CC BY
25
УДК 621.787
А. Я. КУЛ1ЧЕНКО (Львiвська фшя ДПТу)
ЗМ1ЦНЕННЯ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ЦИЛ1НДРИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ МЕХАН1ЗМ1В ЗАСОБ1В ТРАНСПОРТУ ОБРОБКОЮ 1НСТРУМЕНТОМ З ГНУЧКИМИ РОБОЧИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ
У представленш статп визначеш сшвввдношення м1ж пружно-деформованим станом матер1алу, формо-змшенням та змщненням поверхневого шару в процеа обробки поверхш металу шструментом з гнучкими робочими елементами. Наведеш результати випробувань, яш показали, що ефект змщнення та отр стомле-носл е достатньо високим.
В представленной статье определены соотношения между упруго-деформированным состоянием материала, формоизменением и упрочнением поверхностного слоя в процессе обработки поверхности металла инструментом с гибкими рабочими элементами. Приведены результаты испытаний, которые показали, что эффект упрочнения и сопротивление усталости является достаточно высоким.
In the article the relationships are determined between elastic-and-strained state of material, change of form and hardening of surface layer in the process of machining of metallic surface by instrument with flexible working elements. The results of tests are presented, which showed that the effect of hardening and the resistance to fatigue are rather high.
Обробка поверхш металу шструментом з нежорсткими робочими елементами, що засто-совуеться у бшьшосп випадюв для очистки поверхш деталей { конструкцш засоб1в транспорту вщ накопиченого техшчного 1 атмосферного бруду та яюсного формування 1х поверхневого шару перед нанесенням нового антикорозшно-го 1 захисного покриття, щораз набувае широкого визнання { впровадження в затзничних депо Украши. В першу чергу це пов'язано з еколопчно чистою технолопею даного проце-су, що суттево в1др1зняеться вщ традицшно прийнято! технологи поверхнево! очистки ¡з застосовуванням х1м1чних реактив1в.
Технолопчний процес обробки грунтуеться на використанш в якост основного шструмен-ту мехашчних дискових секцшних щ1ток, а особливють обробки полягае в тому, що у процес! мехашчного контактування робочих еле-мент1в з поверхнею деталей вщбуваеться змщ-нення матер1алу !х поверхневого шару. В свою чергу, процес змщнення, викликаний в1броуда-рами гнучких робочих елемент1в, приводить до пластичного деформування поверхш { обме-жень в можливостях обробки тонкостшних ци-лшдричних деталей. У наведенш робот визна-чене сшввщношення м1ж напружено-деформацшним станом матер1алу внаслщок контактно! обробки, формозмши { ефективносп змщнення поверхневого шару.
Припускаемо, що при обробщ цилшдричних тонкостшних деталей гнучкими робочими елементами динам1чним ударом (рис. 1, а), дефор-
мовании стан поверхневого шару е асиметрич-ним, а напруження - плоским (рис. 1, б). При контактно-зсувнш схемi деформування i незна-чнiИ глибинi залишкових вiдбиткiв Исл законо-мiрнiсть розподшення залишкових деформацiИ вГо при товщиш пластично деформованого шару кпл можна приИмати лiнiИною
Sr0 = A ■ (Гзн - Апл - r) ,
де А - коефщент, що визначаеться з умови ш-тегрально! рiвностi дшсно! епюри залишкових деформацiИ, апроксимовано! наведеним рiв-нянням, i рiвниИ вщношенню A = (2йсл / h^).
Рис. 1. Схема контактно! взаемодп з поверхнею гнучкого робочого елементу (а) i напружено-деформованого стану пластично деформованого шару (б)
Зпдно закону Пуассона, супровщш дефор-мацн в площинi визначаються наступним сшв-вiдношенням
-
8е 0 -820 - Ц- г0 - 2 ,
а напруження визначаються згiдно криво! змщ-нення, апроксимовано! лiнiйно-ступеневою за-лежнiстю, яка враховуе складнiсть напружено-деформованого стану [1]
с7 -се - Еп -8 7 -
7ъ "п 7С\
Е
-!
1 -Ц
при 8 5 z0 ^0;
С 7 -Се - Кп-8п7 - 2п - К-87
¿0 Со 70 7о
(1)
(2)
при 8Ь ^ 870 ^ 85
де 8 5 -
Кп
Е
Vе п /
+К |Л
п 1„п+1 7 п+1 Кпл - К
п + 1
(3)
'зв
2п - Я-р - 2пЯ ¡с2№г--
- 2пЯ
11
-(87 +Ц-8е№;
(4)
ЬЕ - Ь
]8еёг -Ь} 1
Ц
х (8е+Ц-82)№г,
де с7 , се та 87, 8е - вщповщно осьовi i тан-генщальш напруження та деформацн, що вини-кають при об'емному деформуваннi силами Р1; Я i Ь - радiус по серединi товщини дет^ (див. рис. 1, б) та довжина дет^ (на рис. не показано).
При рiвномiрнiй обробцi 87 -1, тобто е ста-лою для вшх точок деталi, а 8е - ю/Я , де ю -ращальне перемiщення.
Для ю та I iз наведених рiвнянь (4) i (5) ви-значаемо:
ю -
точка переходу лшшно! ап-
Р -(1 -Ц) Р + 1 .
