Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих технологий изготовления высоконагруженньгх зубчатых передач 9
1.1. Причины и основные закономерности изнашивания зубчатых передач... 13
1.2. Варианты технологических процессов изготовления крупномодульных зубчатых колес 21
1.3. Сопоставление методов отделочно-упрочняющей обработки зубьев 28
1 1. Механизм формирования поверхностно-упрочненного слоя зубьев 33
Выводы по главе 1. 38
Глава 2. Обеспечение качества и проюводительности при поверхностно- пластическом деформировании . 39
2.1. Расчет фактической площади контакта и давления при упругом взаимодействии инструмента с зубчатым колесом 39
2.2. Распределение интенсивности деформации детали в зависимости от усилий и формы упрочняющего инструмента 42
2.3. Исследование параметров качества обработки зубчатых колес после ППД 50
2.4. Расчетные формулы показателей параметров качества. 57
2.5.Пути снижения погрешности обработки 61
2.6. Повышение эффективности обработки 63
Выводы по главе 2. 64
Глава 3. CLASS Разработка нового промышленного оборудования и инструмента для деформационного упрочнения зубчатых колес 66 CLASS
3.1. Разработка промышленной упрочняющей установки 66
3.2. Разработка, аналитический расчет и обоснование применения комбинированного инструмента для одновременного упрочнения полного контура зубьев 72
Выводы по главе 3 92
Глава 4. Исследование физикамеханическихи эксплуатащонньгх характеристик упючненных ппд зубчатых колес по новой технологии 93
4.1. Исследование физико-механических характеристик 93
4.2. Теоретические и экспериментальные исследования контактных явлений тяговых зубчатых колес упрочненных методом ППД . 118
4.2.1 .Определение надежности упрочненных зубчатых колес 118
4.2.2. Исследование изгибной усталостной прочности зубьев 120
4.2.3. Испытание на контактную усталостную прочность зубьев 124
42.4. Оценка вероятности безотказной работы зубчатых колес ~. 129
4.3. Эксплуатационные характеристики упрочненных ППД
зубчатых колес. 131
Выводы по главе 4 132
Глава 5. Расчет экономического эффекта от применения отделочно-упрочняющей обработки ппд зубчатых колес 134
Общие выводы по диссертационной работе 138
Опубликованные работы автора по теме диссертации. 140
Литература.
- Варианты технологических процессов изготовления крупномодульных зубчатых колес
- Распределение интенсивности деформации детали в зависимости от усилий и формы упрочняющего инструмента
- Разработка, аналитический расчет и обоснование применения комбинированного инструмента для одновременного упрочнения полного контура зубьев
- Теоретические и экспериментальные исследования контактных явлений тяговых зубчатых колес упрочненных методом ППД
Введение к работе
_ . л
Актуальность работы. Большую роль в развитии машиностроения имеет производство зубчатых колес. Зубчатые колеса составляют основу многих современных машин и механизмов (автомобили, сельхозмашины, металлорежущие станки, редукторы, тяговые передачи электропоездов и др.). Во многих случаях зубчатые колеса определяют технические показатели изделий машиностроения: вес, габариты, надежность и долговечность.
В автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности, где применяются зубчатые колеса небольших модулей, имеется много технических решений повышения надежности и долговечности зубчатых колес при высокой производительности. Однако, при изготовлении крупномодульных зубчатых колес распространение их опыта в современных рыночных отношениях затруднительно.
Повышение надежности и долговечности крупномодульных цилиндрических зубчатых колес является актуальной задачей, обеспечивая экономическую эффективность и конкурентную способность изготовления.
Цель работы. Разработка новой технологии изготовления крупномодульных прямозубых цилиндрических колес общего машиностроения при одновременном упрочнении поверхностей эвольвенты, переходной кривой и впадины зубьев. Это в итоге снизит изгибные напряжения у основания зуба и тем самым будет способствовать значительному повышению работоспособности зубчатых колес и увеличению их долговечности при высокой конкурентоспособности изготовления в условиях рыночной среды.
ЧІШ36-
І И»С НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА Cfli ЗД
~1~
Основные задачи исследования.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Проанализировать существующую технологию и методы отделочно-упрочняющей обработки зубьев.
-
Исследовать технологическую наследственность качества обработки предшествующих операций и их влияние на последующую операцию поверхностно-пластического деформирования.
-
На основе исследования основных закономерностей изнашивания и деформации зубьев крупномодульных зубчатых колес разработать принципы и технологию отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием всего контура зубьев - эвольвенты и впадины.
-
Изучить параметры качества зубьев после поверхностно-пластического деформирования.
Предметом исследования являются физико-механические и эксплуатационные характеристики упрочненных поверхностно-пластическим деформированием боковой поверхности зуба, переходной кривой и дна впадины крупномодульных цилиндрических зубчатых колес.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретическая часть базируется на основных положениях физики твердого тела, положениях теории резания, технологии машиностроения и зубопрофилирования.
Теоретический \ІббЙЄД6ВВНИЯ были подтверждены экспериментальными исследованиями в лабораторных условиях упрочненного слоя (толщина,
-л-
микроструктуры) и контроля качества обработанной поверхности, а также эксплуатационными испытаниями.
Научная новизна исследования состоит в следующем: 1. Разработан и запатентован новый комбинированный инструмент, обеспечивающий значительное повышение качества поверхности эвольвенты, переходной кривой и дна впадины зуба.
-
Разработаны теоретические положения и методики новой технологической операции обработки поверхностно-пластическим деформированием зубьев крупномодульных колес, обеспечивающей их износостойкость и долговечность.
-
Теоретически обосновано распределение интенсивности деформации профиля зуба и переходной кривой в зависимости от усилий и формы упрочняющего инструмента.
-
Разработана методика расчета инструмента и технология его изготовления.
-
Спроектировано и внедрено приспособление к токарному станку для реализации предложенной новой технологической операции по упрочнению всей поверхности зуба.
-
Определены (на основе экспериментальных данных) рациональные режимы при обработке зубчатого колеса: усилие упрочнения, окружная скорость инструмента, величина подачи вдоль ширины зубчатого венца.
Практическая ценность работы заключается в возможности применения как на крупных, так и на мелких предприятиях разработанного метода упрочнения всей поверхности зубьев методом поверхностно-пластического деформирования, позволяющего:
- в короткий срок и с незначительными затратами модернизировать существующее станочное оборудование и использовать его для проведения операции упрочнения;
повысить эффективность работоспособности крупномодульных зубчатых колес на 30...60%;
одновременно получить значительный экономический эффект в связи с повышением срока службы зубчатых передач в условиях рыночной среды.
Результаты исследований поверхностно-пластического деформирования всего контура зубьев внедрены на Московском локомотиворемонтном заводе
Апробация и реализация результатов работы
Основные положения работы доложены и обсуждены на Всероссийской конференции с международным участием «Прогрессивные технологии в машиностроении», Тольятти, ТГУ, 2002 г, на Межвузовской научно-технической конференции Ростов на Дону РГОТУПС, 1998 г., на Межвузовской научно-технической конференции, Иркутск, ИрГТУ, 1999 г., патент №2213148, «Инструмент для поверхностного упрочнения крупномодульных колес пластическим деформированием», от 21 февраля 2002 года.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 126 наименований. Общий объем работы 146 страниц машинописного текста, 48 рисунков,21 таблица.
^~
Варианты технологических процессов изготовления крупномодульных зубчатых колес
Для обоснования применения отделочно-упрочняющей обработки ППД зубчатых колес необходимо исследовать существующие технологии их изготовления.
