Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 11
1.1. Условия эксплуатации штоков 11
1.2. Краткий анализ упрочняющих методов обработки деталей 13
1.3. Упрочнение поверхностей деталей хромированием 18
1.4. Упрочнение деталей методами ППД 25
1.5. Обработка нежестких деталей 29
1.6. Комбинированная обработка поверхностей деталей 32
1.7. Выводы и задачи исследования 40
2. Разработка процесса гальванодеформирующего упрочнения наружных цилиндрических поверхностей и методики исследования 43
2.1. Сущность процесса совмещенного гальванодеформирующего упрочнения 43
2.2. Механизм формирования поверхностного слоя деталей при СПЭЛНУВП 51
2.3. Методика исследования параметров качества поверхностного слоя.53
2.3.1. Разработка методики исследования остаточных напряжений и модуля упругости при СПЭЛНУВП 53
2.3.2. Методика исследования наклепа структуры и дефектности покрытия 60
2.3.3. Методика исследования микрорельефа (шероховатости) поверхности 65
2.4. Методика исследования эксплуатационных характеристик поверхностного слоя 65
2.4.1. Методика исследования прочности сцепления покрытия с 2 металлом основы 65
2.4.2. Методика исследования износостойкости и герметичности 68
2.4.3. Методика исследования коррозионной стойкости 71
2.5. Статистическая обработка результатов испытаний 73
3. Теоретические и экспериментальные исследования параметров качества поверхностного слоя при СПЭлНУВП 76
3.1. Аналитическое моделирование и расчет остаточных напряжений и модуля упругости в поверхностном слое при СПЭЛНУВП 76
3.3. Исследование микрорельефа (шероховатости) поверхности 85
3.4. Исследование микроструктуры и дефектности хромового покрытия при СПЭЛНУВП 91
3.5. Исследование микротвердости по толщине наращиваемого покрытия 95
Выводы: 96
4. Моделирование и оптимизация режимов гальванодеформирующей обработки 98
4.1. Выбор критериев оптимизации 98
4.2. Анализ оптимизации режимов СПЭЛНУВП 99
4.2.1. Оптимизация режимов СПЭЛНУВП для получения заданной микро твердости покрытия 99
4.2.2. Статистический анализ режимов СПЭЛНУВП для прогнозирования величины Ra 106
4.2.3. Установление влияния режима СПЭЛНУВП на величину остаточного напряжения в поверхностном слое (детали) 113
Выводы 117
5. Исследование влияния спэлнувп на эксплуатационные свойства деталей машин 118
5.1. Математическая модель прочности сцепления покрытий 118
5.2. Прочность сцепления хромового покрытия с металлом основы 124
5.3 Герметичность соединений и плавность хода 127
5.4. Исследование износостойкости 128
5.5. Исследование коррозионной стойкости 130
Выводы 131
Основные результаты и выводы 133
Приложения 135
Литература 141
- Краткий анализ упрочняющих методов обработки деталей
- Разработка методики исследования остаточных напряжений и модуля упругости при СПЭЛНУВП
- Исследование микроструктуры и дефектности хромового покрытия при СПЭЛНУВП
- Оптимизация режимов СПЭЛНУВП для получения заданной микро твердости покрытия
Введение к работе
В условиях возрастающей конкуренции на рынке машиностроительной продукции одной из важнейших задач является повышение качества оборудования и, в частности, эксплуатационных свойств их деталей.
Существует целый ряд деталей, например, штоки силовых гидроцилиндров и пневмоагрегатов автомобилей, самолетов, дорожных и строительных машин, судовых дизелей и другие, изготавливаемых из конструкционных сталей и эксплуатирующихся в условиях коррозионного воздействия окружающей среды при знакопеременных нагрузках. Стремление машиностроителей к снижению металлоемкости машин, их массы и размеров, а также расширение функционального назначения отдельных деталей (упругого, компенсирующего, виброизоляционного) привели к тому, что стали широко использоваться детали, отличающиеся непропорциональностью размеров и малой жесткостью в различных сечениях.
