Спосіб обробки сферичних виробів поверхневим пластичним деформуванням

1. Спосіб обробки сферичних виробів поверхневим пластичним деформуванням (ППД), що включає надання обертового руху дисковому інструменту в умовах пластичного контакту його торця з оброблюваним сферичним виробом, який відрізняється тим, що сферичному виробу у вигляді повної сфери надають примусового обертового руху, при цьому його розміщують з виступанням у циліндричній камері, діаметр якої менше діаметра інструмента, який розташовують відносно осі обертання інструмента з ексцентриситетом, а для забезпечення ППД поверхневого шару виробу силу притиску Р інструмента визначають по залежності: Винахід відноситься до технології машинобудування, зокрема до способів кінцевої зміцнювальної обробки заготовок зі сферичною поверхнею з металевих сплавів поверхневим пластичним деформуванням (ППД). Відомий спосіб ППД неповної поверхні сфери, що включає надання обертового руху заготовці і обертовому руху і руху поздовжньої подачі інструменту з деформуючими елементами для забезпечення обробки сфери з натягом [Никифоров А. В., Сахаров В. В. Технологические возможности и перспективы чистовой и упрочняющей обработки упругим инструментом (Машиностроит. Пр-во. Сер. Прогрессивные технол. процессы в машиностроении: Обзорн. информ. / ВНИИТЭМР. Вып. 5). М., 1991 -С.31...33, рис.16-17]. Недоліками описаного способу є: обмежені технологічні можливості, низька продуктивність через низьку твердість системи і, як наслідок, малої точкової плями контакту деформуючих елементів з оброблюваною поверхнею, малої подачі і низька якість обробленої поверхні через нерівномірну обробку, а також обмежені можливості в створенні зміцнених шарів і регулярного мікрорельєфу оброблюваної поверхні, недостатньо велика глибина зміцненого шару і недостатньо високий ступінь зміцнення оброблюваної поверхні. Відомий також найбільш близький по технічній сутності до способу обробки сферичних виробів ППД, що заявляється [патент РФ №2324583, МПК 6 В24В 39/04, опубл. 20. 05. 2008], що включає надання обертового руху дисковому інструменту в умовах пластичного контакту його торця з оброблюваним сферичним виробом, при цьому використовують інструмент, на зовнішній поверхні якого виконана канавка, де закріплена згорнута в кільце циліндрична пружина, інструменту одночасно з обертовим рухом надають поздовжню подачу, а виробу - обертового руху. Недоліками відомого способу є наступне: - обмежені технологічні можливості, обумовлені неможливістю обробки ППД повних сферичних поверхонь, - обмежені технологічні можливості, обумовлені перевагою в процесі обробки тертя ковзання, що є перешкодою для ППД матеріалів, що мають підвищену схильність до схоплювання з інструментальним матеріалом, наприклад, титанових сплавів; - низька продуктивність і точність обробки, об P 11 4 , 2 Th , (19) UA (11) 92693 (13) C2 де T - границя текучості оброблюваного матеріалу; h - необхідна глибина шару деформаційного зміцнення. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що виступання виробу відносно торця камери не перевищує 1/3 його діаметра. 3 92693 4 межені можливості керування твердістю поверхмери повинен в 5-8 разів перевищувати діаметр невого шару, його глибиною і висотою мікронерівоброблюваного виробу при наявності ексцентриностей, що є наслідком низької жорсткості системи ситету між віссю обертання інструмента і віссю і неможливістю використання великих робочих циліндричної камери. Величина ексцентриситету зусиль. повинна визначатися експериментально з урахуВ основу винаходу покладено завдання розванням фрикційних властивостей пари тертя «обширення технологічних можливостей процесу за роблюваний матеріал - інструментальний матерірахунок обробки ППД повних сферичних поверал», а також глибини шару деформаційного хонь, зниження висоти мікронерівностей оброблюзміцнення і, як наслідок, ширини сліду контакту. ваної поверхні, підвищення жорсткості системи і, Наприклад, при обробці сферичного виробу діамеяк наслідок, поліпшення якості обробки і підвитром 28мм із титанового сплаву ВТ 1-0 і викорисщення точності, можливість керування твердістю танні камери діаметром 150мм і інструмента із поверхневого шару і його глибиною за допомогою загартованої сталі для одержання шару деформаширокого варіювання технологічними режимами, ційного зміцнення глибиною 0,5мм оптимальним є можливість використання великих робочих зусиль, ексцентриситет 8мм (3-7% діаметра камери). внаслідок чого збільшується глибина зміцненого При дотриманні умови виступання виробу щошару, формуються в зміцненому шарі сприятливі до торця камери менш 1/3 його діаметра на повестискаючі залишкові напруги, підвищується продурхні оброблюваного виробу повністю виключаєтьктивність процесу, крім того, знижується собіварся можливість появи слідів від контакту із крайкою тість процесу в цілому. камери. Означене завдання вирішується пропоноваНа Фіг.1 представлена схема обробки ППД поним способом обробки сферичних виробів ППД, вної сферичної поверхні виробу; на Фіг.2 - схема що включає надання обертового руху дисковому контакту інструмента зі сферичним виробом. інструменту в умовах пластичного контакту його Обробку сферичного виробу 1 з відпаленого торця з оброблюваним сферичним виробом, у титанового сплаву ВТ 1-0 (Фіг.1) виконували на якому згідно винаходу сферичному виробу у висвердлильному верстаті. Оброблюваний виріб 1 гляді повної сфери надають примусового оберторозташовують із виступанням Н у порожнини цилівого руху, при цьому його розміщують з виступанндричної камери 2, при оптимальному варіанті ням у циліндричній камері, діаметр якої менше реалізації пропонованого способу виступання видіаметра інструмента, який розташовують відносробу 1 щодо торця камери 2 становить менш 1/3 но осі обертання інструмента з ексцентриситетом, його діаметра, діаметр d камери 2 менше діаметри а для забезпечення ППД поверхневого шару виD дискового інструмента 3, який розташовують робу силу притиску Р інструмента визначають по щодо осі обертання інструмента 3 з ексцентрисизалежності: тетом є, величина ексцентриситету є становить 8 2 мм і надають інструменту 3 обертового руху в P 11 4 Th , умовах пластичного контакту його торця з обробде T - границя текучості оброблюваного малюваним сферичним виробом 1 з діаметром d1 із теріалу; силою притиску Р інструмента 3, що забезпечує h - необхідна глибина шару деформаційного ППД поверхневого шару виробу 1 в умовах його зміцнення. примусового обертання, силу притиску Р інструПри найкращому варіанті реалізації пропономента 3 попередньо визначали по наступній залеваного способу виступання виробу відносно торця жності: камери не повинне перевищувати 1/3 його діаметP 11 4 Th2 , , ра. де T - границя текучості матеріалу оброблюВнаслідок реалізації сукупності ознак, що характеризують пропонований спосіб, забезпечуєтьваного виробу 1; ся можливість обробки повних сферичних поверh - глибина шару деформаційного зміцнення. хонь ППД, при цьому досягається також зниження Наприклад, для одержання шару деформаційвисоти мікронерівностей обробленої поверхні, ного зміцнення h=0,5мм у виробі 1 з відпаленого підвищення точності, можливість керування твертитанового сплаву ВТ 1-0 технологічне зусилля дістю поверхневого шару і його глибиною за допопритиску при T=300Па буде дорівнювати Р=855Н. могою широкого варіювання технологічних режиШорсткість поверхні при цьому зменшилася з Ra мів, підвищення продуктивності за рахунок 3,2мкм до Ra 0,32мкм. надання великих робочих зусиль, а також зниженПропонована залежність для визначення техня собівартості процесу й здешевлення виготовнологічного зусилля притиску отримана нами в лення інструмента внаслідок простоти конструкції такий спосіб. Розглянемо виріб 1 - куля із пластичостаннього. Не потрібне застосування спеціальноного матеріалу, здавлена площиною інструмента 3 го складного устаткування. (Фіг.2). У силу малості скривлення області контакту Для забезпечення високої продуктивності і для визначення зусилля притиску інструмента 3, якості обробленої поверхні і поверхневого шару що забезпечує одержання шару деформаційного треба, щоб слід контакту інструмента з оброблюзміцнення заданої глибини, можна використовуваваним виробом послідовно охоплював всю його ти схему вдавлення твердого штампа в пластичповерхню. Необхідною умовою цього є зсув сліду ний півпростір. Уведемо наступні позначення: контакту при кожному оберті виробу щодо попереdк - діаметр плями контакту без урахування днього. Експериментально встановлено, що для напливу; виконання даної умови діаметр циліндричної каР - технологічне зусилля здавлювання; 5 92693 6 h - глибина шару деформаційного зміцнення; dк * kdк (6) Fк - площа плями контакту без урахування наЕкспериментально встановлено, що в діапапливу; зоні розмірів оброблюваних виробів діаметром 25qк - контактний тиск. 50mm, dк* більше dк в 1,05-1,15 рази. Приймемо Тоді k=1,1. P qкFк (1) Тоді, підставляючи (6) і (3) в (5), одержимо Fк h dк 2 / 4 dк 2 (2) (3) Як відомо із задачі Прандля: qк 3 T , де T границя текучості матеріалу оброблюваного виробу 1, якщо матеріал не зміцнений. Але, як показують експерименти, у сильно зміцненому поверхневому шарі граничний контактний тиск досягає 3 T . Тоді контактний тиск на зміцнений поверхневий шар qк * 3qK 6 Т (4) Підставляючи (2, 4) в (1), одержуємо (5) P 4,71 Tdк 2 Формула (5) зв'язує технологічне зусилля з механічними властивостями матеріалу виробу 1 і з діаметром плями контакту. У реальності при пружно-пластичному контакті має місце наплив 4 (Фіг.2), що збільшує площу контакту інструмента 3 з оброблюваним виробом 1 - кулею. (7) P 11 4 Th 2 , Формула (7) дозволяє практично розрахувати технологічне зусилля виходячи із заданої величини глибини шару деформаційного зміцнення. Пропонований спосіб дозволяє розширити технологічні можливості процесу поверхневого пластичного деформування за рахунок забезпечення можливості обробки сферичних виробів, знизити шорсткість обробленої поверхні, збільшити її твердість на значну глибину, підвищити продуктивність за рахунок можливості застосування високих швидкостей обробки, а також знижує собівартість процесу і скорочує витрати на виготовлення оснащення. У результаті обробки виробу, наприклад з відпаленого титанового сплаву ВТ 1-0, твердість поверхневого шару в порівнянні із твердістю серцевини збільшується в 1,8 рази і досягає Hv 2,7ГПа (при твердості серцевини Hv 1,5ГПа. Шорсткість поверхні зменшилася з Ra 3,2мкм до Ra 0,32мкм. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 92693 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601