Оценка износостойкости поверхностей трения, сформированных при абразивной обработке

Ключевые слова: абразивная обработка, технологические режимы обработки, скорость изнашивания поверхности, износостойкость поверхности.

В большинстве случаев поверхности трения при изготовлении деталей формируются в ходе абразивной обработки. Как показали результаты исследований [1-3], условия и режимы абразивной обработки оказывают значительное влияние на износостойкость поверхностей трения. Например, скорость изнашивания таких поверхностей при варьировании режимов обработки может меняться в 1,5 - 3 раза [4]. Это объясняется различиями структурно-фазового состояния материала поверхностного слоя, формируемого в ходе термического и силового воздействий абразивной обработки. Поэтому для достоверного прогнозирования ресурса трибосопряжений необходимо оценивать износостойкость поверхностей трения с учетом влияния условий и режимов финишной абразивной обработки.

Износостойкость поверхности может характеризоваться скоростью изнашивания г. На основании гипотезы Ф. Престона скорость изнашивания приработанной поверхности в произвольной точке контакта можно представить в виде [5]

, (1)

где с - размерный коэффициент, зависящий от условий изнашивания поверхности; k - безразмерный коэффициент износостойкости материала поверхностного слоя детали пары трения; p - давление в контакте; v - скорость скольжения.

Такой вид закона изнашивания приработанных поверхностей согласуется с результатами исследований А.С. Проникова, М.М. Хрущева, Д. Арчарда, Д.Г. Эванса, Д.К. Ланкастера и др.

Значение k будет определяться состоянием материала поверхностного слоя, зависящим от условий и режимов финишной абразивной обработки. Получим формулу для расчета коэффициента k.

Анализ процесса абразивной обработки показал, что существует четыре фактора, характеризующие структурно-фазовое состояние поверхностного слоя: - скорость деформирования материала в ходе обработки, с^-1; a_z - глубина внедрения вершин абразивных зерен в обрабатываемый материал, м; с - радиус скругления вершин абразивных зерен, м; л - интенсивность контактирования рассматриваемого участка поверхности заготовки с абразивным инструментом, с^-1. Эти факторы комплексно характеризуют термическое и силовое воздействия абразивной обработки, формирующие поверхностный слой.

Запишем уравнение размерности величины k, полагая, что существует однозначная взаимосвязь между k и , a_z, л, с.

, (2)

где T - время; L - длина ; б, в, , - постоянные числа.

Из уравнения (2) следует, что б = - и в = -. Тогда формулу для k можно представить в виде

.

Таким образом, величина k в полной мере отражает влияние режимов финишной абразивной обработки на износостойкость поверхности.

Расчетные формулы для a_z, , применительно к условиям абразивного шлифования выглядят следующим образом [6;7]:

;

;

где Q_ф - фактическая производительность процесса шлифования; V_к, V_s - соответственно скорости вращения и подачи шлифовального круга; H - число контактов рассматриваемого участка поверхности заготовки со шлифовальным кругом; F_с(t_ф) - доля вершин зерен рабочей поверхности шлифовального круга, находящихся в поверхностном слое инструмента толщиной t_ф; V - объемное содержание зерен в круге; N - зернистость шлифовального круга; (1-л) - доля вершин зерен, образующих срезы; k_m - коэффициент, учитывающий фактическое число зерен на рабочей поверхности круга; k_в - коэффициент, учитывающий колебания рабочей поверхности круга относительно заготовки; q - отношение числа режущих вершин к числу абразивных зерен рабочей поверхности круга; А = D_к - для плоского шлифования периферией круга; А=D_зD_к/(D_зD_к) - для круглого наружного (+) и внутреннего (-) шлифования периферией круга; K_c - коэффициент стружкообразования, равный отношению объема металла, удаляемого в виде стружки, к теоретическому объему шлифовочной царапины; a_zк - глубина внедрения вершин абразивных зерен в обрабатываемый материал, при которой начинается стружкообразование; _i - интенсивность деформаций материала поверхностного слоя; - частота вращения заготовки или число рабочих ходов абразивного инструмента в единицу времени.

Для определения значений б и в были проведены эксперименты.

