Лекция 32. Способы и средства модификации поверхностного слоя деталей

В машиностроении разработано и используется большое количество различных методов воздействия на поверхностный слой (ПС) деталей и инструментов для обеспечения их конкретных эксплуатационных свойств (износостойкости, усталостной прочности, коррозионной прочности, сопротивления коррозии и др.).

Наиболее распространенными методами являются следующие.

1. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием (ППД).

2. Абразивная обработка поверхностного слоя.

3. Нанесение износостойких покрытий.

Упрочнение ПС методами поверхностного пластического деформирования (ППД) широко применяется для повышения эксплуатационных свойств деталей машин.

Основными достоинствами методов ППД являются: а) возможность получения поверхностей с шероховатостью Ra менее 0,16 мкм; б) отсутствие внедрения абразивных зерен в ПС; в) небольшие температуры нагрева ПС, что позволяет избежать прижогов, больших термических напряжений и удаления легирующих элементов; г) формирование остаточных напряжений сжатия, повышающих эксплуатационные свойства деталей; д) хорошая смачиваемость обработанных поверхностей смазочными веществами; е) хорошее сцепление с покрытиями.

При упрочнении дробью происходит пластическая деформация ПС детали и формируются остаточные напряжения. Деформирование поверхностного слоя осуществляется стальными шариками с шероховатостью Ra0,63 мкм. При исходной шероховатости более Ra1,25 мкм дробеструйное упрочнени снижает ее до Ra0,16.

При струйно-абразивной обработке происходит удар­ное воздействие струи абразивно-жидкостной смеси со скоростью V = 30 ... 70 м/с; частота ударов достигает 1 МГц.

На Слайде 1, прав. приведена схема струйно-абразивной установки. Насос 6 подает абра­зивно-жидкостную смесь из бака 1 по трубо­проводу 2 к струйному аппарату 3, который направляет струю смеси на заготовку 4. Обра­ботка происходит в герметичной камере 5, откуда смесь стекает в бак 1. Для размешива­ния смеси имеется устройство 7 с отдельным приводом.

Путем изменения расстояния от выходного сопла до заготовки регулируют производительность съема металла; на пред­варительных операциях длина струи - 70 ... 80 мм, на окончательных операциях - 150 ... 300 мм. Шероховатость обрабо­танной поверхности при обработке зерном 25 ... 50 составляет R_a = 1,7 ... 2,4 мкм, зер­ном 14 ... 28 - R_a = 0,3 ... 0,6 мкм.

Суперфиниширование – процесс абразивной обработки поверхностей деталей с использованием в качестве инструмента мелкозернистых абразивных брусков. Характерным признаком процесса суперфиниширования является колебательное движение брусков с частотой 10 … 50 Гц (600…3000 двойных ходов/мин) и амплитудой 2…5 мм. Схема процесса приведена на Слайде 1, лев.

Суперфиниширование применяется для удаления дефектного слоя после операций шлифования деталей двигателей внутреннего сгорания типа коленчатых и распределительных валов, клапанов, поршневых пальцев.

При этом достигается:

- увеличение микротвердости поверхностного слоя на 15…30 %;

- формирование в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, величина которых составляет 300…700 МПа.

По сравнению с чистовым шлифованием при суперфинишировании достигается повышение износостойкости соединений в 1,6-3 раза, их контактной жесткости в 1,2-1,8 раза, сопротивления деталей усталости в 1,5-1,7раза