Wpływ odkształcenia względnego na zmniejszenie chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem

Obróbka Plastyczna Metali t. XXIII nr 1 (2012) InŜynieria materiałowa w obróbce plastycznej Dr inŝ. Tomasz DYL Akademia Morska w Gdyni, Wydział Mechaniczny, Katedra Materiałów Okrętowych i Technologii Remontów, Gdynia e-mail: dylu@am.gdynia.pl Wpływ odkształcenia względnego na zmniejszenie chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem The influence of effective strain on the reduce roughness surface after burnishing Streszczenie Obróbka nagniataniem jest jedną z metod obróbki wykańczającej metali, która polega na wykorzystaniu miejscowego odkształcenia plastycznego, wytwarzanego w warstwie wierzchniej przedmiotu wskutek określonego, stykowego współdziałania twardego i gładkiego narzędzia (o kształcie kuli, krąŝka, wałka lub innym) z powierzchnią obrabianą. Proces nagniatania odbywa się na zimno, bez dodatkowego podgrzewania przedmiotu i narzędzia wyjątek stanowi sposób elektromechaniczny. Odkształcenia plastyczne są wywołane przez układ sił powodujących naciski powierzchniowe przekraczające wartość napręŝenia uplastyczniającego materiału obrabianego. Zachodzą one na zimno powodując oprócz przemieszczania nierówności takŝe zgniot w warstwie wierzchniej obrabianego przedmiotu. Efektem przemieszczania ( płynięcia ) nierówności powierzchni, wskutek oddziaływania na powierzchnię obrabianą gładkiego i praktycznie nieodkształcalnego narzędzia, jest zmniejszenie chropowatości powierzchni obrobionej, natomiast efektem zgniotu zasadnicza zmiana właściwości warstwy wierzchniej przedmiotu obrabianego. Zjawiska te, chociaŝ występują najczęściej jednocześnie, mogą mieć róŝną intensywność, zaleŝnie od Ŝądanego głównego efektu obróbki. Stosując odpowiednią konstrukcję narzędzi nagniatających oraz dokładne obrabiarki, moŝna oprócz wymienionych efektów obróbkowych nagniatania otrzymać równieŝ zwiększenie dokładności wymiarowej, a takŝe (przy pewnych sposobach nagniatania) dokładności kształtu obrabianych przedmiotów. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu odkształcenia względnego i parametrów technologicznych procesu nagniatania na zmniejszenie chropowatości powierzchni wałków ze stali niestopowej C45 i ze stali stopowej nierdzewnej X5CrNiMo17-12-2 stosowanej na wały napędowe odśrodkowych pomp okrętowych. Abstract The processing is burnishing one from the methods of processing finishing off the metals, depending on utilization the local plastic deformation, produced in top layer of object as a result of definite, meeting co-operation hard the and smooth tool from worked surface. The plastic deformations be called out by arrangement of strengths causing the superficial crossing the value of tension pressures of the making plastic material worked. Set they on cold causing except moving the unevenness also the cold work in top layer of worked object. The effect of moving ("flowing ) the unevenness of surface, as a result of influence on worked surface smooth the and hard tool, it is the decrease of roughness of surface worked, however the effect the cold work - the principal change of property of top layer object. Phenomena these, though they step out the most often simultaneously, can have different intensity, according from demanded main effect of processing. It can be with main aim of applying processing the burnishing in technology of machines: the smoothness processing - the definite decrease the height not the equality of surface after previous processing burnishing; the strengthening processing - the producing of definite changes of physical properties of material in top layer of object, causing immunizing him on working such exploational factors how fatigue, abrasive waste, corrosion and different; the processing the dimensional - smoothness - the definite enlargement the dimension exactitude from simultaneous decrease to required value the roughness of surface. The aim of work is the determination of influence of relative strain and technological parameters process burnishing on quality of surface of rolls from unalloyed steel C45 and stainless steel X5CrNiMo17-12-2, which can be applied to the centrifugal pump shafts ship. Słowa kluczowe: nagniatanie, współczynnik odkształcenia względnego, wskaźnik zmniejszenia chropowatości Keywords: burnishing, relative strain ratio, surface roughness reduction ratio

