Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования 8
1.1 Области применения и особенности отделочно-зачистной обработки деталей в абразивных средах 8
1.2 Анализ существующих методов упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием 14
1.3 Методы и технология объемной центробежно-ротационной обработки деталей 24
Цель и задачи исследования 34
2 Теоретическое исследование характеристик взаимодействия гранулированной обрабатывающей среды с обрабатываемой поверхностью 36
2.1 Механизм удаления металла режущими элементами абразивных гранул 36
2.2 Распределение давления на поверхности контакта детали с обрабатывающей средой 42
2.3 Модель взаимодействия потока шариков с обрабатываемой поверхностью при упрочняющей центробежно-ротационной обработке 47
2.4 Определение основных выходных характеристик процесса ППУ 54
Выводы 63
3 Влияние режимов и условий шпиндельной центробежно-ротационной обработки на производительность процесса, качество поверхности и точность обрабатываемых деталей 64
3.1 Производительность шпиндельной центробежно-ротационной обработки 64
3.2 Обрабатываемость материалов 75
3.3 Шероховатость и микротвердость обработанной поверхности 81
3.4 Остаточные напряжения в поверхностном слое материала 108
3.5 Влияние шпиндельной центробежно-ротационной обработки на геометрическую точность деталей 120
Выводы 130
4 Влияние шпиндельной центробежно-ротационной обработки на эксплуатационные характеристики обработанных деталей 132
4.1 Изменение износостойкости деталей после центробежно-ротационной обработки 132
4.2 Влияние центробежно-ротационной обработки на контактную жесткость деталей 144
4.3 Усталостная прочность деталей после центробежно-ротационной обработки 149
4.4 Изменение коррозионной стойкости деталей в результате центробежно-ротационной обработки 155
Выводы 158
5 Практическое применение результатов исследований 159
5.1 Использование шпиндельной центробежно-ротационной обработки для обработки деталей медицинского инструмента 159
5.2 Результаты использования шпиндельной центробежно-ротационной обработки для упрочнения зубчатых колес 166
Выводы 170
Основные выводы 171
Библиографический список 174
- Анализ существующих методов упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием
- Распределение давления на поверхности контакта детали с обрабатывающей средой
- Влияние шпиндельной центробежно-ротационной обработки на геометрическую точность деталей
- Изменение коррозионной стойкости деталей в результате центробежно-ротационной обработки
Введение к работе
Одной из основных задач промышленности является широкое развитие техники и технологии, обеспечивающих высокую производительность и качество изделий. Это прежде всего относится к изготовлению деталей и изделий различного назначения, в том числе из труднообрабатываемых сталей и сплавов, характеризуемых высокой трудоемкостью и себестоимостью, как основных операций механической обработки (точение, фрезерование и др.), так и отделочно-зачистных (удаление заусенцев, полирование и др.). Поэтому в различных отраслях промышленности ведутся широкие исследования с целью совершенствования существующих методов обработки, изыскиваются и разрабатываются новые высокопроизводительные технологические процессы формообразования и финишной обработки деталей.
Известно, что после различных методов формообразования деталей на их поверхностях образуются заусенцы, облой, окалина и другие дефекты, требующие дополнительных отделочно-зачистных операций. Кроме того, для определенной номенклатуры деталей необходимо скругление острых кромок, упрочнение, декоративная обработка поверхностей или подготовка их под покрытия, что также осуществляется с помощью отделочных операций. Трудоемкость этих операций в различных отраслях промышленности составляет от 10...20 % до 40...70 % общей трудоемкости изготовления деталей и имеет тенденцию к возрастанию [8,73,108]. Это объясняется следующими причинами:
повышением требований к качеству, долговечности и надежности деталей, их внешнему виду;
низким уровнем механизации отделочно-зачистных операций по сравнению с основными операциями механической обработки (точение, фрезерование, шлифование и т. д.), которые автоматизируются путем использования оборудования с числовым программным управлением, робототехнических комплексов и т. д.;
увеличением доли технологических процессов, использующих малоотходные и безотходные методы формирования деталей, исключающие обработку резанием.
