RU2047469C1 - Method of working article by surface plastic deformation method - Google Patents

Method of working article by surface plastic deformation method Download PDF

Info

Publication number
RU2047469C1
RU2047469C1 RU93005421A RU93005421A RU2047469C1 RU 2047469 C1 RU2047469 C1 RU 2047469C1 RU 93005421 A RU93005421 A RU 93005421A RU 93005421 A RU93005421 A RU 93005421A RU 2047469 C1 RU2047469 C1 RU 2047469C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plastic deformation
processed material
surface plastic
machined
dislocation
Prior art date
Application number
RU93005421A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93005421A (en
Inventor
В.И. Бутенко
Original Assignee
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Таганрогский государственный радиотехнический университет filed Critical Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority to RU93005421A priority Critical patent/RU2047469C1/en
Publication of RU93005421A publication Critical patent/RU93005421A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2047469C1 publication Critical patent/RU2047469C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turning (AREA)

Abstract

FIELD: plastic metal working. SUBSTANCE: during process of working, additional twisting stresses are applied to material worked. Directions of the stresses are opposite to direction of tangential component of spinning force. As a result, temperature decreases at deformation area. EFFECT: improved wear resistance; increased fatigue strength. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к процессам финишной обработки поверхностей деталей машин. The invention relates to mechanical engineering, mainly to processes for finishing surfaces of machine parts.

Известен способ обработки детали поверхностным пластическим деформированием, при котором обрабатываемой детали сообщается вращение, а деформирующий инструмент прижимают к обрабатываемой поверхности с определенным усилием, сообщая ему продольную подачу [1]
Недостатком известного способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием является низкое качество обработанной поверхности, которое выражается в неравномерном распределении физико-механических свойств материала поверхностного слоя и его неоднородном микрорельефе.
A known method of processing parts by surface plastic deformation, in which the workpiece is reported to rotate, and the deforming tool is pressed against the surface to be treated with a certain force, giving it a longitudinal feed [1]
A disadvantage of the known method of processing a part by surface plastic deformation is the low quality of the treated surface, which is expressed in the uneven distribution of the physicomechanical properties of the material of the surface layer and its inhomogeneous microrelief.

Известен способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием, при котором инструменту сообщают ультразвуковые колебания с изменяющейся амплитудой и перемещают его эквидистантно обрабатываемой поверхности, а детали вращение с образованием на ней регулярного микрорельефа, причем амплитуду ультразвуковых колебаний изменяют ступенчато в зависимости от требуемого параметра микрорельефа, размеров детали и угловой скорости ее вращения [2]
Недостатком известного способа упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием является низкая стойкость инструмента при высокой энергоемкости процесса обработки.
A known method of hardening parts by surface plastic deformation, in which the tool is informed by ultrasonic vibrations with a varying amplitude and moves it to an equidistant machined surface, and the part is rotated with the formation of a regular microrelief on it, and the amplitude of the ultrasonic vibrations is changed stepwise depending on the required parameter of the microrelief, the dimensions of the part and angular velocity of its rotation [2]
A disadvantage of the known method of hardening parts by surface plastic deformation is the low tool life at high energy intensity of the processing process.

Известен способ обработки поверхностным пластическим деформированием, при котором детали сообщают вращение, а цилиндрический инструмент прижимают к обрабатываемой поверхности с постоянным усилием деформирования и осуществляют его покачивание вокруг оси, проходящей по нормали к обрабатываемой поверхности через центр пятна контакта инструмента с деталью, причем для образования регулярного рельефа в виде наклонных канавок осуществляют поворот цилиндрического инструмента в сторону канавок, а угол поворота выбирают больше предельного угла покачивания инструмента в другую сторону [3]
Указанный способ обработки детали поверхностным пластическим деформированием принят за прототип.
A known method of processing surface plastic deformation, in which the parts indicate rotation, and the cylindrical tool is pressed against the work surface with a constant deformation force and swing it around the axis normal to the surface to be machined through the center of the contact spot of the tool with the part, to form a regular relief in the form of inclined grooves, the cylindrical tool is rotated towards the grooves, and the rotation angle is selected greater than the maximum the angle of swinging the tool in the opposite direction [3]
The specified method of processing parts by surface plastic deformation is taken as a prototype.

