5.5 Пути улучшения качества поверхностей.

Качество поверхности деталей машин зависит в основном от метода и режимов проведения отделочной обработки. При определенных условиях поверхностный слой может быть упрочнен, а иногда ослаблен; поэтому путем технологического воздействия необходимо в поверхностном слое создавать такие механические свойства и остаточные напряжения, которые в наибольшей степени соответствуют условиям длительной и надежной эксплуатации. Целенаправленное формирование поверхностного слоя с заданными свойствами в процессе изготовления детали является одной из важнейших задач технологии машиностроения.

Качество поверхностного слоя может быть повышено в результате применения как обычных методов при определенных режимах, так и специальных (упрочняющих) методов обработки. Поверхностные слои деталей машин формируются в основном на окончательных операциях механической обработки. На формирование этих слоев влияют операции предшествующей обработки, и даже заготовительные процессы. При положительном влиянии припуски на чистовую и отделочную обработку, а также последовательность выполнения операций устанавливают так, чтобы сохранить у детали, полученные ею в силу технологической наследственности положительные качества (наклеп поверхностного слоя, остаточные напряжения, высокую поверхностную твердость, отбеленную корку у отливок и пр.). Остаточные напряжения растяжения в поверхностном слое вынуждают увеличивать припуск на последующую отделочную обработку. Наиболее важно получить высокое качество поверхностного слоя после шлифования и тонкого точения.

Поверхности деталей машин упрочняют различными методами обработки без снятия стружки. Эти методы основаны на пластическом деформировании поверхностного слоя. В результате применения этих методов твердость поверхностного слоя повышается, в нем возникает наклеп и сжимающие остаточные напряжения 40—70 кгс/мм². При упрочняющей обработке участков концентрации напряжений уменьшается влияние этих напряжений на прочность детали. Влияние наклепа благоприятно для повышения предела выносливости деталей. Используются следующие методы упрочняющей обработки, основанные на поверхностно-пластическом деформировании материала детали.

1) Дробеструйное наклёпывание применяют для повышения предела выносливости деталей из стали и цветных сплавов, а также для упрочнения сварных швов. Наклёпыванию подвергают пружины, листы рессор, зубчатые колеса и другие детали сложных форм после их окончательной обработки. На качество поверхности влияют размер и скорость движения дроби, а также угол, под которым она ударяет обрабатываемую поверхность, расход дроби и продолжительность обработки. Глубина наклепа достигает 0,5— 1,5 мм, исходная твердость повышается на 20—50%, в поверхностном слое образуются сжимающие напряжения 50—80 кгс/мм², а под ним — растягивающие. Срок службы пружин повышается в 1,5—2 раза, зубчатых колес в 2,5 раза, рессор в 10—12 раз. После обработки дробью шероховатость поверхности Ra — 3,2 - 0,8 мкм; шероховатость грубообработанных (исходных) поверхностей уменьшается, а чистообработанных, увеличивается. Обработке подвергают незакаленные и термообработанные детали, используя чугунную или стальную дробь диаметром 0,4—2 мм. Продолжительность обработки не более 10 мин; ее производят в специальных камерах с помощью пневматических или центробежных дробемётов.

2) Обкатывание роликами и шариками применяют для отделки и упрочнения деталей. Обкатывание цилиндрических поверхностей производят стальными закаленными или твердосплавными роликами; реже стальными шариками, закрепленными в державке. Обкатывание переходных поверхностей и канавок производят радиусными роликами, а консольно-закрепленных нежестких деталей (при обработке на автоматах) с помощью трехроликовых головок. Обкатывание роликами после чистовой обработки лезвийным инструментом уменьшает высоту микронеровностей в 2—3 раза и увеличивает несущую поверхность. После обкатывания обточенных деталей из стали 45 уплотняющими роликами их предел выносливости может быть повышен в 2 раза. Если целью обработки является упрочнение поверхности, то силы обкатывания увеличивают; однако в этом случае несколько снижается точность обработки.

По критериям работоспособности и причинам выхода деталей машин из строя их можно разбить на три группы.

К первой группе относятся детали, работоспособность которых лимитируется износостойкостью трущихся поверхностей. В зависимости от вида износа следует применять различные методы упрочнения. При абразивном износе эффективны упрочнения поверхностной закалкой; химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование, сульфидирование и др.); наплавкой; гальваническое (хромирование, аэрирование и др.). При коррозионно- и молекулярно-механическом износе кроме перечисленных методов можно применять упрочнение поверхностно-пластическим Деформированием с созданием большей глубины наклепа, упрочнение поверхностной закал кои и химико-термической обработкой, а также комбинацию последних методов с последующим наклепом.

Ко второй группе относятся детали, выходящие из строя в результате износа трущихся поверхностей и разрушения поверхностей контакта. По характеру работы они являются средненагруженными и подвержены переменным напряжениям. Явления усталости у этих деталей наблюдаются главным образом в поверхностных слоях металла. Рекомендуемые методы упрочнения: поверхностно-пластическое деформирование (глубина наклепа 0,5 мм и более), поверхностная закалка, химико-термическая обработка (самостоятельно и в комбинации с наклепом).

К третьей группе относятся тяжелонагруженные детали. Их материал подвержен переменным напряжениям, величина которых может быть выше предела выносливости. Детали этой группы выходят из строя в результате явлений усталости, вызывающих разрушение по всему сечению детали. Методы упрочнения: поверхностно-пластическое деформирование (дробеструйный наклеп чеканка обкатывание роликами), поверхностная закалка, химико-термическая обработка и сочетание двух последних методов с последующим наклёпыванием.

Применение методов упрочняющей технологии повышает долговечность машин, сокращает потребность в материалах и запасных частях, позволяет уменьшить габаритные размеры и массу деталей вследствие повышения допускаемых напряжений, а также снижает расходы на изготовление и эксплуатацию машин.