Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки

На формування зміцненого шару суттєво впливає поперечна подача. При малих поперечних подачах (S  2 мм/дв. хід) білий шар отримується невеликої товщини. При збільшенні подачі до S = 4 мм/дв. хід стола товщина білого шару досягає максимального значення. Подальше збільшення поперечної подачі приводить до зменшення товщини зміцненого шару. При однаковій ширині робочої частини зміцнювального інструмента-диска і різній поперечній подачі, диск проходить по одному і тому ж місцю різну кількість разів. Оптимальною, із точки зору отримання рівномірного, суцільного білого шару найбільшої товщини, кількістю проходження зміцнювального диска по одному і тому ж місцю є 3-4 подвійних ходів стола верстата. Виходячи з цього, поперечну подачу слід вибирати в залежності від ширини робочої поверхні зміцнювального інструмента.

Залежність товщини білого шару від швидкості переміщення стола верстата, так як і від поперечної подачі, має екстремальний характер. При невеликій швидкості переміщення стола верстата (Vст  2 м/хв) відбувається нагрівання поверхневих шарів металу в зоні їх контакту до температур плавлення. При нагріванні металу до температур, близьких до температури плавлення, різко знижується границя міцності матеріалу. У результаті цього частина зміцненого шару знімається і його товщина зменшується. При великій швидкості переміщення стола верстата (Vст  6 м/хв) час дії теплового потоку на одиничну площу контакту різко зменшується, у результаті чого прогрівається невеликий об’єм металу й товщина зміцненого шару є невеликою. Білий шар найбільшої товщини отримується при переміщенні стола верстата Vст  4 м/хв.

Як показали експерименти, температура нагріву поверхневих шарів не є основним визначальним фактором утворення якісних білих шарів. Надмірно висока температура (близька до плавлення) є не бажаною, бо призводить до підвищення пластичності поверхневого шару і часткового його зняття. При низькій температурі (нижче Ас3) фазові перетворення відбуваються не в повному обсязі. На формування зміцненого шару більший вплив має зсувне деформування поверхневого шару. Циклювання теплової енергії і зсувного деформування при імпульсному фрикційному зміцненні призводить до збільшення товщини білого шару в порівнянні зі звичайним зміцненням.

Досліди показали, що при імпульсному фрикційному зміцненні з використанням як технологічне середовище МХО-64а зі збільшенням вертикальної подачі товщина зміцненого шару зростає і при t = 0, 3 мм становить  = 150 мкм. Слід відмітити, що при тих самих режимах зміцнення ми маємо найменші складові зусилля зміцнення, а товщина зміцненого шару найбільша. Так, Py зменшилася у 1, 5 разів, Pz – у 1, 3 разів у порівнянні зі зміцненням з використанням мінерального мастила. Залежності товщини зміцненого шару від поперечної подачі та від швидкості переміщення стола верстата мають також екстремальний характер. Зміцнений шар найбільшої товщини й мікротвердості, яка становила H = 9, 1 ГПа, отримується при зміцненні з S = 4 мм/дв. хід та Vст = 4 м/хв. Характер кривих залежностей подібний як і при зміцненні інструментом-диском з гладкою робочою частиною з використанням як технологічне середовище мінерального мастила та МХО-64а.

Зміцнення плоских поверхонь зразків із сірого чавуну СЧ 20 показало, що зі збільшенням швидкості обертання інструмента-диска від Vд = 40 м/с до Vд = 60 м/с шорсткість знижується від Ra = 0, 92 мкм до Ra = 0, 48 мкм. При подальшому збільшенні швидкості інструмента до Vд = 80 м/с спостерігається деяке підвищення шорсткості поверхні до Ra = 0, 56-0, 68 мкм, помітні незначні напливи і вириви металу на зміцненій поверхні деталі, а також на інструменті.

При збільшенні швидкості переміщення стола верстата шорсткість зміцненої поверхні також зростає. Так, при зміні Vст від 2 до 6 м/хв шорсткість обробленої поверхні збільшується від Ra = 0, 51 до 0, 62 мкм. Зі збільшенням S від 2 до 8 мм/дв. хід стола шорсткість збільшується від Ra = 0, 49 до 0, 65 мкм. При збільшенні величини подачі кількість проходів зменшується і відповідно зростає величина шорсткості обробленої поверхні.

Найбільше впливає на шорсткість поверхні вертикальна подача. Так, із збільшенням t від 0, 1 до 0, 3 мм шорсткість зміцнюваної поверхні зростає від Ra = 0, 39 до 0, 63 мкм. Після електрокорундового шліфування шорсткість незміцненої поверхні становила Ra = 0, 63-0, 87 мкм.

Найбільша шорсткість поверхні отримується при фрикційному зміцненні на повітрі без застосування технологічного середовища. Поверхневий шар металу при зміцненні нагрівається практично до температур плавлення, відбувається схоплювання та виривання металу. Шорсткість поверхні погіршується й складає Rа = 1, 5-2, 2 мкм. При застосуванні в процесі фрикційного зміцнення технологічного середовища шорсткість зміцненої поверхні різко зменшується. При застосуванні мінерального мастила шорсткість зміцненої поверхні складає Rа = 0, 32-0, 65 мкм. Застосування МХО-64а ще більше покращує якість зміцненої поверхні. Шорсткість поверхні при цьому складає Rа = 0, 25-0, 50 мкм.

Мікрогеометрія зміцненої поверхні суттєво покращується при зміцненні дисками з нарізаними на робочій частині поперечними пазами. При входженні в контакт країв паза інструмента-диска з оброблюваною поверхнею відбувається згладжування виступів. Пази захоплюють у зону контакту технологічне середовище, що різко зменшує ймовірність протікання процесів схоплювання, а також збільшує