Недостатком известного способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием является невысокая эффективность процесса, которая выражается низкой производительностью обработки и низкой стойкостью инструмента, обусловленной поворотом его и принудительным покачиванием при пластическом деформировании металла. A disadvantage of the known method of processing a part by surface plastic deformation is the low efficiency of the process, which is expressed by the low processing productivity and low tool life due to its rotation and forced swaying during plastic deformation of the metal.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием. The objective of the invention is to increase the efficiency of the method of processing parts by surface plastic deformation.

Для достижения технического результата в поверхностном слое вала в процессе обкатки в направлении, противоположном тангенциальной составляющей силы обкатывания, создают напряжения кручения, максимальную величину которых определяют по формуле
τмакс= (0,35.0,60)

Figure 00000001
e0,1ν·Kρ K
где σm предел текучести обрабатываемого материала, кг/мм2;
R приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей, мм;
ΔН толщина упрочненного слоя поверхности обработанной детали, мм;
ν коэффициент Пуассона;
Kρ показатель дислокационной насыщенности обрабатываемого материала, равный отношению текущего значения плотности дислокаций материала ρ, полученной на предыдущей операции, к ее исходному значению ρисх.To achieve a technical result in the surface layer of the shaft during the running in the direction opposite to the tangential component of the rolling force, torsion stresses are created, the maximum value of which is determined by the formula
τ max = (0.35.0.60)
Figure 00000001
e 0,1ν · Kρ K
where σ m the yield strength of the processed material, kg / mm 2 ;
R is the reduced radius of curvature of the contacting surfaces, mm;
ΔН thickness of the hardened layer of the surface of the machined part, mm;
ν Poisson's ratio;
K ρ is the indicator of the dislocation saturation of the processed material, which is equal to the ratio of the current value of the density of material dislocations ρ obtained in the previous operation to its initial value ρ ref .

Kρ ρ / ρисх. К коэффициент компактности элементарной ячейки кристаллической решетки обрабатываемого материала;
D диаметр обрабатываемой детали, мм.
K ρ ρ / ρ ref . To the coefficient of compactness of the unit cell of the crystal lattice of the processed material;
D diameter of the workpiece, mm.

Сущность способа состоит в том, что в обрабатываемом материале в процессе поверхностной пластической деформации создают дополнительные напряжения кручения, направление которых противоположно направлению возникающей тангенциальной составляющей силы обкатки. Создаваемые напряжения кручения снижают величину тангенциальной составляющей силы обкатки, в результате чего уменьшается температура в зоне пластических деформаций, так как тепло деформации при отделочно-упрочняющей обработке деталей пропорционально тангенциальной силе (с. 18). Уменьшаются потери работы деформации на трение; происходит перераспределение дислокации кристаллической решетки металла, приводящее к повышению статистической однородности качественных показателей поверхностного слоя обработанной детали. Уменьшается высота неровностей обработанной поверхности. В результате повышаются износостойкость и усталостная прочность металлов и стойкость упрочняющего инструмента. The essence of the method lies in the fact that additional torsional stresses are created in the processed material during the surface plastic deformation, the direction of which is opposite to the direction of the emerging tangential component of the break-in force. The generated torsional stresses reduce the tangential component of the break-in force, as a result of which the temperature in the zone of plastic deformations decreases, since the heat of deformation during finishing and hardening of parts is proportional to the tangential force (p. 18). Friction strain loss is reduced; there is a redistribution of the dislocation of the crystal lattice of the metal, leading to an increase in the statistical uniformity of the quality indicators of the surface layer of the machined part. The height of the roughness of the treated surface is reduced. As a result, the wear resistance and fatigue strength of metals and the resistance of the hardening tool are increased.

Создаваемые напряжения кручения не должны вызывать в обрабатываемом материале лавинного образования и перемещения дислокаций по плоскостям скольжения, что привело бы к резкому возрастанию тангенциальной составляющей силы обкатки и снижению эффективности отделочно-упрочняющей обработки. Поэтому величина создаваемых в обрабатываемом материале максимальных напряжений кручения должна назначаться с учетом типа кристаллической решетки материала, характеризуемой коэффициентом компактности элементарной ячейки, состояния дислокационной структуры материала, полученного на предыдущей операции механической обработки и выражаемого через показатель дислокационной насыщенности обрабатываемого материала Kρ равного отношению текущего значения плотности дислокации ρ к ее исходному значению ρисх.Kρ ρ / ρисх. а также подвижности дислокации, которая для кручения определяется экспоненциальной зависимостью e0,1 ν Kρ и обусловлена энергией упругих искажений ядра дислокации, где ν коэффициент Пуассона.The generated torsional stresses should not cause an avalanche formation and dislocation movement along the slip planes in the processed material, which would lead to a sharp increase in the tangential component of the break-in force and a decrease in the effectiveness of finishing hardening. Therefore, the value of the maximum torsional stresses generated in the material to be processed should be assigned taking into account the type of crystal lattice of the material, characterized by the compactness coefficient of the unit cell, the state of the dislocation structure of the material obtained in the previous machining operation and expressed through the dislocation saturation index of the processed material K ρ equal to the ratio of the current density value dislocation ρ to its initial value ρ out. K ρ ρ / ρ out . as well as the dislocation mobility, which for torsion is determined by the exponential dependence e 0.1 ν K ρ and is due to the energy of elastic distortions of the dislocation core, where ν is the Poisson's ratio.