Заготовки крупномодульных зубчатых колес в основном получают методом горячей штамповки. После предварительной токарной обработки их подвергают закалке с высоким отпуском (улучшению), а после предварительной обработки профиля зубьев червячной модульной фрезой, закалке нагревом ТБЧ рабочих поверхностей зубьев. Предварительное формирование зубчатого профиля может быть также произведено горячим накатыванием на специальном стане [7].
Например, зубчатый венец тяговой передачи или ведомое зубчатое колесо электропоездов (z =73, х = 0,079 или z = 75, х = 0,0694; m = 10 мм; а = 20; b = 120 мм;) изготавливается из конструкционных легированных сталей 45ХН и ЗОХНЗА ГОСТ 4345-71, имеющих соответственно следующие механические свойства: - предел прочности аЬ= 830 МПа и ob 835 МПа; - предел текучести от = 635 МПа и от = 685 МПа; - относительное удлинение 5 == 7 % и 5 = 12%; - относительное сужение у = 20% и у — 35%; - ударная вязкость а = 35 Дж/см2 и а = 30 Дж/см2; - твердость сердцевиныНВ 255...293; - твердость на боковой поверхности зубьев и во впадине HR-Сэ 51,5±3; - толщина закаленного слоя на эвольвентной поверхности h = 4±1мм; толщина закаленного слоя во впадине поверхности h = 1,5=Ымм. Технологическая наследственность, приобретаемая в ходе обработки, влияет на точностные и на прочностные параметры зубчатого венца [41] и требует аналитического исследования. Эти параметры закладываются в начале технологического процесса при получении заготовки, токарной обработке, зубоформировании и при отделочных процессах [36,43].
ГОСТІ 643-81 не определяет величины погрешностей базовых поверхностей, их допустимые отклонения принимаются исходя из опыта и по нормативам допускаемых, погрешностей ГОСТ8.051-81. Это обстоятельство часто приводит к некоторым несоответствиям точности зубчатого профиля колеса и его посадочных поверхностей.
Проанализируем процесс зубофрезерования червячными модульными фрезами, для определения перехода погрешностей элементов технологической системы на зубчатый венец.
Отверстие зубчатого венца является сборочной и технологической базой, а торцевая поверхность установочной базой при обработке и свободной; при сборке. Совместить технологическую базу со сборочной часто не представляется возможным, следовательно, необходимо соблюдать высокую гочность перпендикулярности оси отверстия к базовому торцу [24,33,49,52].. Отклонение перпендикулярности оси отверстия к базовому торцу колеса влечет за собой возрастание погрешности направления зуба и эллипсности делительной окружности. Это обстоятельство способствует отклонению направления зубьев, а также их конусности. Ошибка относительного положения базовых поверхностей может также вызывать, ошибки шага и профиля зубьев.. Погрешности, возникающие в процессе зубофрезерования приводят к завышению припуска под зубошлифование.
Зубофрезерование производится на зубофрезерных станках модели 5К328 червячными фрезами с протуберанцем,,обеспечивающим подрез у основания зубьев глубиной 0,35 мм и радиусом R4,5±0,5 мм. Таким образом, контур впадин (рис. 1.5.) переходит в эвольвентную поверхность не по касательной, а с подрезом на величину несколько большую припуска под зубошлифование. Основание впадины располагается на уровне окружности впадин или несколько ниже.
При зубофрезеровании на обрабатываемой поверхности образуется так называемая ячеистость и характерная огранка профиля из-за многократного воздейсвия производящего контура в процессе обката впадины. Переходная поверхность у основания зуба воспроизводится вершиной зуба червячной фрезы и представляет собой огибающую семейства окружностей — удлиненную эвольвенту со своеобразной огранкой и волнистостью. Затупление инструмента вызывает искажение форм, как эвольвентных участков, так и переходных поверхностей у основания зубьев. Возникающий при этом эффект наклепа оставляет непредсказуемые остаточные напряжения, которые при последующей термической обработке усиливают эффект коробления зубчатого венца [83]. Все перечисленное приводит к созданию неравномерного припуска под чистовую обработку и вызывает погрешность Т2 = Тт + Тф + Ттвч, Где Тт -погрешность при токарной обработке; Тф — погрешность при зубофрезерной обработке; Ттвч — погрешность, вызванная короблением при закалке ТВЧ.
