Разработка комбинированного процесса вибрационной отделочно-упрочняющей обработки деталей: в интервале температур 20-350oС

В решениях ХШ съезда КПСС и ноябрьского 1982 г. Пленума ЦК КПСС указывается на необходимость дальнейшего ускорения темпов научно-технического прогресса и увеличения эффективности производства на базе внедрения новой техники и технологии, повышения производительности труда и качества выпускаемой продукции. Реализация этих мероприятий на практике тесно связана с созданием новых и совершенствованием известных технологических процессов обеспечения качества деталей машин.

Широко распространенные в машиностроении методы обработки материалов резанием, позволяя получить заданную форму, размерную точность и требуемую шероховатость поверхности деталей, имеют ряд существенных недостатков, связанных с нарушением целостности волокон металла, образованием растягивающих остаточных напряжений, неблагоприятными структурными изменениями и т. д. Устранить эти явления (частично или полностью) позволяют способы обработки поверхностным пластическим деформированием (ПЦД), vразвитию которых в нашей стране способствовали работы И. А «Один-га, H.H. Давиденкова, Е. Г. Коновалова, Й. В. Кудрявцева, П. Г. Алексеева, А. И. Бабичева, М. А. Балтер, B.U. Брасдавского, A.A. Ели заве тина, Б. А. Кравченко, А* А. Маталина, Д. Д. Папшева, A.B. Подвея, Ю. Г. Проскурякова, В. В. Петросова, Е. И. Дятосина, Э. В. Рыжова, Э.А. Ca теля, М. М. Саверина, Ю. Г. Шнейдера и др.

Сущность обработки ПЦД, ее возможности, схемы осуществления и влияние на основные эксплуатационные свойства деталей машин достаточно полно изложены в литературе / 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16,17 /.

В последнее время в технологии изготовления деталей машин и приборов о успехом применяется вибрационная отделочно-упрочняюадая обработка (ЙЮУО). Большой интерес специалистов к этоммето-* ду объясняется его широкими технологическими возможностями и существенными технико-экономическими преимуществами. Вибрационная отделочно-упрочняющая обработка используется для создания оптимальных параметров шероховатости, декоративной отделки поверхности, упрочнения вибронаклепом, повышения микротвердости" создания остаточных напряжений сжатия, уменьшения концентраторов напряжений. Особенностями этого способа ПЦД являются высокая производительность, низкая себестоимость, отсутствие вредных условий труда, возможность обработки деталей различной формы и размеров.

Большой вклад в изучение теоретических основ вибрационной обработки и в ее практическое использование внесен А. П. Бабичевым, а также В. А. Анпилоговым, Н. И. Бондарем, O.K. Биргелисом, В. Г. Вайнштейном, И. Ф. Гончаревичем, В. И. Дьяченко, Ю.В. Димо-вым, Л. К. Зеленцовым, Б. Н. Картышевым, Ю. П. Лйбутиным, Н.Т. Ля-ликовой, Д. Д. Малкиным, В. А. Морозовым, И, В. Политовым, В.А.По-видайло, А. П. Сергиевым, Ю. М. Самодумоким, А. П. Субачем, В. П. Устиновым, Б. Б. Ходошем, М. Е. Шаинсюш, В. А. Щигелем, В. В. Якуниным.

Среди зарубежных работ следует отметить / 18,19,20,21,22, 23 /.

Однако объем исследований, выполненных в области вибрационной отделочно-упрочняхцей обработки в металлических средах, значительно уступает соответствующим исследованиям в области виброабразивной обработки. Технологические возможности этого процесса представляются не до конца изученными, что в значительной степени сдерживает его применение в промышленности.

