21.2 Технологические способы упрочняющей обработки деталей машин

Выдвигаемые практикой требования по созданию долговечных машин можно удовлетворить не только за счет разработки современных конструкционных решений и применения новых высокопрочных материалов, но и путем регламентированных изменений поверхностного слоя деталей машин.

Процессом, обеспечивающим получение стабильных показателей по качеству поверхности, является поверхностное пластическое деформирование (ППД), которое подразделяется на сглаживающее и упрочняющее.

В результате обработки ППД образуется специфическая шероховатость поверхности, возникает упрочненный поверхностный слой металла и формируются в нем остаточные напряжения сжатия, изменяются макро- и микроструктуры, механические и физические свойства металлов. Достигаются 6...7-й квалитеты точности обработки, шероховатость поверхности при этом доходит до Ra – =0,32...0,04 мкм, значительно повышаются эксплуатационные характеристики деталей машин.

Дробеструйную обработку используют с целью упрочнения поверхности детали стальной или чугунной дробью, применяют и стеклянные шарики. Скорость вылета дроби из сопла пневматической головки или дробемета 50...85 м/с. Глубина и степень упрочнения, а также остаточные напряжения зависят от технологических факторов (скорости потока дробь – сжатый воздух, диаметра дроби, твердости и динамической прочности дроби, угла наклона потока к обрабатываемой поверхности и др.) Метод применяется для обработки лопаток турбин, рессор, пружин, торсионных валов, зубчатых колес, спиральных сверл, матриц, пуансонов и др.

Центробежно-шариковый наклеп аналогичен радиальному обжатию. Проводится на станках общего (токарные, шлифовальные и др.) и специального назначения. Шарики располагаются в цилиндрических радиальных отверстиях упрочнителя – сепаратора.

Обкатывание роликом и шаром является наиболее распространенным видом обработки ППД благодаря их мобильности и простоте. Ролики обычно изготовляют из сталей марок У10, У12, XI2, Х12М, ХВГ, 5ХНМ, ШХ15 и закаливают их на твердость HRC 58...65. Ролики иногда наплавляют твердыми сплавами, что значительно повышает их износостойкость. Для закрепления роликов и шаров существуют специальные устройства и приспособления.

Метод обкатывания вибрирующим роликом позволяет добиться требуемой степени деформации при сравнительно небольших усилиях и в соответствии со служебным назначением детали управлять процессом формирования шероховатости поверхности. На обрабатываемые поверхности наносятся слабо заметные канавки, прилегающие друг к другу.

В основу раскатывания отверстий ролик а ми заложены принципы наружного обкатывания.

Обкатывание цилиндрических, фасонных, плоских поверхностей и раскатывание отверстия весьма эффективны и широко применяются при отделке разнообразных деталей машин. Штоки штамповочных молотов, различные валы, чугунные направляющие станков, рабочие профили зубчатых валков, крупная резьба, цилиндрические валки станов холодной прокатки, торсионные валы ткацких станков типа СТБ, баллоноограничители тростильно крутильных машин текстильного производства, обширная номенклатура деталей автомобилей и тракторов – неполный перечень обрабатываемых изделий.

Алмазное выглаживание отличается сравнительно малой площадью контакта инструмент-деталь, поэтому применяется при обработке нежестких деталей, прочных и закаленных материалов. Алмазное выглаживание наружных, внутренних и фасонных поверхностей аналогично обработке роликами и шарами. При алмазном выглаживании обработка ППД проводится в условиях трения скольжения (с весьма малым коэффициентом трения), а при обкатке роликами и шарами – трения качения. Рабочим инструментом служат простые по конструкции державки с наконечниками из естественных (А) и искусственных алмазов (типов «Карбонадо» – АСПК и «Балласс» – АСБ) в виде полусферы, цилиндра или конуса. Выглаживают детали жестким или нежестким подпружиненным) инструментом. Номенклатура деталей, обрабатываемых алмазными выглаживателями, чрезвычайно велика.

При чеканке наносят удары ударниками с бойками по обрабатываемой поверхности при помощи механических, пневматических или электромеханических специальных приспособлений. После чеканки твердость поверхности возрастает на 30...50%, глубина упрочнения – до 30 мм. Чеканка эффективна для обработки деталей машин, таких, как зубчатые колеса, шлицевые валы из различных материалов. Хорошо упрочняются чеканкой сварные швы.

Дорнование – эффективный метод калибрования и отделки внутренних поверхностей деталей машин. Инструмент перемещается в отверстии с натягом, он является основным технологическим параметром процесса. Процесс выполняется за один или несколько проходов инструмента. Калибрование повышает точность отверстий и обеспечивает высокое качество поверхности; процесс производителен.