При замере толщины зубьев или длины общей нормали заготовки, обработанных под чистовую обработку (зубошлифование или лезвийная обработка), припуск определяется одновременно на две стороны. Следовательно, неравномерность припуска проявится только в ходе чистовой обработки в виде чернот, определяемых визуально.
При лабораторном исследовании таких параметров, как распределение твердости по обработанной поверхности, остаточных напряжений и микроструктуры часто выявляется то обстоятельство, что после названных, чистовых опрераций, вследствие неравномерности удаляемого слоя, имеются локальные участки, где дефектный слой удален не полностью. Кроме этого в связи с неравномерностью припуска контуры впадин в переходных зонах не симметричны и, следовательно, подрез, образованный протуберанцем фрезы на сторонах: впадин неравномерный. Он может превышать величину радиуса начала активного профиля, и может наблюдаться касание шлифовальным; кругом не шлифуемых участков впадины или даже уступ, которые впоследствии проявляются как опасные концентраторы напряжений, приводящие к снижению изгибной усталостной прочности [48,93].
Рациональный припуск на чистовую обработку дожен находиться в таких пределах (0,3-0,4 мм), что бы с одной стороны он был минимальным,
так как от этого зависит толщина остаточного закаленного слоя, а с другой максимальным, так как возможно получение неоднородного состояния активных поверхностей зубчатого профиля.
Для некоторых тяговых зубчатых передач, например, сельскохозяйственной техники, землеройных машин, вагонов метрополитена, изготавливают зубчатые колеса из улучшаемых: легированных конструкционных сталей без закалки активных поверхностей зубьев. Такие зубчатые передачи . ранее применялись и на: магистральном железнодорожном подвижном составе. В них используется эффект высокого перепада твердости [42]. Твердость активных участков зубчатого профиля малой шестерни НК.Сэ 60-62, а твердость зубьев тягового колеса менее НВ 300. Данная зубчатая: передача имеет право на существование, так как хорошо прирабатывается и может длительно экплуатироваться без внезапных, отказов, таких как поломки и отколы зубьев. Улучшенные зубчатые колеса выдерживают пробеги по 2-2.5 млн., км до восстановительного ремонта, в ходе которого профиль зубьев фрезеруют под ремонтный размер, удаляя сформированный при эксплуатации дефектный слой. Таким образом, их эксплуатационный срок практически удваивается. Проведенные работы по отделочно-упрочняющей обработке Ш1Д таких зубчатых колес [И7], дают основания утверждать,, что в результате отделочно-упрочняющей обработки ГТГЩ, в 1,5-2 раза снижается величина износа активных участков контактирующих, профилей, и на 30-50% поражаемость усталостными выкрашиваниями.
Распределение интенсивности деформации детали в зависимости от усилий и формы упрочняющего инструмента
Имеющийся опыт [70,118] отделочно-упрочняющей обработки ППД зубьев зубчатых колес показал, что одной из основных причин снижения эффективности и широкого внедрения ППД является недостаточно высокая стойкость зубчатых инструментов. Причина отчасти кроется в том, что в процессе обработки зубьев ППД в зоне контакта профилей «инструмент-колесо» возникают значительные удельные нагрузки при относительно высоких скоростях обката. Это приводит к интенсификации процесса изнашивания инструмента.
Для упрочняющего инструмента выбрана сталь ШХ15. Инструменты закаливались до твердости HRCa 60-62. После шлифования зубья подвергались «кластерному» покрытию (покрытие упрочняющих поверхностей алмазным порошком).
Производительность ППД определяется скоростью и подачей. Учитывая, что ширина калибрующей; части инструмента Ь=8 мм, максимальная величина подачи может быть принята не более S=4 мм/об. Минимум подачи также должен быть ограничен S=0,1...0,3 мм/об, так как при предельных: силах прижима (до 45 кН) инструмента возможен перенаклеп, вызванный чрезмерной повторяемостью воздействия на одни и те же участки упрочняемой поверхности. Разработанное нами упрочняющее оборудование (см. гл. 3) позволяет вести обработку зубчатых венцов при скоростях обката V=25...30 м/мин. При увеличении скорости растет контактная температура t=130-150C. Применение охлаждающих жидкостей позволяет снизить температуру примерно на 15...20%. Увеличение производительности при силовом ППД связано с увеличением допустимой силы упрочнения Р$оп.
Если сила прижима направлена односторонне, то она: полностью воспринимается инструментом, обрабатываемой деталью, приспособлениями и узлами станка, и ограничивается жесткостью этих элементов технологической системы.
В силу этого нами при упрочнении используются два инструмента, расположенных на одном уровне под 180.
На изнашивание упрочняющего инструмента существенное влияние оказывает применение СОЖ. Испытания инструментов с применением различных смазок показал, что износ снижается на 15...30%. Причем примерно на 15% при М20 и на 30% при использовании сульфафрезола.
Выводы по главе 2
1. Теоретические расчеты удовлетворительно совпадают с экспериментом и дали возможность определить зависимость фактической площади контакта от нагрузки = в соответствии с формулой (2.3.), что позволяет выбрать рациональные режимы упрочнения ППД (силу упрочнения - Р, кН; скорость обката - V м/мин; подачу - S, мм/об).
2. Математические описания воздействия формы инструмента на обрабатываемую поверхность детали определили наиболее существенные закономерности физических явлений в зоне контакта инструмента с обрабатываемой заготовкой, а также формирование требуемых свойств поверхностного слоя, кривизны поверхности, шероховатости, создание остаточных напряжений сжатия.
3. Предложены и реализованы способы уменьшения износа упрочняющего инструмента за счет разработанных режимов упрочнения ППД.
4. Исследование геометрии контакта и усилий, возникающих при применении ППД, дали возможность рекомендовать, в ряде процессов технологического упрочнения деталей, инструмент, имеющий очертание заходной части профиля в виде параболы.
В главе представлены разработки (выполненные с участием автора) промышленной установки» комбинированного инструмента для одновременного упрочнения эвольвент и переходной кривой зубчатых колес, а также созданы методики расчета геометрических параметров зубоупрочняющего инструмента.
Нами на Московском локомотиворемонтном заводе, была разработана, спроектирована и внедрена в производство промышленная установка в виде приспособлений к токарному станку модели 1М65. Данное оборудование относится к устройствам для отделочно-упрочняющей.. обработки зубчатых колес путем использования сменного комплекта приспособлений, легко встраиваемых в существующее оборудование и дающее возможность использовать его не только на заводах, но на других средних предприятиях, например, в депо. Монтаж всего этого оборудования на базовый станок осуществляется за 15...20 минут.
Обработка зубчатых колес ППД по методу обката на упрочняющей установке выполняется упрочняющими инструментами с жестким межосевым расстоянием или с упругим действием [1,2,3,65.,107]. Применение в данной конструкции схем упругого действия обеспечивает более равномерное распределение сил с меньшей зависимостью от формы заготовки и от точности установки ее на станке. Происходит достаточно равномерное перекатывание зубьев инструмента и заготовки по эвольвентам, при этом обеспечивается более стабильное качество поверхностно-упрочненного слоя зубьев и впадин: между ними.
Разработка, аналитический расчет и обоснование применения комбинированного инструмента для одновременного упрочнения полного контура зубьев
Таким образом, можем построить участок переходной кривой 1 образованный ПРК - червячной фрезой (рис. 3.12).
