Например, Бобцов

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КИНОАППАРАТУРЫ

ПРИБОРЫ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ
УДК 778.55-192
М. А. РЯБИНИН
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КИНОАППАРАТУРЫ
Предложен комбинированный метод выглаживания поверхностного слоя деталей индентором с наложением ультразвуковых колебаний и последующим нанесением регулярного микрорельефа вибронакатыванием. Приводятся результаты сравнительных испытаний данного метода и ранее предложенных технологий упрочнения деталей.
Ключевые слова: регулярный микрорельеф, равновесная шероховатость, поверхностно-пластическое деформирование, выглаживание, вибронакатывание.
Качество изделий кинотехники, их эксплуатационные свойства и надежность работы в значительной степени зависят от технологии чистовой отделочной обработки, в процессе которой формируется поверхностный слой деталей. Среди множества отделочных операций, формирующих на поверхности деталей микрорельеф с заданными параметрами оптимальной „равновесной“ шероховатости [1, 2], а также позволяющих существенно снизить время приработки, повысив при этом износостойкость деталей [3], широкое распространение получила обработка поверхностного слоя посредством холодного пластического деформирования [4]. Кроме того, разработаны и внедрены новые способы, позволяющие повысить прочность и срок службы деталей путем нанесения на их поверхность регулярного микрорельефа (РМР) [5].
В настоящей статье предложен комбинированный метод выглаживания поверхностного слоя индентором с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК) и последующим нанесением РМР вибронакатыванием. Приведены результаты экспериментального исследования качества поверхностного слоя, полученного с использованием предложенного метода, а также результаты сравнительных испытаний данного метода и ранее предложенных технологий упрочнения деталей с наложением УЗК.
Опыты проводились на образцах из стали 45, которые в первом случае были отожжены, а во втором — упрочнены закалкой до HRC 45—50.
Таким образом, были проведены четыре серии экспериментов по двум технологиям поверхностно-пластического деформирования (ППД).
1. Пластическое деформирование незакаленной поверхности, обработанной чистовым точением резцом из сплава ВК8 в режимах резания, обеспечивающих приближение к показателям „равновесной“ шероховатости по шагу и высоте [6]. Выглаживание поверхностного слоя проводилось индентором радиусом R=2 мм с наложением УЗК амплитудой Аk=15 мкм и частотой f =18,5 кГц.
2. Пластическое деформирование незакаленной поверхности по технологии, предложенной в п. 1, с последующим формированием РМР типа IV [4] в целях создания дополнительных масляных карманов.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 5

48 М. А. Рябинин
3. Пластическое деформирование закаленной поверхности, полученной в результате чистового точения микрорезцами из Эльбора-Р в режимах резания, обеспечивающих приближение по шагу и высоте микронеровности поверхности к показателям „равновесной“ шероховатости, с последующим выглаживанием поверхностного слоя индентором (R=2 мм) с наложением УЗК (Аk =15 мкм, f =18,5 кГц).
4. Пластическое деформирование закаленной поверхности, обработанной по технологии, приведенной в п. 3, с последующим формированием РМР типа IV.
Для обработки поверхностей деталей киновидеоаппаратуры путем поверхностнопластического деформирования использовалась установка, состоящая из генератора УЗГ-4 с магнитострикционным преобразователем типа ПМС-15 и специального устройства для создания регулярного микрорельефа (рис. 1, здесь nдв.х — число двойных ходов инструмента, мин–1; nз — число оборотов заготовки, мин–1; λ — осевой шаг неровностей, мм).
Устройство для выглаживания поверхности с наложением УЗК s
УЗГ 2l
λ nз

P s nдв.х

Устройство для формирования регулярного микрорельефа

Рис. 1

В качестве усилителя амплитуды использовался концентратор экспоненциальной фор-

мы (с коэффициентом усиления N=3,25), на конце которого впаян твердосплавный сфериче-

1 ский индентор радиусом 2 мм. Общий

вид установки приведен на рис. 2, где 2 1 — УЗ-головка для выглаживания по-

3

верхностного слоя; 2 — индентор для формирования РМР; 3 — обрабаты-

ваемая деталь; 4 — эксцентрик; 5 —

электродвигатель; 6 — пружина для

4 создания силы нормального давления;

6 7 — направляющая. 5 На первом этапе по методике, из-

7 ложенной в работе [6], оценивалась

топология микротвердости HV незака-

ленной и закаленной поверхностей,

Рис. 2

обработанных по традиционной и комбинированной УЗ-технологиям. По

результатам статистической обработки значений HV не были выявлены изменения микро-

твердости поверхности при нанесении РМР, однако испытания на износостойкость показали,

ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 5

Сравнительный анализ методов поверхностного упрочнения деталей киноаппаратуры

49

что поверхности с нанесенным РМР изнашивались медленнее. Это подтверждается представ-

ленными на рис. 3 и 4 графиками, демонстрирующими изменение износа поверхности детали

(Ih) в зависимости от времени ее работы (t): на рис. 3, 4 показаны результаты соответственно

для незакаленной и закаленной (HRC 40—50) стали, где а соответствует обработке поверхно-

сти чистовым точением с наложением УЗК, б — обработке комбинированным способом с на-

ложением УЗК и нанесением регулярного микрорельефа.

а) Ih, мкм

б) Ih, мкм

20 20 15 15

а) Ih, мкм 20
10

2000 t, ч Рис. 3 б) Ih, мкм 20
10

2000 t, ч

2000 t, ч

2000 t, ч

Рис. 4

Ресурсные испытания деталей проводились по изложенной в работе [7] методике уско-

ренных испытаний при следующих параметрах вибронакатывания:

— подача (линейное перемещение инструмента за один оборот детали) s=0,078 мм/об;

— амплитуда осцилляции деформирующего элемента 2l=2,5 мм;

— количество волн канавки, образуемых за один оборот заготовки, i=62,25;

— усилие прижима P=590 Н.

Как показали результаты испытаний, при нанесении регулярного микрорельефа на уп-

рочненную ультразвуковыми колебаниями поверхность износостойкость деталей повышается

в среднем на 20—30 %.

Особый интерес представляет формирование сравнительных математических моделей

рассмотренных процессов поверхностного упрочнения с использованием методик, предло-

женных в работах [8, 9]. При этом, учитывая оптимальные значения технологических пара-

метров обработки, можно выявить и оценить количественно преимущества одной технологии

по сравнению с другой.

ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 5

50 М. А. Рябинин

Например, задавшись для экспериментов 3 и 4 (см. выше) значениями, близкими к па-

раметрам оптимальной шероховатости, получим два аналитических выражения в виде квад-

ратичной функции:

∑ ∑ ∑y = b0 + k bm xn + k bmn xm xn + k bmm xm2 ,

где

y

m=1 m