Раздел IV (Лекции по технологии машиностроения), страница 3

При обработке чугуна (СЧ) слабая деформация на глубину до 15 мкм. В случае обработки абразивным инструментом преобладающим является воздействие температурным фактором.

П
од действием t-р в поверхностном слое происходят структурные изменения, на границах зерен появляются карбиды, образуются зоны закалки и отпуска, возникают остаточные напряжения.

выглаживанием

-σ_сж

Глубина поверхностного слоя с резко выраженными изменениями в поверхностном слое составляет 10-30мкм /черновое шлифовании и 5мкм-при чистовом шлифовании. Остаточные напряжения распространяются на глубину 50-150мкм.

Высокая температура при шлифовании распространяется в поверхностном слое заготовки, приводящие к возникновению остаточных напряжений в поверхностном слое.

Схема распределения (кривая(1) показывает, что в момент контакта шлифовального круга с поверхностью последний сильно нагревается и стремиться расширится. Этому препятствуют соседние холодные слои - поверхностный слой оказывается пластически сжатым После охлаждения детали из-за стремления поверхностного слоя сжаться в нем возникают напряжения растяжения. Основной фактор, влияющий на величину “”-глубина шлифования. Уменьшение “” в поверхностном слое может быть достигнуто снижением интенсивности теплообразования - увеличением числа оборотов детали, применением охлаждения (СОЖ). Применяя шлифование с выглаживанием (кривая(2)), можно уменьшиться растяжения и увеличить  сжатия.

Методы исследования поверхностного слоя.

1. Метод микрошлифов (метод "косого среза") - для определения глубины микротвердости пов-го слоя: путем вдавливания пирамиды Р=50 или 100 [грамм-силы]. При этом необходимо соблюдать условия, исключающие возможность возникновения новых изменений в слое. Поэтому изготовление шлифов - притиркой с помощью пасты ГОИ на чугунных или стеклянных плитах. Прибор для измерения ПМТ-3.

Деталь

2. Рентгеноструктуоный анализ - для исследования остаточных напряжений в поверхностном слое стравливают 5-10мкм, снимают рентгенограмму и т.д. длительность съема одной рентгенограммы - 10ч.

3

Удалённыый слой (стравлением)

. Электронография - для исследования  при необходимости установления изменений в поверхностном слое меньшем Змкм. Метод основан на дифракции электронов.

4. Метод Давиденко-Закса - для исследования величины и знака _ост и НВ (микротвердость) Последовательно стравливают слои 5-10мкм и по величине прогиба (улавливают тензодатчиком ) судят о величине и направлении _ост.

Для цеховых условий не существует метода контроля состояния поверхностного слоя. На деталях можно лишь измерить микротвердость на поверхности.

Формирование поверхностного сдоя методом технологического воздействия.

Качество поверхности деталей зависит в основном от методов и режимов проведения отделочной обработки. В связи с этим возникает задача выявления взаимосвязи между технологией обработки и эксплуатационными качествами поверхностей, которые соответствовали бы условиям надежной и длительной эксплуатации. Проблема целенаправленного Формирования поверхностного слоя - актуальное направление науки технологии машиностроения. Для повышения прочности и износостойкости в машиностроении применяют:

1 термические и химико-термические методы;

2 гальванопокрытия;

3 применение взрывчатых веществ;

4 технологическим путем.

1 и 2 выделены в специальную область.

Наиболее вредное влияние оказывают  растяжения, что может привести к искажениям форм и размеров детали в результате релаксаций. Формирование поверхностного слоя происходит в основном на финишных операциях механической обработки. Остаточные напряжения растяжения () могут быть уменьшены с помощью термообработки: Деталь выдерживают 1,5 мин. в растворе солей при температуре 260-315^оС с последующим охлаждением в воде или в масле. Этим можно снизить остаточные напряжения в 2-3 раза. При этом правда происходит снижение твердости на 2-3 единицы HRC. Снять остаточные напряжения можно так же отжигом или виброконтактным полированием. Рассмотрим влияние режимов обработки на состояние поверхностного слоя. Состояние поверхностного слоя оказывает непосредственное влияние на эксплуатационные свойства деталей. Исследования износостойкости шлифованных поверхностей показывает, что соответствующим подбором режимов можно добиться повышения микротвердости на 15-45%, что приводит к повышению износостойкости на 25-80%.