"Особые сложности возникают при отделочно-зачистной обработке нержавеющих, жаропрочных и титановых сталей и сплавов, а также материалов, подвергаемых термообработке и имеющих высокую твердость. Такие материалы широко применяются для деталей газотурбинных двигателей, медицинского инструмента, приборов и других изделий. Здесь, в большинстве практических случаев, используют методы объемной обработки в среде свободного абразива такие, как голтовка, виброобработка, центробежно-планетарная обработка. Однако доля ручного труда при отдел очно-зачистной обработке еще сравнительно велика, из-за недостаточной производительности и универсальности существующих методов объемной обработки, а также ограниченных возможностей автоматизации оборудования.
Наиболее перспективный путь решения этой проблемы - широкое внедрение высокопроизводительных способов, осуществляемых свободным инструментом в виде гранул, зерна, порошков, различных материалов, перемещающихся с помощью специальных систем под действием центробежных сил относительно свободных или закрепленных обрабатываемых деталей при одновременном воздействии рабочих жидкостей специализированных составов.
Одним из сравнительно новых' и наиболее производительных методов является объемная центробежно-ротационная обработка (ЦРО), реализуемая в станках, рабочая камера которых образована неподвижной цилиндрической обечайкой и примыкающим к ней вращающимся ротором.
В работе проведено экспериментальное исследование влияния режимов обработки на производительность и показатели качества поверхностного слоя на образцах из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
Центробежно-ротационная обработка может быть реализована по нескольким схемам. Обрабатываемые детали могут загружаться в рабочую камеру «внавал» и, в этом случае, перемещаются вместе с наполнителем. Таким способом обрабатывают детали различной геометрической формы и сравнительно небольших габаритов, которые не деформируются при движении в тороидально-винтовом потоке.
По другой схеме обрабатываемая деталь закрепляется в
специальном шпиндельном приспособлении, вводится в обрабатывающую среду и ей сообщается вращательное движение. Так обрабатывают детали сложной геометрической формы, склонные к сцеплению при свободном движении в рабочей камере, а также крупногабаритные детали типа зубчатых колес, турбинных колес и др.
Для обработки мелких маложестких деталей в центробежно-ротационных станках детали вместе с обрабатывающей средой загружают в специальные емкости, которые размещают в рабочей камере «внавал».
Наиболее полно изучена схема реализации ЦРО «внавал», для которой установлены закономерности движения рабочей среды, характер съема металла, а также влияние такой обработки на физико-механические и эксплуатационные показатели обработанных деталей. В тоже время, процессы, происходящие при шпиндельной ЦРО, изучены недостаточно, что ограничивает возможности широкого промышленного использования этого высокопроизводительного метода.
В данной работе проведены теоретические и экспериментальные исследования, позволившие сформулировать рекомендации для повышения производительности и качества процесса шпиндельной центробежно-ротационной обработки.
Основные положения, выносимые* на защиту:
разработанные модели взаимодействия гранулированных сред с поверхностью обрабатываемых деталей;
выявленные закономерности изменения производительности процесса обработки по сечению рабочей камеры;
зависимости для проектирования технологии поверхностного пластического упрочнения в среде стальных закаленных шариков;
результаты исследований влияния режимов и условий шпиндельной центробежно-ротационной обработки на производительность процесса, качество поверхности и точность обрабатываемых деталей;
результаты исследований влияния шпиндельной центробежно-ротационной обработки на эксплуатационные характеристики обрабатываемых деталей.
Анализ существующих методов упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием
Упрочнение деталей машин поверхностным пластическим деформированием в отечественной промышленности применяется более 40 лет и за эти годы разработано значительное число разнообразных методов обработки поверхностным пластическим деформированием, имеющих свои особенности, технологические возможности и области применения. В нашей стране и за рубежом успешно используются методы упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием деталей разнообразной формы, изготовленных из различных материалов, выбор способа обработки определяется его технологичностью, производительностью и требованиями к состоянию поверхностного слоя. Многочисленные экспериментальные исследования и практика применения методов упрочнения обработки поверхностным пластическим деформированием показали, что они позволяют в значительной степени повысить эксплуатационные показатели деталей и, в первую очередь такие, как усталостная прочность, износостойкость, контактная жесткость и выносливость. Этот эффект основан на улучшении, шероховатости, повышении прочности поверхностного слоя и создании в нем сжимающих остаточных напряжений, благоприятно распределенных по сечению обработанной детали; происходят также изменения в кристаллической решетке с распадом твердых растворов и образованием мелкодисперсионных фаз. Искажение кристаллической решетки сопровождается дроблением зерен металла и вытягиванием их вдоль направления деформации [44, 72, 81]. Причем с увеличением усилия деформирования наблюдается более интенсивный рост микроискажений решетки. Кроме того, обработка поверхностным пластическим деформированием сталей мартенситно-аустенитной структуры вызывает дополнительное повышение твердости, связанное с распадом остаточного аустенита и его превращением в мартенсит [37, 81].
