Технологические методы, повышающие качество поверхностного слоя деталей машин

В получении поверхностного слоя высокого качества важную роль играют финишные операции, из которых наиболее распространено шлифование. Процессу шлифования свойственно образование в зоне обработки высоких температур и, как следствие, возникновение растягивающих напряжении, которые снижают износостойкость деталей. Для уменьшения остаточных напряжений растяжения необходимо снижать интенсивность теплообразования путем уменьшения глубины шлифования, увеличения скорости подачи детали, применения более мягких кругов и обильного охлаждения. Например, износостойкость детали из отожженной стали У8 после тонкого шлифования повышается в 1,5 - 2 раза по сравнению со шлифованием при обычных режимах резания. При точении наиболее износостойкая поверхность получается при скоростном резании на малых режимах (скорость резания 150 - 400 м/мин, глубина резания 0,1 - 0,3 мм, подача 0,05 - 0,1 мм/об).

На состояние поверхностного слоя детали влияют не только режимы финишных операций, но и предшествующие им операции обработки, в том числе и технология получения исходных заготовок. Для получения износостойкого поверхностного слоя применяют ряд технологических приемов. К ним относятся:

- термическое упрочнение поверхностного слоя путем закалки стальных деталей;

- химико-термическая обработка (цементация с последующей закалкой и отпуском, азотирование, борирование и др.);

- нанесение на рабочие поверхности покрытий гальваническим или химическим способом, наплавкой износостойких сплавов, металлизацией, напылением и другими способам;

- упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием.

Поверхностное пластическое деформирование достигается упрочнением деталей дробью, обкаткой наружных поверхностей, раскаткой дорнированием отверстий. Эти способы упрочнения стальных деталей позволяют повысить точность размеров и уменьшить шероховатость поверхности, увеличить усталостную прочность и износостойкость деталей.

При упрочнении деталей дробью применяют стальную дробь диаметром от 0,4 до 2 мм, которую направляют с помощью дробемёта на обрабатываемую поверхность со скоростью 50 - 90 м/с, создавая наклеп на глубину до I мм. Наиболее распространены механические дробемёты, в которых дробь разбрасывается лопатками ротора, вращающегося с частотой до 3500 об/мин, и пневматические (дробеструйный наклеп). Получает распространение центробежно-шариковый наклеп, выполняемый специальным устройством (рис. 6.8).

В зависимости от физико-механических свойств детали твердость поверхностного слоя в результате упрочнения дробью повышается на 20 - 50%, а глубина наклепа достигает 0,5 - 1,5 мм. В зоне наклепа образуются сжимающие напряжения до 500 – 800МПа, а под объем растягивающие. Повышение времени обработки приводит к появлению

Микротрещин в результате перенаклепа. При упрочнении пружин срок их службы повышается в 1,5 - 2 раза, зубчатых колес в 2 - 2,5; рессор - в 10 - 12; щек камнедробилок в 3 - 4 раза. Упрочнение наружных поверхностей путем их обкатки свободновращающимися роликами (рис. 6.8) осуществляется путей прижима роликов к обрабатываемой поверхности силой Р = 1,5 - 4 кН. Припуск на обкатывание составляет 0,01 - 0,02 мм. В результате обкатывания стальных деталей шероховатость поверхности может бытьизменена с Rа = 2,5 мкм до Rа = 0,32 мкм, а точность размера повышена на 10-15% . Перед обкатыванием поверхность обрабатывают чистовым обтачиванием, а плоскости – чистовым фрезерованием. После обкатки твердость поверхности повышается на 15 - 25%. Применяя обкатывание галтелей коленчатых валов, повышают их усталостную прочность.

Рис. 6.3. Устройства для поверхностного наклепа

Упрочнять галтели коленчатых валов можно также вибрирующим или механической чеканкой, причем для чеканки коленчатых валов приспособление монтируют на суппорте токарного станка, а закрепляют в центрах станка. В результате чеканки возникают напряжения сжатия до 1000 МПа, а твердость поверхности повышается на 30-40 %.

Для раскатывания отверстий применят раскатники (вальцовки). Отверстия раскатывают при изготовлении гидроцилиндров, корпусных деталей, шатунов. Раскатка показана на рис. 6.8, в.

Дорнирование - это процесс продавливания дорна или стальных шариков через отверстие. При этом точность отверстия повышается на один квалитет, а шероховатость поверхности изменяется с Rа = 2,5 мкм до Rа = 0,63…0,16 мкм при одновременном повышении износостойкости детали.

Упрочняющая технология дает эффект не только при изготовлении деталей, но и после выполнения ремонтных операций, например, после наплавки изношенных поверхностей, так как операции наплавки снижают усталостную прочность деталей.