На первом этапе экспериментальных исследований цилиндрические образцы из различных материалов были подвергнуты абразивному шлифованию электрокорундовым кругом прямого профиля зернистостью 16. Образцы устанавливались на оправке, которая базировалась в центрах станка. Перед обработкой каждого образца круг подвергался алмазной правке. С каждого образца предварительно сошлифовывался слой материала для устранения влияния технологической наследственности и стабилизации термического и силового воздействий в ходе экспериментов. Силовое и термическое воздействия на поверхностный слой менялись путем варьирования глубины шлифования и времени выхаживания поверхности. Уровни варьирования указанных факторов определялись с учетом результатов исследований [7].

Второй этап исследований заключался в проведении триботехнических испытаний шлифованных образцов. Испытания проводились с использованием автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) на базе машины трения МИ-1М по схеме «вращающийся диск - невращающийся индентор». Данная АСНИ способна в процессе испытаний регистрировать значения износа поверхности образца и коэффициента трения. Шлифованные образцы диаметром 60 мм и длиной 16 мм имели радиальное биение испытуемых поверхностей относительно базового отверстия 0,005…0,01мм и шероховатость Ra = 0,5…0,6 мкм. Для исключения влияния износа индентора на результаты испытаний он был выполнен из твердого сплава ВК8. Ширина индентора составляла 5 мм. Испытания проводили до полного завершения процесса приработки и накопления не менее 2/3 общего пути трения, приходящегося на период нормального изнашивания. Завершение процесса приработки определялось по стабилизации коэффициента трения и скорости изнашивания (выход кривой изнашивания на линейный участок). Испытания проводились при нагрузке на индентор 150 Н и скорости относительного скольжения 1,3 м/с. В качестве смазочного материала использовалось масло И-20А. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Таблица Условия эксперимента и износостойкость шлифованных поверхностей

Анализ полученных результатов показывает, что коэффициент k имеет тесную корреляцию (коэффициент парной корреляции Q = 0,89) со скоростью изнашивания поверхности (рисунок). Получим, что б = 0,2 и в = 1,5. Тогда уравнение (1) применительно к условиям экспериментов запишется следующим образом:

Последнее уравнение позволяет оценивать износостойкость поверхности с учетом условий и режимов финишной абразивной обработки.

Рис. Взаимосвязь скорости изнашивания и коэффициента k износостойкости материала поверхностного слоя: - сталь 12ХН3А (НRC58…62); - сталь 45 (НВ 200…220); - сталь 12Х18Н10Т (НВ 190…210); - сталь 45 (НRC46…50)

Результаты исследований позволяют:

- достоверно и оперативно оценивать износостойкость поверхностей, сформированных при абразивной обработке;

- целенаправленно выбирать режимы абразивной обработки с учетом требуемой износостойкости поверхности;

- разработать методологию проектирования и совершенствования технологических операций абразивной обработки поверхностей трения деталей машин и механизмов. абразивный технологический износостойкость

Список литературы

1. Бишутин, С.Г. Влияние режимов шлифования поверхностей деталей на их триботехнические показатели/ С.Г. Бишутин//Вестн. БГТУ. - 2010. - №3(27). - С.10-13.

2. Бишутин, С.Г. Износостойкость шлифованных поверхностей деталей/ С.Г. Бишутин//Вестн. БГТУ. - 2010. - №4(28). - С.30-33.

3. Дальский, А.М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин/А.М. Дальский. - М.: Машиностроение, 1975. - 223с.

4. Бишутин, С.Г. Износостойкость сформированных при шлифовании поверхностных слоев деталей машин: монография/ С.Г. Бишутин, М.И. Прудников; под ред. С.Г. Бишутина. - Брянск: БГТУ, 2010. - 100с.

5. Филонов, И.П. Управление формообразованием прецизионных поверхностей деталей машин и приборов/И.П. Филонов, Ф.Ф. Климович, А.С. Козерук. - Минск:ДизайнПРО,1995. - 208с.

6. Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей при шлифовании / С.Г. Бишутин. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 144с.

7. Бишутин, С.Г. Структурирование поверхностных слоев деталей при финишной абразивной обработке/ С.Г. Бишутин. - Брянск: БГТУ, 2009. - 100с.

Размещено на Allbest.ru