4 T. Dyl 1. ZAKRES BADAŃ EKSPERYMENTAL- NYCH Głównymi celami stosowania obróbki nagniataniem w technologii maszyn mogą być [1, 2, 3]: obróbka gładkościowa dająca określone zmniejszenie wysokości nierówności powierzchni po obróbce poprzedzającej nagniatanie oraz obróbka umacniająca umoŝliwiająca wytworzenie określonych zmian własności fizycznych materiału w warstwie wierzchniej przedmiotu, powodujących uodparnianie materiału na działanie czynników eksploatacyjnych m.in.: zmęczenie, zuŝycie ścierne, korozję i innych. Celem procesu nagniatania jest teŝ obróbka wymiarowogładkościowa powodująca określone zwiększenie dokładności wymiarowej z jednoczesnym zmniejszeniem chropowatości powierzchni do wymaganej wartości. W pracy do przeprowadzenia obróbki nagniataniem zaproponowano zastosowanie nagniataka krąŝkowego (NK-01) wykonanego w Katedrze Materiałów Okrętowych i Technologii Remontów Wydziału Mechanicznego Akademii Morskiej w Gdyni, w ramach pracy własnej, celem określenia zaleŝności pomiędzy parametrami technologicznymi procesu nagniatania naporowego tocznego a zmniejszeniem chropowatości powierzchni walcowej zewnętrznej ze stali niestopowej i nierdzewnej, która moŝe mieć zastosowanie na wały napędowe odśrodkowych pomp okrętowych. Badania eksperymentalne przeprowadzono na próbkach ze stali niestopowej C45 i stali nierdzewnej X5CrNiMo17-12-2 (o oznaczeniu 316 według AISI) o średnicy zewnętrznej φ 48 mm. Powierzchnie zewnętrzne walcowe przygotowano do nagniatania poprzez toczenie na tokarce uniwersalnej. Podczas obróbki zastosowano następujące parametry skrawania: posuw f = 0,05 mm/obr, głębokość skrawania a p = 0,05 mm, prędkość obrotową 1100 obr/min, prędkość skrawania v c = 2,75 m/s. Do smarowania i chłodzenia podczas toczenia zastosowano Emulgol ES-12. Toczenie wykonano noŝem tokarskim wyposaŝonym w płytki wieloostrzowe wykonane z węglików spiekanych typu GC4015 (TNMX 160408 - WM) firmy Sandvik Coromant. 1. THE RANGE OF EXPERIMENTAL RE- SEARCH The main aims of burnishing treatment in machine technology can be as follows [1, 2, 3]: surface finish processing pre-determined reduction of surface irregularities after treatment prior to burnishing; strengthening processing producing specific changes in the physical properties of the material in the surface layer of the object, causing it to be resistant to operational factors such as fatigue, wear, corrosion and others; dimension and surface finish treatment a predetermined increase in dimensional accuracy, whilst reducing surface roughness to the required value. Throughout the work, for burnishing processing, using an (NK-01) disk burnisher has been proposed, made at the Department of Materials and Ship Repair Technology Faculty of Mechanical Engineering, Gdynia Maritime University as part of own work, to determine the relationship between the technological parameters of the pressure rolling burnishing process and the decrease in surface roughness of the top outer cylindrical layer of non-alloy and stainless steel, which can be applied to the centrifugal pump shafts ship. Experimental studies were carried out for C45 non-alloy steel and X5CrNiMo17-12-2 stainless steel was used as the material (designation 316 compliant to AISI) samples with an outer diameter φ 48 mm. Outer cylindrical surfaces were prepared for burnishing by turning on an engine lathe. When processing, the following cutting parameters were used: feed f = 0.05 mm/rev, depth of cut a p = 0.05 mm, rotational speed 1100 rpm, cutting speed v c = 2.75 m/s, for lubrication and cooling during the rolling, Emulgol ES-12 was used. Turning was carried out using a turning knife equipped with indexable inserts made of Sandvik Coromant sintered carbide GC4015 (TNMX 160408 - WM).

