БИБЛИОТЕКА

Пластическая деформация в локальном очаге

УДК 001.891 (07)

Килов А.С., Попов А.В., Килов К.А. Пластическая деформация в локальном очаге: Методические указания к лабораторным работам (часть 1). – Оренбург.: ГОУ ОГУ, 2004. - 46 с.

http://window.edu.ru/window_catalog/files/r19225/metod418.pdf

Лабораторная работа №1. Изменение шероховатости и микротвердости поверхности при обкатывании роликом.

1.1 Цель работы

Исследование влияния условий обкатывания роликом на шероховатость и твердость обрабатываемой поверхности.

1.2 Общие сведения

1.2.1 Характеристика методов обкатывания

В современном машиностроении имеется тенденция к замене обработки металлов резанием обработкой давлением в холодном состоянии, дающей ряд преимуществ перед обработкой резанием, в частности, улучшение и упрочнение поверхностного слоя. Причем в производственных условиях такая замена используется как в случаях окончательной отделки поверхностей, предварительно подготовленных резанием, так и в процессе формообразования новых поверхностей.

Механические способы упрочнения рабочих поверхностей деталей основаны на способности металлов к деформациям и соответствующему упрочнению поверхностных слоев металла в результате воздействия упрочняюще-калибрующего инструмента на обрабатываемую поверхность.

Способы механического поверхностного упрочнения деталей машин выгодно отличаются от других методов упрочнения (термических, химико-термических, химических, электрохимических и других) тем, что при обработке давлением обеспечивают получение деталей с достаточно высокой точностью размеров (выше 7 - 8 квалитетов). Параметр шероховатости Rа, при этом, обеспечивают в пределах от 1,25 до 0,32 мкм. При поверхностной механической обработке происходит необходимое деформационное упрочнение металла. При этом в поверхностном слое обрабатываемого металла возникают обычно благоприятные остаточные сжимающие напряжения.

При обработке наружных поверхностей тел вращения (валов) широкое применение в качестве отделочной операции получило обкатывание шарами и роликами. Под действием шара или ролика, твердость которого выше твердости обрабатываемого материала, происходит деформация выступающих неровностей обрабатываемой поверхности: металл выступов микронеровностей "растекается" в обе стороны, заполняя смежные впадины; шероховатость поверхности при этом уменьшается. Широко используют упрочняющую обработку при изготовлении деталей кузнечно-штамповочных машин и в особенности при обработке штоков штамповочных молотов. Упрочнение обкатной штока повышает его долговечность от четырех до шести раз.

Схема деформации неровностей при обкатывании шаром или роликом показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Схема деформации неровностей при обкатывании шариком или роликом

На схеме наглядно показаны две характерные зоны: первая зона с ?h₁ - зона упругой и пластической деформации; вторая зона упругой деформации обратного знака или "упругого" восстановления высотой ?h₂. Как видно из схемы, при пластическом деформировании микронеровностей образуется не только новый рельеф поверхности, но и изменяются размеры детали. В месте контакта шарика или ролика с обрабатываемой поверхностью возникает объемно-напряженное состояние, которое приводит к изменению таких физических показателей поверхностного слоя металла как твердости, пределов текучести и прочности.

Отмеченные показатели, полученные путем обкатывания шариком или роликом поверхности, зависят от режимов обкатывания, в том числе от усилия обкатывания Р, подачи S, диаметра шара d или диаметра ролика d_р, числа рабочих ходов n.

Высота микронеровностей в процессе обкатывания заметно уменьшается при увеличении контактного давления и уменьшении величины подачи. Высоту неровностей R_Z, мкм, при обкатывании поверхности роликом или шаром можно рассчитать по формуле

где R_Zo - начальная высота неровностей, мкм;

k_C - коэффициент, зависящий от способа чистовой обработки: при обкатывании шариком k_C = 0,0076; при обкатывании роликом k_C = 0,00715;

? - коэффициент, зависящий от характера распределения напряжений в очаге деформации: при обкатывании шаром ? = 6,0; при обкатывании роликом ? = 6,5;

?_S- предел текучести обрабатываемого металла, Н/мм²;

q - величина давления накатывания, Н/мм².

Опытами установлено, что для ориентировочных расчетов величину давления q можно принимать в пределах от 1,8?_B до 2,2?_B.

