Наиболее распространенным методом финишной обработки поверхностей деталей машин является шлифование, причем условия абразивной обработки в значительной степени влияют на триботехнические показатели обработанных поверхностей [1-5]. Обработанная поверхность внешними факторами процесса абразивной обработки (термическим и силовым) переводится в неравновесное состояние. В процессе трения материал детали в микроконтактах поверхностных слоев стремится к более равновесному состоянию благодаря наличию значительной доли дефектной фазы, сформированной при финишной абразивной обработке. Очевидно, что процесс перехода материала из неравновесного состояния (после шлифования) в более равновесное (в процессе приработки поверхностей) в основном и определяет влияние режимов финишной абразивной обработки на триботехнические показатели поверхностей. Этому актуальному и малоизученному вопросу и посвящена данная статья.

Наиболее приемлемым путем формирования неравновесных состояний поверхностных слоев при традиционном шлифовании является изменение глубины шлифования и времени выхаживания поверхности. Указанные параметры определяют интенсивность и длительность термического и силового воздействий абразивной обработки на поверхностный слой. В связи с этим исследования проводились в два этапа.

абразивное шлифование триботехнический показатель

Рис.1. Шлифование периферией круга: 1 - центр станка; 2 - оправка; 3 - образец; 4 - шлифовальный круг

На первом этапе цилиндрические образцы из различных материалов были подвергнуты шлифованию на круглошлифовальном станке 3Е12 электрокорундовым кругом прямого профиля зернистостью 16. Образцы устанавливались на оправке, которая базировалась в центрах станка (рис.1). Перед обработкой каждого образца круг подвергался алмазной правке на выбранных режимах. С каждого образца предварительно сошлифовывался слой материала для устранения влияния технологической наследственности и стабилизации термического и силового воздействий в ходе экспериментов. Силовое и термическое воздействия менялись путем варьирования глубины шлифования и времени выхаживания поверхности. Уровни варьирования указанных факторов определялись с учетом результатов исследований [4].

Рис. 2. Шлифованный образец в шпинделе машины трения МИ-1М: 1 - индентор; 2 - вращающийся образец

Второй этап исследований заключался в проведении триботехнических испытаний шлифованных образцов. Испытания проводились с использованием АСНИ на базе машины трения МИ-1М по схеме "вращающийся диск - невращающийся индентор" (рис.2). Данная АСНИ способна в процессе испытаний регистрировать значения износа поверхности образца и коэффициента трения. Шлифованные образцы диаметром 60 мм и длиной 16 мм имели радиальное биение испытуемых поверхностей относительно базового отверстия 0,005…0,01мм и шероховатость Ra = 0,5…0,6 мкм.

Для исключения влияния износа индентора на результаты испытаний он был выполнен из твердого сплава ВК8 (ГОСТ 19070). Перед каждым испытанием емкость для смазочного материала промывалась бензином и высушивалась на воздухе при нормальной температуре, затем она устанавливалась в испытательную установку и заполнялась новым маслом.

Испытания проводили до полного завершения процесса приработки и накопления не менее 2/3 общего пути трения (или времени испытания), приходящегося на период нормального изнашивания.

Завершение процесса приработки определялось по стабилизации коэффициента трения и скорости изнашивания (выход кривой изнашивания на линейный участок). Остальные условия испытаний представлены в табл.1, а результаты испытаний - в табл. 2.

Таблица 1. Условия триботехнических испытаний

Таблица 2. Триботехнические показатели шлифованных поверхностей

По результатам испытаний оценивались параметры зависимости износа U образца от времени T испытаний, аппроксимированной функцией вида

где А, В - эмпирические коэффициенты:

Сталь 45 Сталь 45 Сталь 12Х18Н10Т Сталь 12ХН3А

(НВ 200.220) (НRC 46…50) (НВ 190…210) (НRC 58…62)

А 2,5/3,4 1,3/2,0 7,8/3,0 1,1/1,5

В 0,64/0,28 0,51/0,22 0,41/0,63 0,48/0,23

В числителе представлены данные, полученные при отсутствии выхаживания поверхности шлифовальным кругом, в знаменателе - при выхаживании в течение 5 мин.

Если имеются отличия в условиях лабораторных испытаний по отношению к эксплуатационным, приводящие к пропорциональному изменению интенсивности изнашивания материала-прототипа и нового материала, обработанного на других режимах шлифования, то параметры А_нэ и В_нэ для нового материала в эксплуатационных условиях можно определить по формулам [6]

где В_нл, А_нл - коэффициенты в зависимости износа от времени для нового материала в лабораторных условиях; В_сл, А_сл - то же для материала-прототипа; В_сэ, А_сэ - то же для материала-прототипа в эксплуатационных условиях (получают на основании эксплуатационной информации).

Анализируя результаты исследований, можно сделать следующие выводы:

1. Режимы шлифования оказывают существенное влияние на триботехнические показатели шлифованных поверхностей (например, интенсивность изнашивания таких поверхностей может меняться от 2 до 3 раз).

2. Увеличение времени выхаживания и снижение глубины шлифования повышает износостойкость обработанных поверхностей вследствие формирования сильно деформированных тонких поверхностных структур.

3. Большей износостойкостью (в 2…3 раза) обладают поверхностные слои с деформированными бейнитными и мартенситными структурами в сравнении с феррито-перлитными или сорбитными структурами.

4. Меньший период приработки (~ в 1,2…1,5 раза) и более высокие триботехнические показатели наблюдаются у образцов, поверхностные слои которых подверглись преимущественно силовому воздействию при выхаживании шлифовальным кругом.

Проведенные исследования позволят повысить износостойкость поверхностей деталей машин и механизмов на стадии их финишной абразивной обработки.

Список литературы

1. Ящерицын, П.И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифованных деталей/П.И. Ящерицын. - Минск: Наука и техника, 1971. - 210 с.

2. Дальский, А.М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей/А.М. Дальский. - М.: Машиностроение, 1975. - 224 с.

3. Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей при шлифовании / С.Г. Бишутин. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 144 с.

4. Бишутин, С.Г. Структурирование поверхностных слоев деталей при финишной абразивной обработке/ С.Г. Бишутин. - Брянск: БГТУ, 2009. - 100 с.

5. Бишутин, С.Г. Износостойкость деталей машин и механизмов: учеб. пособие/ С.Г. Бишутин, А.О. Горленко, В.П. Матлахов; под ред. С.Г. Бишутина. - Брянск: БГТУ, 2010. - 112 с.

6. ГОСТ 23.224-86^*. Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 28 с.

Размещено на Allbest.ru