Повышение качества деталей машин на стадии их изготовления является весьма актуальной задачей современного машиностроительного производства. Одним из вариантов ее решения является применение комбинированных методов лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки, обеспечивающей как снижение трудоемкости за счет совмещения операций, так и высокое качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

      Основные закономерности формирования поверхностного слоя деталей для лезвийной и отделочно-упрочняющей обработок в настоящее время достаточно хорошо изучены, однако сведения об особенностях комбинированной обработки практически отсутствуют [1, 2]. Это ограничивает возможности рационального применения комбинированной обработки и управления ее параметрами.

      Цель представляемой работы – разработка методики оценки параметров поверхностного слоя комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки и исследование ее возможностей по повышению качества поверхностного слоя.

      Комбинированная лезвийная и отделочно-упрочняющая обработка выполняется с использованием специальных инструментов, сочетающих в себе режущие и деформирующие элементы [2]. Ее особенностью является зависимость параметров окончательной отделочно-упрочняющей обработки от параметров, формируемых при предшествующей лезвийной обработке и одновременное влияние режимов обработки на параметры поверхностного слоя при каждой из них.

      В основу определения параметров шероховатости поверхностного слоя при комбинированной обработке R_zК заложены известные теоретические зависимости для отдельных видов обработки [1] при условии, что параметры лезвийной обработки являются исходными для последующей отделочно-упрочняющей:

где S - подача; k – количество шариков или роликов в многороликовой оправке; R - радиус шарика или поперечный радиус ролика; r – радиус при вершине инструмента; - передний угол; - радиус скругления режущей кромки инструмента; – удельная сдвиговая прочность; Р – сила при обкатывании; f – коэффициент трения; Н - поверхностная микротвердость; a_пл – радиус пластического отпечатка; h_кин – глубина внедрения инструмента в обрабатываемую поверхность, h_уп - величина упругого восстановления; R_Pи, t_mи - исходные параметры шероховатости: R_Pи= 0,65R_zи; t_mи= 45%; R_и – суммарный параметр шероховатости рабочих поверхностей инструментов.

      На основании представленной зависимости (1) по известным параметрам обработки теоретически рассчитан параметр шероховатости R_aК = 250R_zК.

      Графики зависимости параметра шероховатости Rа от подачи S при отделочно-упрочняющей Rаоуo и комбинированной обработке RaК представлены на рис.1. Условия обработки: материал детали - сталь 45; резец Т15К6; скорость V = 2м/с; глубина t = 1мм; радиус r = 2мм; передний угол = 5; материал ролика - сталь ХВГ; диаметр 40мм; профильный радиус 10мм; сила Р = 500Н.

      В связи с тем, что при комбинированной обработке исходная шероховатость Rалез переменна и уменьшается с уменьшением подачи, параметр шероховатости Rак, формируемый в результате комбинированной обработки меньше, чем при обычной отделочно-упрочняющей обработке. Следовательно, при комбинированной обработке для одних и тех же подач может быть достигнута меньшая шероховатость поверхностного слоя, чем при обычной отделочно-упрочняющей обработке.

      Использование зависимости (1) для регламентации режимов обработки весьма затруднительно, в связи с чем, на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований обоснована возможность (с ошибкой, не превышающей 10%) упрощенного представления зависимости (1) в степенном виде:

где C_R, y_R - коэффициент и показатель степени влияния подачи на шероховатость: для указанных условий обработки установлена зависимость: R_aкР(S) = 4,93S.

      Разработанные рекомендации по расчету и выбору C_R, y_R для любых заданных условий обработки позволяют обоснованно регламентировать подачу при комбинированной обработке, обеспечивающую заданный уровень шероховатости обработанной поверхности.

      Наряду с шероховатостью к важнейшим параметрам качества поверхностного слоя относятся остаточные напряжения. При комбинированной обработке остаточные напряжения в поверхностном слое детали определяются как алгебраическая сумма температурных _Т и механических _М остаточных напряжений, формирующихся при лезвийной и отделочно-упрочняющей обработках [3]:

где P_лез, P_оуо - силы; S_лез, S_оуо – площади контакта инструмента с заготовкой при лезвийной и отделочно-упрочняющей обработках; z – текущая координата.

      Безразмерные механические _МБ и температурные _ТБ остаточные напряжения:

где = z/l, _М = z/l_М - безразмерные координаты, характеризующие глубину поверхностного слоя, l, l_М – размеры площадок контакта инструмента с заготовкой при лезвийной и отделочно-упрочняющей обработке; _и = x_u/l – безразмерная координата, характеризующая положение источника теплоты; - безразмерный коэффициент; - критерий Пекле; - доля теплоты, поступающая в деталь; V - скорость перемещения источника; , Е, _д, _д – коэффициент линейного расширения, модуль упругости, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности материала детали.

      На рис. 2 представлены графики распределения остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя при лезвийной _олез, отделочно-упрочняющей _ооуо и комбинированной обработке _ок. Условия обработки: скорость V = 2м/с, подача s = 0,2 мм/об, глубина резания t = 1мм; силы Р_лез = 400Н; Р_оуо = 500Н.

Рисунок 2 - Распределение остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя при лезвийной олез, отделочно-упрочняющей ооуо и комбинированной ок обработке.

      В результате анализа остаточных напряжений при комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработке обосновано, что сжимающие механические остаточные напряжения превалируют над растягивающими температурными практически во всем диапазоне используемых режимов обработки. Вследствие этого суммарные остаточные напряжения являются сжимающими, что подтверждает возможность обеспечения высокого уровня качества деталей при использовании комбинированной обработки.

      Таким образом, разработана методика оценки параметров шероховатости и остаточных напряжений в поверхностном слое детали при комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработке, на основании которой может регламентироваться выбор рациональных режимов обработки, обеспечивающие заданный уровень качества поверхностного слоя деталей. Обоснована возможность повышения качества поверхностного слоя при использовании комбинированных методов обработки.

      Разработанная методика может быть применена для любых видов комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки.

Литература

1. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. - М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

2. Качество машин: Справочник. В 2 т. Т.1 / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. - М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.

3. Дубоделова О.C., Ивченко Т.Г. Определение остаточных напряжений в поверхностном слое детали при совместной обработке точением и обкатыванием. ИНЖЕНЕР: студенческий научно-технический журнал / Донецк: ДонНТУ, 2005, № 6. - с.132 - 135.