Е 2(р-1);
Р -(1 -ц)
I -
роксимацн в ступеневу; Еп i Кп - приведет мо-дулi змiцнення, що враховують складнiсть на-пружено-деформованого стану; Е, К та п - вщ-повщно модулi i показники змщнення, якi визначаються iз випробовувань на одновiсний розтяг; ц - коефщент Пуассона.
Додаючи напруження с70 та се0 по товщи-
нi змiцненого шару, отримуемо значення ре-зультуючих зусиль Р1 на одиницю довжини периметру
гзв К2
р - Г С7№г - Еп - +
1 J 70 п 4
гзв-Кпл
Е - Н
(6)
де Р- (Гзв / Гвн ),
Н - (г - г ).
V зв вн /
Отриманий вираз можна застосовувати при змщненш як зовшшньо! юзв, так i внутршньо! поверхш ювн. При одночаснiй обробщ всiх по-верхонь пустотшо! цилiндричноl деталi резуль-тати додаються
Ю-Юзв + Ювн .
Прирiст дiаметра детат АО встановлюеться наступною рiвнiстю: АО - 2 - (юзв + ювн).
ДО, мм
Об'емш деформацн цилшдрично! деталi пiд впливом зусилля Р1 вiдбуваються пружно i ви-кликанi початковими напруженнями 870 та 8е0,
що виникають у змiцненому поверхневому ша-рi матерiалу. Наведемо рiвняння рiвноваги для перерiзу, нормального до осi 7 вздовж и дотич-но!:
0,02
0,01
=0,35 м 0,3 м
0,25
0,2 ~ мм~~—
1,05 1,1
1,15 1,2 1,25 1,3 р=г„/г„
Рис. 2. Граф1ки змши АО - /(Кпл,Р) для деталей 1з стал1 25 (ГОСТ 1050-88)
Використовуючи залежностi (3) i (6), на рис. 2 побудоваш графки АО - /(Кпл,Р) для цилiндричних деталей iз низьковуглецево! сталi 25 (св = 380...460 МПа, с0,2= 230...280 МПа та
г
вн
г
5 = 27...23 % [2]), оброблено! пружними дроти-нками дiаметром (0,6...1,2) мм iз сталi 65Г [3]. Залишковi напруження б ■, де ] = Z, 9 , обу-
мовленi алгебра!чною сумою початкових на-пружень б ■ i напружень пружно! об'емно! де-
формацп б]: <2 =бго +бг, <9 =б9о + <.
Застосовуючи формули (1), (2) i розв'язуючи вирази (4), (5) вщносно в9 = (ю /Я) та в2 = I, визначаемо:
Е
б7 =
2 1 2 1
(1зв + 1вн ) +Я (юзв + Ювн )
Е
1 V
Я Кв + Ювн ) + Ц- (1зв + 1вн )
+ Р; (7) Р, (8)
де р = -
1 V
- (1+ц)-
(1+ц)-
г2
пл.зв.
■ (Гзв Ипл.зв. Г1)
+2" К ■ <
■ (Гвн + Ипл.вн.- Г3)
пл. вн.
, 2 ■ (Гзв Ипл.зв. Г2) пл.зв.
+
,2 ■ (гвн + Ипл.вн. Г4)
И
пл.вн.
(9)
де, в свою чергу, члени виразу з шдексами «зв» та «вн» вщносяться вiдповiдно до обробки зов-шшньо! та внутршньо! поверхонь цилшдрич-но! деталi, а значення г перебувае в межах:
Гзв - Ипл.зв. + И5 > г1 > гзв - 7пл.зв.;
гвн + Ипл.вн. - И5 > г3 > гвн - Ипл.вн. ;
гвн > г4 > гвн + Кпл.вн. - И5 .
Ефективнють змщнення поверхнi тонко-стiнних деталей мехашчним iнструментом з гнучкими робочими елементами (пружинний дрiт дiаметром (0,6...1,2) мм iз сталi марки 65Г) оцшювалась згiдно випробовувань на стомле-шсть торовидних зразкiв дiаметром (12...36) мм з радiусом тора 50 мм. Дослщження проводились на горизонтально-фрезерувальному верс-татi мод. 6Т804Г з частотою обертання шпинделя в межах (800...2100) хв.-1 та горизонталь-ним перемiщенням зразка (25... 80) мм/хв. Тов-щина утвореного наклепаного шару становила (0,18...0,3) мм.
Результати випробовувань показали, що опiр стомленостi дослщних зразкiв, оброблених при рiзних режимах, практично ствпадають. При цьому ефект змщнення достатньо високий (границя витривалосп зросла на 13,5 %, а дов-говiчнiсть - майже у 8 разiв).
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Шалин, В. Н. Расчеты упрочнения изделий при их пластической деформации [Текст] / В. Н. Шалин. - М.: Машиностроение, 1971. -192 с.
2. Лахтин, Ю. М. Материаловедение [Текст] / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.
3. Кул1ченко, А. Я. Термомехашчна поверхнева очисно-змщнююча обробка металу [Текст] / А. Я. Кул1ченко. - Льв1в: Кобзар, 1997. - 216 с.
Надшшла до редколегп 23.06.2008.
> г2 > г - И
2 зв пл.зв.
'