Максимальная величина напряжений кручения в поперечном сечении цилиндрической детали определяется по формуле
τмакс=

Figure 00000002
где Мкр прикладываемый к обрабатываемой детали дополнительный крутящий момент;
Wр полярный момент сопротивления; для сплошного сечения обрабатываемого вала диаметром D Wp ≈ 0,2D3;
Максимальная величина прикладываемого к обрабатываемому валу крутящего момента Мкр равна
Mкр= Pт·
Figure 00000003
где Рт тангенциальная составляющая силы откатки;
Ртн 0,07-0,12, где Рн нормальная составляющая силы обкатки (I, с. 12-13).The maximum value of torsion stresses in the cross section of a cylindrical part is determined by the formula
τ max =
Figure 00000002
where M cr applied to the workpiece additional torque;
W p the polar moment of resistance; for a solid section of the machined shaft with a diameter of DW p ≈ 0.2D 3 ;
The maximum value of the torque M cr applied to the work shaft is equal to
M cr = P t
Figure 00000003
where P t the tangential component of the force of the rollback;
P t / P n 0.07-0.12, where P n is the normal component of the break-in force (I, p. 12-13).

Но Рн 2 σm (1 + 0,07R)2 ˙ ΔH2, где σm предел текучести обрабатываемого материала;
R приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей;
Δ Н толщина упрочненного слоя обработанной поверхности детали (I, с. 48).
But R n 2 σ m (1 + 0,07R) 2 ˙ ΔH 2 , where σ m the yield strength of the processed material;
R is the reduced radius of curvature of the contacting surfaces;
Δ N the thickness of the hardened layer of the machined surface of the part (I, p. 48).

Тогда максимальная величина прикладываемого к обрабатываемому валу крутящего момента Мкр равна
Мкр (0,07-0,12) σm (1+0,07R)2˙ Δ H2˙ D, а максимальная величина напряжений кручения в поперечном сечении детали с учетом особенностей кристаллического строения материала определяется по формуле
τмакс= (0,35.0,60)

Figure 00000004
e0,1ν·Kρ ·K
Практическое осуществление способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием сводится к закреплению детали в приспособлении (например, трехкулачковом патроне передней бабки токарного станка); создании при помощи дополнительного устройства в обрабатываемом материале напряжения кручения (например, в результате создания крутящего момента на противоположном конце обрабатываемого вала, закрепленном в трехкулачковом патроне специального устройства, установленном на месте задней бабки токарного станка); подводе к обрабатываемому валу отделочно-упрочняющего инструмента; создании необходимого усилия деформирования, обусловленного требуемой толщиной упрочненного слоя ΔН; включении на станке вращения детали и движения продольной подачи инструмента.Then the maximum value of the torque M cr applied to the work shaft is equal to
M cr (0.07-0.12) σ m (1 + 0.07R) 2 ˙ Δ H 2 ˙ D, and the maximum value of torsion stresses in the cross section of the part, taking into account the characteristics of the crystalline structure of the material, is determined by the formula
τ max = (0.35.0.60)
Figure 00000004
e 0,1ν · Kρ · K
The practical implementation of the method of processing a part by surface plastic deformation reduces to fixing the part in a fixture (for example, a three-jaw chuck of the front headstock of a lathe); creation by means of an additional device in the processed material of torsion stress (for example, as a result of creating a torque on the opposite end of the processed shaft, fixed in a three-jaw chuck of a special device installed in place of the tailstock of the lathe); supply to the machined shaft of the finishing-strengthening tool; creating the necessary deformation force due to the required thickness of the hardened layer ΔН; turning on the machine rotation of the part and the movement of the longitudinal feed of the tool.