В настоящее время, в нашей стране и за рубежом, для обеспечения высоких эксплуатационных показателей, таких деталей, применяют различные упрочняющие технологии.
Наиболее известные, из них, это методы поверхностного пластического деформирования (ППД), нанесения износостойких покрытий, и комбинированная обработка.
Благодаря своим технологическим преимуществам данные методы упрочнения получили широкое распространение и реализуются в машиностроении с помощью различных схем. В то же время весьма важными остаются поиск и внедрение в практику более перспективных и эффективных методов упрочнения поверхностей деталей, среди которых существенное значение приобретают комбинированные методы
упрочняющей технологии, особенно процессы, совмещающие операции обработки, обеспечивающие высокие параметры качества поверхностного слоя и производительность обработки.
Однако, несмотря на перспективность данного направления, сведения о совмещенных процессах упрочнения поверхностей деталей весьма ограничены. Кроме того, отсутствуют модели, описывающие поведение нежесткой детали и состояния ее поверхностного слоя при совмещенных процессах.
Поэтому, исследования, направленные на разработку процесса совмещения хромирования с одновременным послойным упрочнением наносимых износостойких покрытий (хрома) ППД, в частности, вибронакатыванием для длинномерных валов, являются актуальными.
В диссертации рассматривается применение нового способа совмещенного гальвано деформирующего упрочнения (СГДУ) поверхности длинномерных деталей. Целью работы является повышение параметров качества и эксплуатационных свойств цилиндрических поверхностей длинномерных деталей (валов, штоков и др.) при обеспечении высокой производительности их обработки на основе разработки нового способа совмещенной комбинированной антифрикционно-упрочняющей обработки (КАУО), сочетающей операции послойного электролитического хромирования натиранием и упрочнения вибронакатыванием с образованием РМР.
Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи:
1. Проанализировать основные существующие методы повышения параметров качества эксплутационных свойств цилиндрических поверхностей длинномерных деталей машин и повышения производительности их обработки путем совмещения финишных переходов и операций, применения схем обработки с замкнутой
системой силового воздействия, за счет использования многоэлементных инструментов.
На основе структурно-функционального анализа выбрать рациональную конструктивную схему комбинированного процесса упрочнения с совмещением операций хромирования и вибронакатывания наружных цилиндрических поверхностей длинномерных деталей и теоретически обосновать ее основные конструктивно-технологические параметры при обработке.
Создание специализированного экспериментального стенда, обеспечивающего высокое качество поверхностного слоя и производительность совмещенной КАУО (СКАУО) длинномерных деталей типа валы, штоки и др.
Провести теоретико-экспериментальные исследования напряженного состояния (а0Ст) с учетом изменения констант материалов: модуля упругости Е и коэффициента Пуассона и. в процессе СКАУО.
Исследовать влияние конструктивно-технологических факторов и условий обработки на величину и стабильность параметров качества поверхностного слоя, получаемого при СКАУО.
Исследовать влияние геометрических параметров поверхности после предварительной обработки заготовки и процесса СКАУО на прочность сцепления износостойких покрытий с металлом основы и другие характеристики.
Исследовать влияние СКАУО на эксплуатационные свойства длинномерных штоков пневмо- гидроагрегатов: износостойкость, коррозионную стойкость, герметичность и др.
Разработать рекомендации по практическому применению результатов работы.
Методологической основы работы является системный подход к формированию и изучению основных параметров состояния поверхностных слоев и эксплуатационных свойств деталей машин, описанию проектных параметров процессов упрочняющей обработки точных наружных цилиндрических поверхностей длинномерных деталей.
Результаты работы получены путем теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования выполнены на базе научных основ технологии машиностроения, теории ППД и электролиза при гальванических процессах осаждения и натирания металлических покрытий, основных положений теории упругости и пластичности, теории контактного взаимодействия поверхностей, трения и износа, аппарата математической статистики.
