Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 12 ТЕХНОЛОГИЯ В ходе экспериментов установлено, что возникно- вение волн на поверхности при обработке пластичных материалов зависит от нескольких параметров обра- ботки. Так, уменьшение статического усилия приво- дило к уменьшению или полному исчезновению волн при сохраненных остальных параметрах обработки. Однако при уменьшении нагрузки снижаются степень деформации и глубина упрочненного слоя, в результа- те чего при такой обработке требуемые характеристи- ки поверхности не будут достигнуты. Изменение кинематики процесса обработки так- же влияет на волнообразование. При изменении ста- тической нагрузки в диапазоне от 5 до 15 кг стабиль- ные волны образовывались лишь при обработке с подачами 0,065 и 0,08 мм/об. При подаче 0,114 мм/об высота волн значительно снизилась, стала перемен- ной, появились участки с гладкой поверхностью, ри- сунок рельефа стал нестабильным. Дальнейшее уве- личение подачи привело к полному исчезновению волн, т. е. существует некоторое предельное макси- мальное значение подачи для заданных остальных параметров деформирования, при котором волны перестают появляться. Подробное описание экспе- риментальных исследований рельефа, получаемого ультразвуковым пластическим деформированием, представлено в работе [1]. Изучение влияния каждого фактора на формиру- емую геометрию поверхности потребовало бы про- ведения огромного числа экспериментов, что, в свою очередь, приведет к большим затратам материальных ресурсов и времени. Полученные при этом эмпири- ческие зависимости не позволят понять механизмы формирования рельефа. Теоретическое исследование дает возможность осознанно управлять геометрией поверхности, что позволит формировать на поверхности заранее вы- бранный рельеф при сочетании определенных режи- мов обработки, подбирать необходимые сочетания режимов для конкретного оборудования, имеющего ограничения по режимам. Математическое описание процесса упрощает использование модели при раз- работке САПР технологии ультразвукового поверх- ностного пластического деформирования. Моделирование формирования волн Накопление деформации зависит от зарождения некоторого начального очага деформации (ОД), ко- торый может либо остаться за фронтом движения деформации в поверхности, либо перемещаться вме- сте с ним. По мере перемещения фронта движения деформации вдоль поверхности ОД увеличивается в размерах и создает впереди себя неровность, создаю- щую препятствие для движения инструмента. Для преодоления этого препятствия инструмент «забира- ется» на сформированный очаг деформации, оставляя за собой дорожку следов ударов, каждый следующий из которых отстоит от предыдущего на некотором расстоянии. Таким образом, происходит постепен- ное накопление деформации. При повторном вне- дрении индентора в деформированную поверхность течение материала будет происходить неравномерно, поскольку движение очага деформации в упрочнен- ном металле затруднено. В этом случае происходит формирование неравномерного ОД со смещением в область с меньшей степенью накопленной деформа- ции. При этом часть накопленной деформации оста- ется за фронтом движения деформации и участвует в формировании нового микрорельефа поверхности. Через определенное количество ударов сформи- руется вершина гребня волны, после чего инструмент начнет «спускаться» с вершины гребня до исходного уровня поверхности, затем цикл повторяется. Высо- та сформированной неровности при измерениях на образцах не превышала даже половины амплитуды колебаний деформирующего инструмента. Это го- ворит о том, что отрыв инструмента происходил во всех точках гребня волны. На рис. 2 показано поведение материала как при движении инструмента в направлении V , так и при переходе от витка к витку (в направлении S ). Впределах одного оборота детали реализуется не- котороеколичествоцикловнакопления/сбросадефор- мации, каждый из которых не отличается от преды- дущего. При переходе на следующий виток высота сформированной волны на предыдущем витке будет отличаться от высоты вновь сформированной волны, т. е. накопление деформации происходит и при взаи- модействии очагов деформации соседних витков. Формирование макрорельефа при переходе на следующий виток будет зависеть от положения ин- струмента относительно макронеровностей, сфор- мированных на предыдущем витке в определенном сечении. Справа на рис. 2 показано накопление де- формации в направлении S в трех различных сече- ниях: в точке перехода от одного цикла накопления деформации к следующему (верхний рисунок), в точке максимального накопления (средний рисунок) и промежуточный вариант (нижний рисунок.) В точ- ке перехода от цикла к циклу видно наименьшее на- копление деформации при движении инструмента в направлении подачи, поскольку в этом случае перед инструментом нет накопленного за предыдущие уда- ры очага деформации, и перекрытие очагов дефор- мации происходит равномерно во всех направлени- ях. В точке максимального накопления деформации образуется наибольший перепад вершин гребней на крайних и средних дорожках. Глубина упрочненного слоя при этом не изменилась.