книги из ГПНТБ / Кабаков, М. Г. Технология производства гидроприводов учеб. пособие

Рис. 9. Влияние режима азотирования на:

а — твердость; б —-глубину азотированного слоя; в — кавитационную стойкость; 1 — конструкционные легированные стали с особыми свойствами; 2 — улучшаемые кон­ струкционные стали; 3 — углеродистые стали; 4 — сталь 38ХМЮА с последующим шли­ фованием на 0,05 мм; 5 — сталь 38ХМЮА при 525° С, 35 ч; 6 — сталь ЭИ123 после азо­ тирования при 650® С, 120 ч; 7— сталь 38ХМЮА, шестикратное азотирование при 510® С, 12 ч и 540QС, 40 ч; 8 — сталь 38ХМЮА после улучшения; 9 — сталь 1Х18Н9Т после азотирования при 600° С, 75 ч; 10 — сталь ЭИ123 без азотирования; II — сталь 1 XI8H9T без азотирования; у — глубина слоя; Q — уменьшение массы образца в результате кави­

тационного изнашивания

использовании газового карбюризатора — в герметичных шахт­ ных печах.

Выдержку определяют в зависимости от состава стали, способа цементации и требуемой глубины слоя (0,15—2,5 мм). Скорость прироста глубины цементованного слоя можно принять равной 0,1 мм/ч при глубине слоя более 1,0 мм и 0,15 мм/ч — при меньшей глубине. Быстрое охлаждение (закалку) производят от темпера­ туры цементации, либо путем подстуживания, многократного нагрева и т. д. в зависимости от состава стали и назначения детали. При всех вариантах термической обработки заключительной операцией является отпуск при 160—180° С в течение 2—3 ч, в результате которого уменьшаются напряжения и несколько по­ вышается вязкость материала.

Поверхности детали, не подлежащие цементации, защищают. Это обеспечивается припусками, снимаемыми при последующей механической обработке, или слоем меди (омеднением) 30—50 мкм, нанесенным электролитическим способом.

Азотирование осуществляют после механической и термиче­ ской обработок в атмосфере частичной диссоциации аммиака NH3 при нагреве до 500—700° С в герметичных шахтных печах. В ре­ зультате насыщения поверхностного слоя детали азотом повы­ шается твердость, износостойкость, сопротивление задиранию, усталостная прочность и, что особенно важно для деталей гидро­ привода, кавитационная стойкость (рис. 9, а, б, в).

Процесс азотирования более эффективен, чем цементация. Твердость азотированного слоя в 1,5—2 раза превышает твер­ дость цементованного слоя. Твердость цементованного слоя сни­ жается при температуре выше 250° С, твердость же азотиро­ ванного слоя не снижается при нагреве до 600° С. Азотированный слой обладает большой коррозионной стойкостью.

61

В связи с низкой температурой азотирования коробление деталей практически отсутствует, однако детали прецизионных пар перед азотированием подвергают стабилизирующему отпуску. Особенностью процесса является наличие упругопластической деформации детали в результате насыщения азотом, что ведет к не­ которому изменению размеров детали (в пределах 0,02—0,05 мм). Это изменение при отлаженных параметрах процесса носит ста­ бильный характер и его можно учесть технологическими при­ пусками.

Печи для азотирования (типа ОКБ-3016) должны обеспечивать минимальный и устойчивый перепад температур (±5° С) и быстрый нагрев, чтобы не образовывались окисные пленки, препятствующие азотированию. Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя и выше скорость Диффузии аммиака. Процесс ведется 20—60 ч, в зависимости от требуемой глубины азотирования (рис. 9). Глубина азотированного слоя составляет обычно 0,25—0,65 мм, концентрация азота 3—4%. При большем содержании азота возрастает хрупкость материала. После азоти­ рования твердость по Виккерсу 1000—1200. Режимы и результаты азотирования типовых сталей, используемых для деталей гидро­ приводов, приведены в табл. 16. Для защиты поверхностей от азо­ тирования применяют гальваническое лужение оловом толщиной слоя 6—8 мкм. Детали гидропривода поступают на термическую обработку с малыми припусками (особенно прецизионные пары, для которых припуск не превышает 0,05 мм). Отсюда высокие тре­ бования к культуре и организации производства термических цехов, к культуре транспортирования и складирования деталей. Так, необходимо поддерживать чистоту соляных ванн и качество раскисления при улучшении и закалке, чтобы гарантировать отсутствие загрязнения карбюризатора разъедающими приме1-

