Исследование остаточных напряжений при ультразвуковорезьбонарезании

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В. В. Головкин, к-т техн. наук, О. В. Ромашкина ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОРЕЗЬБОНАРЕЗАНИИ
Самарский государственный технический университет, tms@samgtu. ru
Для формирования благоприятных по величине остаточных напряжений необходимо производить нарезание резьбы с радиальными колебаниями, а при использовании многолезвийного инструмента — с осевыми.
Ключевые слова: Качество поверхностного слоя резьбовых деталей
It is necessary to make for formation of residual pressure favorable on size нарезание carvings with radial fluctuations, and at use multiedge the tool — with axial.
Keywords: Quality of a blanket of carving details
Эксплуатационные характеристики резьбовых деталей в значительной степени зависят от качества поверхностного слоя, формируемого в процессе изготовления.
Учитывая, что большинство резьбовых соединений работает в условиях знакопеременных нагрузок, первостепенное и доминирующее влияние на работоспособность резьбы оказывают остаточные напряжения.
Остаточные напряжения в резьбе определялись по специальной методике. В основе метода положено широко применяющееся удаление химическим травлением части поверхности исследуемого образца и измерение при этом возникающих деформаций. Деформации возникают при удалении напряженного поверхностного слоя некоторой толщины во впадинах резьбы, являющихся концентраторами напряжений.
При помощи ультразвуковых резьбовых устройств, показанных на рис. 1 и 2, осуществлялось нарезание наружных резьб М6 на калиброванных прутках из титанового сплава ВТ 16 в состоянии поставки.
Нарезание резьб проводилось при различных ультразвуковых технологических параметрах и при сообщении резьбообразующему ин-
Рис. 2. Ультразвуковое устройство для нарезания резьбы резцом с радиальными и тангенциальными колебаниями
струменту радиальных, осевых и тангенциальных колебаний. Для сопоставления результатов проводилось также нарезание резьбы без сообщения инструменту ультразвуковых колебаний.
Меридиональные остаточные напряжения определялись по следующей формуле:
С
сф =
Xp (a)
df (a) da
где С — коэффициент, зависящий от материала и геометрических параметров образца- хр (а) -коэффициент, учитывающий масштабный фактор. Коэффициент С определяется следующим образом:
с =------------?
(1 + И)(1 — 2и)
l l2 (L -1) — + - P 2P
Рис. 1. Ультразвуковая установка для нарезания наружных резьб с осевыми колебаниями
На рис. 3 и 4 приведены графики распределения меридиональных (осевых в наименьшем сечении) остаточных напряжений о0ст по глубине поверхностного слоя, а во впадинах резьбы.
Рис. 3. Эпюры формирования остаточных напряжений при нарезании резьбы с осевыми ультразвуковыми колеба-
ниями:
1 — обычное резание- 2 — резание с § = 2−3 мкм- 3 — резание с § = = 4 мкм- 4 — резание с § = 5 мкм
Величина и направление ультразвуковых колебаний, а также различные технологические режимы нарезания резьбы оказывают значительное влияние на величину и знак остаточных напряжений и на их распределение в поверхностном слое.
На рис. 3 приведены эпюры формирования остаточных напряжений при нарезании резьбы с осевыми ультразвуковыми колебаниями. Нарезание резьбы М6 осуществляется на прутках из титанового сплава ВТ16 ультразвуковой резьбонарезной головкой (рис. 1) — и = 0,6 м/мин, ^ = 18 950 Гц — резонансная частота, ТС — суль-фофрезол.
Как видно из представленных графиков, при данных условиях обработки в подповерхностном слое формируются остаточные напряжения сжатия.
Наложение на инструмент осевых ультразвуковых колебаний приводит к увеличению сжимающих остаточных напряжений, причем с увеличением амплитуды колебаний остаточные напряжения растут. Следует отметить, что подповерхностный максимум остаточных напряжений формируется на глубине порядка 0,08−0,10 мм и достигает значений порядка 1000 МПа.
Анализируя представленные на рис. 3 графики можно сделать следующий вывод, что наложение осевых ультразвуковых колебаний (? = 5 мкм) при нарезании резьбы в титановом сплаве ВТ 16 приводит к увеличению значений сжимающих остаточных напряжений в 1,5−2 раза.
На рис. 4 приведены эпюры формирования остаточных напряжений при нарезании резьбы с радиальными ультразвуковыми колебаниями. Нарезание резьбы осуществлялось на прутках из титанового сплава ВТ 16 с помощью ультразвуковой резьбонарезной головки (рис. 2), ко-
0. 32
а, мм
а, МПа
Рис. 4. Эпюры формирования остаточных напряжений при нарезании резьбы с радиальными ультразвуковыми колебаниями:
1 — обычное резание- 2 — резание с § = 2−3 мкм- 3 — резание с § = = 4 мкм- 4 — резание с § = 5 мкм
торая закреплялась на суппорте токарного станка. Колебания сообщались резьбовому твердосплавному резцу из ВК8. Режим обработки: и = 0,6 м/мин, ^ = 18 830 Гц, ТС — суль-фофрезол. Из приведенных данных видно, что при обычной обработке на поверхности имеются незначительные растягивающие напряжения, которые на глубине, а = 0,01 мм переходят в сжимающие и достигают своего максимального значения (5ост = - 400 МПа).
Сообщение резцу радиальных ультразвуковых колебаний приводит к формированию в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений, причем с увеличением амплитуды колебаний наблюдается рост остаточных сжимающих напряжений до значений — 1100 МПа. Кроме того, подповерхностный максимум сжимающих остаточных напряжений смещается ближе к поверхности (а = 0,03−0,04 мм), что в ряде случаев позволяет улучшить работоспособность резьбового соединения.
Наблюдаемое распределение остаточных напряжений можно объяснить ударно-циклическим высокочастотным взаимодействием вершины резца с обрабатываемой поверхностью, однако, при этом имеет место повышенный износ инструмента. На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:
• наложение радиальных ультразвуковых колебаний (? = 5 мкм) приводит к увеличению значений сжимающих остаточных напряжений до 2−2,5 раз-
• наложение радиальных ультразвуковых колебаний (? = 5 мкм) позволяет нормировать подповерхностный максимум, сжимающих напряжений в 4−5 раз ближе к поверхности, чем при обычной обработке-
• наложение радиальных ультразвуковых колебаний приводит к повышенному износу
режущих кромок инструмента.
Нарезание резьбы осуществлялось ультразвуковой резьбонарезной головкой, при этом резец устанавливался ее смещением вверх, чем обеспечивалось резание с тангенциальными колебаниями. Исследование проводилось на режиме: и = 0,6 м/мин, частота резонансная ^ = = 18 830 Гц, ТС — сульфофрезол.
При нарезании резьбы с тангенциальными колебаниями происходит снижение значений остаточных сжимающих напряжений на 20−30% по сравнению с обычной обработкой. Снижение уровня максимальных остаточных напряжений при введении в зону резания тангенциальных колебаний можно объяснить на основе разработанной профессором В. А. Кравченко теории формирования остаточных напряжений,
как результат значительного уменьшения сил резания, изменения характера стружкообразо-вания и других факторов. Анализируя полученные данные можно сделать следующий вывод, что введение в зону резания тангенциальных колебаний приводят к уменьшению значений остаточных напряжений на 20−30%. Однако, при этом исключается дополнительный износ резца.
Таким образом, с учетом выше изложенного, для формирования в поверхностном слое благоприятных максимальных по величине сжимающих остаточных напряжений можно производить окончательную обработку с радиальными колебаниями, а при обработке многолезвийным инструментом — с осевыми колебаниями.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой