ДИПЛОМ-Громова Н.И. (1203539), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

При упаковке расстояние между стенками ящика и изделиями должно быть не менее 25 мм. На дно ящика насыпают хромирующую смесь толщиной 20 мм. После укладки изделий и образцов – свидетелей засыпают хромирующую смесь толщиной 30 мм. Поверхность слоя закрывают асбестом листовым и накрывают крышкой. Герметизацией служит шамотный порошок, им заполняют герметизирующий желоб.

При температуре 400 ⁰С начинается загрузка ящиков в печь. Время выдержки колеблется от 6 до 12 часов, а скорость хромирования от 0,02 до 0,04 мм/ч.

После проведения обработки детали внешне осматривают. По образцам-свидетелям контролируют твердость, качество и глубину слоя.

Этот метод имеет свои недостатки. В результате появляется повторная необходимость нагревать контейнеры при последующей обработке. Покрытие формируется при маленькой скорости.[1]

2.12 Вакуумное хромирование

Этот метод основан на том, что твердый хром обладает высокой испаряемостью. Детали и измельченный хром укладывают в металлический тигель, который устанавливается в электровакуумной печи. Испарение хрома начинается при температуре 1000-1100 ⁰С. Он начинает заполнять рабочее пространство тигля и тем самым взаимодействует с поверхностью детали. Затем он диффундирует вглубь металла. В результате за 6 часов получается хромированный слой, глубина которого составляет 0,15 мм.

2.13 Сульфидирование

Сульфидирование – это процесс насыщения поверхностных слоев металла серой. Сульфидированию подвергают технологическую оснастку, изготовленную из быстрорежущей стали всех марок. Производится с целью улучшения антифрикционных свойств поверхностей. В качестве оборудования используются тигельные ванны. Все детали предварительно обезжиривают.

После выдержки технологическую оснастку охлаждают на воздухе до нормальной температуры, затем погружают в горячую воду для полного удаления соли. Далее происходит опускание в подогретое масло, из которого через некоторое время выгружают и вытирают ветошью. Глубина слоя достигает 0,10 мм. В результате на поверхности детали образуется сернистое соединение, которое в процессе трения приобретает самосмазывающую способность. Контроль качества сульфидирования проводят по образцам-свидетелям.

В результате метода сульфидирования повышается износостойкость деталей.[1]

2.14 Упрочнение изменением структуры поверхностного слоя

2.14.1 Лазерная закалка

Проводится с помощью оптического квантового генератора (лазера), в целях повышения износостойкости и сопротивлению усталости, особенно если закалка другими методами затруднена вследствие сложности конфигурации детали и возможности ее значительного коробления при нагревании до закалочных температур.

Метод основан на использовании явления высокоскоростного разогрева металла под действием энергии лазерного луча до температур, превышающих температуру фазовых превращений Ас1, но ниже температуры плавления и последующего высокоскоростного охлаждения за счет отвода тепла с поверхности в основную массу металла. При обработке лазерным лучом, как и в случае обычной закалки, в стали образуются мартенсит и остаточный аустенит.

Поверхностное упрочнение лучом лазера характеризуется рядом особенностей, позволяющих обеспечить:

– упрочнение локальных (по глубине и площади) объемов материала обрабатываемых деталей в местах их изнашивания (твердость упрочняемых участков может превышать на 15-20 % твердость, достигаемую после термической обработки существующими способами);

– локальное упрочнение поверхностей труднодоступных углублений или полостей, в которые луч лазера может быть введен с помощью несложных оптических устройств;

– поверхностное упрочнение значительных площадей деталей; заданную микрошероховатость упрочненных поверхностей;

– определенные физико-механические, химические и другие свойства поверхностей обрабатываемых деталей легированием их различными элементами с помощью лазерного излучения;

– отсутствие деформаций обрабатываемых деталей благодаря локальности термической обработки, что позволяет полностью исключить необходимость дополнительного финишного шлифования; простоту автоматизации процесса обработки лучом лазера по контуру, в том числе деталей сложной формы, так как лазерный нагрев осуществляется бесконтактно.

Лазерную обработку применяют для повышения стойкости деталей штампов, пресс-форм, режущего инструмента и деталей, имеющих рабочие поверхности, доступные для обработки лучом лазера, в том числе с использованием оптических и управляющих систем. Твердость в зоне обработки повышается с 650-800 до 850-1100 НV, что обусловлено образованием в структуре более мелкозернистого мартенсита в результате быстрого нагрева и охлаждения. Глубина упрочненной зоны достигает 0,2 мм.