В результате взаимодействия зон металла с различной плотностью, в поверхностном слое детали создаются сжимающие остаточные напряжения. Эти напряжения, складываясь с растягивающими напряжениями, возникающими от внешних нагрузок при эксплуатации, снижают общий уровень напряжений. В этом и заключается основное положительное влияние остаточных сжимающих напряжений, полученных в результате упрочнения ППД [12, 53, 94, 97].
Одновременно улучшается топография поверхностного слоя, т. е. уменьшается высота микронеровностей, увеличиваются радиусы закругления выступов, что приводит к увеличению опорной поверхности. Таким образом, в совокупности с увеличением микротвердости, обеспечивается повышение износостойкости и контактной жесткости обработанной поверхности [28,40, 81, 91, 97].
Все многообразие способов обработки поверхностным пластическим деформированием можно условно разделить на две группы: статические методы деформирования и методы, основанные на динамическом (ударном) приложении нагрузки; получили распространение и методы упрочнения ППД, основанные на одновременном приложении статической и динамической нагрузок (обкатка с дополнительным осцилирующим движением, вибрационное накатывание, вибровыглаживание и др.) [41, 90]. К наиболее эффективным статическим методам упрочнения ППД деталей следует отнести обкатывание шаром или накатником, алмазное выглаживание, обкатывание с наложением ультразвуковых колебаний и т. п. [1, 6, 12, 16, 40, 42, 55, 72, 81, 83, 91, 97, 98]. Эти методы нашли широкое распространение в основном при обработке деталей цилиндрической формы: валов, осей, деталей подшипников, гильз и др. Особое место среди статических методов упрочнения занимают методы обработки деталей сложной конфигурации, например, зубчатых колес [61, 68, 75, 76, 77, 125, 127, 128 и др.].
Результаты многочисленных исследований и опыт их внедрения в производство показали, что обработка деталей статическими методами обработки поверхностным пластическим деформированием позволяет значительно повысить их прочностные и другие эксплуатационные характеристики. Этот эффект достигается, в первую очередь, за счет получения высоких показателей, характеризующих процесс: степень упрочнения 5= 100% (относительное приращение микротвердости, выраженное в процентах), толщина поверхностно-упрочненного слоя величина и глубина проникновения остаточных сжимающих напряжений, улучшение топографии поверхностного слоя.
Однако, несмотря на высокую эффективность упрочнения статическими методами и, в том числе, высокую производительность оборудования, реализующего эти методы, все же они имеют отдельные недостатки, ограничивающие область их применения. Так, обкатывание, выполняемое на неспециализированном оборудовании, не позволяет производить обработку материалов высокой твердости из-за ограничений по усилию вдавливания. С другой стороны, при обкатывании закаленных сталей с большими усилиями максимальная температура наиболее деформируемых тонких слоев составляет 150...350 С, при алмазном выглаживании-500...800 С, при обкатывании роликами-600...650 С, что существенно влияет на формирование остаточных напряжений [82, 83]. Кроме того, обкатывание сложных поверхностей (например, одновременно боковых поверхностей и впадин зубьев зубчатых колес) требует изготовления сложного обкатного инструмента, выполненного с высокой степенью точности. К недостаткам статических методов упрочнения можно также отнести невозможность обработки особосложных поверхностей, например, лопаток турбин.
