Методы деформационного выглаживания

Поверхностное обкатывание роликами и шариками

Обкатыва­нием роликами и шариками обычно упрочняют наружные и вну­тренние цилиндрические поверхности (валы, болты), реже – плоские и фасонные поверхности (шестерни, шлицы, резьбы, пазы в елочных замках лопаток турбины и др.). При обкатывании роли­ками основными параметрами режима упрочнения являются давление на ролик, число ходов ролика, его форма и размеры, по­дача и скорость обкатывания. Главный из них – давление на ролик, так как этот параметр определяет глубину деформиро­ванного слоя.

Упрочнение поверхностного слоя деталей роликами и шариками, сопровождающееся улучшением параметра шероховатости поверхности, повышает сопротивление усталости и износу, на­дежность посадок и контактную жесткость.

Влияние упрочнения поверхностного слоя обкатыванием роликами на сопротивление усталости зависит от глубины и степени наклепа, субструктуры и дефектов кристаллической решетки, а также от напряженности поверхностного слоя детали. Прева­лирующее действие того или иного параметра физико-химиче­ского состояния поверхностного слоя на сопротивление усталости зависит от условий эксплуатации, материала детали и др.

Обкатывание роликами широко используют для деформационного упрочнения пазов елочного хвостовика лопаток турбин. Обычно упрочняют или два первых паза (считая от пера) как наи­более нагруженные, или все пазы.

Различают динамическое и статическое упрочнение обкатыванием роликами пазов лопаток.

Динамическое упрочнение можно производить на модернизированном плоскошлифовальном станке. Инструмент для упроч­нения – диск диаметром 250 мм, в котором по окружности расположены три ряда роликов, свободно сидящих на осях (мате­риал – сталь ШХ15, твердость HRQ 60...62). В приспособле­нии, установленном на столе станка, закреплены две лопатки, одна из которых обрабатывается со стороны спинки, другая – со стороны корыта. Одним инструментом обрабатывается одно­временно три паза.

После закрепления лопатки в приспособлении инструмент устанавливают относительно пазов по глубине. Установку ро­лика во впадине и натяг осуществляют по эталону. Упрочнение пазов производится при следующем режиме: скорость обкатыва­ния 25 м/с, скорость продольного хода стола 12 м/мин, число двой­ных ходов 7, натяг ролика 0,15...0,2 мм. Впадины пазов и ро­лики смазывают веретенным маслом № 2.

Одним инструментом без замены роликов можно обработать до 1000 лопаток. Стабильность процесса упрочнения контроли­руется измерением глубины наклепа на образцах, вырезанных из деталей-свидетелей, и определением остаточных макронапря­жений. После упрочнения проверяют геометрические размеры елочных пазов и методом цветной дефектоскопии контролируют наличие трещин.

Статическое упрочнение пазов елочного хвостовика лопаток производят на полуавтоматической установке обкатыванием стальными закаленными роликами (одна–шесть пар), установленными на штоках гидроцилиндров. Ролики смещены относительно друг друга на шаг зубьев хвостовика. Сила обкатывания регулируется бесступен­чато. Для первого паза устанавливают экспериментально, а для каждого последую­щего паза уменьшают в 2 раза, так как радиус дна предыдущего паза в 2 раза больше каждого последующего. Для безударного входа упрочняющих роликов в паз елочного хвостовика на ползунах установлены направляющие, профиль которых соответствует профилю хвостовика упрочняемой лопатки. Скорость перемеще­ния лопаток относительно роликов 1,5...2,0 м/мин. Эксперимен­тально установлено, что диаметр ролика должен быть равен радиусу дна елочного паза.

Основные недостатки динамического упрочнения – значитель­ная трудоемкость и шум, возникающий при обкатывании пазов роликами. Упрочнение статическим обкатыванием роликами имеет преимущества: процесс легко регулируется, позволяет изменять режимы обкатывания, получать требуемую глубину и степень наклепа, имеет большую производительность, улучшает шероховатость упрочняемой поверхности, бесшумен.

