Контрольная работа: Формування поверхневого шару
Контрольная работа: 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 Ra = 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 Ra або Hск (середнє квадратичне відхилення висоти
мікронерівностей від середньої лінії профілю).
Профілографи застосовують для запису
мікропрофілю поверхні (Rz =
0,025–80 мкм) у вигляді профілограм. При подальшій обробці знятої профілограми
можуть бути отримані значення Ra і Rz для даної поверхні. Профілографи
призначені для лабораторних досліджень і не придатні для цехового контролю.
Подвійний мікроскопи ПСС-2 і МИС-ІІ призначені для вимірювання
шорсткості поверхні Rz = 0,8–80 мкм. В цьому приладі мікронерівності
освітлюють світловим променем, направленим під деяким кутом до контрольованої
поверхні. Мікронерівності вимірюють за допомогою окулярного мікрометра або
фотографують. Змінними об’єктивами досягають збільшення в 517 разів. На приладі
визначають шорсткість поверхні за показником Rz.
Недолік методу – необхідність
вимірювань і підрахунків результатів вимірювань.
Мікроскоп ПСС-2 застосовують при
лабораторних дослідженнях та вибірковому контролі.
Мікроінтерферометри (МИИ-4) використовують для вимірювання
шорсткості поверхні Rz = 0,025–0,6 мкм. Інтерференційні смуги викривлюються
відповідно профілю мікронерівностей на ділянці поверхні, що розглядається.
Висоту цих викривлень вимірюють окулярним мікрометром при збільшенні в 490
разів. Фотографування проводять при збільшенні в 290 разів.
Мікроінтерферометри застосовують
при лабораторних дослідженнях і виробничому контролі прецизійних деталей.
Метод порівняння поверхні контрольованої деталі з
атестованим еталоном шорсткості є найбільш простим.
Еталони повинні бути виготовленими
з тих же матеріалів, що і контрольовані деталі, оскільки відбивна спроможність
матеріалу (сталі, чавуну, кольорових сплавів тощо) впливає на оцінку шорсткості
поверхні. Еталони необхідно обробляти тими ж методами, якими обробляють
контрольовані деталі.
Інтегральні методи дозволяють посередньо оцінювати
шорсткість поверхні за витратами повітря, що проходять через щілини, які утворюються
западинами мікропрофілю і торцевою поверхнею сопла пневматичної вимірювальної
головки, що обпирається на досліджувану поверхню.
Настроювання пневматичних приладів
проводять за еталонними деталями.
Існують й інші методи посереднього
вимірювання шорсткості.
Хвилястість поверхонь можна вимірювати на профілографах
при великій базовій довжині і застосуванні ощупуючих голок з великим радіусом заокруглення
вістря.
Для визначення глибини і загальної
характеристики поверхневих шарів необроблених заготовок, а також після попередньої та
чистової обробки різанням використовують метод дослідження мікрошліфів.
Мікротвердість поверхневих шарів досліджують методом вдавлювання алмазної
піраміди на приладі ПМТ-3. Найбільш зручно досліджувати глибину поверхневого
шару і зміну його мікротвердості в міру віддалення від поверхні по мікрошліфу,
виконаному у вигляді косого зрізу під кутом α = 0°30'–2°. Глибина
наклепаного шару h = ℓtgα.
Косий зріз отримують притиранням,
використовуючи пасту ДОІ, що зменшує можливість зміни поверхневого шару.
Виготовлений зразок встановлюють на приладі так, щоб досліджувана поверхня
розташувалася горизонтально. Потім алмазною пірамідою при навантаженні 500–1000
Н наносять відбитки, вимірюють їх діагоналі і визначають за таблицями твердості
числа твердості. Наклепаний шар закінчується там, де мікротвердість для
сусідніх відбитків виявиться однаковою.
Для дослідження зміни поверхневого
шару після тонкої обробки застосовують рентгеноструктурний аналіз. Залишкові
напруження у поверхневому шарі металу при цьому визначають, витравлюючи з поверхні
зразка шари товщиною 5–10 мкм, і після кожного витравлювання знімають рентгенограму.
Цей метод довготривалий і
трудомісткий, на зняття і обробку однієї рентгенограми потрібно приблизно 10
годин.
Зміни в шарах металу товщиною
менше 5 мкм не вловлюються рентгеноаналізом. В цих випадках поверхневий шар
досліджують методом
структурної електронографії, що базуються на дифракції електронів і який
дозволяє досліджувати побудову найтоншого поверхневого шару різних матеріалів.
Мікротріщини у поверхневому шарі визначають різними методами
дефектоскопії (магнітної суспензії, магнітної індукції, ультразвуком,
флуоресценції).
Залишкові напруження у поверхневих
шарах після
попередньої та чистової обробки досліджують, використовуючи методи Н.Н. Давиденкова
або Г Закса. Ці напруження визначають за допомогою розрахунків за величиною
деформації зразка після зняття з нього напруженого шару. Для тонких шарів можна
застосувати рентгенівський метод, який базується на вимірюванні міжатомних
відстаней в напруженому і ненапруженому металі.
Цей метод є неруйнуючим і дозволяє
отримувати дані з площадок розміром 1–3 мм.
Перспективний безконтактний метод
неруйнуючого дослідження мікродеформацій деталі для визначення залишкових
напружень методом голографічної інтерферометрії. Він базується на дифракції та
інтерференції електромагнітних сигналів і придатний для дослідження деталей
простої та складної форм, дозволяє виявити області підвищеної концентрації
залишкових напружень.
Використана література
1. Бондаренко С.Г. Розмірні
розрахунки механоскладального виробництва. – К. 1993. – 544 с.
2. Маталин А.А. Технология
машиностроения. – Л. – М., 1985. – 496 с.
3 Основы технологии
машиностроения / Под ред. В.С. Корсакова – М., 1977. – 416 с.
4. Справочник
технолога-машиностроителя / Под. ред. А.Г. Косиловой, О.К Мищерякова. Т. 1. – М. 1985. – 655 с.
5. Руденко П.А.,
Шуба В.А и др. Отделочные операции в машиностроении. – К.: Техника, 1990. – 150 с.
|