Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин методом поверхностного пластического деформирования мультирадиусным роликом

Одной из ключевых задач современного машиностроения является повышение качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств ответственных деталей машин. Анализ проблемы качества поверхностного слоя ответственных деталей силовой гидравлики ГШО, вентиляционных насосов, работающих в условиях подземной и открытой добычи угля, а также на вредных химических производствах показал, что деталям изготовляемым из конструкционных сталей, требуется формирование упрочненного поверхностного слоя глубиной 4-5 мм при высокой степени упрочнения (более 40%). Достичь требуемые параметры качества возможно методами поверхностного пластического деформирования (ППД). Однако, статические методы ППД не обеспечивают требуемую глубину и степень упрочнения поверхностного слоя до 4-5 мм и более 40% соответственно, из-за физических особенностей. Динамические методы, такие как центробежная и дробеструйная обработка, обработка микрошариками и д.р. также имеют ограничения, включая увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности. Комбинированные методы упрочнения статической и динамической нагрузками также имеют недостатки, такие как малый КПД при динамическом нагружении (глубина упрочненного слоя составляет не более 0,09…0,15 мм), низкая производительность процесса упрочнения и сложность управления процессом упрочнения. Чтобы получить большие значения глубины упрочнения и степе-ни необходимо увеличивать усилие обкатывания (натяг деформирующих инструментов). Однако существуют ограничения, связанные с возникновением впереди деформирующего инструмента пластической волны, которая разрушается при превышении натягов свыше 0,05 мм. Анализ результатов исследований позволил выявить направления интенсификации процессов статического ППД, включая создание схем обработки с применением сложнопрофильных инструментов, сочетающих в одной наладке несколько деформирующих инденторов. Одним из таких инструментов является мультирадиусный ролик (МР-ролик, патент РФ № 2557377), разработанный на кафедре «Технология машиностроения» КузГТУ (Россия, г. Кемерово). МР-ролик позволяет создать требуемую схему нагружения даже при натягах свыше 0,15 мм, обеспечить высокие сжимающие напряжения в очаге деформации и обеспечить требуемые параметры качества поверхностного слоя. Несмотря на эффективность предложенного процесса, остаются сдерживающие факторы внедрения в промышленность, такие как отсутствие теоретического обоснования процесса, отсутствие развитых структурных моделей, позволяющих проектировать данную технологию, отсутствие стабильных результатов исследования качества поверхностного слоя и другие данные. Целью диссертационного исследования является повышение качества поверхностного слоя деталей путем создания высокого гидростатического давления в очаге де-формации при ППД мультирадиусным роликом (МР-роликом). Для достижения поставленной цели в работе решен следующий комплекс задач: 1. Выполнен литературный анализ и установлены направления интенсификации качества поверхностного слоя, обеспечивающие высокую долговечность в условиях приложения эксплуатационных циклических нагрузок. 2. Разработаны структурная и феноменологическая модели процесса ППД МР-роликом и выполнен теоретический расчет напряженно-деформированного состояния очага деформации и упрочненного поверхностного слоя. 3. Разработаны программа и оригинальные методики экспериментальных исследований качества поверхностного слоя при обработке ППД МР-роликом с учетом влияния техно-логического наследования. 4. Установлены закономерности формирования качества поверхностного слоя при обработке ППД МР-роликом с учетом явления технологического наследования свойств обрабатываемой детали, включая микрогеометрию, упрочнение и структурно-фазовый состав металла поверхностного слоя исследуемых материалов. 5. Выполнена практическая апробация результатов исследования и разработаны технологические рекомендации по проектированию нового технологического процесса и процесса восстановления поверхностного слоя деталей, обеспечивающие высокое качество поверхностного слоя изделия на технологической операции ППД МР-роликом.