1.6.3. Технологические методы, повышающие качество поверхностного слоя деталей машин
В получении поверхностного слоя высокого качества важную роль играют финишные (отделочные) операции: шлифование, притирка, хонингование, суперфиниш. Наибольшее распространение в качестве финишной операции нашло шлифование.
В ряде случаев требуется получение износостойкого поверхностного слоя. Для этого применяют следующие технологические способы:
- термическое упрочнение поверхностного слоя путём закалки стальных деталей;
- химико-термическая обработка (цементация с последующей закалкой и отпуском, азотирование и др.);
- нанесение на рабочие поверхности покрытий гальваническим или химическим способом, наплавкой износостойких сплавов, металлизацией, напылением и другими способами;
- упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием.
Поверхностное пластическое деформирование достигается упрочнением деталей дробью, обкаткой наружных поверхностей, раскаткой и дорнированием отверстий. Перечисленные способы упрочнения стальных деталей позволяют повысить их усталостную прочность, износостойкость, а при обработке, раскатке отверстий и дорнировании повысить точность размеров и шероховатость поверхности.
При упрочнении деталей дробью применяют стальную дробь диаметром от 0,4 до 2,0 мм, которую направляют с помощью дробемёта на обрабатываемую поверхность со скоростью 50-90 м/с., создавая наклёп на глубину до 1 мм. Наиболее распространены механические дробемёты, в которых дробь разбрасывается лопатками ротора, вращающегося с частотой до 3500 об/мин., и пневматические (дробеструйный наклёп). Применяют также центробежно-шариковый наклёп, выполняемый с помощью установки (рис. 3.11), рабочим органом которой является сепаратор 3, в котором свободно размещены шарики 2. При вращении сепаратора шарики под действием центробежной силы выдвигаются на размер h, ударяя о поверхность детали 1.
Рис. 3.11
В зависимости от физико-механических свойств деталей твёрдость поверхностного слоя в результате упрочнения дробью повышается на 20-25 %, а глубина наклёпа достигает 0,5-1,5 мм. В зоне наклёпа образуются сжимающие напряжения до 500-800 МПа, а под слоем - растягивающие. Процесс упрочнения длится не более 10 мин. Повышение времени обработки приводит к появлению микротрещин в результате перенаклёпа.
При упрочнении пружин их срок службы повышается в 1,5-2 раза, зубчатых колёс - в 2-2,5; рессор – в 10-12; щёк камнедробилок – в 3-4 раза.
Упрочнение наружных поверхностей путём их обкатки свободно вращающимися роликами (рис. 3.12) осуществляют путём прижима роликов к обрабатываемой поверхности с силой Р = 1,5-4 кН. Припуск на обкатывание составляет 0,01-0,02 мм. В результате обкатывания стальных деталей шероховатость поверхности может быть изменена с Ra = 2,5 мкм до Ra = 0,32, а точность размера повышена на 10-15 %. Перед обкатыванием поверхность обрабатывают чистовой обточкой тел вращения или чистовым фрезерованием плоскостей. После обкатки твёрдость поверхности повышается на 15-20 %. Применяя накатывание гантелей коленчатых валов, повышают их усталостную прочность на 50-100 %.
Рис 3.12
Для раскатывания отверстий применяют раскатники, называемые также вальцовками. На рис. 3.13 показан роликовый раскатник: 1 - контргайка; 2 - резьбовая втулка, регулирующая положение роликов; 3 - оправка с конусным хвостиком; 4 - ролики; 5 - корпус. Отверстия раскатывают, в частности, при изготовлении гидроцилиндров, корпусных деталей, шатунов.
Рис 3.13
Дорнирование - это процесс продавливания дорна или стальных шариков через отверстие. При этом точность отверстия повышается на один квалитет, а шероховатость поверхности изменяется с Ra = 2,5 мкм до Ra = 0,63-0,16 мкм при одновременном повышении износостойкости детали.
На рис. 3.14 показана рабочая часть дорна: - заборный угол; 1 - переходный угол; 2 - задний угол; f - цилиндрическая часть.
Упрочняющая технология даёт 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.
Рис. 3.14