Обеспечение требуемых свойств материала детали в процессе изготовления

Основными причинами отказов деталей в работающей машине являются изнашивание, коррозия, перераспределение остаточных напряжений, приводящие к потере геометрической точности детали, а также усталостные явления в материале и, как следствие, поломка детали. Из этого перечня причин видно, что большинство их связано со свойствами материала, определяемыми выбором материала при конструировании и обеспечением требуемых свойств при изготовлении деталей.

Требования к свойствам материала детали, выдвигаемые конструктором, чаще сводятся к указаниям в чертежах марки материала, твердости и значений параметров шероховатости поверхностей. Но этими требованиями не охватывается весь комплекс показателей, определяющих эксплуатационные свойства детали.

Считая, что выбор материала детали был сделан конструктором правильно и сопровожден необходимыми требованиями, проанализируем источники возможных отклонений свойств материала в технологическом процессе. Такими источниками могут быть следующие.

1. Неправильный выбор исходного материала для заготовки и его дефекты.

2. Выбор способа получения заготовки, не обеспечивающего требуемые структуру, механические и химические свойства материала и возможность получения нужных свойств в технологическом процессе изготовления детали.

3. Дефекты заготовки, затрагивающие свойства ее материала.

4. Несоответствие свойствам материала последовательности, способов и режимов предварительной обработки заготовки, следствием чего могут быть нежелательные структурные изменения материала, остаточные напряжения, трещины в поверхностном слое и т.п.

5. Несоответствие марке материала режимов термической и химико‐термической обработки заготовки, не обеспечивающих требуемые структуру и твердость материала, нужное соотношение твердости поверхности и сердцевины заготовки, приводящие к ее короблению, обезуглероживанию и водородонасыщению поверхностного слоя, поверхностным трещинам и другим дефектам.

6. Неправильный выбор способа (сочетания способов) и режимов отделочной обработки заготовки, следствием чего могут быть закалка или, наоборот, отпуск и снижение твердости, перенаклеп и шелушение поверхностного слоя, несоответствие значений параметров шероховатости поверхностей детали требуемому уровню, напряжения растяжения в поверхностном слое и т.д.

7. Остаточные напряжения в материале детали, вызывающие ее коробление даже после того, как деталь будет установлена в машине и начнет функционировать.

Многие технологические процессы, применяемые для получения заготовок и изготовления деталей, сопровождаются возникновением остаточных напряжений в материале. Остаточные напряжения могут образовываться во всем объеме материала, составляющего заготовку или деталь, либо в его отдельных частях.

Значительные остаточные напряжения возникают в отливках, поковках, в холоднодсформированных и сварных заготовках, при закалке, в процессе правки пруткового материала и т.п. Основной причиной образования остаточных напряжений является неравномерное остывание различных частей нагретой заготовки.

Обычно остаточные напряжения уравновешены в объеме материала заготовки или детали и внешне ничем не проявляются, пока их равновесие не будет нарушено какими‐либо причинами. Такими причинами могут быть удаление с заготовки отдельных слоев материала, тепловые и ударные воздействия на заготовку или деталь и др. Нарушение равновесия приводит к перераспределению остаточных напряжений, что сопровождается деформированием заготовки или детали и потерей точности всех геометрических показателей (формы, относительных поворотов, расстояний и размеров поверхностей). Перераспределение остаточных напряжений – весьма коварный фактор. Оно может проявляться не только в процессе изготовления детали, но продолжаться после того, как деталь будет установлена в машину на сборке, и даже в работающей машине.

Поэтому для обеспечения качества машины необходимо всеми возможными путями уменьшать остаточные напряжения в деталях. Основными мероприятиями для решения этой задачи являются следующие:

разработка конструктивных форм деталей, отвечающих требованиям равномерного остывания всех ее частей;

правильное ведение процессов получения литых и кованых заготовок и особенно их остывания;

выделение черновой обработки заготовки в отдельные операции; естественное и искусственное старение заготовок.

Интенсивность перераспределения остаточных напряжений значительно возрастает при удалении с заготовки в процессе обработки поверхностных слоев материала. Поэтому после черновой обработки заготовку следует освободить от зажима, чтобы дать ей возможность свободно деформироваться. Это мероприятие уменьшает последующее деформирование заготовки, но не избавляет ее от него полностью. В связи с этим заготовку после черновой обработки подвергают естественному или искусственному старению.

При естественном старении заготовки размещают в помещении или на улице и предоставляют им возможность свободно деформироваться под воздействием внешней среды. Продолжительность естественного старения может быть различной и составлять от нескольких месяцев до нескольких лет.

Для того чтобы сократить цикл производства, естественное старение можно заменить искусственным. Одним из видов искусственного старения является термообработка. В зависимости от марки материала, конструкции, размеров и массы заготовки старение с помощью термообработки ведут при разных режимах. Однако суть ее остается общей и сводится к постепенному нагреву заготовки до 500–650 °С, выдержке в течение нескольких часов и охлаждению вместе с печью со скоростью 20 °С/ч.

Поиск по сайту: