5. Методы повышения качества поверхностного слоя

Качество поверхностного слоя повышают различными методами, к которым относятся методы упрочнения и отделочная обработка. Их основной задачей является обеспечение заданного качества поверхностного слоя, которое характеризуется его физико-механическими свойствами и микрогеометрией.

1. Методы упрочнения

Состояние поверхностного слоя валов и других деталей оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства машин. Специальной обработкой можно придать поверхностным слоям деталей машин особые физико-механические свойства. Для этой цели в машиностроении нашли наибольшее применение следующие методы:

• объемная закалка;

• поверхностная закалка токами высокой частоты;

• химико-термические методы – цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация;

• поверхностно-пластическое деформирование.

Объемная закалка – нагрев всего объема детали в печи с последующим быстрым охлаждением.

Поверхностная закалка – нагрев электрическим током высокой частоты поверхности детали с последующим быстрым охлаждением. Обеспечивается высокая твердость поверхностного слоя с сохранением вязкой сердцевины.

Цементация, азотирование и цианирование, также как и поверхностная закалка, применяется для повышения твердости поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины. При цементации поверхностный слой насыщается углеродом, при азотировании азотом, при цианировании углеродом и азотом. Для получения твердого поверхностного слоя детали после цементации и цианирования подвергаются закалке.

Детали, прошедшие объемную закалку, цементацию и цианирование, для снятия внутренних напряжений подвергаются отпуску.

Азотированный слой сам по себе приобретает высокую твердость, а размеры изделия изменяются мало, поэтому азотирование проводится на готовых изделиях, прошедших окончательную термообработку (закалку с высоким отпуском) и шлифование.

Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) – один из наиболее простых и эффективных технологических методов повышения работоспособности и надежности изделий машиностроения. В результате ППД повышаются твердость и прочность поверхностного слоя, формируются благоприятные остаточные напряжения, уменьшается параметр шероховатости Rа, увеличиваются радиус закругления вершин и относительная опорная длина профиля.

Наиболее широко применяются способы обкатывания наружных поверхностей шариками и роликами на токарных (рисунок 8) и специальных обкатных станках.

Рисунок 8. Схемы обработки роликом наружных и внутренних

цилиндрических поверхностей.

2. Отделочная обработка (доводка)

Отделочная обработка обеспечивает повышенные требования к шероховатости поверхности, при этом могут повышаться в небольшой степени точность размеров и формы обрабатываемых поверхностей.

К методам отделочной обработки валов относятся притирка, суперфиниширование, полирование и др.

В единичном и мелкосерийном производстве для отделки наружных поверхностей применяется процесс притирки (рисунок 9). Он выполняется на токарном станке притиром в виде разрезной втулки, сделанной по размеру притираемой детали. Втулка смазывается доводочной пастой или слоем

Рисунок 9. Схема доводки с помощью ручного притира.

мелкого корундового порошка, деталь – жидким машинным маслом или керосином. Припуск на доводку составляет 5…20 мкм на диаметр, скорость вращения заготовки V_заг = 10…20 м/мин.

В серийном и массовом производстве для доводки валов применяется суперфиниширование – доводка абразивными брусками (рисунок 10). Припуск на обработку составляет 8…20 мкм. При суперфинишировании осуществляются следующие движения: вращение заготовки с окружной скоростью 30…360 м/мин, быстрые возвратно-поступательные перемещения брусков (ход 2 – 6 мм, число двойных ходов в минуту 200…1400), перемещение инструмента вдоль заготовки 1…2 м/мин.

Рисунок 10. Схема суперфиниширования

Суперфиниширование обеспечивает шероховатость поверхности до Rа= 0,1…0,016 мкм, увеличивается относительная опорная длина профиля с 20 до 90%. Существенного изменения макрогеометрии поверхности не наблюдается.

Обработка производится мелкозернистыми брусками (зернистость М10…М40) с добавлением смазки – смеси керосина и масла.

Полирование используется только для уменьшения шероховатости поверхности и обеспечивает шероховатость Rа = 0,1…0,01 мкм. Абразивными инструментами являются эластичные круги (войлок, ткань, кожа) покрытые полировальными пастами и лепестковые круги, изготовляемые из шлифовальной тканевой водостойкой шкурки с зернистостью 4…12 (шлифпорошки) и М40 (микропорошки).