1. обычное шлифование

2. тонкое шлифование

3. шлифование с упрочнением

На повышение износостойкости деталей из твердых материалов, в основном, влияет высота микронеровностей; для заготовок/деталей из пластичных материалов - от микротвердости и в меньшей степени от шероховатости поверхности.

: При тонком точении

рез-ния

Глубина распространения деформации:

h - глубина распространения деформации в детале.

:

При фрезеровании

h

Микротвердость и ее распространение по глубине

Методы чистовой обработки без снятия стружки.

Упрочнение поверхностей деталей машин методами чистовой обработки без снятия стружки достигается созданием наклепа в поверхностном слое. При этом повышается твердость слоя и в нем появляются сжимающие напряжения, достигающие величин  =40-70кгс/мм. Особенно полезен наклеп для деталей, работающих в условиях динамических нагрузок. Наклеп уменьшает вредное влияние концентраторов напряжений на прочность детали. Эффект упрочения достигается при воздействии на обрабатываемую поверхность давления или ударов. Одним видом упрочняющей технологии является наклепывание дробью. Обработке дробью подвергаются такие детали как пружины, рессоры, зубчатые колеса, оси и другие детали после их окончательной обработки. Глубина наклепа достигает 0,5-1мм, твердость повышается на 20-40%, в поверхностном слое образуются сжимающие напряжения. Срок службы повышается для пружин в 1,5-2 раза, для зубчатых колес в 2,5 раза, для рессор в 10-12 раз. Обработка дробью несколько снижает класс чистоты поверхности деталей. Наклепывание бойками - выполняется пневмотическими молотками. Рабочим инструментом является сферический ударник. От его действия остаются заметные вмятины. Метод наиболее употребим для обработки мест концентрации напряжений /канавок, галтелей, сварных швов/. Обкатывание роликами и шариками применяется в качестве метода отделочной обработки поверхностей, оказывающего так же и упрочняющее действие. Обкатываним цилиндрических поверхностей, галтелей и канавок достигается эффективное снижение концентрации напряжений и повышение долговечности деталей работающих в условиях переменной нагрузки. Обкатывание поверхностей после чистовой обработки лезвийным инструментом повышает чистоту поверхности на1-3 класса, а точность на 10-15%. Если главной целью обработки является упрочнение поверхности, то силы обкатывания увеличивают; однако в этом случае снижается точность обработки. Раскатывание внутренних поверхностей вращения выполняется на сверлильных, токарных, карусельных, горизонтально-расточных и агрегатных станках. При раскатывании повышается твердость поверхности на 15-20%; повышается так же износостойкость.

Наклепывание шариками поверхности происходит в результате многократных, следующих один за другим ударов по ней шариков, размещенных в быстро вращающемся диске. Этот метод целесообразно применять для местного наклепа в опасных зонах небольшой протяженности. После обработки твердость наклепанного слоя повышается на 20-60%, при этом чем выше исходная твердость материала, тем меньше эффект наклепа. Шероховатость поверхности после обработки по величине понижается. Заготовки, обработанные точением или шлифованием по 6-8 классу чистоты после наклепывания шариками получает чистоту 8-10 класса. Весьма большое влияние имеет выбор режима обработки; при неправильно выбранном режиме обработки в тонком поверхностном слое могут возникнуть вредные для прочности детали растягивающие напряжения. При перенаклепе чугуна поверхностный слой разрушается (отшелушивается).