The work objective is the optimization of the part cutting process to ensure the specified surface layer quality when using the dynamic methods of the surface plastic deformation (SPD). The research subject is the process of forming the surface layer parameters that ensure the rational SPD processing modes. The adjusted dependences for determining the hardened layer depth, the degree of hardening and roughness of the surface layer are presented. The analytical prediction technique of the parts surface layer quality parameters is developed on the basis of the abovementioned relations. These relations are experimentally tested and can be used for designing high-performance, cost-effective technological processes based on the application of the dynamic SPD methods. The importance of the process optimization based on the criterion of the workpieces durability is noted. A control-flow chart of the dynamic SPD machining optimization is given.
optimization process, dynamic methods of surface plastic deformation, surface hardening, degree of deformation, roughness.
Современное представление о технологии машиностроения сформировалось на основе исследований и разработок многих поколений отечественных и зарубежных ученых. Это способствовало становлению отрасли и требовало изучения соответствующих технических закономерностей — в частности, для обеспечения требуемого качества поверхностного слоя деталей и снижения затрат на их изготовление [1].
Очевидно, что долговечность и надежность выпускаемой продукции во многом обусловлена именно состоянием поверхностного слоя деталей. В процессе изготовления и эксплуатации изделий формируются микротрещины, остаточные напряжения, может происходить коррозионное разрушение, износ трущихся поверхностей, изменение структуры, фазового и химического составов. В настоящее время существует большое количество методов обработки, изменяющих состояние и свойства поверхностного слоя. Один из наиболее универсальных и экономичных методов упрочняющей обработки — поверхностное пластическое деформирование (ППД) [2], которое, в свою очередь, может быть статическим, динамическим и комбинированным. Достаточно широко распространены динамические методы ППД, характеризующиеся ударным дискретным приложением деформационного усилия (ударная обработка элементами с направленной траекторией, ударная обработка свободными элементами, ударная обработка полужесткими элементами, чеканка). Применение динамических методов ППД на финишных этапах обработки положительно сказывается на качестве поверхностного слоя деталей.
Основные преимущества обработки методами поверхностного пластического деформирования [3]:
— необходимое с точки зрения эксплуатации распределение остаточных напряжений в поверхностном слое;
— минимальное значение высотных параметров шероховатости поверхности;
— равномерная мелкозернистая структура;
— целостность волокон металла;
— упрочнение поверхностного слоя.
Следует отметить, что перечисленные преимущества обработки положительно сказываются на таких эксплуатационных свойствах, как: коррозионная устойчивость, контактная жесткость, износостойкость, усталостная долговечность [4].
1. Rajendran, R., Raman Nagar, C.-V. Strain hardening exponents and strength coefficients for aeroengine isotopic metallic materials — a reverse engineering approach. Gas Turbine Research Establishment, 2014, no. 2, pp. 1–2.
2. Tamarkin, M.A., Tishchenko, E.E., Lebedenko, V.G. Surface-layer quality in shot treatment. Russian Engineering Research, 2010, vol. 30, no. , pp. 144–148.
3. Shvedova, А.S. Povyshenie ekspluatatsionnykh svoystv detaley pri obrabotke dinamicheskimi metodami poverkhnostnogo plasticheskogo deformirovaniya. [Improvement of part service properties under surface plastic deformation treatment by dynamic methods.] Vestnik of DSTU, 2015, no. 1 (80), pp. 114–120 (in Russian).
4. Lebedev, V.А. Klassifikatsiya i fiziko-tekhnologicheskie aspekty dinamicheskikh metodov poverkhnostno-plasticheskogo deformirovaniya. [Classification and physico-technological aspects of dynamic methods of surface-plastic deformation.] Vestnik of DSTU, 2011, vol. 11, no. 6 (57), pp. 884–891 (in Russian).
5. Tamarkin, M.A., et al. Tekhnologicheskie osnovy optimizatsii otdelochno-uprochnyayushchey obrabotki detaley v granulirovannykh rabochikh sredakh. [Techniques of optimization of finishing and hardening part treatment in granular operating environments.] Strengthening Technologies and Coatings, 2015, no. 11, pp. 12–16 (in Russian).
6. Drozd, М.S., Matlin, M.M., Sidyakin, Y.I. Inzhenernye raschety uprugoplasticheskoy kontaktnoy deformatsii. [Engineering calculations of elastoplastic contact deformation.] Moscow: Mashinostroenie, 1986, 224 p. (in Russian).
7. Sidyakin, Y.I. Razrabotka metodov rascheta uprugoplasticheskikh kontaktnykh deformatsiy v protsessakh up-rochneniya detaley poverkhnostnym plasticheskim de-formirovaniem: avtoref. dis. … dokt. tekhn. nauk. [Development of calculation methods of elastoplastic contact deformation in the processes of part hardening by superficial plastic deformation: Dr.Sci. (Eng.) diss., author’s abstract.]. Moscow, 2002, 34 p. (in Russian).
8. Kudryavtsev, I.V., et al. Povyshenie prochnosti i dolgovechnosti krupnykh detaley mashin poverkhnostnym naklepom. [Increasing strength and durability of large machine parts by surface cold working.]. Moscow: NIIINFORMTYaZhMASh, 1970, 144 p. (in Russian).
9. Tishchenko, E.E. Povyshenie effektivnosti otdelochno-uprochnyayushchey tsentrobezhno-rotatsionnoy obrabotki: dis. … kand. tekhn. nauk. [Improving efficiency of finishing-strengthening centrifugally-rotational treatment: Cand.Sci. (Eng.) diss.] Rostov-on-Don, 2004, 151 p. (in Russian).
10. Gruby, S.V. Optimizatsiya protsessa mekhanicheskoy obrabotki i upravlenie rezhimnymi parametrami. [Machin-ing process optimization and operating parameters control.] Moscow: Bauman MSTU Publ. House, 2014, 149 p. (in Russian).
11. Tamarkin, М.А. Teoreticheskie osnovy optimizatsii protsessov obrabotki detaley svobodnymi abrazivami : dis … dokt. tekhn. nauk. [Optimization fundamentals of component processing by loose abrasives: Dr.Sci. (Eng.) diss.] Rostov-on-Don, 1995, 285 p. (in Russian).