Научная новизна работы заключается в следующем:
На основе анализа научных принципов построения прогрессивных методов комбинированной обработки разработаны и теоретически обоснованы физическая модель и способ совмещенного послойного электролитического натирания и упрочнения вибронакатыванием покрытий (СПЭлНУВП) с замкнутой системой силового воздействия многоэлементными инструментами и установка (стенд) для реализации способа при обработке наружных цилиндрических поверхностей длинномерных деталей.
Выявлен механизм и теоретически обоснованы условия СПЭлНУВП, обеспечивающие снижение наводороживаемости поверхностного слоя обрабатываемого изделия, повышение его качественных характеристик (аост, Нц, прочности сцепления покрытий и др.) и эксплуатационных свойств.
Получены математические зависимости для определения неразрушающим методом остаточных напряжений с учетом
изменения модуля упругости 1-го рода Е и коэффициента Пуассона ц. в покрытии и металле основы в процессе СПЭлНУВП. 4. На основе метода планирования эксперимента получены математические модели, оценивающие влияние параметров обработки на геометрические, физико-механические, структурные параметры качества поверхностного слоя, позволяющие прогнозировать изменение этих показателей и эксплуатационных свойств обрабатываемых изделий. На этой основе решена задача выбора рациональных режимов обработки по заданному качеству поверхностного слоя.
Практическая значимость работы:
1. Разработанный новый процесс СПЭлНУВП позволяет
использовать одну единицу технологического оборудования для
нескольких операций и переходов, что обеспечивает сокращение
вспомогательного времени и трудоемкости обработки,
повышение качества и производительности труда, экономии
материальных ресурсов, сокращение себестоимости обработки.
Предложена специализированная экспериментальная установка (стенд) для СПЭлНУВП наружных поверхностей длинномерных деталей, обеспечивающая получение антифрикционного поверхностного слоя.
Предложен технологический процесс упрочнения наружных цилиндрических поверхностей длинномерных деталей с использованием разработанного стенда, который обеспечивает формирование высоких характеристик качества упрочненного слоя, оказывающих существенное влияние на повышение
эксплуатационных свойств высоконагруженных изделий.
На основе полученных математических моделей, отражающих влияние режимов СПЭлНУВП на параметры качества поверхностного слоя (аост, Нм, Ra, микроструктуру и ее дефектность, прочность сцепления покрытий с основой), разработаны технологические рекомендации, обеспечивающие получение заданного качества и эксплуатационных свойств поверхностного слоя штоков пневмо- гидроагрегатов.
Разработаны алгоритм и программа определения напряженного состояния поверхностного слоя, оптимальных режимов СПЭлНУВП для заданных параметров качества поверхности.
Работа выполнялась на основе тематики кафедры "Технология машиностроения" НГТУ на базе Нижегородского машиностроительного завода (ОАО "НМЗ") и направлена на повышение качества и производительности обработки штоков специзделий, их долговечности. Отдельные результаты теоретико-экспериментальных исследований использованы при разработке технологических процессов упрочнения, в частности, наружных цилиндрических поверхностей длинномерных штоков специзделий и переданы для апробации и внедрения в производство. Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий со студентами и магистрами по дисциплинам "Технология машиностроения" (НГТУ), "Ресурсосбережение и малоотходные технологии", "Технология ремонта машин" (НГСХА).
Краткий анализ упрочняющих методов обработки деталей
Долговечность и надежность изделий в значительной степени зависят от качества поверхности, которое определяется геометрическими и физико-механическими характеристиками. Все параметры качества поверхности зависят от технологии обработки деталей.
В настоящее время для повышения качества и эксплуатационных свойств поверхностей деталей, в промышленности находят широкое применение отделочно-упрочняющая обработка методами нанесения износостойких и коррозионно-стойких покрытий, пластического деформирования, комбинированной обработки и др.
Использование таких методов позволяет создавать поверхности с регулярными микрорельефами, малой шероховатостью, высокими физико-механическими характеристиками [3, 7, 51, 54].
