Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки

Дослідження показали, що при звичайному фрикційному зміцненні сірого чавуну СЧ 20 інструментом з гладкою робочою частиною при використанні як технологічне середовище мінерального мастила зі швидкістю переміщення стола верстату Vст = 2 м/хв, поперечною S = 2 мм/дв. хід та вертикальною t = 0, 1 мм подачами нормальна Py і тангенціальна Pz складові сили зміцнення найменші і становили відповідно 189 Н і 16 H. Поперечна складова Рх сили зміцнення тільки при перших подвійних ходах верстата, тобто у початковий момент зміцнення, рівна 5-9 Н, далі різко зменшується і наближається до нуля. Тому в подальшому Рх нами не враховувалась. При збільшенні t до 0, 3 мм нормальна складова досягає Py = 439 H, а тангенціальна – Pz = 37 H (рис. 4).

Зі збільшенням поперечної подачі зростає величина контакту зміцнювального інструмента та деталі, що призводить до збільшення Py та Pz. Так, при зміцненні з S = 2 мм/дв. хід стола і t = 0, 2 мм Py досягає 312 H, а Pz – 28 H. А при S = 8 мм/дв. хід стола Py і Pz зростають до 564 Н і 45 Н відповідно.

Збільшення швидкості переміщення стола верстата призводить до зростання складових сили зміцнення. Так, при зміцненні з S = 4 мм/дв. хід стола і t = 0, 3 мм із збільшенням Vст від 2 до 6 м/хв Py зросла від 564 Н до 839 Н, а Pz – від 51 до 70 Н.

Висококонцентрований потік енергії у зоні контакту утворюється при високошвидкісному терті інструмента по оброблюваній деталі. Чим вища швидкість обертання інструмента, тим більша кількість теплоти виділяється в зоні контакту за одиницю часу. Досліди показали, що зі збільшенням колової швидкості зміцнювального диска Py і Pz зменшуються. Так, збільшення швидкості обертання диска від Vд = 40 до 80 м/с призводить до зменшення Py від 462 Н до 358 H, а Pz – від 36 Н до 22 H. Зниження Py і Pz зі збільшенням колової швидкості диска і зменшенням швидкості переміщення стола обумовлено підвищенням температури в зоні контакту, зменшенням коефіцієнта тертя й опору метала пластичному деформуванню.

При коловій швидкості диска Vд  40 м/с у зоні контакту виникають недостатні температурно-силові параметри для формування якісного зміцненого шару. При швидкості Vд  80 м/с поверхневий шар металу нагрівається до температур вище температури плавлення і тому частково знімається. Тому не доцільно далі збільшувати лінійну швидкість на ободі зміцнювального інструмента.

Поверхнево активна полімервмісна мастильно-охолоджувальна рідина МХО-64а під дією високих температур і напружень розкладається на іони C2+, H+, Cl2-, O2-, N3- та інші, які адсорбуються на ювенільних поверхнях і дифундують у поверхневі шари зміцнюваного металу. При цьому послаблюється міжатомна взаємодія, змінюється електронна структура, зменшується модуль пружності, полегшується протікання пластичної деформації, посилюються зсувні процеси і захоплюються більші об’єми металу.

Експериментально показано, що при фрикційному зміцненні з використанням як технологічне середовище МХО-64а зі збільшенням t складові Py та Pz зростають, але набагато менше, аніж при зміцненні з застосуванням мінерального мастила. Так, при фрикційному зміцненні сірого чавуну СЧ 20 інструментом з гладкою робочою частиною при Vст = 2 м/хв, t = 0, 1 мм та S = 4 мм/дв. хід стола Py складає 171 Н, а Pz – 39 Н. При збільшенні t до 0, 3 мм Py = 451 Н, а Pz = 39 Н. При збільшенні Vст до 6 м/хв, t до 0, 3 мм та S = 4 мм/дв. хід стола верстата Py = 682 Н, а Pz = 57 Н. При цьому значення складових сили зміцнення є меншими, аніж при зміцненні з використанням мінерального мастила, а, отже, і зменшилися навантаження на підшипники шпиндельного вузла.

На основі проведених досліджень показано, що при імпульсному фрикційному зміцненні інструментом з нарізаними поперечними пазами на робочій частині з використанням як технологічне середовище МХО-64а зі збільшенням вертикальної подачі складові сили зміцнення є набагато менші (у 1, 3-1, 5 разів), аніж при зміцненні інструментом з гладкою робочою частиною при використанні як технологічне середовище мінерального мастила і також МХО-64а.

Характер впливу швидкості переміщення стола верстата Vст на складові сили зміцнення Py та Pz при імпульсному фрикційному зміцненні інструментом аналогічний як і при звичайному зміцненні. У цьому випадку значення Py та Pz є менші, аніж при зміцненні диском із гладкою робочою частиною.

Експериментально показано, що режими фрикційного зміцнення, застосовуване технологічне середовище та форма робочої поверхні зміцнювального диска суттєво впливають на товщину зміцненого шару. Так, при фрикційному зміцненні сірого чавуну СЧ 20 при використанні як технологічне середовище мінерального мастила збільшення t від 0, 1 мм до 0, 3 мм при S = 4 мм/дв. хід стола та Vст = 4 м/хв товщина зміцненого шару  збільшується від 60