Переходная кривая, описываемая зубьями упрочняющего инструмента, будет иметь свой контур, причем с явной интерференцией . во впадине. Известно, что интерференция в обычных условиях приводит к утонению зубьев во впадине, но в нашем случае мы можем извлечь пользу, т.е. за счет использования инструмента, имеющего зубья с прогибом, создать необходимые контактные напряжения на поверхности выкружки для обеспечения эффекта упрочнения ППД.
Чтобы принять размерные параметры инструмента для отделочно-упрочняющей обработки ППД зубьев у основания, - построим в тех же полярных координатах Ту и б (см. выше) переходные кривые, образованные производящим зубчатым колесом (ГГЗК). Протуберанец на вершине зубьев (см.рис. 3.8) по аналогии с долбяком, имеет модификацию с кромкой зуба, притуплённой дугой окружности. Прогиб зубьев упрочняющего инструмента под действием интерференции не учитывается. Такая теоретическая кривая 4 (см. рис. ЗЛО) будет очерчена кромкой зуба упрочняющего инструмента для иг обработки ППД впадины, при этом угол станочного зацепления //с изменяется в пределах после зубофрезерования, закалки зубьев ТВЧ и зубошлифования эвольвентных поверхностей \m,Z,(X,S,S) и параметры ПЗК комбинированного упрочняющего инструмента: число зубьев z0 , делительная толщина зуба S0, диаметр вершин dao, радиус скруглення кромки зуба р0, утолщение Д, угол профиля а на делительной окружности эвольвенты модификации.
Диаметр окружности вершин инструмента для отделочно-упрочняющей обработки дна впадины между зубьями (3.20).
Величина сближения осей колеса и упрочняющего инструмента Ah находится в прямой зависимости от усилия упрочнения (чем оно больше, тем Ah больше). Предположим, что зуб упрочняющего инструмента 1 входит во впадину колеса 2 (рис. ЗЛЗ). К упрочняющему инструменту прикладывается сила Q. Под действием этой силы металлы зубчатого колеса и инструмента будут испытывать упругопластическую деформацию, за счет которой точки и к2 инструмента переместятся в соответствующие точки к1 и к2 Следовательно, точка к на вершине зуба инструмента переместится в точку к . Вершина зуба инструмента начнет внедряться в металл впадины упрочняемого колеса. Для того, чтобы упрочнение во впадине осуществлялось равномерно по всему контуру и, чтобы разгрузить вершину зубьев упрочняющего инструмента, величину кк необходимо уравнять с величиной к , в противном случае зубья для упрочнения впадины будут испытывать значительные перенапряжения. Величина, на которую можно уменьшить высоту головки зуба упрочняющего инструмента Ah = кк —klel... (3.21) =
Расчет величины Ah с требуемой точностью, с учетом упруго-пластических деформаций представляет определенную трудность,- так как эта задача предполагает введение ряда округленных эмпирических параметров: механические свойства материалов инструмента и упрочняемого колеса; параметры, обуславливающие трение в местах контакта; непостоянство коэффициента перекрытия в процессе- перекатывания зубчатых профилей и т.п.
Наиболее простым, доступным и достаточно достоверным является экспериментальный метод определения величины Ah , за счет сближения осей зубчатого колеса и инструмента под действием усилия упрочнения, т.е. метод тарирования. С этой целью на оправки комбинированных упрочняющих инструментов устанавливались только элементы (зубчатый инструмент) для упрочнения боковых поверхностей. В таком виде они закреплялись на гидроцилиндрах суппорта и вводились в зацепление с зубчатым колесом.
Измерения величины радиального перемещения Ad = kk упрочняющих инструментов при различных усилиях нагружения производилось индикатором часового типа
Теоретические и экспериментальные исследования контактных явлений тяговых зубчатых колес упрочненных методом ППД
Технологические процессы, включающие отделочно-упрочняюгцую обработку ППД,, положительно зарекомендовали себя и позволяют получить ряд существенных преимуществ, как в производстве, так и в эксплуатации. Параметры качества зубчатых колес, вследствие технологической наследственности погрешностей, зависят от методов и условий обработки зубьев в течение всего цикла.