Однако, многообразие различных, постоянно повышающихся требований к качеству и эксплуатационным свойствам деталей машин, с одной стороны, а с другой экономия дорогостоящих материалов, энергоресурсов и другое, ставят задачи перед наукой и промышленностью в повышении эффективности обработки, совершенствованию существующих и разработке новых более эффективных методов, направленных на повышение качества изделий и производительности обработки.
Поэтому, в последнее время особое внимание уделяется интенсификации изучения различных поверхностно-упрочняющих методов обработки, разработке и созданию принципиально новых комбинированно-упрочняющих процессов.
К числу основных направлений интенсификации и создания новых методов относятся: использование различных видов энергии, комбинирование нескольких схем обработки, в том числе и с использованием различных видов энергии, вызывающими качественно новые изменения состояния обрабатываемого материала.
Существующие в настоящее время методы упрочнения условно можно разделить на три группы.
К первой относятся все методы поверхностного пластического деформирования (ППД), термической, химико-термической (ХТО) и термомеханической обработки. Применение этих методов вызывает деформационные, структурные, фазовые изменения по химическому составу поверхностного слоя однородного материала детали.
Ко второй группе относятся методы, связанные с нанесением различных твердых покрытий из самых разнообразных материалов-металлов, сплавов, керамики, пластмасс и т.п., в результате чего физико-химическое состояние поверхностного слоя может значительно отличаться от основного материала детали.
К третьей группе относятся комбинированные методы, включающие одновременно два или более методов, принадлежащих к различным группам.
Наибольшее применение в промышленности нашли технологические методы силового воздействия на поверхностные слои детали. К ним прежде всего относятся методы ППД. Эти методы позволяют упрочнять поверхностные слои наружных и внутренних цилиндрических и фасонных поверхностей.
На качество обработанных методами ППД поверхностей большое влияние оказывает кинематическая схема, условия деформирования и характер контакта деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью. Исходя из этого, все применяемые в промышленности способы ППД разделены на три основные группы [55, 69, 72]. К первой группе относятся многочисленные способы обработки деталей шариковыми, роликовыми накатками и раскатками, алмазное выглаживание и др. Пластическое деформирование осуществляется в условиях статического воздействия деформирующего элемента на поверхность заготовки.
Ко второй группе относятся способы, при обработке которыми пластическое деформирование поверхности происходит в условиях вибрационно-статического воздействия деформирующего элемента по поверхности заготовки.
К третьей группе относятся способы упрочнения, основанные на использовании динамической силы удара деформирующего элемента по обрабатываемой поверхности.
Достоинства, эффективность и перспективность всех выше указанных способов ППД подтверждена результатами исследований [64, 169, 50, 6] и практическими экспериментами [65, 67, 72, 62].
К преимуществам методов ППД можно отнести: возможность получения низкой шероховатости поверхности; отсутствие на деформированной поверхности твердых включений, продуктов нароста инструмента, прижогов; высокая сцепляемость поверхности с твердыми покрытиями, наносимыми осталиванием, хромированием; высокие глубина упрочненного слоя, остаточные сжимающие напряжения, микротвердость [97]. К недостаткам этих методов можно отнести: возможность наступления явления перенаклепа, шелушение поверхности, снижение остаточных сжимающих напряжений; трудности в обработке тонкостенных деталей. Технологические возможности методов ППД различны. В зависимости от свойств и материалов деталей, их назначения выбирается тот или иной способ обработки. В связи с тем, что технологические требования на изготовление различны, не всегда можно решить задачу повышения качества и эксплуатационных свойств методами ППД. Существующие отделочно-упрочняющие способы могут быть скомбинированы, для достижения необходимых характеристик. В настоящее время существует ряд методов комбинированной обработки, позволяющих значительно снижать шероховатость поверхности, повышать коррозионную стойкость и износостойкость деталей, увеличивать твердость поверхности.
