Применение пластического деформирования материала позволяет снизить материалоемкость и повысить надежность и долговечность изделий

Комбинированные методы обработки

Повышение качества обработки деталей машин с использованием комбинированных методов обработки"

Основные эксплуатационные свойства деталей машин – износостойкость, прочность, коррозионная устойчивость в значительной мере определяются состоянием их поверхностного слоя, определяемого технологией изготовления.

В современном производстве назначение и технологическое обеспечение параметров состояния поверхностей деталей недостаточно обосновано, что приводит либо к завышению требований и удорожанию машин, либо к их занижению и снижению надежности.

Существует достаточно большое количество различных технологических методов повышения качества поверхностей деталей.

Наиболее распространенными из них являются, гальванические и химические методы нанесения покрытий, наплавка, напыление, ионная имплантация, лазерная обработка. Обеспечивая повышение эксплуатационных свойств, а так же, улучшая декоративный вид изделий, эти методы в то же время являются экологически небезопасными, загрязняющими окружающую среду и представляющими сложность в утилизации отходов.

Методы повышения качества деталей машин

Большие возможности в технологическом управлении качеством поверхности деталей машин имеют такие прогрессивные методы обработки, как разновидности отделочно-упрочняющей обработки, в основе которых заложено поверхностное пластическое деформирование (ППД). Требуемые параметры качества поверхности и практически все важнейшие эксплуатационные свойства деталей машин могут быть обеспечены процессами упрочнения их методами поверхностного пластического деформирования, максимально проявляющими потенциальные возможности материала.

Применение пластического деформирования материала позволяет снизить материалоемкость и повысить надежность и долговечность изделий.

В зависимости от назначения метода и пластических деформаций все эти методы можно разделить на три класса:

1) отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (накатывание, обкатывание, раскатывание, выглаживание, виброобработка, динамическое упрочнение, электромеханическая и комбинированная обработка различных поверхностей деталей машин);

2) формообразующая обработка пластическим деформированием (накатывание зубьев, шлицев, резьб, фасонных поверхностей);

3) отделочно-упрочняющая обработка пластическим деформированием (калибрование наружных и внутренних поверхностей вращения и дорнование).

Выглаживание производят инструментом, рабочим элементом которого является алмазный индентор, скользящий по обрабатываемой поверхности. Этим методом можно обрабатывать все виды поверхностей от плоской до фасонной.

Рис. 1 - Схема алмазного выглаживания (Анимированный рисунок)

Накатывание, раскатывание и обкатывание осуществляют специальным инструментом.

При давлении рабочего элемента на обрабатываемую поверхность происходит её локальное пластическое деформирование в месте контакта, наличие различных вращательных и поступательных движений позволяет обрабатывать различные поверхности 9 плоские, цилиндрические, фасонные.

Комбинированная обработка

Особое место среди методов повышения качества деталей машин занимает комбинированная обработка, совмещающая лезвийную и отделочно-упрочняющую обработки.

В настоящее время для обработки наружных и внутренних поверхностей вращения достаточно широкое распространение получило совместное точение и обкатывание, осуществляемое с применением комбинированных инструментов, сочетающих в себе режущие и деформирующие элементы.

Преимущества совместной обработки резанием и ППД различных поверхностей комбинированными инструментами по сравнению с раздельной обработкой неоспоримо доказаны в современной литературе.

Такой метод позволяет не только повысить качество поверхности, но и даёт возможность увеличить производительность, снизить трудоёмкость обработки, что является существенным преимуществом комбинированной обработки перед другими способами повышения качества поверхностного слоя.

Таким образом, все методы обработки поверхностным пластическим деформированием имеют широкие возможности в управлении параметрами состояния поверхностного слоя деталей машин, а следовательно и их эксплуатационными свойствами.

Опыт современного машиностроения свидетельствует, что при совмещении процесса лезвийной обработки с ППД предоставляется возможность наряду с повышением эксплуатационных свойств изготовляемой продукции одновременно повысить точность и производительность технологического процесса обработки в целом.

Эксплуатационные свойства деталей и их соединений (износостойкость, жесткость и прочность, герметичность соединений, прочностью посадок) определяют основной показатель качества машин – надежность.

В настоящее время имеется большое число математических зависимостей для определения эксплуатационных свойств деталей машин и их соединений, описанных а работах Крагельского И.В.[11,12], Михина Н.М. [13].

Однако эти зависимости, как правило, носят эмпирический характер, а теоретические уравнения не учитывают состояние поверхностного слоя во всех его геометрических и физико-механических аспектах. В работах Суслова А. Г. [7, 34, 35], Безъязычного В. Ф. [33] приведены универсальные теоретические зависимости для определения эксплуатационных свойств деталей с учётом параметров состояния поверхностного слоя (шероховатости, волнистости, макроотклонения и физико-механических свойств).

Износостойкость – эксплуатационное свойство, определяющее способность поверхностных слоев деталей сопротивляться разрушению при трении-скольжении, трении-качении, а также при микроперемещениях, обусловленных воздействием вибраций.

В результате износа деталей машин понижается КПД, теряется точность, снижается прочность, увеличиваются динамические нагрузки, которые являются следствием увеличения зазоров в сопряжениях, повышается шум при работе.

Исследования по влиянию на износостойкости параметров состояния и физико-механических свойств поверхностного слоя свидетельствуют о возможности управления износостойкостью деталей машин путём выбора рациональных методов обработки.

Проведены различные исследования такого эксплуатационные свойства как усталостная прочность.

Усталостная прочность – это способность деталей машин сопротивляться разрушению в течение определенного промежутка времени при действии на них знакопеременных нагрузок.

В результате исследований установлено, что разрушение деталей машин от усталости металла начинается на их поверхности, а, значит, определяется шероховатостью и физико-механическими характеристиками поверхностного слоя.

Кроме того, усталостная прочность деталей машин зависит не только от величины шероховатости, но и в большей степени от наклепа и остаточных напряжений поверхностного слоя.

Герметичность соединений определяет их способность удерживать утечку газа или жидкости. В результате проведенных исследований выяснилось, что герметичность соединений наряду с геометрией уплотнения, физико-механическими свойствами его материала и факторами внешнего воздействия также зависит от параметров шероховатости, волнистости, макро-отклонения и степени упрочнения контактирующих поверхностей. Контактная жесткость определяет способность поверхностных слоев деталей, находящихся в контакте, сопротивляться действию сил, стремящихся их деформировать. Контактная жесткость оказывает значительное влияние на точность работы механизмов, на точность установки деталей на станках, в приспособлениях, на точность обработки и сборки деталей, а в результате – на качество машиностроительных изделий.

Как показали исследования, на контактную жесткость также влияет качество поверхности сопрягаемых деталей и её свойства.