1. Спеціальні технологічні методиформування поверхневого шару
Цілеспрямоване формуванняповерхневого шару із заданими властивостями в процесі виготовлення деталі єоднією з важливіших задач технології машинобудування.
Використовують наступні методизміцнюючої обробки, що базуються на поверхнево-пластичному деформуванніматеріалу деталі.
Дробовоструминне наклепування застосовують для підвищення межівитривалості деталей зі сталі і кольорових сплавів, а також для зміцненнязварених швів. Наклепуванню піддають пружини, листи ресор, зубчасті колеса таінші деталі складних форм після їх кінцевої обробки. На якість поверхнівпливають розмір і швидкість руху дробу, а також кут, під яким він ударяється обоброблювану поверхню, витрати дробу і тривалість обробки.
Глибина наклепу досягає 0,5–1,5 мм,вихідна твердість підвищується на 20–50%, в поверхневому шарі утворюютьсястискуючі напруження 500–800 МПа, а під ним – розтягуючі. Термін служби пружинпідвищується в 1,5–2 рази, зубчастих коліс – у 2,5 рази, ресор – у 10–12 разів.Після обробки дробом шорсткість поверхні Ra = 3,2–0,8 мкм, шорсткість грубооброблених(вихідних) поверхонь зменшується, а чистооброблених збільшується.
Обробці піддають незагартовані татермооброблені деталі, використовуючи чавунний або стальний дріб діаметром 0,4–2 мм.Тривалість обробки – не більше 10 хв. Її проводять у спеціальних камерах задопомогою пневматичних або центробіжних дробометів.
Наклепування бойками (чеканку) здійснюють за допомогоюпневматичних молотків. Робочим інструментом є сферичний ударник. Від його діїна поверхні залишаються вм’ятини. Метод застосовують для наклепування ділянокконцентрації напружень великих деталей до їх кінцевої обробки.
Обкатування роликами і шариками застосовують для фінішної обробкизміцнення деталей. Обкатування циліндричних поверхонь проводять стальнимизагартованими або твердосплавними роликами, рідше – стальними шариками,закріпленими у державці. Обкатування перехідних поверхонь і канавок проводятьрадіусними роликами, а консольно закріплених нежорстких деталей (при обробці наавтоматах) – за допомогою трироликових головок. Обкатування роликами післячистової обробки лезовим інструментом зменшує висоту мікронерівностей у 2–3рази і збільшує несучу поверхню. Після обкатування обточених деталей зі сталі45 зміцнюючими роликами їх межа витривалості може бути підвищена у 2 рази. Якщометою обробки є зміцнення поверхні, то сили обкатування збільшують, проте вцьому випадку трохи знижується точність обробки.
Розкатування отворів виконують багатороликовимиінструментами на свердлильних, токарно-револьверних,горизонтально-розточувальних, а також на токарних автоматах. При розкатуванніпідвищується твердість поверхневого шару на 20–50%і його зносостійкість у 1,5–2 рази. Такий же результат отримують при дорнуванніотворів шариками і калібрувальними оправками.
Розточений чи розвернутий за 8–7квалітетами точності отвір можна довести розкатуванням або дорнуванням до 7–6квалітету.
Обробка стальними щітками – ефективний метод зміцненнядеталі на глибину 0,04–0,06 мм.
Щітки складаються зі сталевогодроту діаметром 0,3–0,1 мм, обертаються з коловою швидкістю 30–45 м/с,їх стійкість – декілька тисяч годин. При обробці щітками середньої жорсткостівихідна шорсткість зменшується у 2–4 рази. Через 4–6 с шорсткість поверхнідосягає мінімального значення і далі починає різко збільшуватись з увореннямнапливів. На першому етапі мікротвердість поверхневого шару зростає у 1,5–6разів і далі продовжує зростати, збільшуючись в 3–4 рази проти вихідної. Процесможе бути автоматизований для обробки деталей різних типів і розмірів.
Обробку дрібних деталей після механічної обробкипроводять також у спеціальних барабанах, які наповнюються абразивними грануламиі вся маса піддається вібрації. При цьому знімаються заусениці, заокруглюютьсягострі кромки, частково знижується шорсткість та утворюється наклепаний шар.
Застосування методів зміцнюючоїтехнології підвищує довговічність машин, скорочує потребу в матеріалах ізапасних частинах, дозволяє зменшити габарити і масу деталей внаслідок підвищеннядопустимих напружень, а також знижує витрати на виготовлення та експлуатаціюмашин.
поверхня шар мікродеформація залишковий
2. Методи вимірювання та оцінки якостіповерхні
Шорсткість поверхонь оцінюють приконтролі та прийманні деталей, а також при дослідженнях в лабораторних умовах.
Методи оцінки, що застосовуються,можна поділити на прямі та непрямі. Для прямої оцінки шорсткості застосовуютьщупові (профілографи і профілометри) і оптичні (подвійний та інтерференційниймікроскопи) прилади. Для посередньої оцінки використовують еталони шорсткостіта інтегральні методи.
Профілометри випускають стаціонарного іпереносного типів. Вони дозволяють вимірювати шорсткість в межах 0,02–5 мкм. Нашкалі профілометра оцінка шорсткості дається за параметром Ra або Hск (середнє квадратичне відхилення висотимікронерівностей від середньої лінії профілю).
Профілографи застосовують для записумікропрофілю поверхні (Rz =0,025–80 мкм) у вигляді профілограм. При подальшій обробці знятої профілограмиможуть бути отримані значення Ra і Rz для даної поверхні. Профілографипризначені для лабораторних досліджень і не придатні для цехового контролю.
