RU2758713C1 - Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения - Google Patents

Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения Download PDF

Info

Publication number
RU2758713C1
RU2758713C1 RU2021100553A RU2021100553A RU2758713C1 RU 2758713 C1 RU2758713 C1 RU 2758713C1 RU 2021100553 A RU2021100553 A RU 2021100553A RU 2021100553 A RU2021100553 A RU 2021100553A RU 2758713 C1 RU2758713 C1 RU 2758713C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
axis
deforming
rotation
deforming element
Prior art date
Application number
RU2021100553A
Other languages
English (en)
Inventor
Семен Азикович Зайдес
Хыу Хай Нгуен
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Priority to RU2021100553A priority Critical patent/RU2758713C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2758713C1 publication Critical patent/RU2758713C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B39/00Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
    • B24B39/04Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения. Осуществляют сообщение заготовке вращательного движения относительно собственной продольной оси и сообщение продольной подачи рабочему инструменту с деформирующим элементом, имеющим два рабочих профильных радиуса, с созданием им давления на поверхности заготовки. Используют деформирующий элемент в виде двух деформирующих роликов. Ось вращения деформирующего элемента располагают перпендикулярно оси заготовки. Рабочему инструменту сообщают осциллирующее вращение относительно оси, проходящей через плоскость, соединяющую два деформирующих ролика деформирующего элемента и перпендикулярную оси заготовки. В результате обеспечивают увеличение напряженного состояния в очаге деформации и повышение механических свойств материала поверхностного слоя деталей. 4 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам отделочно-упрочняющей обработки наружных поверхностей тел вращения, основанных на поверхностном пластическом деформировании (ППД) при использовании деформирующего элемента рабочего инструмента с новой кинематикой рабочего движения, и предназначено для использования в различных отраслях металлообрабатывающей промышленности.
Наиболее эффективное деформационное упрочнение металлов может быть реализовано путем целенаправленных технологических воздействий на структуру металлов для увеличения плотности дислокаций и создания дислокационной субструктуры, увеличивающей сопротивление сдвига.
Таким образом, пути повышения прочностных свойств металлов заключаются в разработке упрочняющих технологий, обеспечивающих формирование такого структурного состояния материала, при котором максимально реализуются основные принципы дислокационной теории упрочнения. Интенсификация напряженного состояния может быть повышена, если будет усилено деформационное искажение зерен материала.
В практике поверхностного пластического деформирования известны и широко используют две схемы упрочняющей обработки: упрочнение по схеме качения рабочего инструмента и упрочнение по схеме скольжения. При этом заготовке сообщают вращательное движение относительно собственной продольной оси, а рабочему инструменту, оказывающему давление на поверхность обрабатываемой заготовки, сообщают продольную подачу. Упрочнение по схеме скольжения значительно реже используют на практике, так как трение скольжения по поверхности обрабатываемой заготовки вызывает выделение тепла в зоне контакта, что в свою очередь приводит к снижению величины формируемых сжимающих остаточных напряжений, а сами рабочие инструменты интенсивно изнашиваются. Однако, если оценить эти две схемы упрочнения с точки зрения механики процесса и возможности деформационного искажения микроструктуры, то обработка по схеме скольжения должна быть более эффективной.
Из уровня техники известен способ обработки наружной поверхности вращения (Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. Т. 1 / Под ред. В.М. Кована. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1963. С. 513, фиг. 464а), при котором поверхностное пластическое деформирование вращающейся детали осуществляют шариком с постоянным радиальным усилием при сообщении ему движения подачи вдоль оси детали. Причем шарик устанавливается перпендикулярно оси обрабатываемой детали. Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются вращательное движение заготовки вокруг своей оси, продольная подача инструмента параллельная оси заготовки.