Разработка методики исследования остаточных напряжений и модуля упругости при СПЭЛНУВП
Эффективность любой упрочняющей обработки во многом зависит от величины и характера распределения благоприятных остаточных сжимающих напряжений стост, для оценки которых применяют различные механические, рентгенографические, физические и другие методы. Но эти методы имеют ряд недостатков: требуют разрушения исследуемой детали, больших затрат времени, труда, средств и др. Кроме того, применяемые при этом расчетные зависимости для определения остаточных напряжений в поверхностном слое предполагают однородность материала по сечению детали (образца) [25,26]. В тоже время комбинированное упрочнение, в частности КАУО [11] ГДО [97,98] и различные процессы ППД [68] приводят к существенным изменениям структуры, физико-механических свойств поверхностного слоя обрабатываемых изделий, и том числе и его констант упругости по глубине. Эти изменения необходимо учитывать для более точной оценки напряженности в поверхностном слое деталей. Поэтому применительно к деталям, поверхность которых упрочняется комбинированным способом (покрытие + ППД), все указанные методы не обеспечивают получение удовлетворительных результатов. Отсюда, возникает необходимость поиска и разработки более точного, простого, нетрудоемкого, а следовательно, не дорогостоящего неразрушающею метода определения остаточных напряжений и характеристик упругости. В основу предложенной методики [46, 4, 24, 33] определения остаточных напряжений и модуля упругости Е(г) по глубине поверхностного слоя типа штоки, цилиндры при совмещенном комбинированном упрочнении положены работы профессоров И.А. Биргера, Г.Д. Деля, Л.И. Дехтяря, B.C. Мухина, А.В. Подзея и другие [ 13, 26, 48]. В общем виде метод основан на замере с помощью тензодатчиков упругой и упругопластической деформаций изделий - цилиндрического образца (рис.5) в процессе синхронного комбинированного упрочнения (послойное нанесение покрытия с упрочнением ППД каждого наносимого слоя) его поверхностного слоя и использовании полученных экспериментальных деформационных кривых: здесь А,(г)=А(г)+ц(г); 0(r)=8(r)+fiA,(r) - приведенные деформации цилиндра в осевом и окружном направлении соответственно; F -элементарная площадь упрочненного слоя в диаметральном сечении на радиусе г, соответствующая деформациям, А, и 0.
Образцы изготавливались из материалов сталь 45 и ЗОХГСА с размерами: наружный диаметр 60 и 90-100 мм, внутренний диаметр 54 и 83-93 мм, длиной 1200 и 1800-2000 мм соответственно. После термообработки цилиндрические поверхности образцов шлифовали по заводской технологии до Ra=0,45 - 0,8 мкм (под хром). На внутреннюю поверхность (Ra=l - 1.25 мкм) клеем БФ-2 наклеивали, по специальной методике [25], 4 тензодатчика (два в осевом 3 и два в диаметральном 4 направлениях) из константовой проволоки с базой 10 мм, сушили в камере при 100-120 С в течении 5 часов (до полной полимеризации клея). Концы датчиков припаивали к колодочкам 5 и через них к экранированным проводам 6, выходящим через втулку 9 к токосъемнику, представляющему собой медные кольца 8, с установленными на них неподвижными подпружиненными щетками 7. Медные кольца крепятся на втулке 9 через набор изоляционных дисков (шайб) с помощью гайки.
Данный токосъемник обеспечивает включение в общую электрическую схему тензометрической установки, рабочих тензодатчиков исследуемых образцов. Установка состоит из электронного измерителя статических деформаций типа АИ-1 с автоматической балансировкой; переключателя типа П-30 и компенсационного цилиндра с тензодатчиками.
Чувствительность измерителя деформаций подбиралась близкой к чувствительности тензодатчиков сопротивления, что позволило сразу получать значения осевой Х(г) и диаметральной 8(г) относительных деформаций непосредственно входящих в расчетные формулы для определения остаточных напряжений.
Перед началом экспериментов оба отверстия цилиндров закрываются притертыми резиновыми пробками, что исключает попадание электролита внутрь образца, но не препятствует деформации его в осевом и диаметральном направлениях в процессе обработки.
