Чистовая обработка пластическим деформированием динамическими методами

Упрочнение и отделка объемно-криволинейных, фасонных наружных, имеющих полости, выемки, карманы и тем более внутренних поверхностей деталей перечисленными ранее статическими методами либо невозможны, либо сопряжены с неоправданными техническими трудностями. Для обработки таких деталей используют динамические (ударные) методы. Среди них наиболее изучены и широко применяются методы дробеструйной обработки.

Дробеструйная обработка

Это отделочно-упрочняющая операция, которую применяют для повышения циклической прочности деталей. Повышение обеспечивается за счет формирования благоприятного микрорельефа поверхности, создания остаточных напряжений сжатия и увеличения микротвердости поверхностного слоя.

Процесс обработки заключается в воздействии на поверхность деталей кинетической энергии потока абразивных частиц (металлического песка, дроби, металлических или пластмассовых микрошариков диаметром 0,1−0,2 мм). В основе струйного наклепа лежит пластическое деформирование поверхностного слоя под действием потока частиц, вследствие которого на нее создаются искусственные дислокации. В результате ударного воздействия дроби поверхность деталей покрывается многочисленными лунками, которые устраняют дефекты предшествующей механической обработки в виде рисок и надрывов. С нее удаляются выступающие микронеровности, получившиеся при изготовлении деталей литьем и механической обработкой.

Удар частицы о поверхность приводит к возникновению кратера. Исследование кратеров, образующихся при ударах под разными углами, показало, что вытесненный материал течет в направлении падения частицы с образованием вала до тех нор, пока он не растрескивается из-за значительных быстродействующих накопленных деформаций. При ударе частицы о поверхность кроме образования кратера и микрорезания под разными углами скоса происходят выплавление материала вследствие высокой локальной температуры и его термическое разупрочнение. Удаление материала при воздействии на обрабатываемую поверхность потока абразивных частиц происходит в результате взаимодействия нескольких одновременно протекающих процессов, обусловленных отдельным или совместным влиянием компонентов потока.

Основными параметрами, влияющими на качество упрочнения поверхности при обработке дробью, являются исходная шероховатость, диаметр и скорость соударения частицы с поверхностью, продолжительность процесса, механические свойства обрабатываемого материала.

Упрочнение основано на использовании кинетической энергии потока частиц, придаваемой либо центробежной силой, либо энергией сжатого воздуха, подаваемого через специальные сопла.

Упрочнению микро шариками подвергают детали, изготовляемые из титановых сплавов (ВТ-8, ВТ-9), высокопрочных сталей (ЭП 479Ш, ЭП 718Ш), жаропрочных сплавов (ЭЙ 698ВД, ЖС6УВИ, ЖС6-К). Обработке рекомендуется подвергать детали малой жесткости с мелкими концентраторами напряжений (r = 0,1?0,5) в виде радиусных переходов, канавок, острых кромок, резьбы и т. д.

Наклеп дробью сварных соединений, работающих при циклическом нагружении, увеличивает предел выносливости в среднем на 50%.

Для дробеструйного наклепа обычно применяют механические и пневматические дробеметы.

В механических дробеметах разброс дроби осуществляется плоскими радиально расположенными лопатками быстро вращающегося ротора (2000−3500 об/мин). На рис. 14.21 представлена схема установки, широко используемой в промышленности.

Рис. 14.21. Установка с подачей абразивного материала элеватором на лопасти ротора:

а — схема; б - внешний вид Абразивный материал из рабочей камеры 6 поступает в элеватор 1, затем в сепаратор 3, в котором абразивные частицы отделяются от отходов, поступающих по патрубку в очистные устройства. Абразивный материал по склизу 4 попадает в приемную воронку центробежного аппарата 5 и направляется на обрабатываемую поверхность заготовки 2.

Основным недостатком абразивно-центробежных установок является низкая производительность.

Пневматические дробеметы имеют одно или несколько сопел, через которые дробь выбрасывается сжатым воздухом с давлением 0,5−0,6 МПа. В гравитационной установке, схема которой показана на рис. 14.22, абразивный материал, засыпанный в резервуар 3, самотеком поступает в струйный аппарат 4 и направляется на обрабатываемую поверхность заготовки 7 струей сжатого воздуха, поступающего по трубе 5 и истекающего через сопло 6. Затем абразивный материал из рабочей камеры 8 поступает в элеватор 9, далее в сепаратор 1, трубу 2 и снова в резервуар 3.

Рис. 14.22. Схема установки с подачей абразивного материала и ускорением сжатым воздухом.

Пневматические дробеметы применяют в тех случаях, когда необходимо провести наклеп труднодоступных поверхностей (глубокие отверстия, впадины и т. п.).

Гравитационные установки получили ограниченное распространение в промышленности из-за небольшой кинетической энергии, сообщаемой абразивным частицам, и недостаточной гибкости управления струйным аппаратом.

Наблюдается резкое количественное и качественное различие между процессами эрозии в присутствии жидкости и без нее.