Оброблення робочих поверхонь зубчастих коліс поверхнево-пластичним деформуванням

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного

Оброблення робочих поверхонь зубчастих коліс поверхнево-пластичним деформуванням

Паніна В. В.

к.т.н. Дашивець Г.І

к.т.н. Новік О.Ю.

Постановка проблеми

В машинобудуванні найбільш масовими деталями є зубчасті колеса. Тенденція зростання потужності, навантажень і швидкостей в машинобудуванні вимагає розробки зубчастих передач для високошвидкісних машинних агрегатів, що в свою чергу потребує надійності цих передач і вимагає застосування високоміцних зубчастих коліс. Одним з ключових технологічних питань, що підвищують довговічність і технічну готовність мобільних засобів є застосування прогресивних технологічних процесів відновлення деталей, що забезпечують підвищення якості відновлення та ресурсу відремонтованих машин.

Аналіз останніх досліджень. У практиці поверхневого зміцнення склалося і діє понад 130 різних технологій. Обробкою зубчастих коліс для збільшення їх міцності займались такі вчені, як Попова В.В., Кашкаров А.А., Мамонтов В.А., Поветкин В. В., Сушкова О. А. та інш. [1-4]. В своїх роботах вони відобразили статичні та ударні методи зміцнення робочих поверхонь зубчастих коліс. Збитки економіці України може завдавати застосування економічно неефективних методів обробки в зв'язку з обмеженістю інформації, а також протиріч і протилежних тенденцій розвитку окремих технологій.

Формулювання цілей статті. Актуальний напрямок в технічному сервісі - це поверхневе зміцнення і нанесення зміцнюючих покриттів на зубчасті колеса. Мета статті проаналізувати напрямки розвитку поверхневого зміцнення зубчастих коліс, порівняння переваг і недоліків окремих технологій, а також оцінити найбільш перспективні рішення.

Основна частина

У мобільних засобів найбільш навантаженими деталями є зубчасті колеса, які працюють в умовах ударно -циклічного навантаження з ковзанням. Несуча здатність зубчастої передачі визначається такими характеристиками, як контактна міцність, згинаюча втомна міцність і зносостійкість. Тому найбільш частими причинами відмови є втрата міцності зуба, стомлююче вищерблення контактної поверхні та знос профілю зуба.

В умовах експлуатації поверхневий шар деталі піддається найбільш сильному фізико-хімічного впливу: механічному, тепловому, магнітоелектричному, світловому, хімічному і ін. В більшості випадків у деталі починають погіршуватися властивості поверхні (знос, ерозія, кавітація, корозія, втомні тріщини) і інші, руйнування розвиваються спочатку на поверхні. Обробка поверхнево -пластичною деформацією (ППД) є одним з найбільш простих і ефективних способів підвищення експлуатаційних показників деталі і її поверхневого шару зокрема [5].

ППД засноване на здатності металевої поверхні сприймати залишкові пластичні деформації без порушення цілісності металу. ППД один з найбільш простих і ефективних технологічних шляхів підвищення працездатності та надійності деталей машин. Внаслідок ППД підвищуються твердість і міцність поверхневого шару, формуються сприятливі залишкові напруги стиску, зменшується параметр шорсткості Ra, збільшується радіус заокруглення вершин мікровиступів, відносна опорна довжина профілю мікронерівностей і т.і. ППД забезпечує підвищення втомної міцності і витривалості деталі в процесі експлуатації в 1,5...2,3 рази [1].

При статичних методах ППД інструмент впливає на оброблювану поверхню з певною постійною силою, відбувається плавне переміщення вогнища впливу, який послідовно проходить всю поверхню, що підлягає обробці. При цьому інерційні сили не роблять істотного впливу на ППД. До таких методів відносять різні вигладжування, обкатування і розкочування [6].

При ударних методах інструмент багаторазово впливає на всю поверхню оброблення або її частину, при цьому сила впливу в кожному циклі змінюється від нуля або від деякого мінімального значення до максимуму, а в разі локального ударного впливу вогнище деформування може послідовно і рівномірно проходити всю поверхню оброблення, як і в статичних методах. При цьому розрізняють: накатування, вигладжування, калібрування, дорнованіє. Зазвичай в якості інструментів при ППД застосовують шарики, ролики, вигладжувальники, дорни, деформуючі протяжки. При цьому, застосування статичних методів ППД дає меншу товщину деформованого шару, шорсткість поверхнею. При використанні ударних методів ППД можливо досягти більшої ступені зміцнення, що надає збільшення мікротвердості, товщини зміцнюючого шару.

Основні способи ППД представлені на рис. 1.

Обкатуванням і розкачуванням обробляють і зміцнюють циліндричні, конічні, плоскі, фасонні зовнішні і внутрішні поверхні.

а, б - зміцнюючі розкочування і обкатування; в - вигладжування; г - вібраційний наплив і вигладжування; д - поверхневе дорнування; е - дробеструйна обробка; ж - дробеметна обробка; з - ультразвукова обробка дробом; і - відцентрова обробка; к - ударне розкочування; л - зміцнююче карбування; м - вібраційна ударна обробка; н - обробка механічною щіткою. 1 - заготовка; 2 - дріб; 3 - струмінь газу і (або) рідини; 4 - дробемет (турбинка); 5 - ультразвуковий генератор; 6 - опора; 7 - ролики;

n - обертання заготовки і (або) інструменту; s - переміщення заготовки та (або) інструменту;

P - зусилля деформування;

^ - напрямок різного виду рухів

Рис. 1. Основні способи ППД

З аналізу численних видів покриттів і технологій їх нанесення випливають негативні явища, які необхідно враховувати при виборі альтернативних варіантів поверхневого зміцнення зубчастих коліс [711]:

зниження міцності основного матеріалу;

деформаційні повідці, викривлення і необхідність фінішних операцій;

відмінності властивостей покриттів залежно від способу зміцнення.

Характерною особливістю методів поверхневого зміцнення є те, що не вдається отримати одночасного підвищення всіх експлуатаційних властивостей зубчастих коліс для всіх режимів експлуатації. Тому рекомендують діференційований підхід цільового застосування технологій для підвищення окремих службових характеристик - зносостійкості, контактної і згинальної міцності [2].

Комбіновані методи найбільш ефективні для підвищення контактної і згинальної втомної міцності деталей машин. До таких способів відносяться гартування струмами високої частоти, термічна або хіміко-термічна обробка (цементування, ціанування, азотування) з подальшою обробкою ППД. Загальним недоліком кожного з них є утворення на поверхні, внаслідок термічних або інших видів впливу, хаотичних, випадково розташованих мікрорельєфів [12, 13]. Таким чином, актуальним є отримання зміцненого поверхневого шару з великими глибиною і ступенем зміцнення. Такі характеристики поверхні найбільш доцільно отримати при використанні способів ППД на основі вібраційних коливань обробного інструменту. Найбільш поширеним методом нанесення регулярного мікрорельєфу є метод вібраційного накочування. Метою обробки зубчастих коліс за даним методом є утворення на робочих поверхнях зубів системи синусоїдальних канавок, показаних на рис. 2: мікротвердості, утворення сприятливих стискаютчих залишкових напруг і зменшення шорсткості поверхні [14 -17].

Рис. 2. Система синусоїдальних канавок на робочій поверхні зубів Основою вібраційного зміцнення є динамічний характер протікання процесу, що супроводжується безліччю мікроударів робочого інструмента або частинок робочого середовища по поверхні оброблюваних деталей. При цьому забезпечується пластичне деформування поверхневого шару, що призводить до підвищення

Також слід зазначити, що обробка ППД з застосуванням вібраційних коливань обробного інструменту забезпечує поліпшення фізико-механічних властивостей оброблюваної поверхні. Це відбувається за рахунок циклічного впливу вібрацій на деталь, що оброблюється через робочий інструмент [18-20].

Спосіб обробки має ряд переваг:

Створення регулярного мікрорельєфу, який утворюється як слід руху деформуючого елемента, що контактує з оброблюваної поверхнею.

Сприятлива практично для всіх умов експлуатації форма нерівностей регулярних мікрорельєфів.

Можливо управляти такими параметрами поверхні як фактична її площа і фактична площа контакту, і створювати високочисті поверхні достатньої маслоемності, виключати явища молекулярного зчеплення, адгезії, фреттінгкоррозії.

Відсутність перерізання волокон металу, незначний нагрів його поверхневого шару, зміцнення за рахунок наклепу і стискаючих напруг, відсутність шаржування в поверхневому шарі сторонніх частинок.

В результаті вібронакатування досягається значне збільшення ресурсу роботи передачі, що позитивно позначається на економії коштів і часу.

Висновки

зубчастий колесо мікрорельєф

Мікрорельєф, сформований віброобробкою, підвищує плавність роботи рухомого сполучення за рахунок зниження коефіцієнта тертя в 1,6 ... 2,2 рази. При сухому терті канавки працюють як пастки, що затримують в собі продукти зносу, пил і абразивні частки, завдяки чому усувається їх абразивна дія. Створення регулярного мікрорельєфу на обох поверхнях пари тертя підвищує зносостійкість сполучення в середньому в 2 рази.