На фиг.1 представлена схема практического осуществления способа обработки детали поверхностным пластическим деформированием, где 1 обрабатываемая деталь, 2 инструмент, 3 патрон передней бабки станка, 4 патрон задней бабки станка, 5 задняя бабка, в которой помещается устройство для создания напряжения кручения в обрабатываемом материале. На фиг.2 приведена принципиальная схема устройства создания напряжения кручения в обрабатываемом материале, где 1 шкив, 2 тормозная лента, 3 пружина, 4 натяжная поворотная шайба, 5 опорный стакан, 6 измерительная шкала. Figure 1 presents a diagram of the practical implementation of the method of processing the part by surface plastic deformation, where 1 workpiece, 2 tool, 3 chuck of the front headstock of the machine, 4 chuck of the back headstock of the machine, 5 tailstock, in which the device for creating torsional stress in the material being placed . Figure 2 shows a schematic diagram of a device for creating torsion stress in the material being processed, where 1 pulley, 2 brake belt, 3 spring, 4 tension rotary washer, 5 support cup, 6 measuring scale.

Для сравнения выполнена обработка партий деталей поверхностным пластическим деформированием двумя способами по прототипу и по предлагаемому способу. Обработке поверхностным пластическим деформированием подвергались валики из стали 20ХН ( σm 65 кг/мм2) длиной 480 мм и диаметром 40 мм, которые устанавливались и закреплялись на токарно-винторезном станке мод. 1И611П, имеющем устройство для создания напряжения кручения в обрабатываемом материале. Предварительно валики подвергались шлифованию на круглошлифовальном станке мод. 3А151, в результате чего средний показатель дислокационной насыщенности составил Kρ 120. В качестве инструмента использовался роликовый обкатник из закаленной быстрорежущей стадии Р6М5 диаметром 48 мм и радиусом рабочего профиля R 12 мм. Усилие деформирования составляло 1,5 кН, что должно обеспечить толщину упрочненного слоя обработанной поверхности детали ΔН 0,6 мм. Условия поверхностного пластического деформирования по прототипу: амплитуда покачивания инструмента 5,6 мм; угол поворота инструмента 10о. Условие поверхностного пластического деформирования по предлагаемому способу; τмакс 0,35 кг/мм2 3,5 МПа, что достигалось созданием в устройстве, расположенном в задней бабке токарного станка, тормозящего момента, равного 4,48 кг ˙м.For comparison, the processing of batches of parts by surface plastic deformation in two ways according to the prototype and the proposed method. Rolls made of steel 20XH (σ m 65 kg / mm 2 ) with a length of 480 mm and a diameter of 40 mm were subjected to surface plastic deformation, which were installed and fixed on a screw-cutting machine of modes. 1I611P having a device for generating torsion stress in the processed material. Previously, the rollers were subjected to grinding on a circular grinding machine mod. 3A151, with the result that the average dislocation saturation index was K ρ 120. As a tool, we used a roller runner from a hardened high-speed stage Р6М5 with a diameter of 48 mm and a radius of the working profile of R 12 mm. The deformation force was 1.5 kN, which should provide a thickness of the hardened layer of the machined surface of the part ΔN of 0.6 mm. The conditions of surface plastic deformation of the prototype: the amplitude of the wiggle of the tool is 5.6 mm; tool rotation angle of 10 about . The condition of surface plastic deformation by the proposed method; τ max 0.35 kg / mm 2 3.5 MPa, which was achieved by creating a braking torque of 4.48 kg ˙ m in the device located in the tailstock of the lathe.

Полученные средние значения показателей эффективности способов обработки деталей поверхностным пластическим деформированием по прототипу и предлагаемому приведены в таблице. Анализ представленных данных показывает, что предлагаемый способ обработки детали поверхностным пластическим деформированием металла позволяет в 1,2-1,3 раза повысить производительность обработки, в 1,5-1,8 раза повысить стойкость используемого инструмента, на 15-20% улучшить однородность показателей качества обработанной поверхности детали. The obtained average values of the performance indicators of the methods of processing parts by surface plastic deformation according to the prototype and the proposed are shown in the table. An analysis of the data presented shows that the proposed method for processing a part by surface plastic deformation of a metal allows 1.2–1.3 times higher processing productivity, 1.5–1.8 times higher tool life, 15–20% better uniformity the quality of the machined surface of the part.

