CC BY
46
УДК 621.941; 621.7.029
МІКРОТВЕРДІСТЬ ЗМІЦНЕНИХ АВТОДЕТАЛЕЙ ПІСЛЯ КОМБІНОВАНОЇ ОБРОБКИ
О.М. Пилипенко, професор, д.т.н., Черкаський державний технологічний університет
Анотація. Досліджено вплив комбінованого лезового різання на мікротвердість відновлених автодеталей методом газотермічного напилення. Показано, що спільна дія механічного і акустичного факторів сприяє покращанню стружкоутворення.
Ключові слова: покриття, комбінована обробка, мікротвердість, товщина зрізу.
Вступ
Використання традиційної технології механічної обробки автодеталей з тонкими газотермічними покриттями є неефективним через зняття значного їх шару та підвищення структурної пошкоджуваності поверхні деталей.
Комбінований процес механічної обробки, що включає сумарну дію на матеріал покриття механічного і акустичного факторів, суттєво зменшує ці недоліки [1], але потребує більш глибоких досліджень мікротвердості покриття як вагомого фактора експлуатаційної
характеристики.
Аналіз публікацій
Дослідження мікротвердості газотермічних покриттів (ГТП) здійснювалось в роботах Борисова Ю.С., Сидорова А.І., Звєрєва А.І., Кудинова В.В. та інших [2, 3, 4, 5]. Але досліджувались фізико-механічні властивості ГТП після їх формоутворення, без урахування впливу методів обробки. Дія термосилового навантаження на тонкий шар ГТП від лезового або абразивного інструмента призводить до деформаційного зміцнення або знеміцнення. В окремих випадках спостерігається навіть розтріскування покриття або припали. Вплив акустичної активації на дислокаційну структуру кристалічних матеріалів є суттєвим, особливо в ультразвуковому діапазоні. Але механізми зміни фізико-механічних властивостей ГТП в умовах такого комбінованого різання вивчені ще недостатньо.
Мета і постановка задачі
Базуючись на вищезазначених роботах та враховуючи неможливість їх використання для прогнозування результативності комбінованого
лезового різання ГТП, метою досліджень є визначення механізмів формування
мікротвердості поверхневого шару відновлених автодеталей та оцінка впливу режимів процесу обробки на вихідні параметри.
Результати досліджень
При радіальному віброрізанні різальне лезо різця, рухаючись вниз, збільшує глибину різання і задня поверхня інструмента (ЗПІ) з поверхнею покриття мають ударне навантаження.
При цьому на деталь діє імпульсна сила стиснення. Якщо рух різця супроводжується зменшенням глибини різання, то під дією передньої поверхні інструмента (ППІ) виникає деформація зсуву. На оброблюваний матеріал покриття діють сили розтягнення імпульсного характеру. Товщина стружки в цьому випадку може визначатись у відповідності з результатами роботи [6]
ас = (а + А)
.ж р п ц «п з-- У-Р ч и 2____________Ш
sin Р
- 2 А
. Жп р ц
«пзР-2+ УЧ и 2 Ш
sin Р
(1)
де а - товщина шару, що зрізається , у - передній
кут, р - кут зсуву.
Експериментально перевірено достовірність формули (1). Обточувалось самофлюсівне покриття ПГ-СРЗ киборитовим різцем з кутом ф=45° на таких режимах: t = 0,20 мм; £ = 0,05 мм/об; V = 0,16+1,66 м/с; / = 20 кГц; 2А = 0+15 мкм. Вимірювання товщини стружки ас здійснювалось на інструментальному мікроскопі
ІМЦ-100х50А з пристроєм індексації УЦП-1М. Графічна залежність максимальної відносної зміни товщини стружки від амплітуди коливань представлена на рис. 1.
