Виброволновая упрочняющая обработка режущих ножей сельскохозяйственных машин

Перерабатывающее оборудование сельскохозяйственной техники занимает одну из основных позиций в цепочке переработки сельскохозяйственного сырья. Надёжность работы перерабатывающего оборудования сельскохозяйственной техники связана с качеством поверхностного слоя режущего инструмента — ножей. От качества поверхностного слоя (геометрических, физикомеханических параметров) зависят такие эксплуатационные свойства ножа как износостойкость, контактная прочность и др.

Применение виброволновой обработки в упрочнении режущих ножей. Повышение качества режущих ножей сельскохозяйственной техники, повышение их стойкости и долговечности являются актуальными задачами, поскольку от этих показателей зависят условия процесса резания, эксплуатации оборудования и качество результатов. В этой области выполнен ряд работ [13]. Тем не менее, дальнейшее повышение качества режущих инструментов и методов их упрочнения остаётся актуальной задачей.

Актуальной в настоящее время является разработка технологии получения поверхностного слоя материала, обладающего, по сравнению с традиционным, высокими физикомеханическими свойствами, устойчивостью к износу и изменению геометрической формы [4].

Наиболее важной частью режущих ножей сельскохозяйственной техники, определяющей продолжительность работы, является режущая поверхность, которая подвергается наиболее интенсивному воздействию при контакте с обрабатываемым материалом и, в результате, максимально изнашивается и деформируется.

Работа выполнена по хоздоговору № 11-06.2-026.

Одним из эффективных методов упрочнения поверхностным пластическим деформированием является виброволновая обработка. Износостойкость поверхности, полученной этим методом, в несколько раз выше, чем при шлифовании, и на 20-30 % выше, чем при полировании [4].

На измельчающих устройствах зерноуборочных комбайнов используют ножи, режущее лезвие которых быстро изнашивается и затупляется. Это требует переточек или замены. Ножи, изготовленные из стали 65Г, 9ХС, 40Х и У8 с последующей закалкой и отпуском, выходят из строя через 2-3 часа работы [5].

Область использования виброволновой обработки в различных отраслях народного хозяйства достаточно многогранна и имеет тенденцию к дальнейшему расширению. В технологии машиностроения и приборостроения — это отделочно-зачистная и отделочно-упрочняющая обработка, вибрационная стабилизирующая обработка, совмещённые процессы отделочной обработки и покрытий, мойка и сушка, транспортирование, совершенствование процесса сборки, интенсификация гальванических и химических процессов, усталостные испытания материалов, изменение параметров процесса и состояния материала и др. [6-8].

Использование ударно-волновых процессов для интенсификации упрочняющей и стабилизирующей обработки — одно из направлений вибрационных технологий. В связи с этим, при исследовании волновых процессов представляется возможным решение таких технологических задач, как изменение состояния среды, подвергнутой воздействию ударных волн (например, изменения структуры и физико-механических свойств материала обрабатываемой детали), или использование последних для передачи ударных импульсов на обрабатываемую поверхность (например, создание многоконтактных виброударных инструментов для упрочняющей обработки и механических волноводов).

Основой виброволновой упрочняющей обработки является динамический характер протекания процесса, сопровождаемый множеством микроударов частиц рабочей среды по поверхности обрабатываемых деталей и обеспечивающий пластическое деформирование поверхностного слоя, следствием чего является повышение микротвёрдости, образование сжимающих остаточных напряжений первого рода и уменьшение шероховатости поверхности. При этом достигается равномерное упрочнение тонкого поверхностного слоя детали.

Физическая природа волновых процессов, связанных с ударными явлениями, достаточно сложна, в связи с чем, значительный интерес представляют экспериментальные исследования [9, 10]. При анализе этих результатов отмечено изменение микротвёрдости и структуры по сечению образца. В отличие от статического, при динамическом (виброударном) нагружении очаги деформации образуются одновременно во многих зонах по сечению образца: образуются узлы, сетки, решётки из дислокаций, имеющие как плоскую, так и пространственную ориентацию. Отмечается рост количества и плотности дислокаций. У поверхности, воспринимающей ударные импульсы, и у противоположной (свободной) отмечается повышение микротвёрдости.

Таким образом, при динамических методах упрочнения имеет место качественно иной механизм структурных преобразований и протекания пластической деформации.

С применением виброволновой обработки были проведены поисковые экспериментальные исследования на некоторых марках инструментальных сталей. На рис. 1 представлены результаты исследований износостойкости поверхностного слоя образцов подвергнутых виброволновой обработке в среде шаров из закалённой стали ШХ15.

На рис. 2 приведены результаты исследований, отражающих влияние режима обработки (Д f, Г) и диаметра шаров на микротвёрдость поверхности; с их увеличением возрастает и глубина упрочнённого слоя.

Рис. 1. Влияние виброволновой обработки на величину износа (ДР) поверхностного слоя закалённых сталей: 1, 2, 3 — исходные образцы из стали Р6М5; Х12М, Р182; Г, 2', 3' — упрочнённые образцы из стали Р6М5; Х12М, Р182

Рис. 2. Влияние амплитуды колебаний (4) и диаметра обрабатывающей среды d (стальные шары) на глубину упрочнения (А) стали Х12М в течение 40 минут при частоте колебаний 35 Гц: 1, 2, 3, 4 — образцы, обработанные при амплитуде соответственно: А = 1,6 мм; 2 мм; 2,5 мм; 3,5 мм в среде стальных шаров диаметром d = 8 мм;

Г, 2', 3', 4' — образцы, обработанные при амплитуде соответственно: А = 1,6 мм; 2 мм; 2,5 мм; 3,5 мм в среде стальных шаров диаметром d = 14 мм

Выводы. Анализ методов упрочнения поверхности режущих ножей показал, что эффективность каждого метода зависит от большого количества факторов. Это требует проведения дальнейших экспериментальных исследований, как по отработке технологии упрочнения, так и определения оптимальных условий эксплуатации инструмента. Минимальная интенсивность изнашивания инструмента обеспечивается поверхностным упрочнением режущего инструмента. С помощью при-178

менения виброволновой обработки режущего инструмента возможно получение изделия с высокими физико-механическими свойствами, повышенным сроком службы при низкой себестоимости обработки.