48. Смазывающе-охлаждаюшие технологические средства и их влияние на качество поверхностного слоя. Смазывающе-охлаждающие технологические средства и их влияние на качество обработки

СОТС служат для:

1. Снижения температуры в зоне резания;

2. Снижения трения режущей поверхности инструмента об обрабатываемую поверхность;

3. Облегчения процесса пластического деформирования металла при резании.

Совместно с СОТС используются активные присадки в виде серы, фосфора, хлора. При высоких температурах и давлениях эти присадки образуют с материалом контактных поверхностей соединения, снижающие трение. Кроме того, активные молекулы присадок оседают на поверхности микротрещин и оказывают расклинивающее влияние, способствуя разрушению обработанного поверхностного слоя.

В зависимости от исходного физического состояния различают СОТС:

• жидкие;

• газообразные;

• твердые.

К жидким СОТС относятся водные растворы, разного рода эмульсии, а также минеральные животные и растительные масла, керосин.

К газообразным СОТС относятся кислород, водород, углекислый газ. Они реагируют с материалом поверхности заготовки, образуя разделительные пленки, снижающие твердость материала заготовки. Это уменьшает износ инструмента и снижает шероховатость обработанной поверхности.

Практическое применение кислорода в качестве СОТС состоит в обдуве струей газа зоны резания при обработке коррозионно-стойких металлов, а также при заточке режущего инструмента из инструментальных сталей и твердого сплава.

Применение инертных газов (аргона и гелия) позволяет создать защитную среду, которая предотвращает контакт режущих поверхностей инструмента с активными газами окружающей среды.

Твердыми СОТС являются порошки парафина и воска. Последнее время широко используется дисульфид молибдена МоS₂. Это твердые СОТС используют в качестве добавки в жидкие СОТС, либо наносятся непосредственно на режущий инструмент распылением или натиранием карандашом. Такой современный вид смазки сохраняет свои смазывающие свойства в широком диапазоне температур (-70°…380°С).

Использование быстрорежущего инструмента с покрытием из МоS₂ повышает стойкость режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов в 1,5 – 2 раза.

Жидкие и газообразные СОТС обладают как смазывающим, так и охлаждающим эффектом.

В зависимости от преобладания того или иного эффекта различают две большие группы СОТС:

1. С максимальным смазывающим эффектом (масла, керосин, сульфофрезол);

2. С максимальным охлаждающим эффектом (эмульсии, водные растворы).

Традиционный представитель СОТС первой группы – сульфофрезол. Главным недостатком его является токсичность.

Для повышения смазывающего эффекта в жидкие СОТС этой группы добавляют мелкодисперсные порошки ПАВ.

Применение минеральных масел с добавками серы снижает мощность резания до 10%, а использование сульфофрезола снижает мощность резания до 20%, при этом скорость резания можно увеличить на 25%.

Вторая группа СОТС в основном представлена эмульсиями (двухфазная система из несмешивающихся жидкостей). Охлаждение в 125 раз меньше чем у сульфофрезола.

49. Формирование поверхностного слоя методами технологического воздействия. Технологическая наследственность в технологии машиностроения. Методы упрочнения поверхностного слоя.

Технологическая наследственность и

формирование поверхностного слоя различными методами

Качество поверхностей деталей машин определяется методами и режимами обработки. Показатели качества можно существенно улучшить, применяя как обычные методы обработки на оптимальных режимах, так и специальные отделочно-упрочняющие методы. Эти методы основаны на поверхностном пластическом деформировании, позволяющем создавать в поверхностном слое наклеп, повышенную микротвердость, сжимающие остаточные напряжения (до 700МПа).

В основе методов упрочняющей обработки лежит механическая или термическое упрочнение поверхностного слоя.

Основными видами ППД, которые обеспечивают механическое упрочнение поверхностного слоя являются:

1. Дробеструйная обработка деталей из стали и цветных металлов стальной или чугунной дробью (диаметр 0,4-2 мм);

В результате формируется упрочненный слой глубиной до 1,5 мм при повышении микротвердости на 20-40%. Срок службы при этом у детали увеличивается в 1,5-2 раза.

2. Наклепывание бойками (или чеканка на специальных установках);

3. Обкатывание (или раскатывание) роликами или шариками при статическом или динамическом (ударном) приложении нагрузки;

4. обработка поверхностей стальными вращающимися щетками (иглофрезерование) при окружной скорости 40-60 м/с, что обеспечивает наклеп на глубину 40…60 мкм.

