Методы упрочнения с изменением микрогеометрии поверхности и наклепом

Мощность процесса резания определяется скалярным произведением:

N = Pv_e (2.6)

Выразив это произведение через  проекции по координатным осям, получим:

N = P_z v_z + P_yv_y + P_xv_x (2.7)

где v_x, v_y, v_z — проекции на оси координат скорости движения точки приложения равнодействующей сил резания. В практических расчетах используется приближенная зависимость N = P_zv. Это упрощение обусловлено тем, что составляющие Р_у и Р_х полной силы резания малы по сравнению с Р₂, а скорость подачи относительно скорости резания составляет всего 1 - 0,1%.

Рис. 2.2. Схема действия сил резания  на режущую кромку инструмента в  точке, имеющую максимальную скорость перемещения ν_е, при обработке: а – точением; б – сверлением; в – фрезерованием; г – строганием; д– протягиванием; е – хонингованием; ж – суперфинишированием.

Производительность обработки  при резании определяется числом деталей, изготовляемых в единицу  времени: Q = \/Т_т . Время изготовления одной детали равно Т_т = Т_д + Т_т + Т_кп, где Т_о — машинное время обработки, затрачиваемое на процесс резания, определяется для каждого технологического способа; Т_т — время подвода и отвода инструмента при обработке одной детали; Г_всп — вспомогательное время установки и настройки инструмента.

Таким образом, производительность обработки  резанием в первую очередь определяется машинным временем Т_о. При токарной обработке, мин: Т_о = La/(ns_oh), где L  - расчетная длина хода резца, мм; а — величина припуска на обработку, мм.

Отношение a/h характеризует требуемое число проходов инструмента при обработке с глубиной резания И. Поэтому наибольшая производительность будет при обработке с глубиной резания h = а, наибольшей подачей s₀ и максимальной скоростью резания. Однако при увеличениипроизводительности снижается качесто поверхности и повышается износ инструмента. Поэтому при обработке резанием решается задача по установлению максимально допустимой производительности при сохранении требуемого качества поверхности и стойкости инструмента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пластическое  деформирование

 
К этим методам относятся: осадка, обжатие, раздача, вдавливание, вытяжка, растяжка, правка, накатка. Восстановление размеров деталей производят перемещением части  металла с нерабочих ее участков к изношенным поверхностям. Необходимость изготовления специальных приспособлений и штампов делает большинство способов этого вида ремонта экономически оправданным только при восстановлении многих однотипных деталей. 
 
Ремонтные операции производят в холодном состоянии для деталей из низкоуглеродистых сталей, цветных металлов и сплавов и с предварительным нагревом до 0,7—0,9 температуры плавления для средне- и высокоуглеродистых сталей. 
Осадка применяется для увеличения наружного диаметра сплошных деталей или для уменьшения внутреннего и увеличения наружного диаметров полых деталей за счет уменьшения их высоты. Этим способом восстанавливают различные втулки при износе по внутреннему или наружному диаметру, цапфы валов и осей, зубья зубчатых колес и другие детали, имеющие поверхностный износ в пределах 1 % диаметра. При осадке диаметр детали вменяется на величину износа плюс припуск на последующую механическую обработку. 
 
Обжатие применяется для уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет уменьшения наружного. Этим способом восстанавливают втулки из цветных металлов, проушины рычагов с гладкими или шлицевыми отверстиями, корпуса гидронасосов, сепараторы роликовых подшипников и др. После обжатия деталь наращивают по наружному диаметру (например, электролитическим способом), а по внутреннему диаметру развертывают до требуемого размера. 
 
Раздача применяется для увеличения наружного диаметра за счет увеличения внутреннего. Этим, способом восстанавливают пальцы, втулки (в том числе шлицевые), пустотелые валы и прочие тела вращения. Раздачу чаще проводят в холодном состоянии деталей, закаленные детали предварительно подвергают отпуску или отжигу. Вместо пуансона иногда используют стальные шарики нужного диаметра. После обжатия деталь по наружному диаметру, как правило, подвергают механической обработке.  
 
Вдавливание применяется для увеличения размеров изношенных частей детали посредством перераспределения металла с ее нерабочих поверхностей. Этим способом восстанавливают изношенные боковые поверхности шлицев, зубьев шестерен, шаровых пальцев и др. Закаленные детали предварительно подвергают отпуску. После вдавливания следует механическая обработка восстанавливаемых поверхностей детали, термообработка и шлифование.  
 