Список використаних джерел

Попова В.В. Поверхностное пластическое деформирование и физикохимическая обработка: Учебное пособие. Рубцовск, 2013. 98 с.

Кашкаров А.А., Мамонтов В.А. Методика исследования влияния шероховатости переходных поверхностей зубьев, упрочненных поверхностным пластическим деформирование, на их изгибную выносливость. Пробл. динамики и прочности исполнительных механизмов и машин: Материалы научн. конф. Астрахань: АГТУ. 2002. С. 278-280.

А.С. № 23770, Поветкин В. В., Сушкова О. А. Способ упрочнения зубчатых колес. Опубликован 14.09.2012. Бюллетень № 9.

А.С. № 33654 Поветкин В.В., Сушкова О.А., Ибрагимова З.А. Способ упрочнения зубчатых колес привода шаровых мельниц. Опубликован 26.12.2014. Бюллетень № 12.

Cao, S. C., Zhang, X., Lu, J., Wang, Y., Shi, S.-Q., Ritchie, R. O.

Predicting surface deformation during mechanical attrition of metallic alloys. Npj Computational Materials, 2019, 5 (1). doi:

https://doi.org/10.1038/s41524-019-0171-6

Ляшенко Б.А., Посвятенко Э.К., Довжук С.А., Златопольский Ф.Й. Основные направления развития поверхностного упрочнения зубчатых колес. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, 2011. Вип. 24, ч. ІІ С.8.

Guo Rui, Wang Ronghua. Дробеструйная обработка зубчатых колес. Jinshu rechuli=Heat Treat. Metals. 2001. № 6. C.21-23.

Поветкин В.В. 1, Керимжанова М.Ф., Ибрагимова З.А., Даиров

А.А., Исаева И.Н. Повышение износостойкости поверхностей зубчатых зацеплений методами энергетической активации. http://konf -

sev.donntu.org/sbornik/Pdf_2_15/076-081 .pdf

Ariura Yasutsune, Morikawa Hiroshi. Качество поверхности колес после дробеструйной обработки. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. C. 2000. № 643. Рр. 240-247.

Kovaci, H., Bozkurt, Y. B., Yetim, A. F., Aslan, M., Зelik, A. The effect of surface plastic deformation produced by shot peening on corrosion behavior of a low-alloy steel. Surface and Coatings Technology, 2019. 360, 78-86. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.01.003

Hu, J., Shimizu, T., Yoshino, T., Shiratori, T., Yang, M. Ultrasonic dynamic impact effect on deformation of aluminum during microcompression tests. Journal of Materials Processing Technology, 258, 144154. doi: https://doi.org/ 10.1016/jjmatprotec.2018.03.021

Nadano Hiromasa. Повышенная стойкость азотированных ножек зубьев цилиндрической передачи из нержавеющей SUS440C стали. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. Рр. 2002, №680. C.1840-1847.

А.С. № 1238410, Сорокина Т.Н. Волков В.И. Способ упрочнения металлических деталей. Опубликован 01.20.2006. Бюллетень № 10.

Kelemesh, A., Gorbenko, O., Dudnikov, A., Dudnikov, I. Research of wear resistance of bronze bushings during plastic vibration deformation. Eastern European Journal of Enterprise Technologies, 2017, 2 (11 (86)), 16-21. doi: https://doi.org/ 10.15587/1729-4061.2017.97534.

Oleksii Novyk, Valeriia Panina, Halyna Dashyvets and Andriy Bondar. Increase in Durability of Motor Crankshaft Pin Surface by Vibrorolling. Modern Development Paths of Agricultural Production. Springer Nature Switzerland AG. 2019. P.177-182.

Дідур В.В., В'юник О.В. Спосіб підвищення післяремонтної довговічності шестеренних насосів. Праці ТДАТУ. Вип. 19, том 4. Мелітополь, ТДАТУ, 2019. С.110-117.

Новік О.Ю., Паніна В.В., Дашивець Г.І. Обґрунтування режимів вібронакатування поверхонь деталей циліндро-поршньової групи двигуна. Вісник Українського відділення Міжнародної академії аграрної освіти. Херсон: ОЛДІ-ПЛЮС, 2017. Вип.5. С.50-56.

Дудников, А. А., Дудник, В. В., Келемеш, А. А., Горбенко, А. В., Лапенко, Т. Г. Повышение надежности деталей машин поверхностным пластическим деформированием. Вібрації в техніці та технологіях, 2017, 3 (86), С.74-78.

Журавель Д.П., Бондар А.М. Методичні вказівки до самостійної роботи з навчальної дисципліни «Триботехніка». Мелітополь: ТОВ «Колор Принт», 2019. 112 с.

Размещено на Allbest.ru