Перед обработкой, после подключения цилиндра к общей электрической схеме, с прибора АИ-1 снимались нулевые показания каждого рабочего тензодатчика, они также контролировались замером показаний с компенсационных датчиков, что позволило проверить стабильность показаний прибора и датчиков. Затем прибор прогревали в течении 30 мин и вновь контролировали стабильность показаний тензодатчиков.
Послойное хромирование подготовленных образцов проводим в стандартном электролите. При температуре электролита 60С, плотности тока 400-500 А/дм2. По режимам Р-20, Р-23, Р-26, Р-28 (табл. 1).
Для обеспечения равномерной толщины каждого наращиваемого слоя хрома в пределах 0.01 мм, при общей толщине 0.05-0.1 мм, производили тарирование процесса СПЭЛНУВП. По трем пробным образцам, обработанным по выбранным режимам, строили графики, связывающие толщину наращиваемого слоя хрома, время электролиза и деформацию образца;(рис. 6, 7, 8). Интервал времени между последовательными наращиваниями пробного образца был выбран ориентировочно: 2, 4, 6, 8 и т.д. мин. Каждый раз после наращивания фиксировалась деформация образца, затем образец вынимался из электролита, и производилось измерение толщины его в 3-х точках. При наращивании двух других пробных образцов ориентировались по данным, полученным в первом пробном образце. Упрочнение вибронакатыванием велось на режимах: Р=15-30 хЮ Н; V=20-30 м/мин ; S= 0.07-0.12 мм/об ; А=1.5 мм; п =1400 0б/мИН, R-инстр. =1.5-2 мм.
Исследование микроструктуры и дефектности хромового покрытия при СПЭЛНУВП
С целью изучения структурных превращений, происходящих в поверхностном слое металла и покрытии при гальванодеформационном упрочнении, часть образцов подвергалась металлографическому исследованию.
Изменения структурного состояния по глубине поверхностного слоя в зависимости от способа и режима окончательной обработки фиксировалась снятием микрофотографий.
На рис. 24 показаны исходные структуры (хромирование без ППД) образцов из исследуемых материалов, а на рис. 25 микроструктура поверхностного слоя образцов после СПЭЛНУВП.
Исследования показали, что СПЭЛНУВП вносит существенные изменения в микроструктуру поверхностного слоя и покрытия. Хромирование образцов проводили в стандартном электролите при 50-60С, плотности тока 400-500 А/дм . Упрочнение велось на режимах: Р=10-25 хЮ Н, Исф =1,5-2 мм, V= 20-30 м/мм, S=0.07-0.12 мм/об, А=1.5 мм, п=1400 об/мин. Микроструктуру хромового покрытия исследовали на микроскопе МИМ-8М. Образцы диаметром 60 и 80 мм обрабатывались но следующим схемам: 1) Шлифование Яа=0.63-0.45мкм + Сг (5=50-80 мкм). 2) Шлифование + вибронакатывание (ВН) + хромирование. 3) Шлифование + выглаживание (ВГ) + хромирование. 4) Шлифование + СПЭЛНУВП (послойное нанесение хромового покрытия + упрочнение ППД: выглаживание каждого слоя покрытия). При этом обработка велась по различным схемам: а) шлифование + хромирование (1-й слой =0.01мм) + ВН + нанесение последующих слоев с упрочнением ВН каждого слоя покрытия; б) шлифование + 1 слой хрома (5=0.01 мм) + ВГ + послойное хроми рование с упрочнением ВГ каждого слоя; в) шлифование + ВН + послойное хромирование с упрочнением ВН каждого слоя; г) шлифование + ВГ + послойное хромирование с упрочнением ВГ каждого слоя.
Величину зерна определяли по ГОСТ 5639-82. Результаты исследований приведены в таблице 5.
Анализ результатов проведенных исследований выявил: 1. В хромовом покрытии, нанесенном на шлифованную поверхность, наблюдаются колонки зерен крупного размера 0.0012 мм со сквозными микротрещинами, проходящими через все покрытие (рис.31(a)). На границе раздела хрома с металлом основы образуются крупные и мелкие поры, снижающие сцепление покрытия с металлом основы.