Подвійний мікроскопи ПСС-2 і МИС-ІІ призначені для вимірюванняшорсткості поверхні Rz = 0,8–80 мкм. В цьому приладі мікронерівностіосвітлюють світловим променем, направленим під деяким кутом до контрольованоїповерхні. Мікронерівності вимірюють за допомогою окулярного мікрометра абофотографують. Змінними об’єктивами досягають збільшення в 517 разів. На приладівизначають шорсткість поверхні за показником Rz.
Недолік методу – необхідністьвимірювань і підрахунків результатів вимірювань.
Мікроскоп ПСС-2 застосовують прилабораторних дослідженнях та вибірковому контролі.
Мікроінтерферометри (МИИ-4) використовують для вимірюванняшорсткості поверхні Rz = 0,025–0,6 мкм. Інтерференційні смуги викривлюютьсявідповідно профілю мікронерівностей на ділянці поверхні, що розглядається.Висоту цих викривлень вимірюють окулярним мікрометром при збільшенні в 490разів. Фотографування проводять при збільшенні в 290 разів.
Мікроінтерферометри застосовуютьпри лабораторних дослідженнях і виробничому контролі прецизійних деталей.
Метод порівняння поверхні контрольованої деталі затестованим еталоном шорсткості є найбільш простим.
Еталони повинні бути виготовленимиз тих же матеріалів, що і контрольовані деталі, оскільки відбивна спроможністьматеріалу (сталі, чавуну, кольорових сплавів тощо) впливає на оцінку шорсткостіповерхні. Еталони необхідно обробляти тими ж методами, якими обробляютьконтрольовані деталі.
Інтегральні методи дозволяють посередньо оцінюватишорсткість поверхні за витратами повітря, що проходять через щілини, які утворюютьсязападинами мікропрофілю і торцевою поверхнею сопла пневматичної вимірювальноїголовки, що обпирається на досліджувану поверхню.
Настроювання пневматичних приладівпроводять за еталонними деталями.
Існують й інші методи посередньоговимірювання шорсткості.
Хвилястість поверхонь можна вимірювати на профілографахпри великій базовій довжині і застосуванні ощупуючих голок з великим радіусом заокругленнявістря.
Для визначення глибини і загальноїхарактеристики поверхневих шарів необроблених заготовок, а також після попередньої тачистової обробки різанням використовують метод дослідження мікрошліфів.Мікротвердість поверхневих шарів досліджують методом вдавлювання алмазноїпіраміди на приладі ПМТ-3. Найбільш зручно досліджувати глибину поверхневогошару і зміну його мікротвердості в міру віддалення від поверхні по мікрошліфу,виконаному у вигляді косого зрізу під кутом α = 0°30'–2°. Глибинанаклепаного шару h = ℓtgα.
Косий зріз отримують притиранням,використовуючи пасту ДОІ, що зменшує можливість зміни поверхневого шару.Виготовлений зразок встановлюють на приладі так, щоб досліджувана поверхнярозташувалася горизонтально. Потім алмазною пірамідою при навантаженні 500–1000Н наносять відбитки, вимірюють їх діагоналі і визначають за таблицями твердостічисла твердості. Наклепаний шар закінчується там, де мікротвердість длясусідніх відбитків виявиться однаковою.
Для дослідження зміни поверхневогошару після тонкої обробки застосовують рентгеноструктурний аналіз. Залишковінапруження у поверхневому шарі металу при цьому визначають, витравлюючи з поверхнізразка шари товщиною 5–10 мкм, і після кожного витравлювання знімають рентгенограму.
Цей метод довготривалий ітрудомісткий, на зняття і обробку однієї рентгенограми потрібно приблизно 10годин.
Зміни в шарах металу товщиноюменше 5 мкм не вловлюються рентгеноаналізом. В цих випадках поверхневий шардосліджують методомструктурної електронографії, що базуються на дифракції електронів і якийдозволяє досліджувати побудову найтоншого поверхневого шару різних матеріалів.
Мікротріщини у поверхневому шарі визначають різними методамидефектоскопії (магнітної суспензії, магнітної індукції, ультразвуком,флуоресценції).
Залишкові напруження у поверхневихшарах післяпопередньої та чистової обробки досліджують, використовуючи методи Н.Н. Давиденковаабо Г Закса. Ці напруження визначають за допомогою розрахунків за величиноюдеформації зразка після зняття з нього напруженого шару. Для тонких шарів можназастосувати рентгенівський метод, який базується на вимірюванні міжатомнихвідстаней в напруженому і ненапруженому металі.
Цей метод є неруйнуючим і дозволяєотримувати дані з площадок розміром 1–3 мм.
Перспективний безконтактний методнеруйнуючого дослідження мікродеформацій деталі для визначення залишковихнапружень методом голографічної інтерферометрії. Він базується на дифракції таінтерференції електромагнітних сигналів і придатний для дослідження деталейпростої та складної форм, дозволяє виявити області підвищеної концентраціїзалишкових напружень.
Використана література
1. Бондаренко С.Г. Розмірнірозрахунки механоскладального виробництва. – К. 1993. – 544 с.
2. Маталин А.А. Технологиямашиностроения. – Л. – М., 1985. – 496 с.
3 Основы технологиимашиностроения / Под ред. В.С. Корсакова – М., 1977. – 416 с.
4. Справочниктехнолога-машиностроителя / Под. ред. А.Г. Косиловой, О.К Мищерякова. Т. 1. – М. 1985. – 655 с.
5. Руденко П.А.,Шуба В.А и др. Отделочные операции в машиностроении. – К.: Техника, 1990. – 150 с.