Таблица 16

Области применения некоторых азотируемых сталей

62

сями, исключить возможности нарушения температурного режима (нагрева и охлаждения деталей), нарушения состава нагреватель­ ной и охлаждающей сред, изменения технологии загрузки и вы­ грузки деталей и т. д. Необходимо также ограничивать время пролеживания деталей между шлифовкой и азотированием во избежание образования на рабочих поверхностях жировых пленок, искажающих нормальное распределение твердости по азотирован­ ному слою.

Обработка холодом проводится с целью стабилизировать раз­ меры детали устранением остаточного аустенита, превращающе­ гося при отрицательных температурах в мартенсит, а также для повышения твердости и износостойкости. Обработке холодом под­ вергают детали шатунно-кривошипных групп насосов, преци­ зионные пары гидроаппаратуры, изготовленные из сталей 20Х, 12ХНЗА, 18ХНВА, ШХ15, Х12Ф1.

Детали простой конфигурации обрабатывают холодом не­ посредственно после закалки. Для деталей сложной конфигурации во избежание трещин обработке холодом подвергают закаленную и отпущенную сталь. Эффективность обработки при отрицательной температуре зависит от интервала времени между закалкой и низ­ котемпературным отпуском. Допустимая продолжительность вы­ держки закаленных деталей при температуре окружающей среды до обработки холодом для сталей 12ХН2А и 18Х2Н4МА — 3 ч; для сталей ХГ, ШХ15, Х12Ф1 — 2 ч, для стали 20Х — 30 мин. Обработку холодом ведут при температуре —70° С с выдержкой 1—3 ч на холодильных машинах типа ХКМ-2.

Способы финишной (отделочной) обработки. В технологических процессах обработки основных деталей гидроприводов, имеющих высокую твердость (HRC 58—62), низкую шероховатость поверх­ ности (V7— V14) и повышенные требования к точности геометри­ ческой формы (например, неплоскостность 0,005 мм), финишными операциями являются шлифование, хонингование и доводка.

Шлифование применяют как окончательную (до V7— V10) или как предварительную операцию перед последующей доводкой. Наиболее распространены следующие способы шлифования:

наружное круглое с продольными и поперечными подачами; бесцентровое с продольной и поперечной подачами; плоское шлифование периферией и, реже, торцом круга; внутреннее;

- суперфиниширование.

Минимальные припуски на шлифование до шероховатости V8 назначают от 0,2 до 0,5 мм, в зависимости от обрабатываемого раз­ мера. Припуск для тонкого шлифования (V9—V10) не должен превышать соответственно 0,03—0,04 мм. Шероховатость обраба­ тываемой поверхности перед шлифованием должна быть не ниже V6.

При выборе режима шлифования и оптимальной характери­ стики шлифовального круга учитывают материал, размеры и формы

63

Рис. 10. Характеристика режимов шлифованиях

а — зависимость соотношения контактных твердостей пары сталь — абразив от темпе­ ратуры шлифования; б — пример выбора зоны оптимального времени выхаживания (наибольшее И^ при наименьшем HCKY. 1 — пара сталь 45 — электрокорунд; 2 — пара

сталь 18ХГТ — электрокорунд; I — зона оптимального времени выхаживания; Яск — среднеквадратичное отклонение мнкронеровностей поверхности; Нд — микротвердость поверхности

шлифуемой детали, длину и площадь контакта круг—деталь, вид шлифования и оборудования, требуемую точность.

