) введем безразмерную координату v = z/r :

    Тогда остаточные напряжения в поверхностном слое детали могут быть представлены в безразмерном виде следующим образом:

Безразмерная температурная составляющая остаточных напряжений равна:

Безразмерная механическая составляющая остаточных напряжений равна:

    С использованием полученных зависимостей проведены исследования безразмерных остаточных напряжений в поверхностном слое детали при различных видах обработки - точении, обкатывании и совместном точении обкатывании. В результате анализа безразмерных составляющих остаточных напряжений установлено, что безразмерная механическая составляющая не зависит от вида обработки. Безразмерная температурная составляющая обуславливает различие в распределении безразмерных остаточных напряжений, представленных на рис.5.

    Расчеты и представленные графики свидетельствуют о том, что механические остаточные напряжения являются сжимающими, а температурные - растягивающими. При различных сочетаниях уровней температурных и механических составляющих суммарные остаточные напряжения могут быть растягивающими или сжимающими. При точении в зависимости от скорости возможно возникно-вение в поверхностном слое как растягивающих, так и сжимающих напряжений. При обкатывании и совместном точении и обкатывании преобладает механическая составляющая, вследствие чего суммарные остаточные напряжения по всей глубине поверхностного слоя сжимающие.
     Определяя для конкретных условий механообработки действующие силы и размеры площадки контакта, от безразмерного распределения остаточных напряжений легко перейти к их фактическому распределению. На рис. 6 представлены графики распределения остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя при точении, обкатывании, совместном точении и обкатывании.

    Из графиков следует, что для указанных режимов обработки при обкатывании и совместном точении и обкатывании (кривые 2 и 3) имеют место сжимающие остаточные напряжения; при точении (кривая 1) остаточные напряжения растяжения на глубине 0,1 мм переходят в сжимающие.
    Таким образом, на основании проведенных исследований установлены особенности формирования параметров поверхностного слоя при совместной лез-вийной и отделочно-упрочняющей обработке.
    Разработанная методика, во первых, позволяет рассчитывать подачи, позволяющие обеспечить требуемые параметры шероховатости поверхности, для любых условий совместного точения и обкатывания.
    На основании разработанной методики выполнен анализ остаточных напряжений, возникающих в поверхностном слое детали при различных видах обработки - лезвийной, отделочно-упрочняющей и комбинированной - совместной лезвийной и отделочно-упрочняющей Полученные результаты позволяют регламентировать рациональные режимы обработки в зависимости от заданного уровня остаточных напряжений.

Список литературы:
1. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. - М.: Машиностроение, 2000. - 320с.
2. Качество машин: Справочник. В 2 т. Т.1 / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун и др. - М.: Машиностроение, 1995.-256с.

Вверх

Электронная библиотека Главная страница