Гидроабразивное упрочнение

Наклеп поверхностного слоя струей суспензии (жидкость с абразивными частицами) применяют для случаев, когда необходимо получить упрочненный слой небольшой глубины. Подача абразивной суспензии к соплам установок для гидроабразивной обработки осуществляется в зависимости от конструктивных особенностей и типа установки самотеком, инжекцией сжатым воздухом или под давлением с помощью насоса.

На поверхностях и гранях твердосплавных пластин и инструментов после спекания могут образоваться специфические дефекты, из которых наиболее характерными являются рваные кромки, заусенцы (наплывы), микротрещины и микропоры, неравномерность химического состава, оксидные пятна, неравномерность распределения твердости (пятнистость), ликвация и зоны высокой концентрации металлов (например, кобальта), входящих в состав сплава в качестве наполнителя и связки и отличающихся повышенной вязкостью. По этим причинам могут возникать “вторичные” дефекты – внутренние напряжения, вспучивания, искажения геометрических форм и т. п. Дефекты снижают прочность поверхностного слоя, увеличивают силу трения, создают условия для возникновения нежелательного эффекта “схватывания” металла стружки с вязкими участками на поверхности твердого сплава. Эти участки служат очагами концентрации напряжений и центрами разрушений, преобладающей причиной поломок и преждевременного изнашивания твердого сплава при эксплуатации инструмента. На поверхностях стальных, окончательно обработанных инструментов, также имеется большинство перечисленных дефектов. Кроме того, поверхностный слой металла закаленного инструмента часто содержит в себе скрытые дефекты – зашлифованные прижоги, растягивающие внутренние напряжения, зоны водородного насыщения, зоны повышенной концентрации аустенитных структурных включений.

Гидроабразивная обработка поверхностных слоев инструментальных материалов позволяет ликвидировать большинство из указанных дефектов и тем самым увеличить стойкость инструментов на 25-40%. Процесс проводят либо на гидроабразивных установках, либо с помощью центробежно-планетарных машин. При обработке поверхностей абразивное воздействие оказывают гранулы, бой абразивных инструментов, фарфоровые, стеклянные или стальные закаленные шарики, кварцевый песок. Для обработки пластин твердого сплава успешно применяют абразивный порошок зеленого карборунда марки КЗ 160. Состав рабочего раствора, г/л: триэтаноламин 6-8; калий хромовокислый 9-10 или жидкое стекло 3-4; вода – остальное.

Длительность процесса обработки в центробежно-планетарных машинах 40-60 мин. Целесообразно подразделять цикл процесса на два этапа – предварительную и финишную обработки. На первом этапе (продолжительность 10-15 мин) при частоте вращения рабочей кассеты n = 200 мин^-1 притупляются острые кромки на ребрах и вершинах пластин, частично снимается дефектный поверхностный слой. Окончательную обработку выполняют в течение 40-50 мин при
n = 300÷350 мин^–1. На этом этапе скругляются режущие кромки до радиуса 15-50 мкм, полностью снимается дефектный поверхностный слой. В процессе обработки обеспечивается создание упругих деформаций сжатия, оказывающих положительное влияние на стойкость инструмента. Процесс экономически эффективен даже при малых партиях упрочняемого инструмента.

Упрочнение чеканкой

Упрочнение чеканкой состоит в упорядоченном ударном воздействии на упрочняемую поверхность специальными бойками механизированного инструмента – пневматического, электрического или механического.

Применяют инструменты с одним бойком и многобойковые ротационные – шариковые и роликовые. Ударные бойки (шары или ролики) расположены в гнездах дисков-роторов. При их вращении в контакте с обрабатываемой поверхностью бойки поочередно наносят на нее удары, создавая эффект наклепа. Ротационную чеканкуиспользуют для упрочнения деталей с малой жесткостью или для обработки внутренних поверхностей.

Вибрационно-упрочняющая обработка (чеканка) является разновидностью метода чеканки деформирующими бойками. При вибрационной отделочно-упрочняющей обработке происходит многократное соударение частиц рабочей среды с деталью, вызывающее поверхностное упруго-пластическое деформирование. Операцию выполняют в среде вибрируемых стальных закаленных шаров или роликов. Применяют для получения наклепа и образования сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое металла детали с целью повышения износостойкости и сопротивления усталости.

Наибольшие значения глубины наклепа и остаточных сжимающих поверхностных напряжений достигаются при виброобработке стальными роликами. При обработке деталей с исходным параметром шероховатости поверхности более Rz = 20 мкм возможно ухудшение качества поверхности.

Лучших результатов достигают при обработке в среде стальных закаленных полированных шаров диаметром 2-16 мм, что позволяет значительно снизить числовые значения параметра шероховатости.

В процессе отделки и упрочнения поверхности деталей в среде закаленных тел типа шаров происходит уменьшение шероховатости поверхности, образование наклепа и сжимающих остаточных напряжений. Глубина наклепа и напряжения при этом меньше, чем при обработке поверхностей роликами. После вибрационной обработки в среде стальных закаленных шаров можно получить параметры шероховатости поверхности Ra = 0,63÷0,040 мкм. Значения параметра шероховатости поверхности зависят от исходной шероховатости и твердости материала обрабатываемой детали.