Наряду с намеченными исследованиями, это явилось задачей определения путей компенсации погрешностей, возникающих на предшествующих операциях. В ходе исследования процессов ППД нами решены задачи по внедрению нового технологического процесса в производство. Изучено влияние технологической наследственности предшествующих операций на качество зубьев, получены граничные параметры качества после зубофрезерования, термообработки и зубошлифования, обеспечивающие степень точности 8-А по ГОСТ 1643-81, Ra l,25...1,6 мкм, требований ОСТ 24.149.03-83 к готовой продукции. Рассмотрено применение конструкций І И материалов упрочняющих инструментов с целью обеспечения их высокой стойкости.
Исследование несущей способности проводилось на образцах, изготовленных из натурных тяговых зубчатых колес, упрочненных ППД, а также на образцах, специально изготовленных и упрочненных по сходной технологии, для проведения испытаний на износостойкость и на контактную вьшосливость.
Микротвердость и равномерность ее распределения на упрочненных поверхностях, характеризуя механические свойства металла, наряду с шероховатостью, микгх структурой и остаточными напряжениями во многом определяет износостойкость, контактную и изгибную усталостную прочность зубьев [80]. Отделочно-упрочняющая обработка І ШД зубьев производится при достаточно высокой поверхностной твердости HRC3=51,5±3 после и низкой пластичности. В таких условиях глубина зоны влияния ПЦЦ уменьшается и протекает при определенных степенях пластической деформации поверхностных слоев без диффузионного перемещения атомов.
Это, с одной стороны, должно снимать упругие внутренние напряжения кристаллической решетки и способствовать снижению поверхностной твердости, а с другой - снижение внутренних напряжений уменьшает давление на остаточный аустенит, обеспечивая его распад и образовывая мартенсит, повышает твердость. Степень влияния этих противоречивых факторов зависит от марки стали, вида; обработки и остаточного аустенита. Для стали с высоким содержанием никеля (ЗОХНЗА) характерно наличие большого количества остаточного аустенита в закаленной структуре (до 30%), что, в конечном итоге, должно способствовать несколько большему повышению поверхностной твердости в результате ППД, чем у стали 45ХН, Факт незначительного повышения твердости закаленной структуры в результате ППД согласуется источниками в литературе [16]. На рис. 4.10 представлена микротвердость поверносгао-упрочненного слоя зубьев зубчатых венцов.
ППД повышает плотность дислокаций в поверхностных объемах металла, затрудняет их перемещение, повышает работу зарождения и развития трещин, повышает уровень сжимающих напряжений, обеспечивает получение текстурованной структуры поверхностного слоя, который по своим свойствам приближается к идеально пластическим материалам. Протекание в нем контактно-усталостного разрушения связано со смещением зон металла по линии скольжения и носит сдвиговый характер. Следовательно, обеспечивается повышение контактно-усталостной прочности за счет демпферной прослойки металла, образованной ППД.
Полученные данные свидетельствуют о восприимчивости результатов во всех случаях и низких значениях ітит, что подтверждает высокое качество поверхнскяно-упрочненного слоя.
При анализе напряженного состояния упрочненный ППД поверхностный слой рассматривался как поликристаллический материал, т.е. упругий континиум (однородная среда) для которой справедлив закон Гука. Напряженное состояние в каждой точке предполагалось детерминированным [116]. Иследование проводилось методом рентгеноструктурного анализа, использующего дифракцию рентгеновских лучей при съемке под разными углами [96].
По результатам расчета дифракционных линий, отснятых в направлениях X, У, Z определены постоянные кристаллические решетки и связанные с ними микродеформации. Ось X совпадает с направлением силы упрочнения, a Z с осью вращения зубчатого колеса. Все измерения проводились для отражения (211). В табл. 4.5 приведены изменения постоянной решетки в зависимости от кристаллографического направления в сравнении с постоянной решеткой эталонного образца.