Недостатком известного способа обработки является отсутствие возможности усиления искажения зеренной структуры материала, что не позволяет формировать в поверхностном слое детали более повышенную плотность дислокаций и увеличить максимально достижимые значения параметров механического состояния металла при механической обработке.
Известен способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием (Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием / Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, с. 70-116), заключающийся в том, что заготовке сообщают вращение и обкатывают поверхность детали цилиндрическим роликом с приложением постоянной радиальной силы и тормозного момента за счет осуществления продольной подачи рабочего инструмента.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются продольная подача рабочего инструмента параллельно оси заготовки. Заготовке сообщают вращательное движение вокруг своей продольной оси. Инструмент вращается свободно вокруг оси, параллельной продольной оси заготовки.
Недостатком известного способа является снижение качества поверхности заготовки из-за проскальзывания ролика относительно поверхности заготовки, недостаточно высокая износостойкость, прочность и долговечность заготовки, а также наличие некруглости и эксцентриситета заготовки из-за биения при механической обработке.
Известен способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием (Патент РФ №266605, МПК В24 39\04, Опубликовано 06.09.2018), при котором заготовке сообщают вращательное движение относительно собственной продольной оси, а инструменту, оказывающему давление на поверхность обрабатываемой заготовки, сообщают продольную подачу, инструменту дополнительно сообщают вращательное движение относительно оси, проходящей через плоскость, соединяющую деформирующий элемент и перпендикулярно к оси заготовки, при этом используют деформирующий элемент в виде двух деформирующих роликов.
Указанный способ обработки является наиболее близким аналогом и может быть принят в качестве прототипа способа для осуществления поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются продольная подача рабочего инструмента параллельно оси заготовки. Заготовке сообщают вращательное движение вокруг своей продольной оси. Инструменту дополнительно сообщают вращательное движение относительно оси, проходящей через плоскость, соединяющую два деформирующих ролика деформирующего элемента и перпендикулярную оси заготовки.
Недостатком известного способа является снижение качества поверхности заготовки из-за проскальзывания ролика в тот момент, когда ось его вращения совпадает с направлением оси детали. Вращение рабочего инструмента в одном направлении производит слабое искажение зеренной структуры материала, что снижает степень и глубину упрочненного слоя.
Задача заявляемого изобретения заключается в интенсификации напряженного состояния обработанной поверхности и расширении технологических возможностей при локальном поверхностном пластическом деформировании.
Технический результат заключается в увеличении напряженного состояния в очаге деформации за счет изменения кинематики деформирующего инструмента со специальной формой профиля рабочей поверхности, при котором усиливается искажение структуры материала поверхностного слоя. Это объясняется тем, что пластические отпечатки от рабочего инструмента на поверхности детали, представляющие собой фигуру в виде эллипса, постоянно, циклически изменяют ориентацию большой и малой оси. При осциллирующем вращении ролика вокруг оси, перпендикулярной оси заготовки, происходит искажение кристаллической структуры материала за счет сдвига зерен в разных направлениях, что способствует росту дислокаций и повышению прочности поверхностного слоя.
