книги из ГПНТБ / Каледин Б.А. Повышение долговечности деталей поверхностным деформированием

Т а б л и ц а 42

дачи.

Из этих экспериментов также следует сделать вывод, что взаимодействие факторов может оказывать сущест­ венное влияние на качество поверхности деталей.

Таким образом, можно сделать вывод, что, применяя оптимальные режимы обработки, можно существенно повысить износостойкость деталей из различных метал­ лов и сплавов путем использования одно- и многошари­ ковых и роликовых приспособлений.

3. И З Н О С О С Т О Й К О С Т Ь П О В Е Р Х Н О С Т Е Й О Т В Е Р С Т И Й , О Б Р А Б О Т А Н Н Ы Х Д О Р Н О В А Н И Е М

Процесс дорнования отверстий дорнами с выглажи­ вающими кольцами обладает высокой производительно­ стью и нашел широкое применение в промышленности. Выше [173] уже приводились примеры применения этого метода.

В работах [143, 144] изучалось влияние режимов дор­ нования отверстий на наклеп металла, характер и вели­ чину остаточных напряжений, возникающих в процессе дорнования, а также на износостойкость обработанных отверстий при возвратно-поступательном перемещении истирающего элемента.

Испытаниям на износостойкость подвергались образ­ цы из сталей 20 и 45, изготовленные в виде втулок с внутренним отверстием диаметром 30 мм и дорнованные с натягами 0,06—0,3 мм через каждые 0,03 мм.

182

Сравнительные исйытаііия образцов на износостой­ кость проводили для трех способов обработки: 1) дорнования, 2) протягивания режущей протяжкой и 3) раста­ чивания резцом. Для каждого способа обработки испы­ тывались по .четыре образца при различных нагрузках (Рі = 5 кгс/см2, Р2 = 10 кгс/см2, Р3 = 20 кгс/см2) и скоро­ стях истирания (число двойных ходов в минуту равня­ лось 200 и 440). Длительность испытания каждого образ­ ца была принята равной 2 200 000 циклов (двойных хо­ дов). Износ образцов определялся по потере веса взвешиванием с точностью до 0,1 мг.

На рис. 58 представлены кривые износа образцов из стали 20, обработанных различными методами при пере-

Рнс. 58. Износ образцов из стали 20 в условиях трения скольжения

183

истирания образцы, обработанные дорнованием, имеют значительно меньший износ по сравнению с протянутыми и расточенными. Дорнованпые образцы также имеют меньшее время приработки. Даже при небольшом удель­

шился на 30% по сравнению с протянутыми. С увеличе­ нием натяга до 0,29 мм, по мнению автора работы, износ уменьшился на 50%. Преимущества дорновапия прояв­ ляются еще более сильнее при увеличении удельного давления до Р = 20 кгс/см2 (рис. 58,6).

Расточенные отверстия оказались более износостой­ кими по сравнению с протянутыми, но уступали дорнованным. Это можно объяснить разной степенью наклепа и направлением микронеровностей, а также шероховато­ стью поверхности.

Испытания стали 45 при давлении 10 кгс/см2 с числом циклов N = 440 и N = 200 показали, что величина износа образцов из стали 45 значительно меньше, чем износ' об­ разцов из стали 20.

К сожалению, в этой работе не приведены данные о дисперсии величины износа (ошибки опыта), поэтому трудно сладить о влиянии величины натяга при дорновании на износ, хотя автор работы утверждает, что с уве­ личением натяга износ уменьшается.

Величина износа с уменьшением скорости истирания значительно увеличивается. Автор связывает это с ухуд­ шением условий смазки в зоне контакта.

Таким образом, на износостойкость отверстий, обра­ ботанных дорнованием, существенное влияние оказывают шероховатость поверхности, направленность хода исти­ рающего эталона относительно направления предвари­ тельной пластической деформации металла при дорновании (вращение или поступательное перемещение); вели­ чина и характер распределения наклепа металла по поверхности обработанного отверстия; остаточные напря­ жения; величина давления в зоне контакта; сорт смазки и условия смазывания; скорость истирания.

Износостойкость обработанных дорнованием образ­ цов оказалась значительно большей по сравнению с про-

184

тянутыми режущей протяжкой и расточенными образца­ ми. Применение дорнования позволило повысить износо­ стойкость предварительно протянутых отверстий в 1,5—3 раза.

4. ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ ДИНАМИЧЕСКОГО НАКЛЕПА НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ДЕТАЛЕЙ

В последнее время находят все более широкое при­ менение методы динамического наклепа поверхности деталей шариками, роликами, бойками, импульсными раскатками и др. Практика показывает, что и в этом слу­ чае можно существенно повысить износостойкость обра­ батываемых поверхностей.

Так, например, в работе [198] исследовалось влияние импульсного метода упрочнения на износостойкость бо­ бышек поршня, изготовленного из сплава АЛ 10В. Отвер­ стия бобышек обрабатывались импульсной раскаткой конструкции НИИ Тракторсельхозмаш.

Предел прочности материала втулок ов = 18 кгс/мм2, а твердость НѴ 100—105. Втулки растачивались, а затем раскатывались при оптимальном числе 300—400 ударов в минуту и натяге 0,05 мм, в результате чего поверхно­ стная твердость увеличивалась на 30—40%, а шерохова­ тость соответствовала 8-му классу.

Износостойкость бобышек после раскатывания повы­ силась на 50—80% даже при высокой концентрации аб­ разива в масле. Уменьшился износ (до 2—5 мкм во всех циклах) поршневого пальца под бобышками.

Исследования, проведенные для оценки износостой­ кости образцов из нержавеющих сталей 1Х18Н9Т и Х17Н2 после упрочнения шариковым упрочнителем [124], показали, что износ в этом случае уменьшился в два раза.

Своеобразные и еще малоизученные процессы проис­ ходят при упрочнении поверхностей деталей ультразву­ ковым инструментом [127].

В процессе ультразвукового упрочнения инструмент наносит удары по поверхности детали с частотой /= 18— 24 кгц и вдавливается в нее под постоянным статическим усилием РСі, т. е. на это усилие накладывается перемен­ ное динамическое усилие, что способствует улучшению

185

протекания пластической деформации в поверхностном слое.

Влияние этого вида упрочнения на износостойкость подшипников качения, направляющих блоков штампов (сталь ШХ15), пуансонов (сталь У10А), валков (сталь Х12) и чугунных образцов (СЧ 21-40) изучалось в рабо­ те [127].

Кольца подшипников диаметром 72 мм (HRC 64—67) упрочнялись при следующих режимах: амплитуда коле­ баний шара 2А = 20 мкм, диаметр шара dni=10 мм, ско­ рость вращения детали У=80 м/мин, подача S = = 0,07 мм/об, статическое усилие Р ст составляло соответ­ ственно 1, 5, 10, 15, 20 кгс. Износостойкость колец под­ шипников, обработанных при РСт= 20 кгс, оказалась в 4,6 раза выше шлифованных и в 1,6 раза выше износо­ стойкости колец, обработанных при РсТ = 1 кгс.

Износостойкость направляющих блоков штампов при рациональном режиме упрочнения возросла по сравне­ нию со шлифованными в среднем в 4,7 раза, трубчатых пуансонов — в 2,6 раза, валков — в 5,6 раза.

При упрочнении закаленных деталей из сталей ШХ15, У10А и XI2, а также из чугуна СЧ'21-40 шероховатость снижается на 1—2 класса, поверхностная микротвер­ дость повышается на 30—40% (при глубине наклепа от 0,05 до 0,3 мм) и возникают сжимающие остаточные на­ пряжения.

Испытания па износостойкость образцов из этих ста­ лей проводились по схеме смешанного трения двух об­ разцов, один из которых совершал возвратно-поступа­ тельное движение относительно другого при удельном давлении 0,34 кгс/мм2 и средней скорости перемещения 46 м/мин. За цикл испытаний было принято 96 000 ходов образца (путь трения 10,6 км).

На рис. 59 приведены сравнительные данные по изно­ состойкости шлифованных и упрочненных образцов. Из графика видно, что поле рассеивания и величина износа для шлифованных образцов (область 1) значительно больше, чем для упрочненных (область 2).

Данные об относительной износостойкости различных материалов и деталей после ультразвуковой обработки приведены в табл. 43.

Таким образом, ультразвуковое упрочнение является одним из наиболее эффективных методов повышения

186

долговечности стальных закаленных и чугунных детален. Одним из перспективных методов упрочняющей обра­ ботки ППД является так называемая вибрационная об­

работка (виброгалтовка) [12].

Виброгалтовка обладает широкими технологическими возможностями и применяется па очистных, доделочных и отделочных операциях. Ее сущность заключается в следующем. Детали, подлежащие обработке, свободно

Путь

Рис. 59. Износ шлифованных (1) и упрочненных ультразвуковым инструментом (2) образцов

загружаются в резервуар U-образкой формы, заполнен­ ный шариками или другими частицами рабочей среды. Резервуар может колебаться в различных направлениях. Частицы рабочей среды и детали под действием вибра­ ции передвигаются относительно друг друга, в результа­ те чего происходит обработка поверхностного слоя.

Характер взаимодействия деталей с частицами рабо­ чей среды во многом определяется режимами виброгал­ товки: амплитудой и частотой колебаний, формой траектории колебательного движения контейнера, про­ должительностью обработки. Большую роль играют проч­ ностные свойства и состояние металла обрабатываемых деталей.

