1.2 Современные методы повышения долговечности деталей
Методы упрочнения металлов можно условно разделить на шесть основных классов (табл. 2) [15]. Методами одного класса осуществляются процессы различных типов. Внешние условия протекания процессов неодинаковы: в газовой среде; в жидкости; в пасте; без использования или с использованием теплоты при нормальном, повышенном или высоком давлении; в низком, среднем или высоком вакууме; в атмосфере водяного, водогазового или ионного пара; в контролируемых атмосферах экзогаза или эндогаза; в электропроводящей или диэлектрической среде; в среде с поверхностно-активными или абразивными свойствами; в магнитном, электрическом, гравитационном или термическом поле. Выбор сочетаний внешних условий и характеризует специфические особенности технологических процессов.
Таблица 2 - Современные методы упрочнения металлов
| Класс методов упрочнения | Метод | Типы процессов |
| 1 | 2 | 3 |
| Упрочнение изменением шероховатости поверхности | Электрохимическое полирование Обработка резанием Пластическое деформирование | Окунание в ванну (в струе электролита) Суперфиниширование Хонингование Накатка Раскатка |
| Упрочнение созданием пленки на поверхности изделия | Осаждение химической реакции Электролитическое осаждение Осаждение твердых осадков из паров Напыление износостойких соединений | Химическое оксидирование, никелирование, кадмирование, фосфатирование, нанесение упрочняющего смазочного материала, осаждение из газовой фазы Электролитическое хромирование, никелирование, никельфосфатирование, борирование, борохромирование, хромофосфатирование Электроискровое легирование, катодноионная бомбардировка, прямое электроннолучевое испарение, реактивное электроннолучевое испарение, электрохимическое испарение, термическое испарение тугоплавких соединений Плазменное напыление порошковых материалов, детонационное напыление, лазерное напыление |
| Упрочнение изменением химического состава поверхностного слоя металла | Диффузионное насыщение | Химико-термическое нитрооксидирование, нитроцемментация, цементация, карбонитрация, карбохромирование, аэротирование, хромоазотирование, борирование, хромосилицирование, цианирование, хромоалитирование, борохромирование, сульфоцианирование, диффузионное никелирование, бороцаркование, циркосилицирование, легирование маломощными пучками ионов |
| Упрочнение изменением структуры поверхностного слоя | Физикотермическая обработка Электрофизическая обработка Механическая обработка Наплавка легированного металла | Лазерная закалка, плазменная закалка Электроимпульсная обработка, электро-контактная обработка, электроэрозионная обработка, ультразвуковая обработка Упрочнение вибрацией, фрикционно-упрочняющая обработка, дробеструйная обработка, обработка взрывом, термо-механическая обработка, прокатывание, волочение, редуцирование, термопластическая обработка Наплавка газовым пламенем, электрической дугой, плазмой, лазерным лучом, пучком ионов |
| Упрочнение изменением энергетического запаса поверхностного слоя | Обработка в магнитном поле | Электроферромагнитная обработка, обработка в импульсном магнитном поле |
В качестве средства упрочнения валов первоначально использовали азотирование [17], которое служило методом повышения износостойкости шеек. Однако опыт эксплуатации двигателей показал, что хрупкий азотированный слой обладает низким сопротивлением разовым перегрузкам. Такие перегрузки оказались присущими и вызвали заметное число разрушений, связанных с образованием хрупких трещин в азотированном слое. Причинами таких перегрузок явились, в основном, гидроудары при пусках вследствие накопления воды в цилиндрах из системы охлаждения.
1.3 Методы ППД
Область эффективного применения холодной бесштамповой обработки давлением весьма широка, выявляются все новые возможности этой технологии. Считавшиеся до некоторого времени предельными значения временного сопротивления 150-170 кг/мм2 и твердости 38-40 HRC, свыше которых обработка металлов давлением в холодном состоянии не рекомендовалась, оказались заниженными [24]. Исследования [25] показали возможность значительного упрочнения и улучшения шероховатости поверхности сталей, закаленных до твердости выше 55 единиц HRCэ.
Разнообразно применение методов холодной бесштамповой обработки:
- для формообразования – придания заготовке требуемой формы и размеров;
- для калибрования – повышения точности формы и размеров;
- для отделки – достижения требуемой шероховатости поверхности;
- для упрочнения – улучшения физико-механических свойств.
В таблице 3 приведена классификация методов бесштамповой обработки давлением, ориентировочно определяющая возможности и область рентабельного применения каждого из них, принципиальную схему и основные качественные характеристики.
В соответствии с ГОСТ 18296-72 методы ПДД подразделяются на статические и ударные. При статических методах обработки инструмент, рабочие тела или среда воздействуют на обрабатываемую поверхность с определенной постоянной силой Р. Происходит плавное перемещение очагов (очага) воздействия, которые последовательно проходят всю поверхность, подлежащую обработке.
Инструментами при ППД могут быть ролик, шар с принудительной осью вращения или без нее, гладилка, дорн с не режущими кольцами, боек-чекан и т.д. В качестве рабочих тел при ППД могут быть использованы дробь, шарики из стали, стекла, пластмассы и др. Рабочей средой при ППД могут быть жидкость, газ и их суспензии с частицами абразива.
Статические методы ППД, как правило, обеспечивают меньшую шероховатость поверхности с благоприятной формой микронеровностей. С помощью ударных методов можно достичь большой степени упрочнения, которая характеризуется степенью повышения микротвердости, значениями сжимающих остаточных напряжений и толщиной упрочненного слоя.
Таблица 3 - Классификация методов ППД
| Метод | Сущность метода, обрабатываемые поверхности, оборудование, характер производства |
| 1 | 2 |
| Упрочняющее обкатывание | Качение инструмента (ролик, шар) по обрабатываемой поверхности, для плоских и выпуклых поверхностей – обкатывание, для внутренних поверхностей – раскатывание. Поверхности тел вращения типа втулок, валов и плоские поверхности, HRCэ 45-55. Универсальное и специальное оборудование. Серийное и массовое производство. |
| Выглаживание | Скольжение инструмента по локально контактирующей с ним поверхности. Поверхности тел вращения, HRCэ<70. Тонкостенные и неравножесткие детали. Универсальное оборудование. Единичное и серийное производство. |
| Вибрационное накатывание Вибрационное выглаживание | Накатывание или выглаживание при вибрации инструмента (шар, выглаживающий наконечник) по касательной к поверхности деформируемого металла. Поверхности тел вращения и плоские поверхности. Универсальное оборудование. Единичное и серийное производство. |
| Дробеструйная обработка Дробеметная обработка Гидродробеструйная обработка | Удары дроби по деформируемому металлу. Дробь – круглые тела из различных материалов. В зависимости от источника кинематической энергии (струя газа, жидкость, газ с жидкостью, вращение ротора (дробемета)) обработка называется гидродробеструйной, гидропневмодробеструйной, дробеметной и т.д. Поверхности различной конфигурации, HRCэ<55. Специальное оборудование. Серийное и массовое производство. |
| Ультразвуковая обработка | К постоянной силе добавляется сила ударов ультразвуковых колебаний. Поверхности тел вращения. Универсальное оборудование, оснащенное ультразвуковым генератором и головкой. Единичное и серийное производство. |
| Ударное раскатывание | Ролики создают удары в момент прохождения выступающих элементов опоры. Поверхности типа втулок и труб, HRCэ<50. Универсальное и специальное оборудование. Серийное и массовое производство. |
| Вибрационная ударная обработка | Удары инструмента по обрабатываемой поверхности под действием центробежной силы. Поверхности тел вращения и плоские поверхности, HRCэ<50. Универсальное оборудование. Серийное и массовое производство. |
| Обработка механической щеткой | Удары концами проволоки вращающейся механической щетки. Поверхности различной конфигурации, HRCэ<55. Универсальное и специальное оборудование. Единичное, серийное и массовое производство. |
0 комментариев