Указанный технический результат достигается тем, что способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения, включающий сообщение заготовке вращательного движения относительно собственной продольной оси и сообщение продольной подачи рабочему инструменту с деформирующим элементом, имеющим два рабочих профильных радиуса, с созданием им давления на поверхности заготовки, согласно изобретению используют деформирующий элемент в виде двух деформирующих роликов, при этом ось вращения деформирующего элемента располагают перпендикулярно оси заготовки, а рабочему инструменту сообщают осциллирующее вращение относительно оси, проходящей через плоскость, соединяющую два деформирующих ролика деформирующего элемента и перпендикулярную оси заготовки, с амплитудой угла α, равного -90°≤α≤90°.
Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция деформирующего элемента, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 представлена схема обработки по предложенному способу поверхностного пластического деформирования заготовки - вала.
Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что деформирующий элемент выполнен в виде двух деформирующих роликов, при этом ось вращения деформирующего элемента располагают перпендикулярно оси заготовки, а рабочему инструменту сообщают осциллирующее вращение относительно оси, проходящей через плоскость, соединяющую два деформирующих ролика деформирующего элемента и перпендикулярную оси заготовки, с амплитудой угла α, равного -90°≤α≤90°.
Рабочий инструмент (фиг. 1) содержит деформирующий элемент в виде двух деформирующих роликов, вершины которых располагается относительно друг друга на расстоянии 1. В процессе обработки первый деформирующий ролик полностью работает в зоне очага деформации, создаваемой вторым деформирующим роликом. При осциллирующем вращении роль деформирующих роликов меняется, происходит усиленный сдвиг кристаллов в разных направлениях, что способствует росту дислокаций, искажению структуры, приводящие к повышению механических характеристик металла в поверхностном слое изделия.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Как видно из схемы обработки (фиг. 2) параметрами режима, определяющими кинематику процесса, являются: частота вращения заготовки (nзаг), подача деформирующего элемента (Sпр), осциллирующая частота деформирующего элемента (nинст). Заготовку 2 устанавливают на токарно-винторезном станке, закрепляют в трехкулачковом патроне 4, подпирают вращающимся центром задней бабки 3. Заготовке придают вращательное движение с частотой nзаг. об/мин. Инструменту 1 одновременно сообщают продольную подачу Sпр, и осциллирующее движение nинст вокруг своей оси. Сущность повышения эффективного упрочнения в очаге деформации состоит в том, что процесс производится путем целенаправленных технологических воздействий на структуру металлов для увеличения плотности дислокаций и создания дислокационной субструктуры, увеличивающей сопротивление сдвигу.
На фиг. 3 и 4 показаны результаты моделирования влияния амплитуды угла осциллирующего вращения α (-90°≤α≤90°) на максимальные значения интенсивности напряжений очаге деформации и степень перемешивания структуры в поверхностном слое. При α=0° происходит минимальное искажение структуры. При α=±20° возникает осциллирующие сдвиговые деформации, растет сила трения, что приводит к повышению интенсивности напряжения в зоне деформации. При α=±45° интенсивность напряжения в зоне деформации усиливается. Наиболее эффективный результат получен при поверхностном пластическом деформировании с α=±90°. В результате внедрения инструмента с осциллирующим вращением металл поверхностного слоя детали при обработке находится в условиях сложного напряженного состояния, испытывает пластическую деформацию с накоплением большого числа искажений.
На фиг. 4 представлены результаты экспериментальных исследований по установлению влияния угла осцилляции рабочего инструмента на степень перемешивания зерненой структуры, которые качественно подтверждают результаты моделирования.
Повышение угла осцилляции свыше 90 градусов приводит к снижению степени упрочнения, так как при наличии продольной подачи рабочего инструмента эффективность сдвига конкретных кристаллов снижается, за счет того, что инструмент переходит к деформации другой группы кристаллов.
Таким образом, способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения при использовании деформирующего инструмента с новой кинематикой рабочего движения обеспечивает значительное увеличение механических характеристик упрочненного слоя с повышением интенсивности напряженного состояния в очаге деформации.

