Технологические особенности упрочнения коленчатых валов виброударным методом

Введение. Рассматриваются технологические особенности обработки коленчатых валов виброударным методом поверхностного пластического деформирования (ППД), получившего широкое применение в технологии изготовления деталей машин. Целью исследований является обоснование эффективности влияния виброударной упрочняющей обработки на повышение качества и эксплуатационных характеристик коленчатых валов (КВ).

Материалы и методы. Методически исследования включали в себя обоснование технологической схемы виброударной обработки и разработку расчётной модели оценки влияния обработки на изменение макрогеометрии (коробления) КВ.

Результаты исследования. Разработаны технологические схемы объемной виброударной отделочно-упрочняющей обработки КВ с применением вибростанка с U-образной рабочей камерой, габаритные размеры которой соизмеримы или превышают габаритные размеры подвергаемого обработке КВ и обеспечивают расположение вала таким образом, чтобы его основная ось, совпадающая с осью коренных шеек, находилась в зоне расположения условной оси вращения массы рабочей среды. Исследованы параметры качества поверхности при обработке их на виброустановке УВГ 4Х10 по апробированным методикам с применением специальной оснастки. Установлено, что виброударная упрочняющая обработка (ВиУО) позволяет за счет пластической деформации микронеровностей получить качественно новый микрорельеф поверхности и снизить ее исходную шероховатость, существенно повышает микротвердость поверхности коренных и шатунных шеек КВ и изменяет напряженное состояние их поверхностного слоя. Предложена расчётная зависимость для оценки суммарного коробления КВ, упрочнённого в процессе ВиУО и подтверждена её адекватность. Показано, что коробление вала после ВиУО обусловлено разнонапряжённостью шатунных и коренных шеек КВ на уровне К_н ≈ 0,6.

Обсуждение и заключение. Виброударная обработка КВ обеспечивает улучшение геометрических и физикомеханических параметров поверхностей шатунных и коренных шеек. В результате обработки всех поверхностей вала коробление не превышает допустимых значений, устанавливаемые техническими требованиями. Это позволяет сделать вывод об эффективности рассматриваемого способа упрочнения КВ с целю повышения их эксплуатационных свойств.

1. Зайдес, С. А. Влияние поверхностного пластического деформирования на качество валов / С. А. Зайдес, В. Н. Емельянов. — Иркутск : Изд-во Иркутск. национ. иссл. техн. ун-та, 2017. — 380 с.

2. Сидякин, Ю. И. Повышение циклической прочности галтелей ступенчатых валов обкаткой роликами или шариками / Ю. И. Сидякин, Д. А. Бочаров // Известия Волгоградского государственного технического университета. — 2009. — Т. 5. — № 8 (56). — С. 37-40.

3. Чайнов, Н. Д. Математическое моделирование технологического процесса обкатки галтелей коленчатого вала / Н. Д. Чайнов, В. В. Сусликов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. — 2012. — № 10 (10). — С. 101-110.

4. Emelyanov, V. Research on Hogging process of Crankshaft with Five Rod Journals because of Stamping / V. Emelyanov // Journal of Engineering and Technology Research. — 2014. — Vol. 2 (2). — P. 65-69.

5. Бутаков, Б. И. Повышение контактной прочности стальных деталей обкатыванием роликами / Б. И. Бутаков, Д. Д. Марченко // Трение и износ. — 2013. — № 4. — Т. 34. — С. 404-414.

6. Лебедев, В. А. Технология динамических методов поверхностного пластического деформирования / В. А. Лебедев. — Ростов-на-Дону : Издательский центр ДГТУ, 2006. — 183 с.

7. Babunelson, V. Stress analysis and optimization of crankshafts subject to static loading / V. Babunelson // International Journal of Engineering and Computer Science. — 2014. — Vol. 3. — P. 5579-5587.

8. Применение вибрационных технологий на операциях отделочно-зачистной обработки деталей / А. П. Бабичев, П. Д. Мотренко Л. К. Гиллеспи [и. др.]. — Ростов-на-Дону : Издательский центр ДГТУ, 2010. — 289 с.

9. Копылов, Ю. Р. Виброударное упрочнение / Ю. Р. Копылов. — Воронеж : Изд-во Воронеж. гос. унта, 1999. — 386 с.

10. Lebedev, V.A. Energy State of a Plastically Deformed Surface Layer / V.A. Lebedev, A.V. Kirichek, V. D. Sokolov // International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016. Procedia Engineering. — 2016. — Vol. 150. — P. 775 - 781. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.106

11. Lebedev, V.A. The use of the rotating electromagnetic field for hardening treatment of details / V. A. Lebedev, A. A. Kochubey, A. V. Kiricheck // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2017. — Vol. 177. — P. 012126. DOI:10.1088/1757-899X/177/1/012126

12. Jalal Fathi Sola. Fatigue life analysis of an upgraded diesel engine crankshaft / Jalal Fathi Sola, Farhad Alinejad // 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XI), 5th European Conference on Computational Mechanics (ECCM V), 6th European Conference on Computational Fluid Dynamics (ECFD VI). — Barcelona, Spain. — July 20-25, 2014.

13. Ali Keskin. Crack analysis of a gasoline engine crankshaft / Ali Keskin, Kadir Aydin // Gazi University Journal of Science. — 2010. — Vol. 23 (4). — P. 487-492.

14. Metkar, R. M. A fatigue analysis and life estimation of crankshaft - a review / R.M. Metkar, V. K. Sunnapwar, S. D. Hiwase // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. — 2011. — Vol. 6 (3). — P. 425-430.

15. Марьина, Н. Л. Концентрация напряжений в коленчатом вале в условиях поверхностного пластического деформирования / Н. Л. Марьина // Современные материалы. Техника и технологии. — 2016. — № 1 (4). — С. 142-145.