Widok Wpływ odkształcenia względnego na zmniejszenie chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem

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 miej-scowego odkształcenia plastycznego, wytwarzanego w warstwie wierzchniej przedmiotu wskutek określonego, stykowego współdziałania twardego i gładkiego narzędzia (o kształcie kuli, krąŜka, wałka lub innym) z po-wierzchnią 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 ob-rabianego. 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 zmniejsze-nie chropowatości powierzchni obrobionej, natomiast efektem zgniotu – zasadnicza zmiana właściwości war-stwy 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) dokład-ności kształtu obrabianych przedmiotów.

Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu odkształcenia względnego i parametrów technolo-gicznych 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 utiliza-tion the local plastic deformautiliza-tion, produced in top layer of object as a result of definite, meeting co-operautiliza-tion 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 prin-cipal change of property of top layer object. Phenomena these, though they step out the most often simultane-ously, 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 de-crease 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

1. ZAKRES BADAŃ EKSPERYMENTAL-NYCH

Głównymi celami stosowania obróbki na-gniataniem w technologii maszyn mogą być [1, 2, 3]: obróbka gładkościowa – dająca okre-ślone zmniejszenie wysokości nierówności powierzchni po obróbce poprzedzającej na-gniatanie oraz obróbka umacniająca – umoŜli-wiająca wytworzenie określonych zmian wła-sności fizycznych materiału w warstwie wierzchniej przedmiotu, powodujących uod-parnianie materiału na działanie czynników eksploatacyjnych m.in.: zmęczenie, zuŜycie ścierne, korozję i innych. Celem procesu na-gniatania jest teŜ obróbka wymiarowo-gładkościowa – powodująca określone zwięk-szenie dokładności wymiarowej z jednocze-snym zmniejszeniem chropowatości po-wierzchni do wymaganej wartości.

W pracy do przeprowadzenia obróbki gniataniem zaproponowano zastosowanie na-gniataka krąŜkowego (NK-01) wykonanego w Katedrze Materiałów Okrętowych i Techno-logii Remontów Wydziału Mechanicznego Akademii Morskiej w Gdyni, w ramach pracy własnej, celem określenia zaleŜności pomiędzy parametrami technologicznymi procesu nagnia-tania naporowego tocznego a zmniejszeniem chropowatości powierzchni walcowej ze-wnętrznej ze stali niestopowej i nierdzewnej, która moŜe mieć zastosowanie na wały napę-dowe 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 za-stosowano następujące parametry skrawania: posuw f = 0,05 mm/obr, głębokość skrawania ap = 0,05 mm, prędkość obrotową 1100 obr/min, prędkość skrawania vc = 2,75 m/s. Do smarowania i chłodzenia podczas toczenia za-stosowano Emulgol ES-12. Toczenie wykona-no wykona-noŜem tokarskim wyposaŜonym w płytki wieloostrzowe wykonane z węglików spieka-nych 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-deter-mined 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 in-crease in dimensional accuracy, whilst redu-cing surface roughness to the required value.

Throughout the work, for burnishing pro-cessing, using an (NK-01) disk burnisher has been proposed, made at the Department of Ma-terials and Ship Repair Technology Faculty of Mechanical Engineering, Gdynia Maritime University as part of own work, to determine the relationship between the technological pa-rameters 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 (desig-nation 316 compliant to AISI) samples with an outer diameter

φ

rotational speed 1100 rpm, cutting speed vc = 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 Sand-vik Coromant sintered carbide GC4015 (TNMX 160408 - WM).

Obróbkę nagniataniem powierzchni walco-wych zewnętrznych przeprowadzono na tokar-ce uniwersalnej. Podczas badań doświadczal-nych dokonano zmian w nastawieniach suportu poprzecznego. Siłę nacisku narzędzia na po-wierzchnię obrabianą wywierano w sposób sztywny poprzez dosuw nagniataka krąŜkowe-go NK-01 (an) 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. Ob-róbkę nagniataniem zewnętrznych powierzchni walcowych przygotowanych próbek o średnicy φ 48 mm przeprowadzono z wykorzystaniem róŜnych wartości dosuwu całkowitego nagnia-taka krąŜkowego (an). Jest to wartość przesu-nięcia 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 (an = 1 mm), próbki 1÷5, czop 2, dwa przejścia obróbkowe po 0,7 mm (an = 1,4 mm), próbki 1÷5, czop 3, dwa przejścia obróbkowe po 0,9 mm (an = 1,8 mm).