Неправильный выбор режимов приводит к схватыванию абра­ зивных зерен шлифовального круга с обрабатываемым металлом, что вызывает брак детали.

Интенсивность схватывания зависит от соотношения твердостей контактных поверхностей между материалом абразива Н у (рис. 10, а) и обрабатываемым металлом # 2. Чем больше это соот­ ношение, тем лучше качество обрабатываемой поверхности. Cootношение твердостей контактных поверхностей зависит от материа­ лов круга и детали и скорости резания (или соответствующей ей температуры). Как видно из рис. 10, а, для первой кривой это соотношение в диапазоне температур 1000—1250° С, соответствую­ щих скорости 30—45 м/с, почти не изменяется; следовательно, и износные явления в этой зоне минимальны. Для материалов второй пары увеличение температуры, а следовательно, и скоростей шли­ фования, вызывает резкое увеличение схватывания. Поэтому сталь 18ХГТ необходимо шлифовать при более низких скоростях резания.

К особенностям тонкого шлифования деталей гидропривода относится также выхаживание, т. е. продолжение обработки с пре­ кращением поперечной подачи. При этом срезание стружки по­ степенно прекращается, шероховатость поверхности снижается, а твердость поверхности и точность обработки увеличиваются. Сущность явления выхаживания заключается в том, что вследствие прекращения резания увеличивается количество зерен, пласти­ чески деформирующих поверхность металла. Для каждого вида деталей устанавливается оптимальное время выхаживания, за пределами которого ухудшается поверхностный слой (рис. 10, б).

64

Для тонкого шлифования малогабаритных золотников с шеро­ ховатостью поверхности V12 применяют абразивный круг из зеленого карбида кремния на графитовой связке. При этом шлифо­ вание ведут с обильной подачей смазочно-охлаждающей жидкости и при базировании обрабатываемой детали на неподвижных цен­ трах станка, у которых отклонение от цилиндричности не должно превышать 0,5—1,0 мкм.

Хонингование применяют главным образом для предваритель­ ной обработки малых глубоких прецизионных отверстий корпусов гидроаппаратуры. При изготовлении гильз гидроцилиндров в на­ стоящее время хонингование в качестве финишного процесса как правило, не применяют, оно заменено раскатыванием.

'Хонингование обеспечивает шероховатость поверхности V I2— VH, допуск в зависимости от диаметра обрабатываемой детали 0,003—0,015 мм, конусность и овальность с точностью 0,003— 0,005 мм. Припуск на хонингование зависит от диаметра обраба­ тываемого отверстия, вида предварительной обработки, обраба­ тываемого материала и составляет 0,01—0,02 мм на диаметр. В ка­ честве инструмента используют специальные хонинговальные

70 м/мин. Для предварительного хонингования давление при резании достигает (4—5) • 105 Н/м2, для окончательного—3 -106 Н/м2, за один двойной ход головки снимается 0,5—0,7 мкм металла.

Доводка выполняется в среде смазки с помощью мелкозерни­ стого свободного абразивного порошка. Эта операция, как завер­ шающая, включается в технологический процесс изготовления всех прецизионных деталей гидропривода для стальных и чугунных пар (поршней, золотников, пластин, распределителей и т. д.). Доводка обеспечивает получение шероховатости поверхности в пределах 13—14-го классов чистоты и точные геометрические размеры детали. Доведенные детали, как правило, не взаимоза­ меняемы. Доводка ведется при малых скоростях и при переменном движении заготовки относительно доводочного инструмента, на­ зываемого притиром. Этим обеспечивается неповторяемость траек­ торий абразивных зерен, производящих резание при доводке, а сле­ довательно, и снижение шероховатости поверхности. При исполь­ зовании специальных доводочных станков рабочее движение пред­ ставляет собой сложное движение, состоящее из возвратно-посту­ пательного, вращательного и скользящего. В зависимости от тре­ буемой точности и шероховатости поверхности (от степени зерни­ стости применяемых порошков) процесс доводки разделяют на предварительный и окончательный. Окончательная доводка близка к полированию, абразивные зерна снимают только слой окислов, не затрагивая основного материала.