Wpływ odkształcenia względnego na zmniejszenie chropowatości... 5 Obróbkę nagniataniem powierzchni walcowych zewnętrznych przeprowadzono na tokarce uniwersalnej. Podczas badań doświadczalnych dokonano zmian w nastawieniach suportu poprzecznego. Siłę nacisku narzędzia na powierzchnię obrabianą wywierano w sposób sztywny poprzez dosuw nagniataka krąŝkowego NK-01 (a n ) do osi przedmiotu obrabianego. KaŜdą próbkę, zarówno ze stali C45 (próbki 1 4) jak i ze stali 316 (próbka 5), podzielono na trzy równe odcinki pomiarowe - czopy. Obróbkę nagniataniem zewnętrznych powierzchni walcowych przygotowanych próbek o średnicy φ 48 mm przeprowadzono z wykorzystaniem róŝnych wartości dosuwu całkowitego nagniataka krąŝkowego (a n ). Jest to wartość przesunięcia suportu poprzecznego do osi przedmiotu obrabianego wykonana w dwóch przejściach narzędzia (i = 2): próbki 1 5, czop 1, dwa przejścia obróbkowe po 0,5 mm (a n = 1 mm), próbki 1 5, czop 2, dwa przejścia obróbkowe po 0,7 mm (a n = 1,4 mm), próbki 1 5, czop 3, dwa przejścia obróbkowe po 0,9 mm (a n = 1,8 mm). Do uzyskania zmiennych wartości dosuwu a n wykorzystano nagniatak krąŝkowy NK 01, wykonany w Katedrze Materiałów Okrętowych i Technologii Remontów Wydziału Mechanicznego Akademii Morskiej w Gdyni w ramach pracy własnej, gdzie element nagniatający jest to łoŝysko toczne walcowe o średnicy φ 52 mm. Nagniatanie z dociskiem sztywnym z zastosowaniem narzędzia jednoelementowego (NK 01) na tokarce uniwersalnej realizowane jest poprzez wywieranie siły docisku suportem dla posuwu wzdłuŝnego f = 0,08 mm/obr., natomiast do smarowania i chłodzenia uŝyto oleju maszynowego. Parametry technologiczne procesu nagniatania przedstawiono w tablicy 1. Parametry chropowatości powierzchni po toczeniu i po nagniataniu pomierzono za pomocą profilometru Hommel Tester T1000, przy załoŝonych długościach odcinka pomiarowego 4,8 mm oraz odcinka elementarnego 0,8 mm. The burnishing of outer cylindrical surfaces was performed using an engine lathe. During experimental testing, cross-slide setpoints were modified. The pressure force of the tool on the workpiece was exerted in a rigid manner through shifting the disk burnisher NK-01 (a n ) to the axis of the workpiece. Each sample, both that of C45 steel (samples 1 4) and 316 stainless steel (sample 5) was divided into three equal measurement sections of - pins. Outer cylindrical surfaces of samples prepared with a diameter of φ 48 mm were burnished on using different disk burnishing tool feed values (a n ). This is the value of cross slide shift to the axis of the workpiece in two tool passes (i = 2): samples 1 5, pin 1, two processing passes 0.5 mm each (a n = 1 mm), samples 1 5, pin 2, two processing passes 0.7 mm each (a n = 1.4 mm), samples 1 5, pin 3, two processing passes 0.9 mm each (a n = 1.8 mm). In this regard, NK 01 disk burnishing tool was used, made at the Department of Materials and Ship Repair Technology Faculty of Mechanical Engineering, Gdynia Maritime University as part of own work, where the burnishing item is a cylindrical roller bearing with a diameter of φ 52 mm. Burnishing with a rigid clamp using a single-item tool (NK-01) on a universal lathe is carried out by exerting a slide pressure force for the longitudinal feed f = 0.08 mm/rev, while lubrication and cooling was performed using machine oil. The technological parameters of the burnishing process are shown in Table 1. The parameters of surface roughness after turning and burnishing were measured using a Hommel Tester T1000 profilometer, with the assumed measurement section lengths of 4.8 mm and 0.8 mm for the elementary section.