Do uzyskania zmiennych wartości dosuwu an wykorzystano nagniatak krąŜkowy NK–01, wykonany w Katedrze Materiałów Okrętowych i Technologii Remontów Wydziału Mecha-nicznego Akademii Morskiej w Gdyni w ra-mach pracy własnej, gdzie element nagniatają-cy jest to łoŜysko toczne walcowe o średninagniatają-cy φ 52 mm. Nagniatanie z dociskiem sztywnym z zastosowaniem narzędzia jednoelementowe-go (NK–01) na tokarce uniwersalnej realizo-wane jest poprzez wywieranie siły docisku suportem dla posuwu wzdłuŜnego f = 0,08 mm/obr., natomiast do smarowania i chłodze-nia uŜyto oleju maszynowego. Parametry tech-nologiczne procesu nagniatania przedstawiono w tablicy 1.

Parametry chropowatości powierzchni po toczeniu i po nagniataniu pomierzono za po-mocą profilometru Hommel Tester T1000, przy załoŜonych długościach odcinka pomiarowego 4,8 mm oraz odcinka elementarnego 0,8 mm.

The burnishing of outer cylindrical sur-faces 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 bur-nisher NK-01 (an) 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

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 (an = 1 mm),

samples 1÷5, pin 2, two processing passes 0.7 mm each (an = 1.4 mm), samples 1÷5, pin 3,

two processing passes 0.9 mm each (an = 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 Me-chanical Engineering, Gdynia Maritime Uni-versity as part of own work, where the burnish-ing item is a cylindrical roller bearburnish-ing with a diameter of

φ

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.

Tablica 1. Parametry technologiczne procesu nagniatania Table 1. Burnishing parameters

Nr próbki No samples Rodzaj materiału Type of material Prędkość obrotowa n, obr/min Rotational speed n, rpm Prędkość nagniatania vn, m/s Burnishing speed vn, m/s Dosuw nagniataka an, mm

Burnishing tool feed-in an, mm

Odkształcenie względne

εnc, %

Relative strain ratio

εnc, % 1,0 0,20 1,4 0,21 1 Stal niestopowa Non-alloy steel C45 450 1,10 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 2 Stal niestopowa Non-alloy steel C45 560 1,40 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 3 Stal niestopowa Non-alloy steel C45 710 1,75 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 4 Stal niestopowa Non-alloy steel C45 900 2,25 1,8 0,22 1,0 0,20 1,4 0,21 5 Stal nierdzewna Stainless steel 316 710 1,75 1,8 0,22

Pomiary wykonano według zasad zawartych w normach ISO, wyznaczono szereg parame-trów chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem, między innymi określono para-metry związane z krzywą udziału materiałowe-go: Rk (wysokość chropowatości rdzenia

profi-lu), Rpk (zredukowana wysokość wzniesień),

Rvk (wgłębienie profilu nierówności) oraz Ra (średnie arytmetyczne odchylenie profilu chro-powatości), na podstawie którego wyznaczono wskaźnik zmniejszenia chropowatości po-wierzchni [4÷7]: a a Ra

R

R

K

=

Ra’– średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości powierzchni po toczeniu, (Ra’= 1,55 µm),

Ra – średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości powierzchni po nagniata-niu.

Współczynnik odkształcenia względnego okre-ślono na podstawie wzoru:

% 100 0 1 0 ⋅ − = d d d nc

ε

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: Rk (height of

the profile core roughness), Rpk (reduced

eleva-tion height), Rvk (roughness profile recess) and

Ra (arithmetic mean deviation of the roughness

profile), based on which the surface roughness reduction ratio was determined [4÷7]:

a a Ra

R

R

K

=

Ra’ – arithmetic mean deviation of the

sur-face roughness profile after turning, (Ra’ =1,55

µ

Ra – arithmetic mean deviation of the

sur-face roughness profile after burnishing.

Relative strain ratio was established based on the following formula:

% 100 0 1 0 ⋅ − = d d d nc

ε

gdzie:

d0 - średnica zewnętrzna po toczeniu, (φ 48 mm),

d1 - średnica zewnętrzna po nagniataniu, mm. Przed przystąpieniem do wykonywania pomiarów powierzchnie próbek (po procesie toczenia i nagniatania) zostały wyczyszczone i odtłuszczone.

