Влияние направления ультразвуковых колебаний на остаточные напряжения формируемые при нарезании наружной резьбы малого диаметра

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ФОРМИРУЕМЫЕ ПРИ НАРЕЗАНИИ НАРУЖНОЙ РЕЗЬБЫ МАЛОГО ДИАМЕТРА

О.В. Ромашкина

Эксплуатационные характеристики резьбовых соединений в большой степени зависят от качества поверхностного слоя, формируемого в процессе изготовления резьбы. Поверхностный слой характеризуется шероховатостью поверхности, степенью и глубиной деформационного упрочнения, величиной и знаком остаточных напряжений, а также физическими параметрами.

Учитывая, что большинство резьбовых соединений работает в условиях переменных нагрузок, доминирующее влияние на работоспособность оказывают остаточные напряжения сформированные в поверхностном слое впадин резьбы.

С использованием ультразвуковых резьбонарезных устройств проводилось нарезание резьб с сообщением резьбообразующему инструменту радиальных, осевых и тангенциальных колебаний. Для анализа результатов были изготовлены резьбы без применения ультразвуковых колебаний.

Нарезание резьб осуществлялось на прутках, изготовленных из следующих материалов: нержавеющей стали 12Х18Н9 и высокопрочной стали 30ХГСА. Для проведения исследований была выбрана резьба М6, которая обладает значительно меньшими характеристиками работоспособности, чем резьбы больших диаметров.

Остаточные напряжения в резьбе определялись по специальной методике [1].

На рис. 1 приведены графики влияния направления ультразвуковых колебаний на формирование остаточных напряжений во впадинах резьбы М6х1 при обработке нержавеющей стали 12Х18Н9. (Режимы обработки: скорость резания V=0, 6 м/мин, частота ультразвуковых колебаний f = 20±1 кГц, амплитуда ультразвуковых колебаний - 5 мкм, технологическая среда - сульфофрезол).

Рис.1. Влияние направления ультразвуковых колебаний на формирование остаточных напряжений во впадинах резьбы М6х1 при обработке стали 12Х18Н9: 1 - обычное резание; 2 - с тангенциальными колебаниями; 3 - с осевыми колебаниями; 4 - с радиальными колебаниями.

При обработке нержавеющей стали 12Х18Н9 в поверхностном слое формируются сжимающие остаточные напряжения. При обработке данного материала максимальные сжимающие остаточные напряжения формируются на поверхности и достигают сравнительно небольших значений до 500 МПа, и уже на глубине залегания 0, 08 - 0, 15 мм меняют свой знак на противоположный. Так при обычном резании и при обработке с тангенциальными колебаниями сжимающие напряжения незначительны (около 200 МПа на поверхности) и уменьшаются до нуля на глубине 0, 08 - 0, 11 мм. При нарезании резьбы с осевыми и радиальными ультразвуковыми колебаниями сжимающие остаточные напряжения достигают значений 300 - 400 МПа и плавно уменьшаются до нуля на глубине 0, 17 мм. В данном случае наиболее предпочтительной является обработка с радиальными или осевыми ультразвуковыми колебаниями.

На рис. 2 приведены графики влияния направления ультразвуковых колебаний на формирование остаточных напряжений во впадинах резьбы М6х1 при обработке высокопрочной стали 30ХГСА. (Режимы обработки: скорость резания V=0, 6 м/мин, частота ультразвуковых колебаний f = 20±1 кГц амплитуда ультразвуковых колебаний (среда-сульфофрезол).

Рис.2. Влияние направления ультразвуковых колебаний на формирование остаточных напряжений во впадинах резьбы М6х1 при обработке стали 30ХГСА: 1 - обычное резание; 2 - с тангенциальными колебаниями; 3 - с осевыми колебаниями; 4 - с радиальными колебаниями.

При обработке высокопрочной стали 30ХГСА, получены следующие зависимости распределения сжимающих остаточных напряжений. При обычном резьбонарезании на поверхности формируются сжимающие остаточные напряжения равные 600 МПа, затем происходит их незначительное увеличение до 650 МПа, знак меняется на глубине 0, 13 мм. Наложение тангенциальных ультразвуковых колебаний привело к уменьшению сжимающих остаточных напряжений до 450 МПа. Введение в зону резания осевых или радиальных ультразвуковых колебаний позволило значительно увеличить сжимающие остаточные напряжения до 900 - 1000 МПа, а также глубину их залегания до 0, 21 - 0, 23 мм. Поэтому, в этом случае предпочтительной также является обработка с осевыми или радиальными ультразвуковыми колебаниями.

На основании данных результатов можно сделать следующие выводы. Наложение на инструмент тангенциальных ультразвуковых колебаний приводит к снижению значений сжимающих остаточных напряжений. Введение же в зону резания осевых или радиальных ультразвуковых колебаний при нарезании резьбы позволяет значительно увеличить сжимающие остаточные напряжения. Таким образом, для формирования в поверхностном слое благоприятных максимальных остаточных сжимающих напряжений окончательную обработку следует производить с радиальными или осевыми ультразвуковыми колебаниями.

напряжение колебание ультразвуковой резьбонарезание

Список литературы

1. Остаточные напряжения и сопротивление усталости упрочненных деталей с концентраторами напряжений: Моногр./ В.Ф.Павлов, В.А. Кирпичев, В.Б. Иванов -Самара: «Изд-во СНЦ», 2008. - 64

2. Влияние ультразвука на процесс нарезания резьбы и работоспособность резьбовых деталей: Моногр./Головкин В.В., Ромашкина О.В - Самара: «Изд-во СНЦ», 2012. - 112 с.

Размещено на Allbest.ru