6 T. Dyl Nr próbki No samples 1 2 3 4 5 Rodzaj materiału Type of material Stal niestopowa Non-alloy steel C45 Stal niestopowa Non-alloy steel C45 Stal niestopowa Non-alloy steel C45 Stal niestopowa Non-alloy steel C45 Stal nierdzewna Stainless steel 316 Tablica 1. Parametry technologiczne procesu nagniatania Prędkość obrotowa n, obr/min Rotational speed n, rpm Table 1. Burnishing parameters Prędkość nagniatania v n, m/s Burnishing speed v n, m/s 450 1,10 560 1,40 710 1,75 900 2,25 710 1,75 Dosuw nagniataka a n, mm Burnishing tool feed-in a n, mm Odkształcenie względne ε nc, % Relative strain ratio ε nc, % 1,0 0,20 1,4 0,21 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 1,8 0,22 Pomiary wykonano według zasad zawartych w normach ISO, wyznaczono szereg parametrów chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem, między innymi określono parametry związane z krzywą udziału materiałowego: R k (wysokość chropowatości rdzenia profilu), R pk (zredukowana wysokość wzniesień), R vk (wgłębienie profilu nierówności) oraz R a (średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości), na podstawie którego wyznaczono wskaźnik zmniejszenia chropowatości powierzchni [4 7]: ' K =, (1) gdzie: R a średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości powierzchni po toczeniu, (R a = 1,55 µm), R a średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości powierzchni po nagniataniu. Współczynnik odkształcenia względnego określono na podstawie wzoru: d 0 d1 ε nc = 100%, (2) d 0 The measurements were performed according to the principles contained in ISO standards, a number of parameters of surface roughness after burnishing were determined; among other things, parameters were defined associated with the material share curve: R k (height of the profile core roughness), R pk (reduced elevation height), R vk (roughness profile recess) and R a (arithmetic mean deviation of the roughness profile), based on which the surface roughness reduction ratio was determined [4 7]: ' K =, (1) where: R a arithmetic mean deviation of the surface roughness profile after turning, (R a =1,55 µm), R a arithmetic mean deviation of the surface roughness profile after burnishing. Relative strain ratio was established based on the following formula: d 0 d1 ε nc = 100%, (2) d 0

Wpływ odkształcenia względnego na zmniejszenie chropowatości... 7 gdzie: d 0 - średnica zewnętrzna po toczeniu, (φ 48 mm), d 1 - średnica zewnętrzna po nagniataniu, mm. Przed przystąpieniem do wykonywania pomiarów powierzchnie próbek (po procesie toczenia i nagniatania) zostały wyczyszczone i odtłuszczone. where: d 0 - outer diameter after turning, (φ 48 mm), d 1 - outer diameter after burnishing, mm. Before measuring, the sample surfaces (following the rolling and burnishing process) were cleaned and degreased. 2. WYNIKI BADAŃ EKSPERYMENTAL- NYCH Po przeprowadzonych badaniach określono, Ŝe na chropowatość zewnętrznych powierzchni walcowych istotny wpływ mają parametry technologiczne powierzchniowej obróbki nagniataniem. Rozpatrując wartości parametru R a przed obróbką nagniataniem i po obróbce nagniataniem przedstawione w tablicy 2 moŝna stwierdzić, Ŝe przy zastosowaniu większych prędkości obrotowych moŝna uzyskać mniejsze wartości średniego arytmetycznego odchylenia profilu powierzchni. Dla prędkości równej 710 obr/min wartości parametru R a są najmniejsze. Dla próbki trzeciej (710 obr/min, dosuw 1 mm) zmniejszenie średniego arytmetycznego odchylenia profilu (w stosunku do powierzchni toczonej) jest prawie trzykrotne. Po przeprowadzonych