Формування поверхневого шару

1 . Спеціальні технологічні методи формування поверхневого шару

Цілеспрямоване формування поверхневого шару із заданими властивостями в процесі виготовлення деталі є однією з важливіших задач технології машинобудування.

Використовують наступні методи зміцнюючої обробки, що базуються на поверхнево-пластичному деформуванні матеріалу деталі.

Дробовоструминне наклепування застосовують для підвищення межі витривалості деталей зі сталі і кольорових сплавів, а також для зміцнення зварених швів. Наклепуванню піддають пружини, листи ресор, зубчасті колеса та інші деталі складних форм після їх кінцевої обробки. На якість поверхні впливають розмір і швидкість руху дробу, а також кут, під яким він ударяється об оброблювану поверхню, витрати дробу і тривалість обробки.

Глибина наклепу досягає 0,5–1,5 мм, вихідна твердість підвищується на 20–50%, в поверхневому шарі утворюються стискуючі напруження 500–800 МПа, а під ним – розтягуючі. Термін служби пружин підвищується в 1,5–2 рази, зубчастих коліс – у 2,5 рази, ресор – у 10–12 разів. Після обробки дробом шорсткість поверхні R_a = 3,2–0,8 мкм, шорсткість грубооброблених (вихідних) поверхонь зменшується, а чистооброблених збільшується.

Обробці піддають незагартовані та термооброблені деталі, використовуючи чавунний або стальний дріб діаметром 0,4–2 мм. Тривалість обробки – не більше 10 хв. Її проводять у спеціальних камерах за допомогою пневматичних або центробіжних дробометів.

Наклепування бойками (чеканку) здійснюють за допомогою пневматичних молотків. Робочим інструментом є сферичний ударник. Від його дії на поверхні залишаються вм’ятини. Метод застосовують для наклепування ділянок концентрації напружень великих деталей до їх кінцевої обробки.

Обкатування роликами і шариками застосовують для фінішної обробки зміцнення деталей. Обкатування циліндричних поверхонь проводять стальними загартованими або твердосплавними роликами, рідше – стальними шариками, закріпленими у державці. Обкатування перехідних поверхонь і канавок проводять радіусними роликами, а консольно закріплених нежорстких деталей (при обробці на автоматах) – за допомогою трироликових головок. Обкатування роликами після чистової обробки лезовим інструментом зменшує висоту мікронерівностей у 2–3 рази і збільшує несучу поверхню. Після обкатування обточених деталей зі сталі 45 зміцнюючими роликами їх межа витривалості може бути підвищена у 2 рази. Якщо метою обробки є зміцнення поверхні, то сили обкатування збільшують, проте в цьому випадку трохи знижується точність обробки.

Розкатування отворів виконують багатороликовими інструментами на свердлильних, токарно-револьверних, горизонтально-розточувальних, а також на токарних автоматах. При розкатуванні підвищується твердість поверхневого шару на 20–50% і його зносостійкість у 1,5–2 рази. Такий же результат отримують при дорнуванні отворів шариками і калібрувальними оправками.

Розточений чи розвернутий за 8–7 квалітетами точності отвір можна довести розкатуванням або дорнуванням до 7–6 квалітету.

Обробка стальними щітками – ефективний метод зміцнення деталі на глибину 0,04–0,06 мм.

Щітки складаються зі сталевого дроту діаметром 0,3–0,1 мм, обертаються з коловою швидкістю 30–45 м/с, їх стійкість – декілька тисяч годин. При обробці щітками середньої жорсткості вихідна шорсткість зменшується у 2–4 рази. Через 4–6 с шорсткість поверхні досягає мінімального значення і далі починає різко збільшуватись з уворенням напливів. На першому етапі мікротвердість поверхневого шару зростає у 1,5–6 разів і далі продовжує зростати, збільшуючись в 3–4 рази проти вихідної. Процес може бути автоматизований для обробки деталей різних типів і розмірів.

Обробку дрібних деталей після механічної обробки проводять також у спеціальних барабанах, які наповнюються абразивними гранулами і вся маса піддається вібрації. При цьому знімаються заусениці, заокруглюються гострі кромки, частково знижується шорсткість та утворюється наклепаний шар.

Застосування методів зміцнюючої технології підвищує довговічність машин, скорочує потребу в матеріалах і запасних частинах, дозволяє зменшити габарити і масу деталей внаслідок підвищення допустимих напружень, а також знижує витрати на виготовлення та експлуатацію машин.

поверхня шар мікродеформація залишковий

2 . Методи вимірювання та оцінки якості поверхні

Шорсткість поверхонь оцінюють при контролі та прийманні деталей, а також при дослідженнях в лабораторних умовах.

Методи оцінки, що застосовуються, можна поділити на прямі та непрямі. Для прямої оцінки шорсткості застосовують щупові (профілографи і профілометри) і оптичні (подвійний та інтерференційний мікроскопи) прилади. Для посередньої оцінки використовують еталони шорсткості та інтегральні методи.

Профілометри випускають стаціонарного і переносного типів. Вони дозволяють вимірювати шорсткість в межах 0,02–5 мкм. На шкалі профілометра оцінка шорсткості дається за параметром R_a або H_ск (середнє квадратичне відхилення висоти мікронерівностей від середньої лінії профілю).

Профілографи застосовують для запису мікропрофілю поверхні (R_z = 0,025–80 мкм) у вигляді профілограм. При подальшій обробці знятої профілограми можуть бути отримані значення R_a і R_z для даної поверхні