Вытяжка применяется для увеличения длины деталей (рычаги, тяги, штанги, стержни и др.) за счет местного сужения их поперечного сечения на небольшом участке путем приложения силы, перпендикулярной направлению удлинения. Вытяжку выполняют в горячем состоянии детали с местным нагревом до 800—850 °С. Растяжка, как и вытяжка, служит для увеличения длины детали, но направление удлинения совпадает с направлением действующей силы. Правка применяется для устранения изгиба, скручивания и коробления деталей. Этим способом восстанавливают валы, ходовые винты, оси, шатуны, тяги, кронштейны, балки, рамы и корпуса. Правку выполняют с использованием прессов, домкратов, скоб, специальных приспособлений, кувалд и молотков. В зависимости от степени деформации и размеров детали правку производят в холодном состоянии детали или с предварительным ее нагревом. При правке без нагрева с целью снятия остаточных напряжений стальные детали подвергают стабилизирующему нагреву до 400—450 °С и выдержке при этой температуре в течение 1 ч или при температуре 250—300 °С в течение 2—3 ч. 
 
Крупные и сильно деформированные детали (например, вал с прогибом свыше 8 мм на 1 м его длины) восстанавливают горячей правкой, применяя нагрев стальной детали до температуры 600— 800 °С. После этого деталь подвергают необходимой термической обработке.  
 
Правка местным нагревом применяется для крупных валов и толстых листовых деталей путем нагрева места наибольшего прогиба с выпуклой стороны до температуры 800—900 °С. 
Правка местным наклепом производится пневматическим молотком с шаровидной головкой. Выбор участка и степени наклепа производится с учетом места изгиба и его размеров. Способ используют для правки небольших валов и осей. 
 
Накатка применяется для восстановления неподвижных посадок на шейках валов. Деталь, закрепленную в центрах токарного станка, обкатывают роликом с насечкой из стали У12А или ШХ15 с углом заострения 60—70° и твердостью HRC 55—58, закрепленным в суппорте. Этим способом диаметр детали может быть увеличен до 0,4 мм. При твердости детали HRC<30 накатку производят в холодном состоянии при обильном охлаждении машинным маслом. После накатки деталь шлифуют или накатывают гладким роликом до получения требуемого размера. 
 

Комбинированные методы обработки 

Комбинированными (КМО) называют такие  методы ЭФХКО, в которых процесс преобразования или удаления обрабатываемого материала происходит в результате одновременного протекания двух и более воздействий, осуществляемых по своему механизму. Примерами могут служить сочетания воздействий: электрохимического и механического, электроэрозионного и электрохимического, ультразвукового и механического и т. д. В некоторых случаях из конструктивно-технологических  соображений обработку каждым из методов, входящих в КМО, разделяют, в пространстве, например устанавливая катоды на некотором расстоянии от абразивного инструмента при электрохимикоабразивной обработке. Иногда к группе КМО относят  виды обработки, в которых воздействие различных по характеру процессов разделено и в пространстве и во времени. Примером может служить электрохимическое сглаживание после ультразвукового прошивания или механическая доводка после электроэрозионной обработки  т.д. Подобные сочетания не следует относить к КМО, так как это по существу обособленные операции, входящие, как и любые другие, в общий технологический процесс, однако в случае создания специального оборудования, жестко связывающего эти процессы, их можно отнести к способам КМО. Основной особенностью и преимуществом  КМО является повышенная эффективность по сравнению с отдельно используемыми методами, составляющими данное сочетание. Соответственно обычными являются сочетания способов, обеспечивающих большой удельный съем металла, но создающих повышенную шероховатость (например, черновая ЭЭО) со способами, способными значительно снизить шероховатость, но при низких удельных съемах (например, чистовые виды ЭХО). Наиболее часто совмещение производят исходя из необходимости в первую очередь повысить производительность, не преследуя целей резкого повышения  качества поверхности или снижения износа инструмента. В таких случаях практически достигается возрастание этого показателя в несколько десятков раз. Производительность КМО, как правило, значительно выше суммы производительностей  каждого метода, взятого отдельно. Так, по сравнению с абразивным и алмазным электроабразивное и электроалмазное шлифование повышают производительность обработки в 3-5 раз, электроэрозионно-абразивное в 2-3 раза, электроэрозионно-химическое в 8-10 раз. При совмещении ЭЭО и ЭХО производительность повышается в несколько десятков раз по сравнению с ЭЭО. Плазменный нагрев и механическое резание в 3-5 раз и более производительнее механического резания. При сочетании различных методов  обработки в КМО обычно устраняются специфические недостатки, присущие каждому из них, а преимущества становятся более явными.