Некоторым образом недостатки статических методов восполняются ударными способами обработки поверхностным пластическим деформированием. К наиболее распространенным ударным способам ППД можно отнести чеканку [13, 77], упрочнение центробежно-ударными накатниками [46, 99], упрочнение металлическими щетками [74, 82, 91]. В особую группу динамических методов ППД можно выделить дробеударные способы упрочнения. Как и для статических методов обработки поверхностным пластическим деформированием, динамическим способам характерны определенные области применения. Так, упрочнение центробежно-ударными накатниками применяется, в основном, для обработки цилиндрических поверхностей. Чеканка - наиболее эффективна для обработки галтелей, впадин крупномодульных зубчатых колес, подвергнутых закалке с нагревом током высокой частоты.
Распределение давления на поверхности контакта детали с обрабатывающей средой
При решении технологических задач отделочно-упрочняющей обработки ППД и, в частности, для центробежно-ротационной обработки, важное значение имеет аналитический расчет ожидаемого значения толщины поверхностно-упрочняющего слоя в зависимости от физико-механических свойств материала детали и параметров процесса (времени обработки, скорости потока шариков, их диаметра и т. п.). В свою очередь, часто возникает и обратная задача: определение режима обработки при заданных (необходимых) характеристиках упрочненного слоя. Как уже отмечалось, основные характеристики упрочнения зависят от количества энергии, сообщаемой шариками обрабатываемой поверхности и зависящей, в свою очередь, от их количества и скорости соударения. При решении указанных задач, с заданными условиями обработки, необходимо определять количество взаимодействий шариков с обрабатываемой поверхностью, необходимого для получения равномерного наклепа с заданными параметрами упрочнения.
Установлено [54], что одному и тому же диаметру отпечатка соответствует одна и та же глубина проникновения поверхностной пластической деформации под ним, независимо от того, каким способом был получен отпечаток (статическим, динамическим, однократным или многократным динамическим). Для небольших степеней деформации, с достаточной степенью точности толщина поверхностно-упрочненного слоя, в зависимости от диаметра отпечатка определяется из выражения: Центробежно-ротационная обработка характеризуется относительно небольшим внедрением индентора в поверхность детали, т. е. є = d/D «0,5. Поэтому выражение, полученное И. В. Кудрявцевым
(2.30), вполне приемлемо для расчета толщины поверхностно- упрочненного слоя (hH) при обработке плоской поверхности стального образца, расположенного нормально к направлению действия силы удара (движению шариков).
Учитывая, что каждая точка поверхности после центробежно-ротационной обработки, согласно принятой модели обработки, покрывается /-кратным отпечатком, очевидна необходимость знания его диаметра после ударов. Согласно [34], при произвольном числе j повторных ударов в один отпечаток диаметры dj и d {dj - диаметр отпечатка после/-кратных повторных нагружений, d — диаметр отпечатка после однократного удара) связаны соотношением: где к - коэффициент, зависящий от твердости обрабатываемого материала и скорости соударения. Для небольших скоростей удара (/=3...5 м/с) и при поверхностной твердости обрабатываемого материала выше 3000 МПа, =0,2 [34].
Следовательно, для определения толщины поверхностно-упрочненного слоя необходимо знать зависимость диаметра отпечатка d после однократного удара от режима обработки и физико-механических характеристик упрочняемого материала; эта зависимость, приведенная в [20], не может быть использована, так как она получена для относительно невысокой твердости материалов (расчитанное значение диаметра по этой зависимости для твердости НВ 3500 МПа превышает полученное экспериментально).
Для исследования влияния режима обработки и твердости материала на величину d использовался метод полного факторного эксперимента типа 2 . В качестве исследуемых факторов принимались скорость соударения U, диаметр шариков D и твердость используемого, материала НВ. Уровни факторов и интервалы варьирования приведены в таблице 2.1. Отпечатки получали сбрасыванием шариков с высоты, соответствовавшей заданным уровня скорости. Диаметры отпечатков измерялись с точностью 0,01 мм при помощи профилограмм и микроскопа прибора ПМТ-3. Для лучшей видимости границ отпечатков поверхность образцов была отполирована до Ra=0,03.. .0,06 мкм.