Лазерную обработку проводят в атмосфере воздуха или защитного газа (например, аргона). Шероховатость поверхности после лазерной закалки не изменяется. Средняя производительность термоупрочнения в аргоне до 500 мм²/мин, на воздухе – до 800 мм²/мин. Стойкость технологического инструмента увеличивается в 2 раза и более. Схемы управления перемещением лазерного луча в пространстве приведены на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 - Схемы управления перемещением лазерного луча в пространстве: а – обработка плоскости, б – обработка отверстия, в – обработка внутреннего торца, г – наружнего цилиндра, д – обработка криволинейной поверхности с центральным отверстием; 1 – световой поток, 2 – зеркало, 3 – деталь, 4 – зона упрочнения.

2.14.2 Комплексное лазерное и криогенное упрочнение стали

Комплексное лазерное и криогенное упрочнение стали выполняют последовательным лазерным нагревом (закалкой) упрочняемой поверхности и последующим охлаждением всей детали в среде жидкого азота или иного криоагента, обеспечивающего охлаждение до температуры, более низкой, чем температура мартенситного превращения. При криогенной обработке уменьшается содержание аустенита в поверхностном слое, что приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя и уменьшению его изнашивания по сравнению с изнашиванием поверхностей лазерной закалкой. При комплексном применении лазерной закалки и криогенной обработки не происходит растрескивания образцов после их извлечения из жидкого азота, а также в процессе испытаний. Таким образом, применение комплексной обработки обеспечивает значительное повышение стойкости инструмента как для обработки резанием, так и для обработки давлением.[1]

2.14.3 Комплексное лазерное и ультразвуковое упрочнение

Комплексное лазерное и ультразвуковое упрочнение выполняют локальным нагревом зоны упрочнения лазерным лучом и ее последующей или совмещенной ультразвуковой обработкой (скоростная деформация и охлаждение). Объединение методов позволяет получать высокие скорости местного нагрева (1010 ⁰С/с), охлаждения (106-108 ⁰С/с) и деформации ε = 1400 мм/с). Схема самого процесса показана на рисунке 2.4

Рисунок 2.4 – Схема процесса комплексного лазерного и ультразвукового упрочнения

Действие скорости охлаждения, давления и температуры приводит к образованию мелкозернистой структуры в поверхностном слое металла.

2.15 Упрочнение изменением энергетического запаса поверхностного

слоя

2.15.1 Упрочнение методами воздействия магнитным полем

Инструмент и обрабатываемый материал, взаимодействуя в процессе резания, образуют термопару, состоящую из взаимно перемещающихся разнородных элементов, каждый из которых обладает специфическими физико-механическими свойствами. В этих условиях разность температур, образующихся в зоне резания и вне ее, создает условия для возникновения электрического потенциала на разноименных концах инструмента и заготовки. Установлено, что появляющаяся термо ЭДС оказывает влияние на процесс резания и эксплуатационную стойкость инструмента, особенно при обработке стали невысокой твердости, содержащей небольшое количество углерода и легирующих примесей.

В зоне резания возникает эрозия металлов, т. е. разрушение поверхностей детали и инструмента импульсами слабых электрических разрядов, подобно процессу, действующему в электроэрозионных станках для обработки металлов. В зависимости от полярности термических токов в цепи инструмент – станок – заготовка эрозия в большей или меньшей степени разрушает лезвие и поверхность инструмента, создает множественные очаги концентрации напряжений и развития разрушений. В зоне резания возникает кавитация газов и паров, вызывающая разрушение поверхности инструментов взрывами весьма малых парогазовых пузырьков, образующихся при испарении жидкостей и материалов, попавших в зону. Совокупные действия эрозии и кавитации усиливают разрушительное влияние эрозии, поскольку кавитационные вихри дополнительно выполняют роль рабочей жидкости в эрозионном процессе.

