книги из ГПНТБ / Якобсон, Михаил Осипович. Технология станкостроения

Таблица 23

Размеры индуктора для закалки направляющих станины токарно­ винторезного станка

карно-винторезного станка (фиг. 74).

Для нагрева направляющих шириной до 80 мм индуктор дол­

жен быть двухвитковый, выше 80 мм — двухили трехвитковый. Конфигурация индуктора для закалки направляющих разрабо­ тана с учетом создания между индуктором и вершиной призмы за­

зора 5—10 мм и на плоском участке зазора 2—2,5 мм.

При нагреве двух направляющих одним спаренным индуктором на специализированном высокочастотном оборудовании Л ГЭ-100-51

индуктор имеет один виток. Для улучшения условий закалки уве­ личивают высоту индуктора, удлиняя нагревательные витки на

плоском и призматическом участках.

Равномерный нагрев направляющих зависит от качества изго­

товления индукторов.

100

Охлаждающей средой при закалке направляющих станин яв­ ляется вода. Равномерное охлаждение нагреваемого участка без

попадания охлаждающей среды в рабочую зону индуктора дости­ гается применением специального воздушно-водяного устройства,

состоящего из водяного и воздушного распылителей.

Водяной распылитель имеет корпус, изготовленный из листовой латуни (фиг. 76). На широкой стороне корпуса имеются отверстия

диаметром 1 —1,5 мм, расположенные в шахматном порядке.

Воздушный распылитель (фиг. 77) также изготовляют из листо­ вой латуни. На стороне, обращенной к детали, по всей длине кор­

пуса просверливают два ряда отверстий диаметром 0,5—1,0 мм, расположенных в шахматном порядке. Водяной и воздушный рас-,

пылители соединяют в один корпус, к которому по отдельным кана­

лам подводятся вода и воздух.

Для совершенствования процесса поверхностной закалки с нагре­ вом т. в. ч. направляющих необходимо производить автоматический контроль температуры нагрева.

В последнее время строятся агрегаты для комплексной обработ­ ки, закалки т. в. ч. и шлифования направляющих. Такая установка

построена фирмой Harrison & Sons.

ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ ОТДЕЛКИ ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ НА ИХ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

При механической обработке происходят сложные изменения физико-механических свойств и геометрических характеристик при­ поверхностного слоя металла, которые в большой степени влияют на срок службы деталей машин.

Выбор способа отделочной обработки направляющих базовых деталей должен производиться с учетом, его влияния на износо­

стойкость сопрягаемых поверхностей.

Автором в ЭНИМСе было проведено исследование влияния условий обработки прямолинейных направляющих на динамику их изнашивания в период приработки и первоначального изнашива­

ния. Исследование процесса приработки проводилось с целью изы­ скания оптимальных условий наиболее легкого перехода поверхно­ стей трения и тончайших поверхностных слоев от состояния, полу­ ченного при изготовлении, к состоянию, характерному для устано­ вившегося изнашивания.

Опыты проводились на образцах из серого чугуна 1-го класса,

термически не обработанных, имеющих твердость Нв = 195-4-210.

Микроструктура такого чугуна в основной массе состоит из перли­ та с включениями пластинчатого графита и фосфидной эвтектики.

Исследуемые поверхности подвергались отделочной обработке раз­ ными способами: шабрением, шлифованием периферией круга, шли­ фованием торцом круга, тонким строганием, тонким фрезерованием и наклепыванием шариками. Условия обработки поверхностей ис­ следуемых образцов приведены в табл. 24.

101

Опыты были приближены, насколько возможно, к условиям ра­ боты направляющих в станках. Среднее удельное давление на на­ правляющие обычно находится в пределах 1—6 кг/см2. Однако вследствие неравномерного распределения нагрузки удельное дав­

ление на отдельных участках направляющих может значительно

превысить эти величины. Поэтому изнашивание образцов при воз­ вратно-поступательном движении изучалось при удельном давле­ нии 10 кг/см2.

Опыты производились на первой установке при скорости 7 м/мин и на второй-—при скорости 69 м)мин. На первой установке моде­ лировались условия работы направляющих большинства токарных, револьверных и расточных станков, на второй — большинства про­ дольно-фрезерных и продольно-строгальных станков.