Claims (1)

  1. Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения, включающий сообщение заготовке вращательного движения относительно собственной продольной оси и сообщение продольной подачи рабочему инструменту с деформирующим элементом, имеющим два рабочих профильных радиуса, с созданием им давления на поверхности заготовки, отличающийся тем, что используют деформирующий элемент в виде двух деформирующих роликов, при этом ось вращения деформирующего элемента располагают перпендикулярно оси заготовки, а рабочему инструменту сообщают осциллирующее вращение относительно оси, проходящей через плоскость, соединяющую два деформирующих ролика деформирующего элемента и перпендикулярную оси заготовки, с амплитудой угла α, равного -90°≤α≤90°.
RU2021100553A 2021-01-14 2021-01-14 Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения RU2758713C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100553A RU2758713C1 (ru) 2021-01-14 2021-01-14 Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100553A RU2758713C1 (ru) 2021-01-14 2021-01-14 Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758713C1 true RU2758713C1 (ru) 2021-11-01

Family

ID=78466794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021100553A RU2758713C1 (ru) 2021-01-14 2021-01-14 Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758713C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU659371A2 (ru) * 1976-07-08 1979-04-30 Могилевский Филиал Физико-Технического Института Ан Белорусской Сср Способ обкатывани торовым роликом
DE3843211A1 (de) * 1988-12-22 1990-06-28 Rheydt Kabelwerk Ag Vorrichtung zur aenderung des querschnitts von rundmaterial oder zum glaetten der oberflaeche von rundmaterial
RU2557377C2 (ru) * 2013-07-30 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Ролик обкатной мультирадиусный
RU2657263C1 (ru) * 2017-05-31 2018-06-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Способ поверхностного пластического деформирования
RU2666205C1 (ru) * 2017-12-19 2018-09-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Способ поверхностного пластического деформирования

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU659371A2 (ru) * 1976-07-08 1979-04-30 Могилевский Филиал Физико-Технического Института Ан Белорусской Сср Способ обкатывани торовым роликом
DE3843211A1 (de) * 1988-12-22 1990-06-28 Rheydt Kabelwerk Ag Vorrichtung zur aenderung des querschnitts von rundmaterial oder zum glaetten der oberflaeche von rundmaterial
RU2557377C2 (ru) * 2013-07-30 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Ролик обкатной мультирадиусный
RU2657263C1 (ru) * 2017-05-31 2018-06-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Способ поверхностного пластического деформирования
RU2666205C1 (ru) * 2017-12-19 2018-09-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Способ поверхностного пластического деформирования

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112756707A (zh) 一种超高强度不锈钢齿轮表面复合强化方法
RU2758713C1 (ru) Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения
RU2657263C1 (ru) Способ поверхностного пластического деформирования
RU2666205C1 (ru) Способ поверхностного пластического деформирования
RU2707844C1 (ru) Способ поверхностного пластического деформирования
CN110331266B (zh) 超声液体刀冲击金属材料表面纳米化方法及其专用装置
CN102019545B (zh) 一种轴承滚道面的超精整方法
RU2458777C2 (ru) Способ упрочняющей обработки поверхностей деталей выглаживанием
RU2753807C1 (ru) Способ поверхностного пластического деформирования цилиндрических деталей
CN114182076A (zh) 一种通过预制表面加工纹理的超声滚压表面残余应力调控方法
RU2757643C1 (ru) Способ поверхностно-пластического деформирования наружной поверхности детали в виде тела вращения
RU2458778C2 (ru) Способ формирования нанорельефа на поверхностях деталей двухпереходным выглаживанием
RU2801624C1 (ru) Способ азотирования заготовок из сталей
RU2325261C2 (ru) Комбинированный способ шлифования и поверхностного пластического деформирования
RU2235012C1 (ru) Способ шлифохонингования
SU1243934A1 (ru) Способ поверхностного пластического деформировани
SU1632751A1 (ru) Способ упрочнени ультразвуком наружных цилиндрических поверхностей деталей
Shchepkin et al. Friction welding of austenitic steel fasteners
RU2716329C1 (ru) Способ упрочнения твердосплавного инструмента
Nesterkin et al. Justification of the method of surface plastic deformation to strengthen the surface of the shaft under the cuff during repair
Zaitsev et al. Ultrasonic plastic deformation of steels
RU2319594C1 (ru) Устройство для статико-импульсной обработки фасонных поверхностей
SU952975A1 (ru) Способ поверхностного упрочнени изделий
RU2286240C1 (ru) Способ поверхностного пластического деформирования
Kalchenko et al. Technological methods of improving the quality and productivity of processing car engine parts