Под влиянием термо ЭДС в зоне резания возникает электромагнитная индукция, характеризующаяся напряженностью магнитного поля. Поскольку термо ЭДС обладает постоянной направленностью, то и индуцируемое ею магнитное поле также имеет постоянную полярность. Магнитная и электрическая полярности зависят от сочетания свойств материалов инструмента и заготовки, влияния внешних магнитных, электрических и тепловых полей, действия ряда других факторов. Однако при любой полярности влияние магнитного поля приводит к накапливанию пылевидных микрочастиц металла в зоне резания, их намагничиванию и поляризации. Поляризованные частицы металла налипают на поверхности инструмента и заготовки, заряженные обратной полярностью, и действуют как абразивные микропорошки. Они создают в зоне резания эффект абразивного изнашивания и разрушения. Влияние этого эффекта распространяется на металл заготовки и инструмента. Его проявления на поверхности заготовки совпадают с целью процесса резания. Напротив, эффект налипания микрочастиц на лезвие инструмента приводит к увеличению силы трения и к абразивному изнашиванию его поверхности. В результате стойкость инструмента снижается.

Сочетание процессов эрозии, кавитации и абразивного изнашивания ухудшает условия отвода теплоты из зоны резания. Возникает дополнительное количество теплоты, увеличивающее разность температур на концах термопары инструмент – заготовка. Соответственно растет разность потенциалов и значение термо ЭДС. Возрастает напряженность индуцированного ею магнитного поля. Усиливаются условия для появления и действия эрозии, кавитации и абразивного налипания. Возрастает сила их совокупного действия на контактируемые поверхности. Таким образом, явления, возникающие в зоне резания в результате влияния магнитного поля, вызывают рост напряженности этого поля, что, в свою очередь, усиливает разрушительную силу описанных выше процессов. Следовательно, эффект разрушения лезвия инструмента под действием индуцированного магнитного поля постоянно и лавинообразно усиливается, достигая максимального значения, при котором инструмент выходит из строя. Подобные явления возникают не только в паре инструмент – заготовка, но и в любой трущейся паре металлических деталей, оказывая значительное влияние на скорость и характер протекания процессов разрушения поверхностей.[3]

Защиту металлических поверхностей от действия термоЭДС выполняют, чаще всего используя методы разрыва цепи термопары или компенсации термоЭДС. Последний сводится к тому, что в зону контакта инструмента с деталью от постороннего источника тока вводят электродвижущую силу, полярность которой противоположна, а величина равна, соответственно, полярности и величине тсрмоЭДС, возникающей в зоне резания.

Разрыв цепи термопары осуществляют электроизоляцией инструмента или одной из трущихся поверхностей. Электроизоляцию наносят покрытием, напылением или окунанием непосредственно на изолируемую поверхность. При возможно малой толщине слоя покрытие должно обеспечить сохранение жесткости системы станок – приспособление – инструмент – деталь и высокое сопротивление прохождению малых электрических токов. Сопротивление изолирующего слоя должно быть не менее 3 МОм, прочность на сдвиг – не менее 20 МПа.

Слой должен быть долговечным и не хрупким. В наибольшей степени этим требованиям отвечают эпоксидные клеи К-153, фенольно - каучуковый клей ВК-32-200 и герметик (эластомер) ГЭН-150, представляющий собой продукт смешивания нитрильного каучука СКН-40 со смолой типа ВДУ. Можно использовать фенольно-каучуковые клеи ВК-3 и ВК-4, фенольно-поливинилацеталевый клей БФ-2, полиуретановый лак горячего отверждения УЛ-1, бакелитовый лак или шеллак. Лучшими качествами для указанных целей обладает герметик ГЭН-150. В зависимости от конструкции и формы поверхности, а также требуемой точности ее обработки толщина покрытия должна составлять 20-80 мкм.

2.16 Напыление

Напыление – это образование покрытия путем динамического осаждения на основном материале расплавленных или оплавленных капель или частиц напыляемого материала, образующиеся при нагреве порошка или расплавления проволоки (или прутка) различными источниками нагрева. Нанесение покрытий на поверхность происходит в мелкодисперсном виде при минимальном термическом воздействии. Детонационный метод нанесения порошковых покрытий основан на использовании энергии детонации в газах. Металлический или металлизированный порошок наносят с помощью взрыва ацетиленокислородной смеси, обеспечивающего скорость набрасывания частиц порошка до 800-900 м/с.

Напыление легирующими металлами выполняют для увеличения износостойкости, жаропрочноcти и эксплуатационной стойкости поверхностей деталей, работающих в условиях больших знакопеременных нагрузок, высоких температур и давлений, в абразивных и агрессивных средах, а также в целях замены дефицитных и дорогостоящих металлов.

Характеристики

Список файлов ВКР