Согласно оовременным представлениям о путях создания оптимальных физико-механических свойств деталей, ответственных засопротивление износу, усталостному и коррозионному разрушениям, перспективным является использование в технологических операциях механической обработки различных видов энергии и схем их воз действия на обрабатывав"" детали. Так сочетание механической энергии пластического деформирования с тепловой энергией нагрева до температур, не превышающих температуру начала рекристаллизации, в ряде случаев создает условия для рационального формирования эксплуатационных свойств (Л.К. Гордиенко, B.C. Иванова, И.В. Кудрявцев). Вместе с тем в литературе отсутствуют сведения о комплексном исследовании вибрационной отделочно-упрочняющей обработки в этом температурном диапазоне. Возникает необходимость изучения технологических возможностей процесса и разработ ки научно-обоснованных рекомендаций по рациональному использова нию активирующих факторов ВиОУО: механических, тепловых и т. д. Создание методики расчета оптимальных режимов процесоа затрудняется сложностью математического описания движения массы загрузки рабочего органа вибрационного станка и случайным характе ром взаимодействия рабочей среды с поверхность" деталей. Недостаточно изученным, требующим накопления и обобщения соответству лщих экспериментальных данных, является влияние амплитудно-частотных и температурных режимов на эксплуатационные свойства деталей, работающих в условиях трения, циклических нагрузок, корро зионного воздействия.

Автор стремился показать эффективность рассматриваемого метода при обработке различного рода изделий промышленного и бытового назначения, в том числе сланной формы, высокой точности, работающих в условиях трения, переменных нагрузок, коррозионного воздействия внешней среды.

Работа выполнена в Ростовском-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институте сельскохозяйственного машиностроения на кафедре технологии машиностроения.

Автор выражает благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору А. П. Бабичеву, а также коллективу кафедры и отдела «Технология машиностроения» РМСХМа за ценные советы и помощь при выполнении исследований. I, СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ1.1, Вибрационная отделочно-упрочнявдая обработка, ее разновидности и влияние на важнейшие эксплуатационные свойства деталей машинСовременное состояние вибрационной отделочно-упрочняющей обработки характеризуется выделением ее в самостоятельную область технологии машиностроения. Непрерывное развитие процесса происходит в нескольких направлениях. Во-первых" постоянно совершенствуется теоретическая база и идет дальнейшее изучение его основных закономерностей. Во-вторых, на этой основе совершенствуются известные и создаются новые разновидности обработки, появляются и исследуются ее новые технологические возможности.

Сущность вибрационной отделочно-упрочншощей обработки представлена на рис. 1.1 / 2,34,25 /. Процесс заключается в механическом взаимодействии обрабатываемых деталей с рабочей средой, помещенной в контейнер вибрационного станка. Детали могут устанавливаться на внешних манипуляторах, крепиться к стенкам контейнера или свободно загружаться в рабочую среду. Контейнер устанавливается на упругих элементах, роль которых чаще всего исполняют цилиндрические и С-образные пружины или пневмобаллоны. Ему сообщается одно, — двух — или трехкомпвнентная вибрация, в результате чего происходит взаимное соударение и скольжение обрабатываемых деталей и рабочей среды.

Разработанные в нашей стране вибрационные станки мощностью от 0,5 до 20 кВт имеют объем рабочих камер от I дм3 до I м3. Образцы станков зарубежных фирм «Вальтер-Троваль» (ФРГ), «Рото-Фи-нишп (Англия), «Шнгборн» (США) достигают объема рабочих камер до 30 м³.

В зависимости от характера выполняемой операции при виброобработке применяются следу щи е рабочие среды: для очистки поверхности, удаления заусенцев, округления острых кромок, шлифования и полирования — материалы, обладающие режущим воздействием (специальные формованные абразивные гранулы, бой кругов различной дисперсности и зернистости, абразив природного происхождения, шяифзерно, шлифпорошок и др.) — дай отделки поверхности, улучшения ее микрогеометрии, отражательной способности, упрочнения наклепом, нанесения покрытий — материалы, обладающие деформирующим действием (ударные тела из проволочной сечки и вв-штамповки черных и цветных металлов, стальные, твердосплавные и стеклянные шарики различного диаметра, стальная и чугунная дробь)* Несмотря на условность такого деления (обработка в абразивных средах также сопровождается деформацией поверхности и слабым наклепом), оно позволяет ограничить анализ большого кокачества технологических процессов обработкой в рабочих средах, оказывающих исключительно деформирующее воздействие.

Приоритет в области изучения теоретических основ этого процесса принадлежит А. И. Бабичеву / 26,27 Л Им определены основные параметры вибравдонной отделочно-упрочняющей обработки, исследованы кинетические характеристики процесса, найдены значения скоростей, ускорений, сил соударение рабочей среды и обрабатываемых деталей, удельных давлений и мгновенных температур в зоне контакта. В настоящее время теория кинематического и динамического расчета вибрационных станков разработана достаточно полно и позволяет определять траектории движения, скорости и ускорения рабочих органов ставков с разнообразными структурными схемами / 28,29,30 /. Этого нельзя оказать о теории моделирования загрузки рабочей среды и задаче оптимизации процесса обработки, которые исследованы еще недостаточно. В работах / 31,32/ воздействия частиц рабочей среды рассматривается как влияние сплошной среды колеблющейся по заданному закону и связанной с обрабатываемыми деталями силами сухого или вязкого трения. Такое представление позволяет управлять массой загрузки, обеспечивая максимальное значение скорости относительного движения и силы сопротивления движению деталей в среде, но оно справедливо лишь для объемной вибрационной обработки в сыпучих (абразивных) рабочих средах. То же можно сказать и о других моделях / 33,34 /На дискретность рабочей среды я необходимость учета ее ударного взаимодействия с обрабатываемыми деталями при вибрационной отделочно-упрочнянцей обработке указывается в работе / 26 /. Предложенное в ней математическое описание энергосиловых параметров правильно отражает физическую сущность процесса, но позволяет оценить только максимально возможные их значения. Кроме того, оценка этих параметров при заданных амплитудно-частотных'режимах требует учета эмпирических коэффициентов, выбор которых * носит субъективный характер. В настоящее время в литературе отсутствуют сведения о вибрационной отделочно-упрочнящей обработке как о процессе, основные параметры которого представляют собой случайные функции условий обработки (амплитуды и частоты колебаний, объема рабочей камеры, характеристик рабочей среды, деталей и др.).

Наиболее полные комплексные исследования по влиянию условий обработки на показатели качества и важнейшие эксплуатационные свойства деталей машин впервые приведены в работах / 35,36,37, 38,39 /• Авторами этих работ установлено, что при обработке в металлических средах происходит сглаживание микронеровностей или округление их вершин. Поверхность деталей характеризуется при этом большой однородностью во всех направлениях и равномерным блеском, увеличивается площадь фактического касания при контактировании и улучшаются маслоудерживащие свойства. В свою очередь это наряду с увеличением микротвердости и перераспределением остаточных напряжений обуславливает повышенную износостойкость деталей при работе в условиях трения. Исследования на трение я износ сталей ШП5, 40Х, 45 С закаленные) в керосиновой и маоляноабразивной средах показывают повышение износостойкости до 5−10 раз при снижении коэффициента трения с 0,1−0,3 до 0,04—0,08. Степень наклепа принтом составляет 30−40 $, а глубина наклепа 40−50 мша. Этими же авторами показана эффективность применения вибрационной отделочно-упрочнящей обработки для повышения долговечности поршневых пальцев тракторных двигателей, зубчатых колес, венцов и соединительных втулок зерноуборочных комбайнов, штампового и режущего инструмента.

Помимо сопротивления износу, в результате обработки повышается сопротивление деталей действию знакопеременных нагрузок.

Так, усталостная прочность стали ШХ15 после обработки увеличивается на 15−20 $, при этом значительно снижается чувствительность к концентраторам напряжений. Бели усталостная прочность виброоб-работа иных гладких образцов из стали 45 (нормализованная) повышается на 7−8 $, то с концентратором напряжений в виде уступа о галтелью на — 22%. Здесь следует отметить, что эффект повышения усталостной долговечности деталей в результате вибронаклепа широко используется в авиационной технологии для упрочнения алюминиевых сплавов и высокопрочных сталей. По данным работ / 4, 40,41,42 / долговечность образцов из сплавов В-95, АК-6ДВТ-1 и др. после вибрационной отделочно-упрочняющей обработки возрастает в 1,6−5 раз, образцов из сталей 30 ХГСНА в 3,5 раза, причем эффект упрочнения сохраняется после анодирования и при испытании в коррозионно-активной среде. Эффективность вибронаклепа при наличии на поверхности деталей покрытий (хромирование, анодирование) и их работе в области малоцикловой усталости отмечается также в работах / 43,44 /. Авторы работы / 45 /, исследуя влияние различных методов обработки на качество поверхности и усталостную прочность деталей из жаропрочных споавов ЭИ 437 и ЭИ 437А, предлагают комплексную технологию, включающую ЭХО с последующей виброобработкой и отмечают ее преимущество перед другими методами. В работе / 46 / вибрационной отделочно-упрочнящей обработке отдается предпочтение перед центробежно-удар-ннм наклепом.