Экспериментальное исследование поверхностного слоя упрочненных образцов показало достаточно хорошее совпадение измеренной толщины поверхностно-упрочненного слоя с вычисленной по (2.34) для образцов с исходной шероховатостью 0,32...0,62 мкм. При более высокой шероховатости значение, вычисленное по (2.34), оказывается несколько больше реального. Это возможно объяснить тем, что полученная модель для определения не учитывает исходную шероховатость обрабатываемой поверхности. Как уже отмечалось, для получения рациональных характеристик дробеударного упрочнения необходимо, чтобы каждая точка обрабатываемой поверхности покрылась /-кратными ударами (J -количество ударов по каждой точке поверхности, при котором диаметр отпечатка и глубина проникновения пластической деформации получают наибольшие величины, остающиеся неизменными при дальнейшем повторении ударных воздействий). В зависимости от твердости обрабатываемого материала, величину выбирают от 10 до 20, причем большие значения назначают для меньшей твердости [11, 43, 58, 72]. Для получения аналитической зависимости от режима и условий обработки было проведено экспериментальное исследование. В качестве ударного приспособления использовалось устройство для клеймения деталей [139], на которое вместо клейм устанавливались специальные сменные головки с шариками-бойками различного диаметра. Сила удара изменялась путем смены пружин. Приспособление устанавливалось в шпинделе вертикально-фрезерного станка, а образцы закреплялись в тисках.
Влияние шпиндельной центробежно-ротационной обработки на геометрическую точность деталей
Наряду с шероховатостью и микротвердостью поверхности весьма важным показателем, определяющим эксплуатационные свойства деталей, являются, остаточные напряжения в поверхностном слое материала [53, 56, 93]. Известно, что при механической обработке формирование остаточных напряжений под действием температурного и механического факторов. Так как процесс центробежно-ротационной . обработки является низкотемпературным (температура в рабочей камере не превышает 50С) и осуществляется при постоянном воздействии рабочей жидкости, то структурные изменения в поверхностном слое от действия температуры происходить не могут. Следовательно, единственным источником возникновения остаточных напряжений может быть пластическая деформация от микроударов гранул обрабатывающей среды, наличие которой показано выше.
С целью изучения влияния технологических факторов процесса центробежно-ротационной обработки на характер образования остаточных напряжений и изменения тонкой структуры поверхностного слоя было проведено рентгенографическое исследование на образцах из различных материалов по методике [19, 27, 123]. Исследование проводилось на исходной поверхности образцов и после послойного электрохимического травления через каждые 20...30 мкм в электролите следующего состава: 60 % - Н3РО4; 7 % - H2S04; 33 % - дистиллированная вода. При этом вся поверхность образцов, за исключением стравливаемой, покрывалась кислостойким лаком типа ХВЛ. Состав электрюлита и режимы травления позволили получить равномерное удаление слоев металла в течение всего периода травления. Наибольшая плотность тока (5 А/Дм2) при травлении обеспечила минимальные потери части напряжении при снятии поверхностного слоя. Поэтому при расчете величины напряжений поправка на потерю части напряжений за счет разгрузки при травлении [19] не вводилась.
Исследование проводилось на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3,0 в Сока излучении при информативной глубине рентгеновских квантов 20...25 мкм. Рентгенографическое определение остаточных напряжений 1-го рода осуществлялось методом косых съемок (метод sin2 у/) [27, 123], согласно которому величина микронапряжений оценивается по относительному изменению параметра решетки: Из эксперимента при определенных углах у/ поворота образца вокруг оптической оси определялся угол дифракции и строилась линейная зависимость Ав =/(sin у/). Тангенс угла наклона этой прямой заключает в себе искомые напряжения, а их знак - определяется знаком угла наклона. При определении напряжений предполагалось, что поверхность образцов обработана равномерно и напряжения по поверхности и по каждой исследуемой плоскости распределены равномерно. Расчетные графики Аву, = f(s m у/) показали, что разброс точек; незначителен и ожидаемая точность результата не хуже, чем 30...40 МПа. В результате исследований установлено, что после центробежно-ротационной обработки в поверхностном слое материала возникают по остаточные напряжения сжатия. В качестве примера, на рисунке 3.25 приведены эпюры остаточных напряжений при обработке образцов из нержавеющих сталей, жаропрочных и титановых сплавов абразивным наполнителем ПТЮхЮ. По сравнению с обработкой связанным абразивом (шлифование), после которого возникают растягивающие остаточные напряжения величиной 400...500 МПа, после центробежно-ротационной обработки появляются напряжения сжатия, величиной 200...450 МПа, распространяющиеся на глубину 50...65 мкм. Причем, режим обработки и характеристики абразивного наполнителя не оказывают существенного влияния как на характер остаточных напряжений, так ни их величину и глубину распространения.