Схема первой установки показана на фиг. 78. Эта установка выполнена на базе гидравлического шлифовального станка, с кото­ рого сняты шпиндельные бабки изделия и бабка абразивного круга.

На столе 1, получающем движение от гидравлического привода, укреплены три промежуточные плиты 2, на каждой из них на двух

штифтах устанавливался исследуемый нижний образец 3. На уста­ новке можно одновременно испытывать на износ три пары образ цов. Нижние образцы получали возвратно-поступательное движе­

ние относительно верхних образцов, установленных неподвижно.

Каждый верхний образец прижимался к нижнему специальным на-

102

грузочным устройством и удерживался в неподвижном положений винтами, укрепленными на кронштейнах рамок. Нагружение oбpaз^ цов осуществлялось с помощью вертикального винта через два ша­ рика и динамометр 7. Длина хода нижних образцов 100 мм. Коли­ чество ходов стола установки определялось по счетчику.

Схема второй установки для испытания образцов при скорости возратно-поступательного движения 69 м/мин показана на фиг. 79.

Фиг. 79. Схема испытания образцов при скорости возвратно-поступательного движения 69 м)мин и нагрузке Р:

1 — верхний образец; 2 — нижний образец.

Установка состоит из асинхронного двигателя и кривошипно­ шатунного механизма. При испытании верхний образец закреплял­ ся неподвижно и прижимался к нижнему специальным рычажным

устройством.

Изнашивание образцов при различных комбинациях сопрягае­

мых поверхностей на этих установках производилось при смазке сопрягаемых поверхностей веретенным маслом и введением в смаз­ ку абразивной смеси, которая подавалась на нижний образец пе­ риодически через каждые 1000 ходов. Линейный износ образцов определялся методом вырезанных лунок по способу, предложен­ ному М. М. Хрущевым и Е. С. Берковичем.

С помощью косых срезов было установлено, что при изготовле­

нии образцов путем шлифования, тонкого фрезерования и тон­

кого строгания имело место упрочнение поверхностных слоев об­ разцов на глубине примерно 40—50 мк. Длина пути трения подсчи­

тывалась по верхним образцам.

В начальный период работы трущихся поверхностей их контакт происходит по вершинам микронеровностей. Фактическая поверх­

ность соприкосновения составляет небольшой процент от расчетной.

На вершинах механически зацепляющихся микронеровностей воз­ никают большие удельные давления, под действием которых проис­ ходит упругое и пластическое деформирование микронеровностей, отламывание вершин гребешков и их частичное разрушение при взаимном внедрении. Вследствие этих причин, а также появления

на поверхностях трения царапающих абразивных частиц в период

начального изнашивания, в период приработки происходит доволь-

104

но резкий подъем кривой износа. Затем, после сглаживания микро­

неровностей и увеличения действительной площади контакта, ин­ тенсивное изнашивание трущихся поверхностей прекращается и

наступает период установившегося изнашивания — кривая износа располагается более полого.

мк

UJ-шабрение- Шт-шлифование торцом круга; Тт-тонкое фрезерование; Тстонкое строгание; Н~ наклепывание; Нш-наклепывание с шабрением.

Фиг. 80. Изнашивание в условиях смазки веретенным маслом, v = 69 kJmuh, давление р = 10 кг/см2 (шабрение после наклепывания применялось для снятия макронеровнОстей); заштрихован верхний образец; без штриховки нижний.

В большинстве опытов перегиб кривой износа, отмечающий на­

разными методами и сочетающихся с нижними наклепанными об­

разцами, составляет 2,7—3,0 мк.

105

Изнашивание поверхностей исследуемых образцов протекает неравномерно. Приведенные на фиг. 80 данные показывают, что наиболее износостойкими оказались трущиеся поверхности пар,

нижние образцы которых были обработаны наклепыванием, а верх­ ние — соответственно шабрением, тонким фрезерованием и шлифо­

ванием торцом круга.