Первые сведения о перспективности совмещения вибронаклепа с низкотемпературным отпуском для повышения усталостной прочности конструкционных сталей содержатся в работе / 47 /. Согласно приведенным в ней данным предел выносливости стали 40Х после вибрационной отделочно-упрочнящей обработки при температуре 160−17(Яс возрастает на 27 $, что выве соответствующего увеличения после обработка при комнатной температуре. Эффективность некоторых разновидностей вибрационной отделочно-упрочняпцей обработки при повышении выносливости образцов из пружинной стали 60С2 показана в работе / 48 /. Этими исследованиями практически ограничиваются сведения о влиянии температурных режимов обработки на долговечность деталей, работающих при переменных нагрузках.

По данным работ / 49,50 / вибрационная отделочно-упрочняю-щая обработка влияет на упругие свойства и стабильность механических характеристик материалов. Так, сплав АВТ-1 после виброупрочнения характеризуется малым уровнем внутреннего трения, хорошей релаксационной стойкостью, стабильностью структуры и малым остаточным формоизменением при нагружении.

Недостаточно освещено в литературе использование процесса для нанесения металлических и неметаллических покрытий. В этой области проведены экспериментальные исследования по совмещению вибрационной отделочно-упрочнящей обработки с нанесением покрытий из суспензий, растворов и порошкообразных материалов* Наиболее разработанными являются технологии получения твердосмазочно-го покрытия дисульфида молибдена с Мо5г) / 51,52 /, обеспечивающего снижение коэффициента трения и повышение износостойкости трущихся пар, и алюминиевого покрытия / 53,54 /, защищающего стальные детали от коррозии. Оба процесса осуществляются всухую путем введения в состав загрузки рабочей камеры порошков соответ-ствуадих материалов и соединения их с поверхностью деталей в результате ударного воздействия рабочей среды. За рубежом получили распространение процессы нанесения олова, цинка, кадмия, ицция во вращающихся или вибрирукхцих контейнерах в жидкостях (так называемый рВеп рСаЯпд) / 55,56 /. Имеются сведения об эффективности полученных виброобработкой слоя Ма^ для повышения работоспособности подшипников качения, гильз гидроцилиндров из тиганового сплава ВТ-20 и слоя алюминия для замены цинковых докры-I тий на деталях из стали 08 кп и СтЗ. Однако недостаточная теоретическая и экспериментальная разработка этих операций, отсутствие надежного в эксплуатации специального оборудования сдерживают широкое внедрение их в производство.

Приведенный аналитический обзор свидетельствует, что в настоящее время сложились представления о характере влияния вибрационной отделочно-упрочвящей обработки на параметры качества и эксплуатационные свойства деталей машин. Общепризнанным является, что этот способ ПОД, воздействуя на поверхностный слой обрабатываемых деталей, снижает шероховатость и улучшает общий микрорельеф поверхности, повышает плотность дислокаций и концентрацию вакансий в кристаллической решетке, изменяет в качественном и количественном отношении уровень оотаточных напряжений, форму, размеры и ориентацию структурных составляющих. Это позволяет использовать процесс для отделки поверхности, повышения ее износостойкости и коррозионной стойкости, увеличения усталостной прочности деталей, стабилизации их геометрических и физико-механических характеристик.