При центробежно-ротационной обработке в среде стальных шариков величина остаточных напряжений и глубина их распространения существенно увеличиваются.
На рисунке 3.26 показаны эпюры остаточных напряжений исходных и упрочненных образцов из стали 40Х твердостью 32...35 HRC3 сек. сорбитной структурой. Исходные образцы шлифовались при обильном охлаждении и на их поверхности образовались сжимающие остаточные напряжения; глубина их залегания незначительна (кривая 1). На глубине 0,02...0,05 мм, т. е. в слоях наибольшей концентрации напряжений, они переходят в растягивающие и достигают 340...360 МПа. Такое распределение остаточных напряжений в поверхностном слое отрицательно скажется на цикловой усталостности и контактной выносливости. При центробежно-ротационной обработке образцов шариками диаметром 6,3 мм в течение (=6...8 кДж/м) глубина залегания сжимающих напряжений увеличивается до 0,12 мм при максимальном значении на поверхности 420...430 МПа (кривая 2). Увеличивание количества энергии, сообщаемой шариками единице обрабатываемой поверхности, до Е=20 кДж/м2 привело из к образованию сжимающих напряжений с глубиной залегания до 0,17 мм с максимумом значения 670...680 МПа на поверхности (кривая 3). Дальнейшее увеличение интенсивности обработки до =40 кДж/м (со0-40 с"1; /эл=30 сек.) привело к изменению характера эпюры остаточных напряжений (кривая 4). Видно, что при увеличении глубины залегания, достигающей 0,3 мм, максимальная величина сжимающих напряжений сместилась с поверхности образца вглубь и находится на расстоянии примерно 0,05 мм от поверхности. Спад напряжений на поверхности при этом можно объяснить «перенаклепом» и частичной релаксацией напряжений. Это говорит о наличии ограничений по угловой скорости ротора и по времени упрочнения.
Несмотря на то, что после центробежно-ротационной обработки исследуемые образцы имели небольшую степень упрочнения ((5=8... 10%), величина остаточных напряжений сжатия на поверхности увеличилась почти в два раза (с 340...350 МПа до 675...685 МПа). Рентгеноструктурный анализ показал, что после упрочнения в образцах с сорбитной структурой имеет место интенсивное выпадение карбидов типа Ме2зСб, что способствует упрочнешйо поверхностных слоев металла, так как выпавшие дисперсные карбиды заклинивают в плоскости скольжения, вызывая скольжение по новым плоскостям [71]. Отмечено также некоторое увеличение ширины линии а -фазы поверхности упрочненных образцов, по сравнению с исходными. Так у образцов, обработанных с =20 кДж/м2, ширина интерференционной линии (220) на поверхности составила 8... 11 мрад, а у исходных - 5...6 мрад. На глубине около 0,2 мм ширина линии се-фазы упрочненных образцов соответствовала величине исходных. Увеличение ширины рентгеновских интерференции при упрочнении металлов с сорбитной структурой объясняется повышением плотности дефектов кристаллической решетки [12,44].
Изменение коррозионной стойкости деталей в результате центробежно-ротационной обработки
Износостойкость во многих случаях определяет долговечность и надежность работы сборочных единиц и входящих в них деталей. В свою очередь, она же зависит от процессов, протекающих на контактных поверхностях, а, следовательно, от качества поверхностного слоя деталей.
Экспериментальное исследование влияния шпиндельной центробежно-ротационной обработки на износостойкость обработанных поверхностей проводились на машине трения типа 2070 СМТ-1. В качестве образцов использовались ролики диаметром 35 мм, изготовленные из различных сталей с исходной шероховатостью Ra=0,l6...\,9 мкм. Испытания проводились со смазкой маслом «Индустриальное 20» и в воздушной среде (без смазки) при различных нагрузках. Принудительное проскальзование испытуемых образцов на машине трения создавалось за счет разницы скоростей вращения верхнего и нижнего шпинделей, на которых закреплялись образцы и контртела. Выбор пар трения и условия испытаний определялись из практики эксплуатации конкретных деталей.