badaniach eksperymentalnych oraz na podstawie obliczeń uzyskanych ze wzoru (2) określono, Ŝe po dwóch przejściach obróbkowych (i = 2) podczas procesu nagniatania uzyskano wartość odkształcenia względnego równą ε nc = 0,2% dla dosuwu całkowitego nagniataka krąŝkowego a n = 1 mm, ε nc = 0,21% dla dosuwu całkowitego nagniataka krąŝkowego a n = 1,4 mm oraz ε nc = 0,22% dla dosuwu całkowitego nagniataka krąŝkowego a n = 1,8 mm. W tablicy 2 zamieszczono równieŝ wartości parametrów związanych z wybranymi krzywymi udziału materiałowego. Parametry związane z krzywą udziału materiałowego [5]: parametr R pk zredukowana wysokość wzniesień, charakteryzuje górną część powierzchni, która szybko ulegnie wytarciu po rozpoczęciu na przykład pracy silnika lub innego urządzenia okrętowego (powinien przyjmować jak najmniejszą wartość), 2. RESULTS OF EXPERIMENTAL STU- DIES After the studies carried out, it was determined that the roughness of the outer cylindrical surfaces is significantly affected by the technological parameters of the surface burnishing treatment. When considering the values of the R a parameter prior to and following burnishing treatment presented in Table 2, it can be concluded that using higher rotational speed, smaller values of mean arithmetic deviation of surface profile can be obtained. For a speed equal to 710 rpm, the parameters R a are least. For the third sample (710 rpm, feed-in 1 mm), the mean arithmetic deviation of the profile is reduced almost three-fold. After experimental studies conducted and based on calculations obtained from the formula (2), it was established that after two processing passes (i = 2) during the machining process, a relative strain value was obtained of ε nc = 0.2% for burnishing tool feed values a n = 1 mm, ε nc = 0.21% for burnishing tool feed values a n = 1.4 mm and ε nc = 0.22% for burnishing tool feed values a n = 1.8 mm. Table 2 also includes the values of parameters associated with selected material share curves. Parameters related to the material share curve [5]: R pk parameter reduced number of elevations, exhibited by the upper part of the surface that will soon wear out, e.g. after the engine starts, or a different ship device (it should take the smallest value),

8 T. Dyl parametr R vk zredukowana głębokość wgłębień profilu nierówności; jest on miarą zdolności pracujących powierzchni do utrzymania smaru w powstających mechanicznie wgłębieniach (powinien przyjmować jak największą wartość), parametr R k opisuje głębokość rdzenia profilu chropowatości (powinien przyjmować jak najmniejszą wartość). R vk parameter reduced depth of recesses of the roughness profile; it is a measure of the capacity of the working surfaces to maintain lubricant in the cavities formed mechanically (it should take the greatest possible value), R k parameter describes the depth of the roughness profile core (it should take the smallest possible value). Tablica 2. Parametry chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem Table 2. The parameters of roughness of surface after process burnishing Nr próbki ε nc R a K R k R pk R vk No samples % µm - µm µm µm 0,2 0,54 2,87 1,60 0,75 0,70 1 0,21 0,60 2,58 2,09 0,91 0,76 0,22 0,59 2,63 1,98 0,96 0,55 0,2 0,55 2,82 1,52 0,58 0,83 2 0,21 0,66 2,35 1,84 0,73 1,10 0,22 0,69 2,25 2,57 1,07 1,66 0,2 0,53 2,88 1,72 0,58 0,73 3 0,21 0,53 2,89 1,82 0,99 0,7 0,22 0,52 2,92 2,29 0,74 0,49 0,2 1,05 1,48 2,80 1,35 2,09 4 0,21 1,03 1,50 3,63 1,42 1,77 0,22 0,96 1,61 2,98 1,41 1,48 0,2 0,57 2,72 1,52 0,72 0,72 5 0,21 0,56 2,77 1,91 0,5 0,74 