Development of design methodology of technological process of ball-rod hardening with account for formation of compressive residual stresses

Abstract

Введение. Представлены результаты исследований процесса обработки многоконтактным виброударным инструментом — шарико-стержневым упрочнителем. Описаны методы обработки поверхностным пластическим деформированием, их преимущества. Приведена схема инструмента. Для шарико-стержневого упрочнения выявлены его особенности, технологические преимущества, область применения. Материалы и методы. При проведении теоретических исследований процесса обработки установлены факторы, влияющие на качество поверхностного слоя обработанных деталей. Приведены зависимости для расчёта шероховатости поверхности, глубины упрочненного слоя, степени деформации при обработке шарико-стержневым упрочнителем. При исследовании формирования остаточных напряжений выявлена зависимость для расчета остаточных напряжений, образующихся в поверхностном слое обработанной детали. Результаты исследования. Представлены результаты экспериментальных исследований процесса обработки, необходимых для проверки адекватности приведённых теоретических моделей, а также методика их проведения. Приведены таблица и графики, наглядно подтверждающие хорошую сходимость теоретических и экспериментальных данных (разница не превышает 20%). Остаточные напряжения в поверхностном слое являются сжимающими, что позволяет прогнозировать высокие эксплуатационные свойства обработанных деталей. Величина остаточных напряжений на поверхности детали находится в пределах 130÷200 МПа. Глубина залегания сжимающих остаточных напряжений находится в пределах 0,9-1 мм. Произведены расчеты изменения усталостной характеристики — предельных напряжений цикла по глубине, которая оказывает влияние на величину предела выносливости. Установлено, что обработка деталей шарико-стержневым упрочнителем позволяет повысить предельное напряжение цикла при циклическом нагружении детали на 27-35%. Обсуждение и заключения. Предложенная методика проектирования технологического процесса обработки шарико-стержневым упрочнителем может быть использована при разработке технологии на машиностроительных предприятиях. В соответствии с рекомендациями задаются пределы необходимых параметров качества поверхностного слоя обрабатываемой детали, выбираются параметры шарико-стержневого упрочнителя, натяг и радиус заточки стержня. Производится расчет параметров качества поверхностного слоя. Корректировка выбранных режимов и повторный расчет параметров обработанной поверхности производятся до тех пор, пока все заданные характеристики не будут располагаться в необходимых пределах.