2. При хромировании поверхности, обработанной ППД, формируются плотно прилегающие друг к другу колонки более мелких зерен ( 0.0002мм), вместо сквозных трещин большой протяженности, возникающих при хромировании шлифованной поверхности; появляется сетка микротрещин значительно меньших размеров (рис. 31, (б)). На границе раздела хрома с металлом основы поры и другие дефекты отсутствуют, что в 2-4 раза повышает прочность сцепления покрытия с металлом основы.
3. При СПЭЛНУВП в результате послойного нанесения и упрочнения хромового покрытия толщиной 50-80 мкм (схемы 4а, б, н, г) происходит дальнейшее измельчение и дробление зерен на фрагменты и блоки величиной до 0.00001 мм со сдвигом и ориентацией их в направлении усилия деформирования. В отдельных случаях в поверхностном слое хрома наблюдается незначительное увеличение количества микротрещин, однако, измельчение и взаимное смещение блоком хрома приводит к устранению сквозных каналов в покрытии (рис.32, приложения). Данные изменения структуры и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей, подвергнутых СПЭЛНУВП, приводят к увеличению большинства эксплуатационных показателей надежности и долговечности изделий.
По сравнению с другими способами обработки покрытия ППД, микротвердость поверхности полученной СПЭлНУВП при одинаковых режимах обработки выше на 10-20%.
Это связано, прежде всего, с тем, что при нанесении покрытия идет постепенное упрочнение каждого тонкого слоя покрытия в процессе наращивания, а при обработке традиционными способами ППД, упрочняется сразу вся толщина нанесенного слоя. В результате такой технологии глубина основного металла, также упрочняется на большую глубину.
В месте с тем, пропадает необходимость проведения дополнительных операций ППД до и после нанесения покрытия. Это значительно сокращает время обработки деталей с гальванопокрытием. обработки, приведенные в таблице 3 и сделать следующие выводы по проведенным испытаниям: 1. Предложена методика и выведены формулы, для определения остаточных напряжений ст(г) в цилиндрах при нанесении и упрочнении гальванопокрытий, с учетом изменения модуля упругости Е(г) по глубине слоя. 2. Проведено исследование остаточных напряжений и модуля упругости, на образцах цилиндрической формы по глубине поверхностного слоя, новым неразрушающим поверхность, методом. В результате установлено: а) когда поверхность цилиндра наращивается металлом в интервале от R до гк слой dr содержит напряжения растяжения, в результате его нанесения, CJL = 55 кГс/мм , ат=40 кГс/мм ; б) при нанесении покрытия методом СПЭЛНУВП в поверхностном слое формируются остаточные напряжения сжатия величиной стт =70-100 кГс/мм , о\ =50-80 кГс/мм ; в) величина модуля упругости, поверхностною слоя, возрастает с увеличением слоя покрытия и может менять значения от 2.1-2.5-10"4 кГс/мм , в зависимости от режима обработки; 3. Гальванодеформационная обработка существенно влияет на шероховатость и микрорельеф наносимого покрытия. СПЭЛНУВП на всех режимах приводит к снижению шероховатости, обеспечивает образование РМР, характеризующегося большими радиусами скруглення выступов и впадин. При этом также повышается точность размеров обрабатываемых поверхностей; 4. СПЭЛНУВП оказывает существенное влияние на формирование структуры наносимого покрытия (хрома) и основы металла изделия, повышая тем самым в 2-4 раза прочность сцепления покрытия с металлом основы.