0,22 0,55 2,82 2,61 0,69 0,57 Z danych przedstawionych na rysunkach 1 i 2 wynika, Ŝe wraz ze wzrostem współczynnika odkształcenia względnego zwiększa się wartość wskaźnika zmniejszenia chropowatości powierzchni (K ). Na rysunkach 1 i 2 moŝna równieŝ zauwaŝyć, Ŝe wraz ze wzrostem wartości względnego współczynnika odkształcenia wzrasta wartość wskaźnika zmniejszenia chropowatości powierzchni. Na rysunku 2 przedstawiono wpływ odkształcenia względnego na parametr K. ZauwaŜyć moŝna, Ŝe największa wartość wskaźnika zmniejszenia chropowatości powierzchni (K = 2,92) przy najmniejszym średnim odchyleniu arytmetycznym profilu chropowatości powierzchni po nagniataniu (R a = 0,52 µm, rys. 4) występuje dla próbki trzeciej ze stali C45 (poddanej obróbce nagniataniem przy n = 710 obr/min), gdy odkształcenie względne wynosi ε nc = 0,22%. The data presented in Figures 1 and 2 shows that with an increase in the relative strain index, the value of the surface roughness rate reduction increases (K ). A figure 1 and 2 also shows that with an increase in the value of relative strain rate, the value of the surface roughness reduction rate increases. Figure 2 shows the impact of disk burnisher feed-in (tool deep movement) on the K parameter. It can be seen that the highest value of the surface roughness reduction ratio (K = 2.92) with the lowest mean arithmetic deviation of the surface roughness profile after burnishing (R a = 0.52 µm, Fig. 4) is observed for the third sample made of C45 steel (treated at n = 710 rpm) when the effective strain is ε nc = 0.22%.

Wpływ odkształcenia względnego na zmniejszenie chropowatości... 9 3 K = 136,2 ε nc 2-55,3 ε nc + 8,4 2,95 K 2,9 2,85 2,8 0,2 0,205 0,21 0,215 0,22 ε nc, % Rys. 1. Wpływ odkształcenia względnego (ε nc ) na wskaźnik zmniejszenia chropowatości powierzchni (K ) dla próbki 3 Fig. 1. The influence of the effective strain (ε nc ) on surface roughness reduction ratio (K ) for sample 3 3,5 3 1 2 3 4 5 2,5 K 2 1,5 1 0,5 0 0,2 0,21 0,22 ε nc, % Rys. 2. Wpływ odkształcenia względnego (ε nc ) na wartość wskaźnika zmniejszenia chropowatości powierzchni dla próbek ze stali niestopowej C45 (próbki 1-4) i ze stali nierdzewnej 316 (próbka 5) Fig. 2. The influence of the effective strain (ε nc ) on the value of the reduction rate of surface roughness for samples non-alloy steels C45 (samples 1-4) and stainless steel (sample 5) Na podstawie prób nagniatania przeprowadzonych dla stali C45 dobrano prędkość obrotową równą 710 obr/min dla obróbki nagniataniem próbki piątej ze stali nierdzewnej 316. Po przeprowadzonej obróbce nagniataniem próbki ze stali 316 określono, Ŝe uzyskana chropowatość powierzchni jest niska i wynosi R a = 0,55 µm (rys. 4), natomiast wartość wskaźnika zmniejszenia chropowatości była równa K = 2,82 dla ε nc = 0,22% (rys. 2). Najmniejsze wartości wskaźnika zmniejszenia chropowatości powierzchni występują dla próbki czwartej (K = 1,48, n = 900 obr/min), gdy odkształcenie względne wynosi ε nc = 0,2%. Based on burnishing tests carried out for C45 steel, a rotational speed of 710 rpm was selected for processing the fifth sample made of 316 stainless steel. Following burnishing treatment of the 316 steel sample, it was identified that the surface roughness achieved is low and is R a = 0.55 µm (Fig. 4), while the roughness reduction index, they were equal to K = 2.82 for effective strain ε nc = 0.22% (Fig. 2). The lowest values of the surface roughness reduction index are obtained for the fourth sample (K = 1.48, n = 900 rpm), where the effective strain is ε nc = 0.2%.

