Влияние режимов обработки центробежно-ударным упрочнителем на микротвердость поверхности деталей из алюминиевых сплавов

Цель – разработка инструмента для центробежно-ударной обработки и определение режимов обработки, увеличивающих микротвердость поверхности.  Реализовано экспериментальное исследование, где в качестве технологических параметров центробежно-ударной обработки предложены натяг, количество рабочих ходов, частота вращения упрочнителя и подача. Эксперименты проводились на плоских фрезерованных образцах из алюминиевого сплава Д16Т. Был спроектирован и изготовлен опытный вариант ротационного упрочнителя с унификацией крепления. В ходе эксперимента выявлено, что вклад частоты вращения упрочнителя в изменение средней микротвердости выше, чем для продольной подачи. Отмечено значительное влияние натяга на поверхностную микротвердость: после обработки ротационным упрочнителем она возрастает. Показано, что данное увеличение в большей степени зависит от технологического натяга и в меньшей степени – от частоты вращения инструмента, которые рекомендуется повышать.  Установлено, что увеличение натяга в 2 раза позволило добиться роста микротвердости на 70 HV 0,1 или на 42 HV 0,1 при увеличении частоты вращения инструмента на 200 об/мин. Однако при этом технологические параметры необходимо назначать с учетом работоспособности конструкции упрочнителя. Показано, что слабо влияющим фактором на повышение микротвердости является продольная подача. Таким образом, опытный образец спроектированного инструмента позволяет выполнять обработку как на станках фрезерной, расточной, так и шлифовальной групп с числовым программным управлением за счет унифицированного узла крепления. Это обеспечивает достаточную технологическую гибкость процесса и позволяет ориентировать его на упрочнение плоскостей и радиусов сопряжения. Прогнозируемое увеличение поверхностной микротвердости образца из Д16Т при помощи ротационного упрочнителя составляет 38,5% от исходной в исследуемой области экспериментирования при достаточной производительности.

1. Chan Wai Luen, Cheng Henry Kuo Feng. Hammer Peening technology – the past, present, and future // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022. Vol. 118. P. 683–701. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07993-5.

2. Pfeiffer S., Fiedler M., Bergelt T., Kolouch M., Putz M., Wagner M. F-X. On the correlation of hammer-peened surfaces and process, material and geometry parameters // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 480. Р. 012021. https://doi.org/10.1088/1757-899X/480/1/012021.

3. Matuszak J., Zaleski K, Skoczylas A., Ciecielag K., Kecik K. Influence of semi-random and regular shot peening on selected surface layer properties of aluminum alloy // Materials. 2021. Vol. 14. Iss. 24. Р. 7620. https://doi.org/10.3390/ ma14247620.

4. Mannens R., Uhlmann L., Feuerhack A., Bergs T. Energy-dependent surface integrity of stainless steel AISI 304 after robot-based machine hammer peening // Forming the Future. The Minerals, Metals & Materials Series. 2021. P. 1863– 1877. https://doi.org/10.1007/978-3-030-75381-8_156.

5. Meyer D., Hettig M., Mensching N. Pulsed mechanical surface treatment - an approach to combine the advantages of shot peening, deep rolling, and machine hammer peening // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2021. Vol. 5. Iss. 3. Р. 98. https://doi.org/10.3390/jmmp5030098.

6. Neto L., Williams S., Ding J., Hönnige J., Martina F. Mechanical properties enhancement of additive manufactured Ti-6Al-4V by machine hammer peening // Advanced Surface Enhancement. INCASE 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. S. Itoh, S. Shukla. Singapore: Springer, 2020. P. 121–132. https://doi.org/10.1007/978-981-15-0054-1_13.

7. Аmdouni H., Bouzaiene H., Montagne A., Nasri M., Iost A. Modeling and optimization of a ball-burnished aluminum alloy flat surface with a crossed strategy based on response surface methodology // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 88. P. 801–814. https://doi.org/10.1007/s00170-016-8817-8.

8. Ferencsik V., Varga G. Examination of surface state-change on diamond burnished aluminium components. In: Proceedings of the International Symposium for Production Research 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering / eds. N. Durakbasa, M. Gençyılmaz. Cham: Springer, 2020. P. 535–544. https://doi.org/10.1007/978-3-030-31343-2_47.

9. Пашков А.Е., Ле Чи Винь, Нгуен Тхе Хоанг, Блудов В.В., Тюньков В.В. Экспериментальное определение зависимости степени покрытия при дробеударном формообразовании от режимов обработки // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23. № 6. С. 1052–1060. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-6-1052-1060.

10. Denti L., Sola A. On the effectiveness of different surface finishing techniques on A357.0 parts produced by laser-based powder bed fusion: surface roughness and fatigue strength // Metals. 2019. Vol. 9. Iss.12. Р. 1284. https://doi.org/10.3390/ met9121284.

11. Ferreira N., Jesus J.S., Ferreira J.A.M., Capela C., Costa J.M., Batista A.C. Effect of bead characteristics on the fatigue life of shot peened Al 7475-T7351 specimens // International Journal of Fatigue. 2020. Vol. 134. Р. 105521. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.105521.

12. Ullah H., Ullah B., Rauf A., Muhammad R. Dynamic finite element analysis of shot peening process of 2618-T61 aluminium alloy // Scientia Iranica. Transactions B: Mechanical Engineering. 2019. Vol. 26. Iss. 3. P. 1378–1387. https://doi.org/10.24200/SCI.2018.5483.1302.

13. Liu Yangfang, Cao Yang, Zhou Hao, Chen Xuefei, Liu Ying, Xiao Lirong, et al. Mechanical properties and microstructures of commercial-purity aluminum processed by rotational accelerated shot peening plus cold rolling // Advanced Engineering Materials. 2022. Vol. 22. Iss. 1. Р. 1900478. https://doi.org/10.1002/adem.201900478.

14. Abeens M., Muruganandhan R., Thirumavalavan K. Comparative analysis of different surface modification processes on AA 7075 T651 // International Conference on Materials Engineering and Characterization. Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 574. Р. 012018. https://doi.org/10.1088/1757-899X/574/1/012018.

15. Feldmann G., Wong Chow Cher, Wei Wang, Haubold T. Application of vibropeening on aero – engine component // Procedia CIRP. 2014. Vol. 13. P. 423–428. https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.04.072.

16. Soyama H., Saito K., Saka M. Improvement of fatigue strength of aluminum alloy by cavitation shotless peening // Journal of Engineering Materials and Technology. 2002. Vol. 124. Iss. 2. P. 135–139. https://doi.org/10.1115/1.1447926.

17. Шнейдер Ю.Г., Маккавеев Е.П. Образование регулярного микрорельефа способом ротационно-ударного деформирования // Станки и инструмент. 1981. № 7. С. 31–33.

18. Zhang Jiabin, Lu Shihong, Zhang Tao, Xu Gang, Zhou Zhen. An analytical model to study of potential effects on component elongation in shot peening // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 97. P. 3299–3310. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2201-9.

19. Gallitelli D., Boyer V., Gelineau M., Colaitis Y., Rouhaud E., Retraint D., et al. Simulation of shot peening: from process parameters to residual stress fields in a structure // Comptes Rendus Mécanique. 2016. Vol. 344. Iss. 4-5. P. 355–374. https://doi.org/10.1016/j.crme.2016.02.006.

20. Luk-Cyr J., El-Bawab R., Champliaud H. Lanteigne J., Vadean A. Sequential approximate optimization of industrial hammer peening using finite element simulations // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2017. Vol. 55. P. 767–778. https://doi.org/10.1007/s00158-016-1538-7.