Вместе с тем очевидно, что большие потенциальные возможности способа используются еще не в полной мере* Во многом это связано с отсутствием единого подхода при анализе основных параметров и назначении режимов обработки на различных операциях. Разработанные в настоящее время многочисленные статисхичгсвив модели, связывающие параметры качества деталей с режимами вибрационной отде-лочно-упрочняющей обработки, имеют ограниченное применение вследствие необходимости учета и воспроизводства всей совокупности условий, при которых они были получены. Но и научно обоснованный выбор таких режимов процесса, как амплитуда, частота, продолжи-¦ тельность в полной мере еще не решает задач интенсификации и оптимизации обработки. Большие резервы заложены в комбинирования различных схем процесса, совмещении технологических операций и использовании дополнительных видов энергий — тепловой, магнитной, энергии химических реакций и др. Однако объем теоретических и экспериментальных исследований в этом направлении явно недостаточен. Так, мало изученными являются температурные режимы процесса, их влияние на технологические возможности обработки и эксплуатационные свойства деталей. Дальнейших исследований требуют параметры качества виброобработанных поверхностей, ответственные за износостойкость, коррозионную стойкость и прочностные свойства материала, с целью получения их оптимальных значений для конкретных условий эксплуатации деталей. Не до конца выяснена роль исходной шероховатости поверхности при выполнении различных операций вибрационной отделочно-упрочняющей обработки.

Недостаточный объем теоретических и экспериментальных исследований процесса, учитывающих комплекс температурных и амплитудно-частотных режимов, а также физико-технологические особенности выполняемых операций, заставляет проводить дорогостоящие и длительные эксперименты доя определения оптимальных условий обработки, сдерживает ее развитие и промышленное освоение. 5 связи с изложенным дальнейшее изучение перечисленных вопросов является несомненно актуальным.

1.2, Обзор комбинированных способов упрочняющей обработки поверхностным плаотическим деформированиемСуществует около 120 различных методов упрочняющей технологии, которые подразделяются на механические, физические, химические и комбинированные методы упрочнения / 57 /. Весьма перспективной является комбинированная упрочняющая обработка, основанная на совмещении пластической деформации, нагрева и охлажденияъ одном технологическом цикле-. Пластическая деформащя мохет предшествовать нагреву, осуществляться после нагрева или совместно с ним. При этом формирование свойств материала происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств решетка, которые образуются в процессе пластической деформации. Бели исходить из дислокационной теории, согласно которой свойства материалов в конечном итоге определяются несовершенствами строения (дефектами) решетки, то теоретически комбинация пластического деформирования с каддым видом термической обработки мохет привести к новым специфическим эффектам и будет представлять технический интерес.

Однако, поскольку вопросы термообработки в данной работе не рассматриваются, то для постановки задач исследования приводится анализ литературных источников по комбинированным методам>1- упрочнения, рационально сочетающих поверхностную пластическую деформацию и нагрев до температур, не превышающих температуру V начала рекристаллизации и не связанны^ с полиморфными иди фазовыми превращениями. Необходимо отметить, что данных по поверхностным схемам такой обработки в литературе приводится мало. В связи с этим в аналитический обзор включены также схемы, осуществляемые с объемным пластическим деформированием.

Представленные на рис. 1.2 классификации показывают существование различных сочетаний пластической деформации и нагрева для обработки материалов в разнообразном структурном состоянии. Подробный их анализ и механизм воздействия на обрабатываемый материал достаточно полно изложен в специальной литературе / 58, 59,60,61,62,63,64,65 /.

Согласно современным представлениям / 59 / наибольшему упрочнению металла соответствует такое его состояние, которое обес>-'' ¦ - -.йечивает наибольшую равномерность поглощения энергии кристалли- 1 ческой решеткой я максимальную энергоемкость отдельных объемов металла в процессе деформирования" Ответственными за такое состояние являются: повышенная плотность дислокаций и равномерное распределение их по объему металланаличие дислокационных барьеров в виде границ зерен, субзерен, поверхностей раздела, дисперсных вторичных фаз и др.- уменьшенный размер зерен и образование субструктуры с заблокированными дислокационными границамиувеличенная степень дисперсности вторичных фаз. Стабилизация дислокационной структуры и сохранение упрочненного состояния при работе материала в различных температурно-силовых условиях обеспечиваются перестройкой дислокаций одного знака в полигональные стенки, тормозящие развитие поперечного скольжения и стойкие к дейотвию термических флуктуаций / 61 /.

Большинство авторов считает, что упрочвяадий эффект комплексной обработки мало зависит от того, производят ли отпуск после пластической деформации или во время нее. Но имеются данные / 77 /, свидетельствующие, что для сплавов о низкой энергией дефектов упаковки, имеющих примеся5пластическую деформацию следует проводить при повышенной температуре в области аномальной зависимости механических свойств, что дает больший коэффициент упрочнения.

1.3, Цель и задачи исследованияИзучение состояния вопроса показывает с одной стороны научную обоснованность и принципиальную возможность изменения температурных режимов ППД с целью оптимального воздействия на эксплуатационные свойства деталей, а с другой — отсутствие в литературе работ комплексного характера по исследованию технологических возможностей вибрационной отделочно-упрочнявдей обработки в расширенном температурном диапазоне.

Имеющиеся сведения весьма малочисленны и носят частный характер. В них отсутствует единый подход при определении режимов обработки на технологических операциях, и не нашло достаточного отражения влияние условий обработки на параметры качества ответственных деталей, работающих в условиях действия трения, переМенных нагрузок, коррозионных сред.

В соответствии с поставленной целью в работе необходимо решить следующие задачи:1″ Обосновать технологические возможности вибрационной отде-лочно-упрочнящей обработки в интервале темпера тур: — 20−350⁰.

2. Дать анализ основных параметров процесса.

3. Исследовать особенности формирования поверхностного слоя и установить зависимости показателей его качества с основными параметрами процесса.

4. Разработать модель формирования покрытий из порошкообразных материалов при ВиОУО.

5. Разработать модель процесса обработки и алгоритм расчета режимов операций отделки, упрочнения, нанесения покрытий.

6. Разработать методики исследования, схемы осуществления процесса и конструкции оборудования.

7. Исследовать влияние процесса на геометрические и физико-механические характеристики поверхностного слоя деталей и показатели качества покрытий, 8. Исследовать влияние процесса на основные эксплуатационные свойства деталей машин.

9. Проверить результаты лабораторных исследований в условиях производства и разработать практические рекомендации с целью внедрения результатов исследования в промышленность.

10. Наметить пути дальнейшего совершенствования процесса. Решение этих задач необходимо для научно-обоснованных обобщений и рекомендаций, направленных на совершенствование технологии вибрационной отделочно-упрочнящей обработки.

Амплитуда колебания рабочей камеры — А, мм согласно / 24 / при траектории колебаний, близкой к круговой, определяется по формуле: А = ЧОООтагэА* (2Л)где /77? — масса дебалансов вибратора, кгГд «расстояние от центра масс дебалансов до оси их вращения, м- - круговая частота вращения дебалансов, 1/сек-? — суммарная жесткость свяг1зей виброустановки в вертикальном направлении, Н/ммасеа подвижных частей виброустановки, кг.*па Мбкоэффициент демпфирования в вертикальном направлении. Амплитуда колебаний обычно лежит в диапазоне 0−5 мм.

Частота колебаний рабочей камеры ^ Гц определяется скоростью вращения дебалансовНаряду с амплитудой, частота колебаний характеризует энергетические возможности процесса и лежит в диапазоне 20−50 Гц, что больше собственной частоты колебаний подвижных частей вибро-уотановки.

При отсутствии порошка чаоть энергии, поглощаемая при ударе" определяется коэффициентом восстановления Ку/, ггЭг — КгЭэ-Э, ./-/Гу 'Z £откуда /Г —. (2.8)у К1уПоследнее выражение позволяет оценивать демпфирующее влияние порошков по изменению коэффициента восстановления. 0,5+0,8. Обычно значения Э находятся в диапазоне 0+Ю2 Дж.

Скорость частиц рабочей ореды /4 м/оек, согласно / 2 / определяется формулой:1(2.9) где У р. /г.- скорость рабочей камеры, м/сек-Ку — коэффициент потери скорости по мере удаления от стенок камеры-Ку =0,9677**-¿-у. — расстояние от стенок рабочей камеры, мм.

Максимальные скорости соударения частиц рабочей среды могут достигать значений 1,5 м/оек.