Алмазное сгла­живание – это отделочно-упрочняющая обработка поверхностей деталей, обеспечивающая одновременно низкий параметр шерохо­ватости и деформационное упрочнение поверхностного слоя.

Физическая сущность этого метода заключается в пластиче­ском деформировании (выглаживании) поверхностного слоя де­тали сферическим алмазным наконечником. Алмазное сглажива­ние осуществляется с высокими скоростями вращения заготовки и подачи, обеспечивающими непрерывность механического воз­действия и взаимное перекрывание следов движения алмазного наконечника.

Алмазным сглаживанием обрабатывают поверхности тел вращения и плоские поверхности заготовок из различных конструкционных материалов, а также детали с металлическими покры­тиями (хромированные, никелированные и т. п.). Эту операцию выполняют на обычных токарных и шлифовальных станках. Эффективность алмазного сглаживания в первую очередь обусловливается уникальными свойствами алмазов, наиболее полно реализуемыми: высокой твердостью и износостойкостью, высокой теплопроводностью и малым коэффициентом трения по ме­таллу.

Алмазное сглаживание существенно снижает шероховатость обрабатываемой поверхности, обеспечивая ее Ra = 0,63...0,04 мкм.

Деформационное упрочнение для различных материалов составляет по глубине поверхностного слоя до 0,3 мм и по степени наклепа: от 8 до 14%для алюминиевых сплавов, от 10 до 20% для закаленных сталей и более 30% – для коррозионно-стойких сталей; остаточные макронапряжения – сжимающие.

Инструментом для сглаживания служит алмазный наконеч­ник, закрепленный в упругой (пружинной) державке.

Скорость сглаживания не оказывает существенного влияния на состояние поверхностного слоя и может варьироваться от 30 до 100 м/мин. Сглаживание рекомендуется производить с примене­нием СОЖ, лучшая из которых – индустриальное масло 20.

Алмазным сглаживанием обрабатывают валы компрессора и турбины, торцы гаек, переходники, втулки и другие детали. Алмазным сглаживанием также обрабатывают заготовки, име­ющие различные металлические покрытия для улучшения каче­ства их поверхности и обеспечения заданных эксплуатационных свойств поверхностного слоя (повышение твердости и наведение сжимающих макронапряжений).

Оптимальные режимы для алмазного сглаживания некоторых металлических покрытий (хромового, никелевого, никель-фосфорного, серебряного) следующие: сила сглаживания P_Y = =100...200 Н, подача 0,05...0,08 мм/об, радиус алмаза 2...5 мм.

К одному из типичных способов отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием наружных цилиндрических поверхностей, относится способ (Пат. РФ № 2385213, МПК B24B39/04. Способ отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием наружных цилиндрических поверхностей, А. С. Селиванов, В. И. Малышев. Бюл. № 9, 2010), который включает вращение детали и сообщение продольной подачи двум инструментам различного радиуса, которые внедряют в обрабатываемую поверхность с различными усилиями (рис. 1.8). При этом инструменты располагают под углами 30–40° к направлению их внедрения в обрабатываемую поверхность, один из которых внедряют в обрабатываемую поверхность в направлении, перпендикулярном оси вращения детали, второй инструмент располагают смещенным относительно оси вращения детали и относительно первого инструмента в направлении продольной подачи из условия обеспечения перекрытия следов внедрения упомянутых инструментов при обработке.

Рис. 1.8. Схема отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием

(Пат. РФ № 2385213):

P ₁, P ₂ – силы воздействия на деталь первого и второго инструмента, соответственно;

R ₁, R ₂ – радиусы закруглений рабочей части первого и второго инструмента, соответственно

При таком варианте обработки в результате расположения инструментов под углами к направлению их внедрения в обрабатываемую поверхность использование рабочей части инструментов является более рациональным по сравнению с внедрением, когда ось инструмента совпадает с направлением его внедрения. В этом случае износ инструментов происходит на боковой поверхности сферического участка, в результате чего другая, неизношенная часть может быть использована при дальнейшей обработке.

Поиск по сайту: