Исследование упрочнения поверхностного слоя деталей при вибрационном и обычном деформировании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полтавская государственная аграрная академия

ИСЛЕДОВАНИЕ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ВИБРАЦИОННОМ И ОБЫЧНОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ

Дудник В. В.

Анотація

Розглянуті питання зміцнення ріжучих елементів леміхів грунтообробних машин при звичайному і вібраційному зміцненні.

Annotation

The issues of strengthening cutting elements lemihiv tillage machines during normal vibration and strengthening.

Основная часть

вибрационный упрочнение режущий деталь

Метод восстановления изношенных поверхностей деталей пластическим деформированием с использованием механических колебаний обрабатывающего инструмента способствует существенному изменению свойств поверхностных слоев, а следовательно, их упрочнению.

При упрочнении деталей вибрационным деформированием пластическая деформация поверхностного слоя материала детали, возникающая под действием усилий от обрабатывающего инструмента, изменяет его физико-механические свойства.

Степень пластического упрочнения зависит от вида деформирования, режимов обработки, исходного состояния материала, его макро- и микроструктуры, формы, размеров и других факторов. Совокупность явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств металла в процессе пластической деформации, называется упрочнением (наклепом).

Изменение механических свойств металлов и увеличение их прочностных характеристик в значительной степени объясняется возрастающим по мере деформирования сопротивлением смещению дислокаций [1].

Одним из основных участков повышенного сопротивления смещению дислокаций являются участки пересечения плоскостей скольжения (рис.1), на которых взаимодействие силовых полей дислокаций, перемещающихся по пересекающимся плоскостям, приводит к их “застреванию” и к последующему скоплению около них дислокаций одинакового знака.

Линии скольжения пересекают свободную (ab и cd) и контактную (bc) поверхности под углом 45є. Сетка линий скольжения под этими поверхностями представляет прямоугольные треугольники. В переходных участках bеf и cfg сетка линий скольжения получается радиальная: одна система представлена прямыми, выходящими из точек b и c, а другая- дугами окружностей с центрами в тех же точках. Линия aefgd - граница области пластической деформации.

Рис. 1 Схема линий скольжения при обработке материала давлением

На поверхности bc возникает напряжение трения. При его предельном значении одно семейство линий скольжения выходит на контактную поверхность под углом 90є, а другое - касательно к ней.

Траектории максимальных касательных напряжений при обычном деформировании будет располагаться к обрабатываемой поверхности под углом 90є, а при вибрационном нагружении при отрыве обрабатывающего инструмента этот угол будет равен 45є. Следовательно, при вибрационной обработке угол пересечения линий скольжения с обрабатываемой поверхностью будет изменяться от 45є до 90є. Таким образом, в момент отрыва обрабатывающего инструмента усилие обработки будет направлено под бьльшим углом к направлению его движения, т.е. усилие, степень уплотнения и величина деформации в радиальном направлении будет иметь большее значение, чем при обычном деформировании.

На свободных поверхностях ab и cd в точках a нормальное к поверхности напряжение _z равно нулю, а по оси Х действует нормальное напряжение сжатия _хn. На основе уравнения пластичности можно записать:

(1)

где

Среднее напряжение на свободных поверхностях:

(2)

Линии скольжения при переходе из точки n в точку m на контактной поверхности поворачиваются на угол 90є. Поэтому:

(3)

Отсюда

(4)

Во всей области bfc действуют сжимающие напряжения _z и _х. Согласно уравнению пластичности:

(5)

Из предыдущего уравнения находим:

(6)

тогда вертикальное напряжение составит:

(7)

После подстановки в уравнение (7) значение к, получаем:

(8)

Удельное усилие, как и полное усилие, всегда принимают положительными. Поэтому удельное и полное усилие соответственно будет:

(9)

Поскольку в момент отрыва обрабатывающего инструмента от обрабатываемой (контактной) поверхности при вибрационном деформировании трение между ними отсутствует, то на основании теории пластичности [2] нормальное напряжение будет равно 1,15_s. Следовательно, при обычном деформировании напряжение повышается в 2,57 раза.

При пластическом деформировании происходит изменение размеров обрабатываемого образца (детали), что способствует упрочнению (уплотнению) материала обрабатываемой поверхности [3].

Степень упрочнения обрабатываемого материала может быть определена:

(10)

где F₀ и F₁ - площади обрабатываемой поверхности соответственно до после деформирования.

Расчетные значения степени уплотнения обрабатываемого материала приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения степени уплотнения

Исследованиями установлено, что степень уплотнения образцов из стали Л-53 с последующей наплавкой сормайтом при вибрационном деформировании в 1,78 раза больше, чем при обычной обработке.

Литература

1. Сторожев М.В. Теория обработки металлов давлением / М.В. Сторожев, Е.А. Понов. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.

2. Канарчук В.В. Основы надежности машин / В.В. Канарчук. К.: Наукова думка, 1982. 354 с.

3. Тарновский И.Я. Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарновский. М.: Машиностроение, 1989. 278 с.

Размещено на Allbest.ru