Высокая износостойкость этих пар объясняется тем, что после наклепывания шариками значительно повышалась микротвердость нижних образцов; глубина упрочненного слоя составляла 0,8— 1,0 мм. При анализе микроструктуры на металломикроскопе ника­

ких заметных изменений в структуре слоев, упрочненных наклепы­ ванием шариками, не было выявлено. Наибольшее изнашивание бы­ ло у пар, в которых оба образца были обработаны шабрением.

Способ обработки поверхностей трения влияет на коэффициент трения. Наибольший коэффициент трения имеют пары, у которых сопрягаемые поверхности обработаны шабрением; наименьший ко­ эффициент трения имеют пары, у которых одна поверхность обра­ ботана торцом круга, а вторая — периферией круга.

Проведенные опыты позволили установить, что: 1) способ окон­

чательной обработки трущихся поверхностей влияет на их изнаши­ вание в период приработки; 2) верхние образцы изнашиваются иначе, чем нижние; 3) при повышении износостойкости одного из

образцов снижается износ пары, и поэтому для повышения срока службы пары можно ограничиться упрочнением только одного из ее элементов

Таблица 25

Микротвердость поверхностей образцов до и после изнашивания

106

Изнашивание в процессе трения сопровождается процессом пла­ стического деформирования, предопределяющего изменение физи­ ко-механических свойств активных поверхностных слоев. Изменение

микротвердости поверхностных слоев образцов после испытания на

изнашивание при смазке веретенным маслом при скорости возврат­ но-поступательного движения 69 м]м.ин приведено в табл. 25.

Приведенные в табл. 25 данные показывают, что в процессе из­ нашивания наблюдается возрастание микротвердости поверхности трения до некоторого предельного значения. При этом чем выше

микротвердость исходной поверхности, тем меньше степень ее упрочнения в процессе изнашивания. Так, если на образцах, обра­ ботанных шабрением, после испытания на изнашивание поверхност­ ная твердость повышается на 25—35%, то на образцах, обработан­ ных наклепыванием шариками и имеющих большую микротвер­ дость, чем образцы, обработанные другими способами механиче­ ской обработки, после испытания на изнашивание микротвердость

возрастает на 7—10%•

Приведенные в табл. 25 данные и величины линейного износа для этих же сочетаний обработки показывают, что изнашивание образцов зависит от их поверхностной микротвердости. Оптималь­

ная микротвердость верхних и нижних образцов для исследуемых условий изнашивания составляет 380—450 кг!мм2.

Первоначальная шероховатость поверхностей образцов после различной отделочной обработки была в пределах 7—8-го класса чистоты.

Профилограммы поверхностей, снятые на приборе Perth — О —

Meter до и после испытания на изнашивание (фиг. 81 и табл. 26),

показывают, что в процессе изнашивания высота первоначальных

микронеровностей уменьшается на 50—60% и на изношенной по­ верхности образуется значительное количество сглаженных пло­

щадок.

Таким образом, при изнашивании со смазкой веретенным мас­

лом происходит улучшение чистоты поверхности, но следы обработ­ ки полностью не исчезают. Наряду со снижением микронеровностей в процессе изнашивания значительно повышается фактическая по­ верхность контакта, оцениваемая по проценту несущей поверхно­ сти, что дает снижение удельного давления в точках соприкоснове-

4ния трущейся пары. Опытами установлено, что наибольшее запол­

нение микропрофиля металлом было на образцах, обработанных

шлифованием торца круга и тонким фрезерованием. Эти образцы изнашивались гораздо меньше шабреных.

При установившемся изнашивании на трущихся поверхностях верхнего и нижнего образцов устанавливается оптимальная чисто­ та поверхности, соответствующая 7—8-му классу.

При изнашивании со смазкой веретенным маслом при скорости 7 м/мин были получены результаты, аналогичные тем, которые были

получены при скорости 69 м!мин (фиг. 82).

Опыты показали, что между величиной износа и длиной пути

107

о

г)

Фиг. 81. Профилограммы поверхностей нижних образцов, обработанных тон­ ким фрезерованием и шабрением до и после испытания на изнашивание (по­ сле 4000 ходов). Увеличение: вертикальное 4000, горизонтальное 40:

а —образец, обработанный шабрением, до изнашивания; б—тот же образец после изнашивания; в — образец, обработанный тонким фрезерованием до изнашивания; г — тот же образец после из­ нашивания

108