Величина износа образцов определялась весовым методом с помощью аналитических весов мод. ВЛА-200М. На рисунке 4.1 приведены зависимости износостойкости сталей 40X13, ЭП479Ш и ЭИ969 после шлифования (Ra=0,28...0,32 мкм) и центробежно-ротационной обработки в абразивном наполнителе. Испытания проводились со смазкой при нагрузке 1000 Ы. Из графиков видно, что центробежно-ротационная обработка обеспечивает уменьшение износа образцов на 10...30 % по сравнению с обработкой шлифованием. Причем наилучшие результаты здесь после обработки в фарфоровых шарах.
Упрочняющая центробежно-ротационная обработка, по сравнению с центробежно-ротационной обработкой в абразивных средах, обеспечивает значительно более существенные изменения износостойкости. На рисунке 4.2 представлены результаты испытаний на износ образцов из закаленной стали 45, упрочненных на разных режимах. Видно, что упрочнение в течении t=l,6 мин. шариками диаметром 6,3 мм (кривая 2) обеспечивает повышение износостойкости в 3 раза и уменьшение времени приработки в 2 раза по сравнению с исходным вариантом.
Шероховатость образцов после испытаний на износ в течение 60...90 мин. устанавливается на уровне Ла=0,08...0,12 мкм. Поэтому сокращение времени приработки можно объяснить тем, что упрочненные образцы имеют шероховатость, близкую к равновесной эксплуатационной для данных условий испытаний [51]. Увеличение продолжительности упрочнения образцов до 2,5 мин. привело к смещению максимального значения микротвердости в подповерхностный слой, при этом степень упрочнения на поверхности составила 28...32 %. В результате уменьшения степени упрочнения износостойкость по сравнению с предыдущими образцами несколько снизилась (кривая 3). Упрочнение в течение тех же 2,5 мин., но шариками диаметром 3,5 мм не привело к заметному снижению. параметра Ra по сравнению с исходной поверхностью, хотя степень упрочнения составила около 34 %. Износостойкость этих образцов хотя и повысилась по сравнению с исходными в 1,8 раза (кривая 4), однако интенсивность износа и время приработки у них выше, чем у образцов, упрочненных шариками диаметром 6,3 мм.
Результаты исследований износостойкости образцов из закаленной стали 40Х представлены на рисунке 4.3. Характер прирабатываемости и изнашивания в качественном плане здесь не отличается от изнашивания образцов из стали 45. Однако, интенсивность износа в установившемся режиме упрочненных образцов, имеющих исходную шероховатость і?а=0,82...1,05 мкм, при одинаковых условиях упрочнения и испытаний на износ в 1,5...2 раза выше, чем у образцов с исходной шероховатостью Яа=0,32...0,42 мкм. И если износостойкость первых возросла примерно в два раза, то вторых - почти в 3,5 раза. Так как при одинаковом времени упрочнения и те и другие образцы имели примерно одинаковую степень упрочнения, то различную интенсивность изнашивания можно объяснить только разницей в шероховатости.
Исследования по влиянию центробежно-ротационной обработки на износостойкость образцов из незакаленной стали проводились на образцах из стали 40Х, прошедших нормализацию. Испытания на износ проводились при контакте образца с контртелом из закаленной стали 40Х твердостью 48...50 HRC3. Исходная шероховатость образцов и контртел -#а=0,32...0,42 мкм. Из рисунка 4.4 видно, что для исходных образцов процесс приработки интенсивно протекает первых 60 минут (кривая 1). Обработка образцов в течении 0,8 мин. шариками диаметром 3,5 мм при угловой скорости ротора 20 с"1, привела к снижению шероховатости до #д=0,24...0,28 мкм.
Результаты влияния центробежно-ротационной обработки на износостойкость в различных средах образцов из стали 12ХНЗА, цементированных на глубину 0,8...1,0 мм и закаленных до 58...60 HRC3, приведены на рисунке 4.5. Из графиков видно, что при испытании в масле износостойкость упрочненных образцов увеличивается примерно на 35 % (кривые 3,4).