Основными разновидностями термического упрочнения являются:

1. Поверхностная закалка (закалка ТВЧ);

2. ХТО:

• Цементация (сталь 10,15,20; 900-950°С; после нее закалка 60-65 HRC; этап получистовой обработки (12…10 IT), после нее вся чистовая обработка);

• Азотирование;

• Нитроцементация;

• Алитирование;

• Борирование;

• Хромирование; диффузионные методы

• Силицирование;

Защита поверхностей при цементации осуществляется:

1. Меднением поверхностей заготовки (цементуемые поверхности покрывают слоем воска, парафина);

2. На поверхностях деталей, не требующих цементации, оставляют дополнительный припуск, после науглероживания удаляют механической обработкой (z > h);

3. Поверхности, не подвергаемые цементации, защищают огнеупорными пастами.

Азотирование (насыщение азотом с целью повышения износостойкости и микротвердости, а также коррозионной стойкости и предела выносливости).

38ХМЮА

Глубина азотируемого слоя 0,05 – 0,8 мм.

Длительность азотирования 3 – 90 часов.

Типичные детали: поверхности шестерен, коленчатые валы мощных двигателей, втулки, лопатки турбин.

В поверхностном слое возникают соединения азота, твердость более 80 HRA. После нее ничего не надо, но перед азотированием полная термообработка: закалка + высокий отпуск. Это завершающая операция техпроцесса.

Происходит набухание детали на 0,01…0,02 мм. Если эта величина соизмерима с полем допуска, то проводится отделочная обработка.

Нитроцементация (цианирование). Процесс связан с насыщением поверхностного слоя атомами углерода и азота. Различают низко-, средне- и высокотемпературную нитроцементацию.

1. Низкотемпературная аналогична азотированию (t = 550-600°C, закалка не требуется);

2. Высокотемпературная аналогична цементации (t = 900-980°C, C, требуется дополнительная термообработка, которая дает твердость 60-64 HRC);

3. Дополнительной термообработки требует также среднетемпературная нитроцементация (t = 700-750°C).

Алитирование – диффузионное насыщение поверхностного слоя сталей и чугунов алюминием, выполняемое в твердых и жидких средах при температуре 1000°С. При этом создается твердый раствор алюминия в железе с возникновением соединения Fe₂Al₅ , с охрупчиванием поверхности.

Метод используется для защиты от коррозии и повышения жаростойкости.

Борирование – насыщение поверхностного слоя бором для повышения сопротивления абразивному износу и коррозионной стойкости в агрессивных средах.

Метод реализуется в жидких, твердых и газообразных средах. Глубина упрочненного слоя h = 50…300 мкм. Поверхностный слой охрупчивается, но его твердость составляет приблизительно HRA 80, поэтому закалка не требуется.

Хромирование – диффузионное поверхностное насыщение для повышения твердости и коррозионной стойкости. Закалка не проводится, а сам процесс протекает при температуре равной 1000-1200°С, в течение 5-6 часов. Глубина упрочненного слоя h = 100 мкм.

Силицирование – насыщение поверхностного слоя кремнием, обеспечивающее повышение коррозионной стойкости, износостойкости и жаростойкости. Процесс ведут при температуре примерно 1000°С в течение 4-5 часов. При этом создается упрочненный слой h = 100 мкм.

Качество поверхностного слоя формируется в течение всего техпроцесса, и оно связано с явлением технологической наследственности.

Партия образцов	Предварительная обработка	Ra, мкм	Припуск, мм	ТО	Окончательная обработка	Ra, мкм	Результат испытаний
I	Черновое точение	25	0.5		Шлифование	0,1	Многочисленные раковины по всей поверхности интенсивные следы износа
II	Чистовое точение	3.2	0.3	Закалка	Шлифование	0,1	Отдельные следы износа
III	Чистовое точение	3.2	0.3		Шлифование + полирование	0,1	Практически полное отсутствие следов износа
IV	Шлифование	0.32	0.3		Шлифование	0,1	Практически полное отсутствие следов износа

Под технологической наследственностью понимается перенесение на готовое изделие в процессе его изготовления погрешностей, механических и физико-химических свойств от предшествующих технологических операций последующим. Носителями наследственной информации выступают материал детали, а также поверхности детали с многообразием параметров, характеризующих состояние этих поверхностей. Носители информации активно участвуют в техпроцессе. Они проходят через различные операции, меняя при этом частично или полностью свои свойства. Такие операции называют технологическими барьерами.

Типичной операцией, задерживающей или совсем исключающей передачу ряда наследственных свойств, является термообработка (связана со свойствами, формирующими остаточное напряжение ).

Важнейшая задача техпроцесса, связанная с формированием поверхностного слоя с заданными свойствами, состоит в выборе методов обработки, последовательности технологических операций, а также межоперационных размеров с учетом технологической наследственности.

Техпроцесс должен, с одной стороны, обеспечить сохранение в поверхностном слое таких положительных качеств как сжимающие остаточные напряжения, повышенная микротвердость и наклеп, а с другой стороны – устранить негативные качества в виде дефективного слоя, отклонений формы и расположения поверхностей, растягивающих остаточных напряжений.