Рис. 1. Вплив амплітуди високочастотних коливань на відносну товщину зрізу: 1 -К=1,66 м/с; 2 - 1,25 м/с; 3 - 0,83 м/с; 4 - 0,4 м/с; 5 - 0,16 м/с; - дійсна товщина стружки; ас - розрахункова товщина
стружки;_________- зернистість 40;__________
_ - зернистість 60 (V = 0,16 м/с)
Аналіз результатів вимірювання товщини стружки при різних умовах вібромеханічного точіння показує, що підвищення амплітуди високочастотних коливань дає інтенсивне зниження параметра / ас і це спостерігається
при швидкості різання 0,16 м/с в діапазоні амплітуд 2,5''5,0 мкм. Для більш високих швидкостей різання зниження відносної товщини стружки є менш інтенсивним, що пояснюється впливом швидкості деформації на механізм руйнування покриття, а також співвідношенням амплітуди коливань з середнім розміром напилених частинок. Зміна зернистості напилюваного порошка впливає на розташування зони інтенсивної зміни відносної товщини стружки (зона ІІ). Прямопропорційно зміні середнього розміру зерен напилюваних порошків, які досліджувались, зона ІІ зміщується уздовж осі 2А. Зони І і ІІІ є залежними від розташування зони ІІ і характеризуються станом стійкого стружкоутворення певного індекса
автомодельності. По суті, зона ІІ є перехідною і нестійкою, де відбувається перехід від одного механізму руйнування (транскристалітний скол) до іншого (інтеркристалітний скол). З підвищенням швидкості різання при незмінній частоті коливань ефект вібромеханічного різання проявляється менше і графічні залежності / ас = f (2А) є більш пологими. Загальна дія ефекту високочастотних коливань на періодичну зміну товщини стружки зростає зі збільшенням амплітуди А і зменшенням швидкості різання V.
На рис. 2 представлена мікроструктура самофлюсівного покриття ПГ-СРЗ після звичайного (а) і вібромеханічного (б) методів обробки. В першому випадку спостерігається еволюція мікротріщин в макротріщину. Середня мікротвердість по трасі косого зрізу становить 3,25 ГПа. У другому випадку мікротріщина заблокована порою і її береги наближені на відстань, що дозволяє “заліковування” (8<10 мкм). Середня мікротвердість становить 1,86 ГПа.
а б
Рис. 2. Мікроструктура покриття ПГ-СРЗ після різних методів обробки; а - після звичайного обточування; б - після вібромеханічної обробки; 1 - макротріщина; 2 - мікротріщина; 3 - береги мікротріщини; 4 - пори
Причиною зниження наклепу поверхневого шару при вібромеханічному методі обробки є суттєве послаблення силового навантаження з боку різального інструмента і акустична активація дислокацій внутрішньочастинкової зони. Періодичні хвилі напружень сприяють зменшенню гирла мікротріщини і можливому її «заліковуванню».
Висновки
Мікротвердість поверхневого шару покриття на відновлених автодеталях під впливом різального інструмента є нерівномірною і залежить від зміни відносної товщини стружки. При
вібромеханічному методі різання величина наклепу знижується на 10-15 % через суттєве послаблення силового навантаження і акустичну активацію дислокацій внутрішньо- і міжчастинкової зон.
Література
1. Пилипенко О.М. Вібраційна обробка газотермічних покриттів. - Черкаси: Сіяч, 2000. - 203 с.
2. Газотермические покрытия из порошковых
материалов: Справ. / Ю.С. Борисов, Ю.А.
Харламов, С.Л. Сидоренко, Е.Н.
Ардатовская. - К.: Наук. думка, 1987. - 544 с.
3. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин
напылением и наплавкой. - М.:
Машиностроение, 1987. - 190 с.
4. Зверев А.И., Шаривкер С.Ю., Астахов Е.А.
Детонационное напыление покрытий. -Ленинград: Судостроение, 1979. - 232 с.
5. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. - М.:
Наука, 1977. - 184 с.
6. Подураев В.Н. Обработка резанием с
вибрациями. - М.: Машиностроение, 1970. -480 с.
Рецензент: С.С. Дяченко, професор, д.т.н., ХНАДУ. Стаття надійшла до редакції 18 червня 2006 р.
