2015-06-24
428
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) является эффективным средством повышения усталостной прочности, улучшения качества поверхности и износостойкости деталей различной формы и размеров.
Различают механические, пневматические, гидравлические и электромагнитные устройства для ППД.
Большинство деталей машин подвержено изгибу и кручению, при которых напряжения растут в направлении к поверхности. На поверхности расположены основные источники концентрации напряжений и разрушение деталей, как правило, начинается с поверхности. Поэтому особенно важно повышать прочность именно поверхностных и приповерхностных слоёв. Эффект поверхностного упрочнения складывается из собственно упрочнения поверхностного слоя и создания в нём остаточных сжимающих напряжений.
Основными видами поверхностного упрочнения являются:
- упрочнение роликом и шариком осуществляется свободно вращающимся роликом или шариком, приводимым в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью детали под давлением;
|
|
|
- наклёп механической чеканкой осуществляют с помощью механического, пневматического и электромеханического приспособлений путём нанесения ударов по упрочивающей поверхности ударниками различной формы;
- центробежно-шариковый наклёп основан на использовании центробежной силы стальных шариков диаметром 7…12 мм, свободно перемещающихся в гнёздах специального приспособления, вращающегося со скорость 20…40 м/с над обрабатываемой поверхностью;
- раскатывание отверстий роликами заключается в проталкивании калибрующего инструмента с некоторым натягом через предварительно обработанное резанием или раскаткой отверстие;
- дорнование осуществляется за счёт очень большого пластического деформирования поверхностного слоя отверстия детали;
- дробеструйный наклёп осуществляют потоком дроби на пневматических или механических дробемётах для упрочнения деталей сложной формы любой твёрдости;
- алмазное выглаживание, когда деформирующим инструментом является кристалл алмаза, находящийся в специальной оправке, а выглаживатель монтируется в специальном приспособлении, установленном в резцедержателе токарного станка.
Например, при нанесении покрытий возникают различные дефекты (поры, микро- и макротрещины, включения), которые приводят к существенному снижению усталостной прочности деталей. ППД металлопокрытий восстанавливает сопротивление деталей усталости частично или полностью, а иногда обеспечивает его выше исходного уровня.
При помощи ППД можно устранять литейные дефекты деталей (раковины, поры), погрешности геометрической формы деталей, полученные на предшествующих технологических операциях, уменьшать шероховатость поверхностей.
|
|
|
Сущность метода упрочнения чеканкой заключается в том, что с помощью специального приспособления (электромеханического, механического или пневматического типа) наносят удар по упрочняемой поверхности.
 |
Рис. 8.1. Принципиальная схема чеканки
В результате удара инструмента (ударника с бойками) изменяется качество поверхности и в поверхностном слое создают остаточные напряжения сжатия. Шероховатость поверхности обычно находится в пределах Ra = 10…40 мкм. Глубина наклёпа при чеканке достигает 35 мм. Твёрдость поверхности, обработанной чеканкой, на 30…50% выше твёрдости исходной заготовки.
Для достижения меньшей шероховатости поверхности после чеканки следует предусмотреть механическую обработку на глубину до 0,5 мм. Частота колебаний инструмента и частота вращения детали (перемещения пластин) должны быть согласованы так, чтобы наклёпанные участки перекрывали друг друга. При ультразвуковой чеканке боёк прижимают к детали силой 100…200 Н, он колеблется с частотой 20…25 кГц и с амплитудой 10…20 мкм.
Одношпиндельное ударное приспособление, представленное на рис. 8.2, устанавливается на суппорте токарного станка. Приспособление выполнено в виде ударного механизма кулачкового типа с приводом от электродвигателя через кинематическую передачу. Частота ударов бойка сферического типа 700…1500 в минуту (регулируемая). Энергия удара составляет 5…75 Н·м, глубина упрочнённого слоя – 3…14 мм.
Твёрдость наклёпанной поверхности измеряют с помощью приборов Бринелля и Роквелла.
При определении твёрдости по Бринеллю стальной закалённый шарик под действием определённой нагрузки вдавливается в испытываемый металл и оставляет в металле отпечаток (лунку).
 |
Твёрдость по Бринеллю (НВ) определяется величиной нагрузки на шарик (в кг), делённой на площадь отпечатка (в мм2).
Рис. 8.2. Чеканочное пружинно-кулачковое приспособление: 1 – двигатель; 2 – клиноремённая передача; 3 – корпус (рама); 4 – пружина; 5 – профильный плоский кулачок; 6 – боёк, перемещающийся в направляющих
На рис. 8.3 показана схема прибора определения твёрдости по Роквеллу.
 |
Рис. 8.3. Прибор для определения твёрдости материалов по методу Роквелла: 1 – маховик; 2 – подъёмный винт; 3 – столик; 4 – испытываемый образец; индикатор, показывающий число твёрдости; 6 – индикатор (стальной шарик или алмазный конус); 7 – рукоятка для освобождения груза 8, создающего усилие для вдавливания индентора в материал
При определении твёрдости по способу Роквелла в испытываемый металл вдавливают стальной закалённый шарик диаметром 1,58 мм под нагрузкой, равной 100 кг, или алмаз конической формы под нагрузкой, равной 150 кг. Твёрдость определяется глубиной образующейся лунки: чем больше глубина лунки, тем меньше твёрдость испытываемого металла. Твёрдость связана с тремя шкалами прибора Роквелла: шкала В – красного цвета для определения твёрдости при испытании шариком; шкала С – чёрного цвета для определения твёрдости при испытании алмазом (нагрузка равна 150 кг); шкала А – для испытания алмазом твёрдых сплавов при нагрузке равной 60 кг. Соответственно твёрдость обозначают HRB, HRC, HRA.
В ходе выполнения данной лабораторной работы необходимо выявить влияние времени обработки чеканкой на твёрдость поверхности детали.
