24 października 2021


W odpowiedzi na zwiększające się wymagania dotyczące właściwości warstw wierzchnich części maszyn, w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu, rozpoczęto badania nad wykorzystaniem siłownika piezoelektrycznego do obróbki wykańczającej metodą nagniatania.

Stanisław Ziółkiewicz, Maria Gąsiorkiewicz

Metoda polega na tym, że na powierzchnię obrabianego przedmiotu wywiera się nacisk gładkim narzędziem, przy czym albo narzędzie, albo przedmiot i narzędzie wykonują podczas obróbki ruchy prostoliniowe lub krzywoliniowe. W efekcie na powierzchni następuje mikroodkształcenie warstwy wierzchniej o korzystnej strukturze, silnie umocnionej wskutek odkształcenia plastycznego.
Obróbka powierzchniowa powierzchni metodami mikroodkształceń plastycznych (nagniatania) z uwagi na sposób wywarcia nacisku dzieli się na: nagniatanie statyczne i nagniatanie dynamiczne. Opisywana w artykule nowa metoda nagniatania zalicza się do dynamicznych metod, w których siła docisku narzędzia do przedmiotu obrabianego jest zmienna w wyniku działania energii kinetycznej.
Najbliższe omawianej metodzie piezoelektrycznego nagniatania są metody kulowania, śrutowania i młotkowania. Charakterystyczny dla tej grupy sposób nagniatania jest nieciągły i ma krótkotrwały styk narzędzia z powierzchnią obrabianego przedmiotu. Powstałe w wyniku tego ślady pracy narzędzia są oddzielnymi względem siebie obszarami. Metody dynamiczne bazują na probabilistycznym rozkładzie odcisków narzędzia roboczego w postaci kulek, śrucin etc, na powierzchni obrabianej, co nie gwarantuje równomiernego mikroodkształcenia powierzchni i rozkładu odkształceń. Dlatego w metodach tych wymaga się takiej ilości śladów, aby sumaryczna powierzchnia rzutu na powierzchnię obrabianą była przynajmniej jej równa. Dla uzyskania określonej głębokości zgniotu wymaga się wielokrotnego nałożenia śladów, których miarą jest liczba uderzeń na jednostkę powierzchni.
Powyższe metody nagniatania charakteryzuje swobodna kinematyka, co wpływa niekorzystnie na geometrię obrabianych przedmiotów. W wyniku tego występuje:

  • brak możliwości bezpośredniego zmniejszenia błędów geometrycznych, z wyjątkiem zmian chropowatości,
  • stan warstwy wierzchniej wykazuje znacznie większą różnorodność w porównaniu z metodami statycznymi,
  • gładkość powierzchni jest zazwyczaj niższa niż przed procesem dogniatania
  • niebezpieczeństwo uszkodzenia powierzchni przez wykruszenie się elementów roboczych (w metodzie kulowania i śrutowania).

Ponadto metoda młoteczkowania charakteryzuje się ograniczoną kinematyką, co zmniejsza zakres jej stosowania do części, których powierzchnie stanowią kształty regularne. Inną wadą jest duża chropowatość powierzchni, na poziomie Ra = 20-10 μm, i konieczność stosowania dodatkowej obróbki wykańczającej (szlifowanie).

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 7/8 (34/35)  lipiec-sierpień 2010