Классификация технологических методов повышения качества поверхности

I. Методы упрочняющей обработки поверхности предназначены для:

а) улучшения физико-механических свойств;

6) повышения твёрдости поверхностного слоя;

в) снижения влияния концентраторов напряжения;

г) повышения предела выносливости.

В результате обработки в поверхностном слое возникают деформационное упрочнение и остаточные напряжения (сжатия или растяжения).

Рассмотрим методы повышения качества поверхности.

1) Дробеструйное деформационное упрочнение – для деталей сложной формы. Повышает в 10 – 12 раз срок службы рессор, пружин.

2) Чеканка – для упрочнения частей ступенчатых валов, сварных швов, зубчатых колес и др.

3) Обкатывание (раскатывание) роликами и шариками. Дорнование и калибровка отверстия.

4) Обработка стальными щётками – упрочняется слой на глубину 0, 04…0, 06 мм. (Высотные параметры Ra, Rz, Rmax снижаются в 2 – 4 раза).

5) Гидроабразивная обработка. Недостаток – малая глубина наклёпа.

6) Выглаживание алмазным инструментом. Увеличивается в 2 – 4 раза опорная поверхность при той же шероховатости, что и у шлифования, полирования, суперфиниширования (инструмент – алмаз, сапфир, корунд).

7) Электромеханическая обработка (ЭМО), анодно-механическая и др.

8) Упрочнение взрывом (пустотелые валы, сварные соединения, лопатки турбин и др.)

9) Поверхностная закалка – для среднеуглеродистых и легированных сталей и чугунов S = 1, 5…2 мм. (Нагрев – ТВЧ).

10) Химико-термическая обработка (цементация, азотирование, цианирование, нитроцементация, борирование и т.д.); т.е. насыщение поверхности различными химическими элементами одновременно с термическим воздействием на него.

11) Наплавка и напыление металлов – на поверхности появляются растягивающие напряжения, что несколько снижает предел выносливости.

12) Электроискровое легирование. (Анод – легирующий материал, катод – легируемая поверхность).

Преимущества:

1) прочное сцепление с диффузией легирующего материала;

2) легирование в строго указанных местах радиусам от 0, 5 мм и более;

3) отсутствие термического воздействии на слой основного металла.

2. Методы повышения коррозионной стойкости поверхностей.

I. Легирование материалов – добавление в сплавы специальных элементов (хром, алюминий, никель и

т.д.).

II. Нанесение на поверхность покрытий:

а) металлических (цинковое, хромовое, никелевое, кадмиевое);

б) неметаллических (неорганических) – анодирование, оксидирование, воронение;

в) неметаллических (органических) – лакировочные, пластмассовые, резиновые, битумные;

г) смазка.

III. Специальные методы:

1) Вибрационное обкатывание – микрорельеф создаётся за счёт вдавливания инструмента, при этом рисунок микрорельефа становится рассматриваемым.

2) Применение инструментов из алмаза иди эльбора – позволяет создавать поверхности с оптимальный микрогеометрией, увеличивая контактную жёсткость.

3) Электрохимические и электрофизические методы.

Методы электрической обработки, при которых достигают заданных размеров, включают: электроэрозионные, электрохимические, комбинированные.

Электроэрозионная обработка основана на создании электроцепи, в которую входит обрабатываемая заготовка (как анод) и режущий инструмент – электрод (как катод). При сближении происходит искровой разряд, разрушающий в большей мере анод. Ток накапливается в магазине ёмкостей (конденсаторах). Деталь помещается в ванну с керосином или маслом. В этой среде происходит более быстрое разрушение анода, а также лучшее распыление частиц расплавленного металла. Форма углубления в аноде зависит от формы поперечного сечения катода (обычно латунного), которому придаётся автоматическая подача для поддержания постоянного расстояния между заготовкой и электродом. Этим методом производят в основном отверстия в металлах любой твёрдости, обеспечивая достижение шероховатости Ra = 2, 5…1, 25 мкм. Способ малопроизводительный.

Электроимпульсная обработка сходна с предыдущим способом, но производительность её больше ≈ в 10 раз. Это достигается за счёт увеличения продолжительности импульса и уменьшения промежутка между ними, т.е. образуется как бы прерывистая дуга. В электроцепь вводят машинные генераторы вместо конденсаторов.

Анодом служит инструмент, катодом – обрабатываемая заготовка.

Электрохимическая обработка применяется как вид электрополирования. Заготовка в качестве анода помещается в электролитическую ванну через которую пропускают постоянный ток. В первую очередь растворению подвергаются выступы микронеровностей. В результате поверхность сглаживается, т.е. полируется. Конечная шероховатость зависит от предшествующей обработки, улучшая её в 1, 5 – 2 раза до Ra ≈ 0, 32 мкм.

Электромеханическая обработка производится при резании поверхности. Поверхность перед режущей кромкой нагревают электротоком, улучшая условия резания.

Комбинированная или анодно-механическая обработка применяется для резания металлов и при заточке инструмента. Заготовка служит анодом в цепи постоянного тока, а инструмент – катодом. К месту обработки подают электролит (жидкое стекло, разбавленное водой).

Абразивно-жидкостное полирование основано на воздействии струи жидкости, выбрасываемой из сопла под давлением 400 кН/м² сжатым воздухом. В жидкости во взвешенном состоянии находятся абразивные зерна.

Обработку ведут несколько минут, достигая шероховатость Ra ≈ 0, 64…32 мкм. Способ применим для полирования сложных поверхностей.

Ультразвуковая обработка используется в основном для образования отверстий любой формы в материалах любой твёрдости независимо от электропроводности. Инструмент в виде стержня с формой сечения необходимого профиля слегка прижимается к обрабатываемой поверхности. Ему сообщаются колебания высокой частоты в осевом направлении. В зону обработки вводится жидкость со взвешенными частицами абразива.

Способ применяется главным образом для обработки неметаллических материалов: стекла, кварца (даже алмаза).

Способ окончательной обработки поверхности зависит от технических требований, предъявляемых к готовой детали. С учётом этих требований окончательным способом обработки может быть черновая, чистовая или финишная обработка.

Черновая обработка точением, фрезерованием, сверлением заканчивается изготовлением поверхностей с Ra ≈ 80…20 мкм и точностью JT 11 – 14.

Чистовая обработка точением, фрезерованием, зенкерованием, развертыванием, шлифованием заканчивается JT 6 – 9; Ra ≈ 1, 25 мкм.

Финишная (шлифование, финиширование, хонингование, полирование, притирка, выглаживание, накатывание) позволяет обеспечить Ra 1, 25 мкм и менее; JT5. Качество поверхности, получаемое после соответствующего способа обработки, приводится в таблицах.

Следует отметить, что прямой связи между точностью размера (JT)и шероховатостью поверхности нет, так как к самым неточным поверхностям по допуску могут быть предъявлены высокие требования к шероховатости (например, ручка хирургических инструментов).

Однако, уже выбор технологического способа изготовления, обеспечивающего заданную точность приводит к формированию определённой шероховатости. Числовые данные о шероховатости в зависимости от квалитета точности приводятся в справочной литературе.