2. WYNIKI BADAŃ EKSPERYMENTAL-NYCH

Po przeprowadzonych badaniach określo-no, Ŝe na chropowatość zewnętrznych po-wierzchni walcowych istotny wpływ mają pa-rametry technologiczne powierzchniowej ob-róbki nagniataniem.

Rozpatrując wartości parametru Ra przed obróbką nagniataniem i po obróbce nagniata-niem przedstawione w tablicy 2 moŜna stwier-dzić, Ŝe przy zastosowaniu większych prędko-ści obrotowych moŜna uzyskać mniejsze war-tości średniego arytmetycznego odchylenia profilu powierzchni. Dla prędkości równej 710 obr/min wartości parametru Ra są najmniejsze. Dla próbki trzeciej (710 obr/min, dosuw 1 mm) zmniejszenie średniego arytmetycznego odchy-lenia profilu (w stosunku do powierzchni to-czonej) jest prawie trzykrotne.

Po przeprowadzonych badaniach ekspery-mentalnych oraz na podstawie obliczeń uzy-skanych ze wzoru (2) określono, Ŝe po dwóch przejściach obróbkowych (i = 2) podczas pro-cesu nagniatania uzyskano wartość odkształce-nia względnego równą εnc = 0,2% dla dosuwu całkowitego nagniataka krąŜkowego an = 1 mm, εnc = 0,21% dla dosuwu całkowitego nagniataka krąŜkowego an = 1,4 mm oraz εnc = 0,22% dla dosuwu całkowitego nagniata-ka krąŜkowego an = 1,8 mm.

W tablicy 2 zamieszczono równieŜ warto-ści parametrów związanych z wybranymi krzy-wymi udziału materiałowego. Parametry zwią-zane z krzywą udziału materiałowego [5]: • parametr Rpk – zredukowana wysokość

wzniesień, charakteryzuje górną część po-wierzchni, która szybko ulegnie wytarciu po rozpoczęciu na przykład pracy silnika lub innego urządzenia okrętowego (powinien przyjmować jak najmniejszą wartość),

where:

d0 - outer diameter after turning, (

φ

d1 - outer diameter after burnishing, mm.

Before measuring, the sample surfaces (following the rolling and burnishing process) were cleaned and degreased.

2. RESULTS OF EXPERIMENTAL STU-DIES

After the studies carried out, it was deter-mined that the roughness of the outer cylindri-cal surfaces is significantly affected by the technological parameters of the surface burnishing treatment.

When considering the values of the Ra

pa-rameter prior to and following burnishing treatment presented in Table 2, it can be con-cluded 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 Ra 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 for-mula (2), it was established that after two pro-cessing passes (i = 2) during the machining process, a relative strain value was obtained of

εnc

εnc

feed values an = 1.4 mm and

εnc

burnishing tool feed values an = 1.8 mm.

Table 2 also includes the values of pa-rameters associated with selected material share curves. Parameters related to the mate-rial share curve [5]:

• Rpk parameter – reduced number of

eleva-tions, 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),

• parametr Rvk – zredukowana głębokość wgłębień profilu nierówności; jest on miarą zdolności pracujących powierzchni do utrzymania smaru w powstających mecha-nicznie wgłębieniach (powinien przyjmo-wać jak największą wartość),

• parametr Rk – opisuje głębokość rdzenia profilu chropowatości (powinien przyjmo-wać jak najmniejszą wartość).

• Rvk 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),

• Rk 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

εnc Ra KRa Rk Rpk Rvk Nr próbki No samples _{% µ m - µ m µ m µ m} 0,2 0,54 2,87 1,60 0,75 0,70 0,21 0,60 2,58 2,09 0,91 0,76 1 0,22 0,59 2,63 1,98 0,96 0,55 0,2 0,55 2,82 1,52 0,58 0,83 0,21 0,66 2,35 1,84 0,73 1,10 2 0,22 0,69 2,25 2,57 1,07 1,66 0,2 0,53 2,88 1,72 0,58 0,73 0,21 0,53 2,89 1,82 0,99 0,7 3 0,22 0,52 2,92 2,29 0,74 0,49 0,2 1,05 1,48 2,80 1,35 2,09 0,21 1,03 1,50 3,63 1,42 1,77 4 0,22 0,96 1,61 2,98 1,41 1,48 0,2 0,57 2,72 1,52 0,72 0,72 0,21 0,56 2,77 1,91 0,5 0,74 5 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 współczynni-ka odkształcenia względnego zwiększa się war-tość wskaźnika zmniejszenia chropowatości powierzchni (KRa). Na rysunkach 1 i 2 moŜna równieŜ zauwaŜyć, Ŝe wraz ze wzrostem war-tości względnego współczynnika odkształcenia wzrasta wartość wskaźnika zmniejszenia chro-powatości powierzchni.

Na rysunku 2 przedstawiono wpływ od-kształcenia względnego na parametr KRa. Za-uwaŜyć moŜna, Ŝe największa wartość wskaź-nika zmniejszenia chropowatości powierzchni (KRa = 2,92) przy najmniejszym średnim od-chyleniu arytmetycznym profilu chropowatości powierzchni po nagniataniu (Ra = 0,52 µm, rys. 4) występuje dla próbki trzeciej ze stali C45 (poddanej obróbce nagniataniem przy n = 710 obr/min), gdy odkształcenie względne wynosi εnc = 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 (KRa). 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 bur-nisher feed-in (tool deep movement) on the KRa

parameter. It can be seen that the highest value of the surface roughness reduction ratio (KRa = 2.92) with the lowest mean arithmetic

deviation of the surface roughness profile after burnishing (Ra = 0.52

µ

for the third sample made of C45 steel (treated at n = 710 rpm) when the effective strain is

KRa = 136,2 εεεεnc 2 - 55,3 εεεεnc + 8,4 2,8 2,85 2,9 2,95 3 0,2 0,205 0,21 0,215 0,22 ε εε εnc, % K R a

Rys. 1. Wpływ odkształcenia względnego (εnc) na wskaźnik zmniejszenia chropowatości powierzchni (KRa) dla próbki 3 Fig. 1. The influence of the effective strain (εnc) on surface roughness reduction ratio (KRa) for sample 3

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 0,2 0,21 0,22 ε εε εn c, % K R a 1 2 3 4 5

Rys. 2. Wpływ odkształcenia względnego (εnc) 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 (εnc) 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 przepro-wadzonych dla stali C45 dobrano prędkość obrotową równą 710 obr/min dla obróbki na-gniataniem próbki piątej ze stali nierdzewnej 316.

Po przeprowadzonej obróbce nagniataniem próbki ze stali 316 określono, Ŝe uzyskana chropowatość powierzchni jest niska i wynosi Ra = 0,55 µm (rys. 4), natomiast wartość wskaźnika zmniejszenia chropowatości była równa KRa = 2,82 dla εnc = 0,22% (rys. 2). Naj-mniejsze wartości wskaźnika zNaj-mniejszenia chropowatości powierzchni występują dla próbki czwartej (KRa = 1,48, n = 900 obr/min), gdy odkształcenie względne wynosi εnc = 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 Ra = 0.55

µ

(Fig. 4), while the roughness reduction index, they were equal to KRa = 2.82 for effective

strain

εnc

n = 900 rpm), where the effective strain is

a) b)

Rys. 3. Krzywe udziału materiałowego profilu chropowatości powierzchni po obróbce nagniataniem dla odkształcenia względnego εnc = 0,22%: a) próbki nr 3, b) próbki nr 5

Fig. 3. The Abbott-Firestone curve surface roughness after burnishing for effective strain εnc= 0.22%:

a) sample 3, b) sample 5

a)

b)

c)

Rys. 4. Średnie arytmetycznie odchylenie profilu chropowatości powierzchni: a) po toczeniu (Ra’ = 1,55 µm) oraz po nagniataniu dla odkształcenia względnego εnc = 0,22% dla: b) próbki 3 ze stali C45 (Ra = 0,52 µm),

c) próbki 5 ze stali nierdzewnej 316 (Ra = 0,55 µm)

Fig. 4. The average arithmetic roughness profile: a) after turning (Ra’ = 1.55 µm) and after burnishing for effective

Na rysunku 3 zamieszczono krzywe udzia-łu materiałowego dla próbki 3 ze stali niesto-powej C45 i dla próbki 5 ze stali nierdzewnej 316 przy dosuwie nagniataka krąŜkowego do przedmiotu obrabianego an = 1,8 mm (εnc = = 0,22%).

Na rysunku 4 przedstawiono przykładowe profilogramy średniego arytmetycznego odchy-lenia profilu chropowatości powierzchni po toczeniu (Ra’ = 1,55 µm) oraz po nagniataniu dla odkształcenia względnego εnc = 0,22% dla próbki 3 ze stali C45 (Ra = 0,52 µm) i próbki 5 ze stali nierdzewnej 316 (Ra = 0,55 µm).

Porównując parametry związane z krzywą udziału materiałowego zamieszczone w tablicy 2 moŜna stwierdzić, Ŝe najkorzystniejszy roz-kład parametrów krzywej udziału materiałowe-go występuje dla próbki 3 i próbki 5 przy wgłębnym ruchu narzędzia an = 1,8 mm. Głę-bokość rdzenia profilu chropowatości (Rk) i zredukowana wysokość wzniesień (Rpk), mają najmniejszą wartość, natomiast zredukowana głębokość wgłębień profilu nierówności (Rvk) wykazuje największą wartość dla próbki nr 3 (710 obr/min) i próbki nr 5 (710 obr/min) przy dosuwie an = 1,8 mm.

Na podstawie danych zawartych w tablicy 2 i na rysunkach 1÷3 moŜna stwierdzić, Ŝe naj-lepszą jakość technologiczną powierzchni wal-cowych zewnętrznych ze stali niestopowej C45 i stali stopowej nierdzewnej -2 (316), ze względu na uzyskaną małą chro-powatość powierzchni, równocześnie przy naj-większym zmniejszeniu chropowatości po-wierzchni w porównaniu do obróbki poprze-dzającej nagniatanie i przy najkorzystniejszym udziale materiałowym spośród badanych pró-bek, uzyskuje się dla prędkości obrotowej n = 710 obr/min (vn = 1,75 m/s), dla

całkowite-go dosuwu nagniataka krąŜkowego

an = 1,8 mm w dwóch przejściach obróbko-wych 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 work-piece an = 1.8 mm (

εnc

Figure 4 shows examples of profilograms the average arithmetic roughness profile after turning (Ra’ = 1.55

µ

for effective strain

εnc

µ

316 (Ra = 0.55

µ

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 an = 1.8 mm.

The depth of the roughness profile core (Rk)

and the reduced elevation height (Rpk) take

the lowest values possible, while the reduced depth of recesses of the roughness profile (Rvk)

takes the greatest value possible for sample No. 3 (710 rpm) and sample No. 5 (710 rpm) at a feed-in an = 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 sur-faces 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 (vn = 1.75 m/s) for a total

disk burnisher feed-in of an = 1.8 mm in two

processing passes for longitudinal in-feed f = 0.08 mm/rev.

3. PODSUMOWANIE I WNIOSKI

• Po wykonaniu badań eksperymentalnych obróbki nagniataniem stali C45 i X5CrNiMo17-12-2 (316) wyznaczono za-leŜności pomiędzy wskaźnikiem względne-go odkształcenia a wskaźnikiem zmniejsze-nia chropowatości powierzchni.

• Określono, Ŝe odkształcenie względne wy-nikające z wartości zastosowanego dosuwu nagniataka krąŜkowego NK-01 (an) do osi przedmiotu obrabianego, w znacznym stop-niu 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 arytmetyczne-go odchylenia profilu powierzchni i większe wartości wskaźnika zmniejszenia chropowa-tości powierzchni.

• Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej uzyskuje się mniejsze wartości średniego arytmetycznego odchylenia profilu (Ra), • Najkorzystniejszymi parametrami

technolo-gicznymi procesu gładkościowej obróbki nagniataniem są: posuw 0,08 mm/obr, pręd-kość obrotowa n = 710 obr/min, całkowity dosuw narzędzia równy an = 1,8 mm, uzy-skany w dwóch przejściach (i = 2).

3. SUMMARY AND CONCLUSIONS

• 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 (an) disk burnisher to the

work-piece 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 (Ra) 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 an = 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

Politech-niki 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 między-metalicznych. 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.