9.2. Алмазные выглаживатели
Алмазное выглаживание заключается в обработке предварительно шлифованной полированной поверхности алмазным инструментом без снятия стружки. Скорость вращения детали находится в пределах 50…400 м/мин; подача – 0,02…0,1 мм/об; радиальное усилие на резце – 50…300 Н.
Процесс применим как для пластичных материалов, так и для термообработанных до высокой твёрдости (закалка токами высокой частоты, азотирование), почти всех марок конструкционной, высокопрочной и нержавеющей стали, за исключением титановой.
При выглаживании поверхностный слой уплотняется на глубину 0,3…0,5 мм с увеличением микротвёрдости на 15…65%; в нём возникают высокие остаточные напряжения сжатия (до 1…2,5 Н/мм2), что обеспечивает значительное повышение усталостной прочности. Шероховатость поверхности уменьшается. Микрорельеф приобретает благоприятные для циклической прочности плавные очертания. Процесс выглаживания требует тщательной обработки при его применении.
Инструмент, установленный в специальную пружинную оправку, применим для обработки наружных и внутренних поверхностей. Необходимое давление алмаза на обрабатываемую поверхность обеспечивается тарированной пружиной.
В качестве смазывающей охлаждаемой жидкости (СОЖ) применяют чистое минеральное масло или смазку В-32.
Закрепляется алмаз чаще всего пайкой при помощи серебряного припоя, имеющего сравнительно низкую температуру плавления (600…650оС). Схематично универсальный выглаживатель представлен на рис. 9.5.
Рис. 9.5. Универсальный алмазный выглаживатель
Выглаживатель состоит из оправки 1 и алмаза 2. Он монтируется в специальном приспособлении, устанавливаемом в резцедержателе токарного станка.
В практике применяются выглаживатели с радиусом сферы алмаза 0,5…3,5 мм. Прочность и твёрдость алмаза в различных направлениях ввиду его анизотропии неодинакова, вследствие чего большое значение имеет правильная кристаллографическая ориентация алмаза. Его следует ориентировать так, чтобы в процессе выглаживания истирание происходило в «твёрдом» направлении, т.е. ориентировать «твёрдое» направление в направлении вектора скорости.
Для изготовления алмазного инструмента чаще всего используются кристаллы массой 0,4…0,9 карат. Применение для выглаживателей синтетических алмазов целесообразно при обработке более мягких сталей и цветных металлов.
При выглаживании закалённой стали ШХ15, когда контактная температура не превышает 500…600оС, стойкость сферического выглаживателя составляет 100…150 км пути.
Рекомендуются следующие радиусы рабочей части алмаза: 0,5…1,5 мм – образцов из закалённых сталей высокой твёрдости (HRC 58…64); 1,5…2,5 мм – для образцов закалённых сталей высокой твёрдости (HRC 40…58); 2,0…3,0 мм – для образцов незакалённых сталей средней твёрдости; 2,5…3,5 мм – для цветных металлов и сплавов.
9.3. Отделочно-упрочняющая обработка
Среди технологических методов, обеспечивающих повышение прочности, жёсткости и качества деталей машин, большую эффективность имеет отделочно-упрочняющая обработка (ОУО), осуществляемая ППД. ОУО – завершающая операция технологического цикла изготовления деталей, в большинстве случаев успешно заменяющая традиционные способы финишной обработки, такие как доводка, хонингование, суперфиниширование и др.
Наиболее простые и перспективные методы ОУО ответственных деталей следующие: обкатывание шарами; алмазное выглаживание; ультразвуковое упрочнение – УЗУ (обкатывание с наложением ультразвуковых колебаний); упрочнение вращающимися механическими щётками.
В таблице 9.1 представлена оценка эффективности различных методов ОУО сталей.
Таблица 9.1
Эффективность различных методов ОУО сталей
Метод обработки |
Прирост твёрдости ΔHV, % |
Толщина наклёпан-ного слоя, мм |
Остаточные напряжения στ, Н/мм2 |
Обкатывание шаром |
8…15 |
0,3…0,8 |
400…750 |
Алмазное выглаживание |
8…20 |
0,1…0,8 |
500…850 |
Ультразвуковое упрочнение (УЗУ) |
9…22 |
0,1…0,25 |
300…600 |
Обработка щётками |
8…20 |
0,04…0,08 |
600…1100 |
Обкатывание шаром и УЗУ уменьшает шероховатость поверхностей с Ra = 0,35…1,2 мкм до Ra = 0,2…0,32 мкм, алмазное выглаживание – до Ra = 0,09…0,15 мкм. Уменьшение шероховатости поверхности, сопровождаемое увеличением радиусов закругления вершин и впадин неровностей, во всех случаях значительно увеличивает опорную длину профиля, что благоприятно влияет на контактную жёсткость и другие эксплуатационные характеристики деталей.
Изменение физико-механических свойств поверхностного слоя, и в частности, повышение твёрдости и предела текучести, создание более однородной структуры и субструктуры наиболее деформированного верхнего слоя в сочетании с остаточными сжимающими напряжениями и увеличением опорной поверхности повышает его контактную жёсткость, прочность и износостойкость. В результате возрастает сопротивление деформациям в процессе работы деталей машин, что замедляет образование усталостных трещин и отдаляет время отрыва частиц при трении скольжения и время разрушения деталей или наступления поверхностного выкрашивания при трении качения.
УЗУ целесообразно применять для получения более интенсивного, но менее глубокого упрочнённого слоя при обработке маложёстких деталей.