Если известна сила накатывания Р, то q можно найти по формуле

где Е - модуль упругости обрабатываемого материала, Н/мм²;

b₁ - ширина контакта ролика с обрабатываемой деталью, мм;

D, d - диаметр обрабатываемой детали и ролика, соответственно, мм;

1.2.2 Характеристика упрочнения

В процессе обкатывания поверхности шариком или роликом происходит деформационное упрочнение поверхностного слоя. Глубина упрочненного слоя детали может колебаться в больших пределах, от нескольких микрометров до десятых долей миллиметра. Степень упрочнения и величина остаточных напряжений изменяются по глубине упрочненного слоя. О степени упрочнения детали можно судить по результатам измерения твердости поверхностного слоя.

1.3 Инструмент, оборудование, материалы

Для проведения лабораторной работы необходимы: трехкулачковый па-трон, резец проходной, вращающийся центр, роликовый обкатник, токарно-винторезный станок модели, например, 1К62М, профилограф-профилометр, прибор для измерения твердости, микрометр, цилиндрические образцы диаметром 80 мм из стали 45.

1.4 Порядок проведения работы

1.4.1 Установить заготовку в центрах станка, резец - в резцедержатель суппорта.

1.4.2 Установить режим резания: s = 0,3 мм/об; t = 0,2 - 0,5 мм; v = 2,5 м/с.

1.4.3 Проточить с одной установкой все участки заготовки.

1.4.4 Измерить микрометром диаметры всех участков в двух взаимно-перпендикулярных сечениях.

1.4.5 Измерить среднее арифметическое отклонение профиля Rа на всех проточенных участках на профилометре.

1.4.6 Закрепить заготовку в центрах станка, а в резцедержателе в место резца установить роликовый обкатник (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Схема работы обкатника: 1 – патрон станка; 2 – заготовка; 3 – роликовый обкатник; 4 – резцедержатель; 5 – центр; 6 - динамометр

1.4.7 Установить режимы обкатывания: s = 0,2 мм/об, v = 0,5 м/с.

1.4.8 Установить для первого пояска усилие обкатывания . Для этого, подвести обкатник до касания роликом поверхности первого пояска и вращением нагрузочного винта сделать подачу на 0,1 мм. Обкатать поясок за один рабочий ход. Повторить указанные приемы для остальных участков, последовательно изменяя давление обкатывания, каждый раз увеличивая подачу на 0,1 мм.

1.4.9 Обкатать различные участки с различной скоростью подачи s.

1.4.10 Измерить диаметры поясков и шероховатость их поверхности на всех участках.

1.4.11 Измерить твердость исходной и обкатанной поверхностей.

1.5 Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1) эскизы образцов с указанием марки обрабатываемого материала, его характеристики, размеры до и после обработки;

2) схему установки, заготовки и обкатки;

3) расчеты теоретической высоты микронеровностей, полученные по формуле 1 и давления по формуле 2. Результаты опытов свести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Сводная таблица опытных данных

4) графики зависимостей шероховатости поверхности от усилия и подачи. На графике провести горизонтальные линии, соответствующие границам областей шероховатости;

5) сделать выводы.

1.6 Контрольные вопросы

1.6.1 Что в большей степени влияет на шероховатость обкатанной поверхности: величина давления или подачи?

1.6.2 От чего зависит глубина упрочненного слоя?

1.6.3 Как оценивается степень упрочнения детали?

1.6.4 Какие методы упрочняюще-калибрующей и формообразующей обработки металлов вы знаете?

Список рекомендуемой литературы

Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. - М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2000. - 480
Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю Технология холодной штамповки. – М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.
Машины и технологии обработки металлов давлением: Лабораторные работы/ Под редакций Живова Л.И. и др. Киев: «Вища школа», 1975,196 с.
Методическое пособие по лабораторным работам./ Под общ. ред. Фейгина М.М. Омск: «Омская правда», 1972, 188 с.
Дальский А.М. Технология конструкционных материалов. - М: Машиностроение, 1990. – 352 с.
Богоявленский К.Н., Елкин Н.М., Каспаров И.А. и др. Оптимизация режимов обработки при раскатке профильных колец // Кузнечно-штамповочное производство. – 1987. - № 10. – С.10.
Елецкий С.А., Решетников В.А., Телеш В.В. и др. Внедрение технологии раскатки кольцевых заготовок для производства оборудования АЭС // Кузнечно-штамповочное производство. – 1987. - № 10. – С.16.
Технология металлов и конструкционные материалы. / Под редакцией Б.А.Кузмина. - М.: Машиностроение, 1981. - 351 с.
9 Капорович В.Г. Ротационная обкатка металлоизделий из труб // Изобретатель и рационализатор. - 1992. - № 2. – С.2.
Еленев С.А. Холодная штамповка. - М.: Высшая школа, 1988. - 220 с.

Главная страница

Автореферат

Отчет о поиске

Ссылки

Индивидуальное задание