Вибрационная обработка позволяет создавать особый микрорельеф поверхности и физико-механические свой­ ства поверхностного слоя.

В работе [12] исследовалась возможность повышения износостойкости закаленной стали 45 (HRC 45—48) путем вибрационной обработки шариками или роликами.

187

Т а б л и ц а 43

Относительная износостойкость деталей после ультразвуковой обработки

Испытывались цилиндрические образцы ( 0 50ХЮ) на изнашивание при трении качения с принудительным проскальзыванием. Перед испытаниями образцы шлифо­ вали до 9-го класса шероховатости, а затем обрабаты­ вали виброгалтовкой в среде шариков при частоте коле­ баний 2000 в мин (33,3 гц) и амплитуде 1,5 мм. Степень упрочнения регулировали путем изменения продолжи­ тельности вибрационной обработки (30, 60, 120, 180 и

240 мин).

Шероховатость уменьшалась до времени 120 мин, а

затем ухудшается (с V 11а до V 8в).

Микротвердость повышается с исходной 520—550 до 700—720 кгс/мм2 (35—40%).

188

Испытания на машине трения МИ образцов, обрабо­ танных в течение 120 мин, показали, что по сравнению со шлифованными (V 96) их износ снизился на 420%.

5. ВЛИЯНИЕ АЛМАЗНОГО ВЫГЛАЖИВАНИЯ НА ИЗНОС ПОВЕРХНОСТЕЙ

Поверхность, обработанная алмазным выглаживани­ ем, характеризуется при равных значениях относитель­ ного сближения большей опорной площадью по сравне­ нию с поверхностью, обработанной резанием. Это обусловлено различиями в геометрии неровностей по­ верхности, обработанной различными способами.

В табл. 44 приведены геометрические параметры по­ верхности хромового покрытия, обработанной шлифова­ нием, полированием, доводкой и алмазным выглажива­ нием: радиусы Гщш и гпр закругления вершин неровностей в поперечном и продольном направлениях; углы ßDon и ßnp, образуемые сторонами профиля неровностей в попе­ речном и продольном направлениях с общим направле-

Т а б л и ц а 44

Влияние способов обработки на геометрические характеристики качества поверхностей [188]

/і* — наибольшая высота неровностей.

189

Наиболее склонной к схватыванию оказалась шлифо­ ванная поверхность (РСхв= 1,7—3 кгс/мм2).

При оптимальных режимах выглаживания выглажен­ ная поверхность в 6—12 раз более стойка (20 кгс/мм2) к

схватыванию.

Наиболее стойкой оказалась поверхность, покрытая хромом. При увеличении давления до 30 кгс/мм2_не было замечено никаких следов схватывания.

Режимы выглаживания (R = \ мм, Р==20—25 кгс, р схв= 20 кгс/мм2). Подача и скорость, по мнению авторов работы, не влияют на износостойкость при схватывании.

В работе [175] проводилось сравнение износостойко­ сти нормализованной и закаленной стали 45 после раз­ личных методов окончательной обработки.

Ролики диаметром 50 мм изготовляли из нормализо­ ванной и закаленной стали 45, закаленной стали 40Х и цементованных сталей 18ХГТ и 12Х2Н4А. После тер­ мической обработки их шлифовали, а затем выглажи­ вали. Часть роликов шлифовали и полировали до 8, 9, 10 и 11-го классов шероховатости. Истирающие вклады­ ши изготовляли из бронзы, серого чугуна и баббита. Внутренний диаметр вкладышей растачивали по 9-му классу. Режим испытания на машине трения МИ-1М имитировал работу подшипников: скорость трения — 2 м/сек, давление в трущейся паре — 60 кгс/см2. В ка­ честве смазки применяли индустриальное масло 20, по­ дачу которого регулировали от капельной до обильной. Износ измеряли одновременно тремя методами — мето­ дом отпечатков, взвешиванием и измерением диаметра на оптикаторе с ценой деления 0,0002 мм.

В табл. 45 приведены результаты сравнительных ис­ пытаний роликов с шероховатостью 10-го класса. Как видно из таблицы, наименьший износ был у выглажен­ ных роликов, так же как и интенсивность установивше­ гося износа. Это объясняется большей опорной поверх­ ностью, твердостью и наличием значительных сжимаю­ щих остаточных напряжений у выглаженных образцов по сравнению со шлифованными и полированными. Однако трудно объяснить одинаковый износ нормализо­ ванных и закаленных образцов из стали 45, а также одинаковый износ выглаженных образцов закаленных сталей с различной твердостью, как это следует из таб­ лицы.

191