10 T. Dyl a) b) Rys. 3. Krzywe udziału materiałowego profilu chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem dla odkształcenia względnego ε nc = 0,22%: a) próbki nr 3, b) próbki nr 5 Fig. 3. The Abbott-Firestone curve surface roughness after burnishing for effective strain ε nc = 0.22%: a) sample 3, b) sample 5 a) b) c) Rys. 4. Średnie arytmetycznie odchylenie profilu chropowatości powierzchni: a) po toczeniu (R a = 1,55 µm) oraz po nagniataniu dla odkształcenia względnego ε nc = 0,22% dla: b) próbki 3 ze stali C45 (R a = 0,52 µm), c) próbki 5 ze stali nierdzewnej 316 (R a = 0,55 µm) Fig. 4. The average arithmetic roughness profile: a) after turning (R a = 1.55 µm) and after burnishing for effective strain ε nc = 0.22% for: b) sample 3 steel C45 (R a = 0.52 µm), c) sample 5 steel 316 (R a = 0.55 µm)

Wpływ odkształcenia względnego na zmniejszenie chropowatości... 11 Na rysunku 3 zamieszczono krzywe udziału materiałowego dla próbki 3 ze stali niestopowej C45 i dla próbki 5 ze stali nierdzewnej 316 przy dosuwie nagniataka krąŝkowego do przedmiotu obrabianego a n = 1,8 mm (ε nc = = 0,22%). Na rysunku 4 przedstawiono przykładowe profilogramy średniego arytmetycznego odchylenia profilu chropowatości powierzchni po toczeniu (R a = 1,55 µm) oraz po nagniataniu dla odkształcenia względnego ε nc = 0,22% dla próbki 3 ze stali C45 (R a = 0,52 µm) i próbki 5 ze stali nierdzewnej 316 (R a = 0,55 µm). Porównując parametry związane z krzywą udziału materiałowego zamieszczone w tablicy 2 moŝna stwierdzić, Ŝe najkorzystniejszy rozkład parametrów krzywej udziału materiałowego występuje dla próbki 3 i próbki 5 przy wgłębnym ruchu narzędzia a n = 1,8 mm. Głębokość rdzenia profilu chropowatości (R k ) i zredukowana wysokość wzniesień (R pk ), mają najmniejszą wartość, natomiast zredukowana głębokość wgłębień profilu nierówności (R vk ) wykazuje największą wartość dla próbki nr 3 (710 obr/min) i próbki nr 5 (710 obr/min) przy dosuwie a n = 1,8 mm. Na podstawie danych zawartych w tablicy 2 i na rysunkach 1 3 moŝna stwierdzić, Ŝe najlepszą jakość technologiczną powierzchni walcowych zewnętrznych ze stali niestopowej C45 i stali stopowej nierdzewnej X5CrNiMo17-12- -2 (316), ze względu na uzyskaną małą chropowatość powierzchni, równocześnie przy największym zmniejszeniu chropowatości powierzchni w porównaniu do obróbki poprzedzającej nagniatanie i przy najkorzystniejszym udziale materiałowym spośród badanych próbek, uzyskuje się dla prędkości obrotowej n = 710 obr/min (v n = 1,75 m/s), dla całkowitego dosuwu nagniataka krąŝkowego a n = 1,8 mm w dwóch przejściach obróbkowych dla posuwu wzdłuŝnego f = 0,08 mm/obr. Figure 3 contains material share curves for sample 3 made of C45 non-alloy steel and for sample 5 made of 316 stainless steel with the disc burnisher s feed-in against the workpiece a n = 1.8 mm ( ε nc = 0.22%). Figure 4 shows examples of profilograms the average arithmetic roughness profile after turning (R a = 1.55 µm) and after burnishing for effective strain ε nc = 0.22% for sample 3 steel C45 (R a = 0,52 µm) and sample 5 steel 316 (R a = 0.55 µm). When comparing the parameters related to the material share curve shown in table 2, it can be concluded that the most favourable distribution of the parameters of material share can be observed for sample 3 and sample 5 with the tool s deep movement of a n = 1.8 mm. The depth of the roughness profile core (R k ) and the reduced elevation height (R pk ) take the lowest values possible, while the reduced depth of recesses of the roughness profile (R vk ) takes the greatest value possible for sample No. 3 (710 rpm) and sample No. 5 (710 rpm) at a feed-in a n = 1.8 mm. Based on data contained in Table 2 and in Figures 1 3, it can be concluded that the best technological quality of outer cylindrical surfaces made of C45 non-alloy steel and X5CrNiMo17-12-2 (316) alloy stainless steel due to the low surface roughness obtained with the largest reduction in surface roughness compared to pre-treatment prior to burnishing and the most favourable material share of the samples tested is obtained for a rotational speed of n = 710 rpm (v n = 1.75 m/s) for a total disk burnisher feed-in of a n = 1.8 mm in two processing passes for longitudinal in-feed f = 0.08 mm/rev.