Claims (1)

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ, включающий деформирующее воздействие упрочняющего инструмента на обрабатываемую поверхность вращающейся цилиндрической детали, отличающийся тем, что в поверхностном слое обрабатываемой детали в процессе обработки в направлении, противоположном тангенциальной составляющей силы обкатывания, создают напряжения кручения, максимальная величина которых равна
τмакс= (0,35...0,60)·
Figure 00000005

где Gм предел текучести обрабатываемого материала, кг/мм2;
R приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей, мм;
ΔH толщина упрочненного слоя поверхности детали, мм.
METHOD OF PROCESSING DETAILS BY SURFACE PLASTIC DEFORMATION, including the deforming effect of the reinforcing tool on the machined surface of a rotating cylindrical part, characterized in that in the surface layer of the machined part in the process in the direction opposite to the tangential component of the rolling force, torsional stresses are created that are equal to the maximum value
τ max = (0.35 ... 0.60)
Figure 00000005

where G m the yield strength of the processed material, kg / mm 2 ;
R is the reduced radius of curvature of the contacting surfaces, mm;
ΔH thickness of the hardened layer of the surface of the part, mm
ν коэффициент Пуассона,
Kρ показатель дислокационной насыщенности обрабатываемого материала, равный отношению текущего значения плотности дислокации материала r, полученной на предыдущей операции, к ее исходному значению ρисх.
Kρ=ρ/ρисх;
K -коэффициент компактности элементарной ячейки кристаллической решетки обрабатываемого материала;
D диаметр обрабатываемой детали, мм.
ν Poisson's ratio,
Kρ is the indicator of the dislocation saturation of the processed material, equal to the ratio of the current value of the material dislocation density r obtained in the previous operation to its initial value ρ ref .
Kρ = ρ / ρ ref ;
K is the coefficient of compactness of the unit cell of the crystal lattice of the processed material;
D diameter of the workpiece, mm.
RU93005421A 1993-02-01 1993-02-01 Method of working article by surface plastic deformation method RU2047469C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93005421A RU2047469C1 (en) 1993-02-01 1993-02-01 Method of working article by surface plastic deformation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93005421A RU2047469C1 (en) 1993-02-01 1993-02-01 Method of working article by surface plastic deformation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93005421A RU93005421A (en) 1995-08-20
RU2047469C1 true RU2047469C1 (en) 1995-11-10

Family

ID=20136417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93005421A RU2047469C1 (en) 1993-02-01 1993-02-01 Method of working article by surface plastic deformation method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2047469C1 (en)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхности пластическим деформированием М.: Машиностроение, 1978, с 5 - 11. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1523316 кл. B 24B 39/00, 1989. *
3. Авторское свидетельство СССР N 1563954, кл. B 24B 39/00, 1990. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Optimization of cylindrical grinding process parameters on C40E steel using Taguchi technique
Kumar et al. Review of analysis & optimization of cylindrical grinding process parameters on material removal rate of En15AM steel
RU2047469C1 (en) Method of working article by surface plastic deformation method
CN218284364U (en) Low-damping rolling cutter for ultrahigh-speed deep metal nanocrystallization
RU2337807C1 (en) Device for static-pulse rolling of screws
RU2458777C2 (en) Method of part surface hardening by burnishing
RU2286240C1 (en) Method of surface plastic deformation
Urgoiti et al. State of the art of different industrial approaches for face grinding applications
RU2337806C1 (en) Static-pulse method for rolling screws
RU2366558C1 (en) Method of flat surface hardening using rotor-type generator of mechanical pulses
RU1755494C (en) Abrasive grinding wheel
RU2296664C1 (en) Process for electric static-pulse treatment
Mardonov INVESTIGATIONS OF THE PROCESS OF SURFACE-PLASTIC DEFORMATION DURING ROTARY PROCESSING
RU2162398C2 (en) Grinding method
SU1632751A1 (en) Method for hardening outer cylindrical surfaces of parts with ultrasonic oscillations
RU2199419C2 (en) Apparatus for blade-abrasive working
RU2283746C1 (en) Device for surface plastic deformation
RU2297317C1 (en) Method of the multi-component shafts rolling
RU2347662C1 (en) Method for static-impulse processing of shafts
RU2296663C1 (en) Electric static-pulse treatment apparatus
RU2324584C1 (en) Method of statico-impulse surface plastic deformation
RU2287424C1 (en) Device for static-pulse surface plastic deformation by rotating tool
RU2409438C2 (en) Needle tool to roll thin-wall hollow articles
Okada et al. Influence of tool feed conditions on surface integrity in roller burnishing with rolling and sliding effects
JPS61293702A (en) Machine tool for cutting cylindrical surface