Нетрудно показать, что отношение объема вытесненного металла к объему плоского отпечатка на шероховатой поверхности яри ^^Rmaxü-удет:7 УотпАсоюгде, А с — контурная площадь отпечатка, м2- йгпак0- максимальная высота микровыступов, мё и V — коэффициентыЛ-^-гдубина дискретного отпечатка, м.

Так как глубина внедрения частиц рабочей среды значительно меньше радиуса кривизны лунки, то полученная зависимость будет справедлива и для сферического отпечатка.

Тогда при смятии шероховатости, учитывая отп? 2 й * получим отношение объема вытесненного металла к объему лунки: Соответственно приращение температуры в зоне контакта: А в- (2.12)Локальные вспышки температур на микровнступах способствуют выгоранию адсорбированных наслоений жировых и водных молекул. Их значения при внедрении частиц рабочей среды в шероховатую поверхность могут в 2−15 раз превышать рассчитанные до формуле (2.10).

2.2. Механизм формирования поверхностного слоя и показатели качества обрабатываемой поверхностяПоверхностный слой деталей при вибрационной отделочно-упроч-нявдей обработке формируется в процессе многократного его деформирования частицами рабочей среды. г Известно, что соударение рабочей среды с поверхностью деталей сопровождается образованием на поверхности следов обработки. Характер и размеры этих следов определяются видом рабочей среды и режимами процесса. При обработке в металлических средах (сталь ных шарах) на поверхности детали образуются следы в виде шаровых сегментов (результат прямого удара) и следы каплевидной формы (результат косого удара). Механизм формирования поверхностного слоя характеризуется наложением следов обработки, лередеформиро-ванием гребешков микронеровностей и элементарных участков обрабатываемой поверхности, сопровождающимся изменением остаточных напряжений, структуры и микротвердости. С увеличением времени обработки такие участки равномерно распределяются по поверхности, образуя сплошной деформированный слой / 2,26,83 /.

Несмотря на изучение характера этого процесса в работах / 2, 26,83 /, не до конца выяоненной остается роль исходной шероховатости и температуры обработки в формировании микрорельефа и показателей качества поверхностного слоя. Отсутствуют зависимости, связывающие микрорельеф поверхности и параметра упрочнения с энергией частиц рабочей среды.

Вместе с тем знание энергетических характеристик рабочей среды, отвечающих заданной степени пластической деформации, заданной степени и глубине наклепа, полному смятию микронеровностей походной поверхности и др. является базой научно-обоснованного назначения режимов вибрационной отделочно-упрочнящей обработки на различных операциях. Необходимость учета исходной шероховатости связана с соизмеримостью глубины внедрения частиц рабочей среды и высоты микронеровностей" От получаемого микрорельефа поверхности зависит также эффективность использования процесса для упрочнения и нанесения покрытий. Так виброобработке деталей, работающих при знакопеременных нагрузках, должнаобеспечивать полное смятие исходных микронеровностей, поскольку 1 в большинстве случаев впадины микронеровностей, полученные обработкой резанием, являются концентраторами напряжений.

Для получения расчетных зависимостей введены следующие допущения: — рабочая среда — шары диаметром Д— твердость рабочей среды больше твердости обрабатываемой поверхности— шероховатость рабочей среды меньше шероховатости обрабатываемой поверхности 0,6^/- глубина внедрения рабочей среды в поверхность X много меньше радиуса кривизны в точке контакта— внедрение частицу рабочей среды по нормали к поверхности. При контакт рабочей среды с поверхностью можнорассматривать без учета шероховатости в соответствии с работой / 84 /. (Рта л о максимальная высота неровностей профиля исходной поверхности).

При внедрении частицы на величину РтаХо площадка с/9 совершит работу: су/ь-ДЕ- <*6.

Тогда работа самой частицы при внедрении ее в шероховатую плоскость будет: Поверхность шара в координатах+ '/¿-Д- /= (2.30)Подставив Е из (2.30) в (2.29) и переходя к полярным координатам, получим: После интегрирования:|Ии «.,*шцлДсад /Л**. (231)Отсвда*» V ЛДс.