12 T. Dyl 3. PODSUMOWANIE I WNIOSKI 3. SUMMARY AND CONCLUSIONS Po wykonaniu badań eksperymentalnych obróbki nagniataniem stali C45 i X5CrNiMo17-12-2 (316) wyznaczono zaleŝności pomiędzy wskaźnikiem względnego odkształcenia a wskaźnikiem zmniejszenia chropowatości powierzchni. Określono, Ŝe odkształcenie względne wynikające z wartości zastosowanego dosuwu nagniataka krąŝkowego NK-01 (a n ) do osi przedmiotu obrabianego, w znacznym stopniu wpływa na parametry chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem. Dla większych wartości dosuwu nagniataka występują większe wartości względnego wskaźnika odkształcenia, a tym samym mniejsze wartości średniego arytmetycznego odchylenia profilu powierzchni i większe wartości wskaźnika zmniejszenia chropowatości powierzchni. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej uzyskuje się mniejsze wartości średniego arytmetycznego odchylenia profilu (R a ), Najkorzystniejszymi parametrami technologicznymi procesu gładkościowej obróbki nagniataniem są: posuw 0,08 mm/obr, prędkość obrotowa n = 710 obr/min, całkowity dosuw narzędzia równy a n = 1,8 mm, uzyskany w dwóch przejściach (i = 2). After experimental burnishing processing testing was completed, the relationship between the relative strain index and the surface roughness reduction index and the relative degree of surface layer was determined. It was determined that the relative strain resulting from the value of the shift of the NK-01 (a n ) disk burnisher to the workpiece axis significantly affects the surface roughness parameters of the surface layer when burnishing. With higher burnisher shift values, there are higher values of relative strain ratio and thus lower values of the mean arithmetic deviation of the surface profile and higher values of the surface roughness reduction. With an increase in rotational speed, lower values of the mean arithmetic profile deviation (R a ) are achieved. The most advantageous technological parameters of smoothness burnishing processing for the assumptions given are as follows: feed 0.08 mm/rev, rotational speed n = 710 rpm, total tool shift a n = 1.8 mm, obtained in two passes (i = 2). LITERATURA/REFERENCES [1] Przybylski W.: Technologia obróbki nagniataniem. Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 1987. [2] Przybylski W. pod red., Współczesne problemy w technologii obróbki przez nagniatanie. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2005. [3] Korzyński M.: Nagniatanie ślizgowe. WNT, Warszawa 2007. [4] Dyl T., Starosta R., Skoblik R.: Effect of the Unit Pressure on the Selection Parameters of Intermetallic Coatings NiAl and Ni3Al after Plastic Working. Solid State Phenomena Vol. 165 (2010) pp. 19-24, 2010. [5] Starosta R., Dyl T.: Obróbka powierzchniowa. Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2008. [6] Dyl T.: Wpływ gniotu względnego na wskaźnik zmniejszenia chropowatości powierzchni powłok z faz międzymetalicznych. Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni nr 60, Wydawnictwo AM, pp. 94-99, Gdynia 2009. [7] Dyl T.: Wpływ odkształcenia względnego na wskaźnik zmniejszenia chropowatości i stopień umocnienia warstwy powierzchniowej po obróbce nagniataniem. Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni nr 60, Wydawnictwo AM, pp. 100-104, Gdynia 2009.