Доводку производят на притирах из чугуна, алюминия, красной меди, мягкой стали и стекла. Абразивные порошки, наносимые на притир, бывают двух видов: твердые (на основе карбида бора, кремния и белого электрокорунда) и мягкие (на основе окиси же­ леза и окиси хрома). Производительность (съем металла) при до­ водке зависит главным образом от зернистости доводочного мате­ риала, материала притира, продолжительности, скорости относи­ тельного перемещения и давления при доводке (рис. 12, а, б, в).

Припуск при доводке рассчитывают так: для плоскостей

К = KR (Rz + AD);

для цилиндрических поверхностей

hR = KR(2Rz + AD),

где Ад — коэффициент учета устранения поверхностных дефектов (грубых рисок, царапин);

Rz — высота неровностей после предыдущей обработки; AD — допуск на отклонение от геометрической формы детали. В табл. 17 приведены некоторые припуски при доводке.

Абразивные порошки наносят на поверхность притира в со­ четании со связующими веществами (керосином, мягкими ми­ неральными маслами) в виде паст. В пасте должно содержаться по весу 20—50% абразива. Чем меньше концентрация абразива,

66

Рис. 12. Зависимость съема металла б от:

а — доводочных материалов; б — давления; в — продолжительности доводки при разных материалах притира; I — бронза; 2 — низколегированная сталь; 3 — закаленная сталь

тем при той же шероховатости больше продолжительность доводки, но меньше степень внедрения абразивных зерен в поверхность обрабатываемой детали. Схемы относительного движения притира и заготовки показаны на рис. 13.

Доводка может быть осуществлена на станке и вручную. Пре­ имущества машинной доводки заключаются в высокой производи-

2

г

2

Рис. 13. Схемы доводки деталей различной конфигурации:

I — деталь; 2 — притир

тельности и более высоком качестве поверхности (в том числе в ре­ зультате наклепа). При доводке бронзовых деталей предпочтение отдается мягким сортам, типа Бр.012, так как в этом случае неудаляемые частицы абразива, внедряющиеся при обработке, располагаются главным образом за поверхностным слоем, не вы­ зывая задира рабочей поверхности сопряженной детали.

Очистка от технологических загрязнений. Технологические загрязнения, неизбежные в процессе производства, представляют собой мельчайшие металлические частицы в виде стружки, оскол­ ков острых кромок и заусенцев, остатков абразивной пыли и пасты, продуктов засорения в результате хранения, транспортирования, сборки и т. д.

Распространенными видами очистки являются очистка от све­ жего абразива, отмочка, мойка, ультразвуковая промывка. Де­ тали очищают от остатков свежей абразивной пыли сразу после окончательной доводки. Количество абразива, остающегося на

применяемый в опыте 5. Обдувка воздухом не влияет на степень очистки поверхности, но зато активизирует общую засоренность на участке.

Отмочку производят с целью размягчить остатки паст и другие загрязнения, что способствует более эффективной очистке при по­ следующих операциях. Детали отмачивают в керосиновой ванне при температуре 60—70° С в течение 30—45 мин. Отмоченные детали моют в специальных машинах. Для мойки используют жид­ кости типа ОП-6, а также 20%-ный содовый раствор или уайтспирит. Мойку производят с помощью сопел-гидроершей, которые вставляются внутрь детали и имеют на боковых поверхностях

68

отверстия для выхода моющей жидкости. Мойку, как правило, осуществляют в 2 или 3 этапа.

Широкое распространение в производстве гидропривода полу­ чила ультразвуковая промывка. Она основана на кавитации жидко­ сти под воздействием ультразвуковых колебаний. В местах разрыва струи образуются пузырьки, наполненные парами жидкости и растворенными в ней газами, которые, разрываясь, производят

69