Оптимизация режимов СПЭЛНУВП для получения заданной микро твердости покрытия
Уравнение регрессии для определения Ни может быть представлено в виде полинома: Имеем факторный эксперимент типа 2 , где 2 - число уровней варьирования; 3 - число факторов; N = 23 = 8 - количество опытов. В каждой точке плана проводилось по одному опыту, поскольку измерение параметра оптимизации трудоемко. Уровни и интервалы варьирования данных переменных приведены в таблице 7. Для определения дисперсии ошибки опыта была проведена дополнительная серия опытов (по= 4) при нулевом уровне всех независимых переменных. В данном случае план ФЭ 23 может быть разрешен дробным факторным экспериментом типа 24 1. В этом случае зададимся генерирующим соотношением Тогда определяющий контраст в этом случае можно записать следующим образом: Установление влияния режима СПЭЛНУВП на величину остаточного напряжения в поверхностном слое (детали). При оценке величин остаточных напряжений проводится исследование режимов СПЭЛНУВП, которые способствуют получению сжимающих (отрицательных) напряжений. Так как с точки зрения повышения эксплутационных свойств деталей они являются полезными. Для того чтобы более точно оценить условия обработки необходимо иметь математическую модель исследуемого объекта. Модель объекта получим, используя результаты опытов описанных в разделе 2.3.2.
Установим зависимость величины остаточных аост\ напряжений покрытии и верхнем слое основы от величины усилия Р обработки, радиуса упрочняющего инструмента RHHC. По результатам опытов, выполненных в соответствии с принятым планом эксперимента, оценим коэффициенты уравнения регрессии с двумя факторами. Принятые в исследовании уровни факторов и их кодовые значения указаны в таблице 17. Для оценки коэффициентов уравнения (76) проведен полный факторный эксперимент 2 . Матрица планирования и результаты опытов указаны в таблице 18. 1. Определим среднее арифметическое значение Y для каждой серии опытов [43], результаты запишем в таблицу 18. GTa6n = 0.907, выбранного для ct= 0.05, числа степеней свободы f=n-l=l и общем числе серий опытов N=4 т.е. проверяемая гипотеза подтверждается. 4. Определим дисперсию ошибки опыта. Т. к. дисперсии во всех 5. Определим коэффициенты уравнения регрессии по формулам: 6. Определим среднеквадратичную ошибку коэффициентов уравнения регрессии. Для планов 1 порядка величина этой ошибки одинакова для всех коэффициентов: FT =9.2766 при 5% уровне, т. к. расчетная величина F-критерия меньше его табличного значения, то можно считать, что полученная регрессионная модель адекватно описывает анализируемые экспериментальные данные. 9. Получить регрессионную модель в натуральной системе координат независимых переменных можно, сделав обратное преобразование, получим:
Таким образом, методом планирования эксперимент установлены зависимости для определения твердости покрытия в процессе СПЭЛНУВП (Нц), остаточных напряжений в покрытии (а) и величины шероховатости (Ra) при заданных режимах обработки. Статистический анализ математических моделей состоял из оценки дисперсий воспроизводимости, проверки значимости и коэффициентов полинома с помощью t-критерия Стьюдента и проверки адекватности модели с помощью F-критерия Фишера. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований, показал, что предложенные модели адекватны и позволяют с достаточной точностью прогнозировать изменение величин твердости, остаточных напряжений и шероховатости поверхности. 1. Эксперименты по определению твердости получаемого покрытия подтвердили, что увеличение радиуса инструмента более 2мм уменьшает значение Нц, а увеличение усилия обработки нарушает целостность гальванопокрытия. Установлено, что при оптимальных режимах СПЭЛНУВП, повышает твердость покрытия. 2. Приведенные результаты расчетов величин остаточных напряжений, в сравнении с экспериментальными значениями позволяют сделать вывод, что на величину остаточного напряжения в поверхностном слое покрытия, при обработке СПЭЛНУВП, влияет в большей степени радиус индентора RHIIC, чем усилие обработки. 3. На основании предложенной зависимости шероховатости поверхности от исследуемых факторов можно сделать вывод, что при СПЭЛНУВП, в наибольшей степени на Ra покрытия влияет радиус инструмента и величина плотности тока. Увеличение радиуса инструмента ведет к увеличению значения шероховатости. Повышение же плотности тока снижает шероховатость покрытия. Это подтверждают и эксперименты.
