Какие методы применяются для улучшения физических свойств деталей
Главная > Новости > Методы повышения качества поверхностного слоя деталей
Для улучшения качества поверхности используют различные способы упрочнения. Эти способы позволяют улучшить качество деталей. К подобным методам относят отделочную обработку. Главная цель методов – воспроизвести необходимые требования к деталям и повысить срок их службы.
Поверхность можно охарактеризовать физическими, механическими свойствами и микрогеометрией.
Неоспоримый факт, что качество свойств поверхностей различных деталей (например, валов) непосредственно влияет на рабочие характеристики машин. С помощью определенного вида обработки поверхности деталей машин подгоняют под заданные физико-механические характеристики. Детали становятся более прочными, устойчивыми, твердыми. Увеличивается их срок службы и качество эксплуатации. Требования к качеству машин должны соблюдаться в полной мере. Эту задачу помогают решить некоторые методы. Рассмотрим более подробно их классификацию:
— тепловая обработка поверхности (например, обычная закалка или ТВЧ –токами высокой частоты);
— химические и тепловые способы (цементация, азотирование, планирование);
— диффузионная металлизация (диффузионное алитирование, хромирование, силицирование и др.);
— использование твердых сплавов и металлов (покрытие литыми и порошкообразными сплавами);
— нанесение металла;
— искажение формы.
Закаливание —
По поверхности деталей проходятся электрическим током. Также данный метод осуществляют с использованием газового пламени. Тогда внутренняя часть детали после снижения температуры получается незакаленная. Метод закаливания делает поверхность более твердой и устойчивой к внешним воздействиям среды. А центральная часть остается прочной и вязкой. Использование лазерного луча также целесообразно при закаливании поверхностей.
Цементация —
Главная цель метода – наполнить поверхность углеродом. Используется данный метод с 19 века. По технологии напоминает азотирование. Сталь помещают в любой вид карбюризатора (твердый, газообразный, жидкий). После чего нагревают. Затем происходит снижение температуры. По окончанию цементации рекомендуется произвести закаливание, которое оставит пластичной центральную часть. Цементация увеличивает стойкость изделий к различного рода нагрузкам, прочность и твердость. Температура при цементации должна быть не меньше 800 градусов. Некоторые способы цементации используют в домашних условиях.
Азотирование —
Метод наполняет поверхность изделий азотом. Для этого используют газообразный аммиак. Детали нагревают при температуре от 450 градусов. После чего изделие остывает. Азотирование увеличивает прочность и срок службы, сводит до минимума появление ржавчины.
Цианирование —
В этом методе совмещается углерод и азот. Наполнение поверхности увеличивает прочность, срок службы и твердость. Температурный режим данного метода от 530 градусов. Используется для разных металлов. Результат зависит от вида материала, температуры и концентрации газов.
Диффузная металлизация —
С помощью этого метода происходит насыщение поверхности разными видами металлов. Для начала поверхность изделия очень сильно нагревают. В этот момент изделие контактирует с другим металлом. Изделие с внешних сторон наполняется алюминием, хромом, кремнием. Происходит алитирование, хромирование изделия, силицирование изделия. Используются различные металлы. Поверхность детали выдерживают при повышенной температуре необходимое время, после чего температуру снижают. Температурный режим при диффузной металлизации должна быть не меньше 900 градусов. В итоге повышается стойкость к образованию ржавчины, слои укрепляются, температурные границы увеличиваются.
Покрытие поверхностей —
Для этого метода используют различные прочные сплавы и металлы. Можно применить напыление. Метод покрытия увеличивает срок службы изделия. Присадочным материалом обычно является порошок. Он применяется для повышения свойств и улучшения характеристик. В таком случае используется плазменное напыление, которое осуществляется с помощью лазера.
Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) —
Считается самым легким и продуктивным. Он увеличивает работоспособность и безопасность машин. С использованием данного метод увеличивается прочность и срок службы изделий. Деталь становится максимально твердой. А все существующие неровности на минимизируются. ППД уменьшает шероховатость Rа. В радиусе увеличиваются закругленные вершины. Длина опоры профиля также возрастает.
Упрочнение позволяет задать определенные свойства и требования к изделию и его поверхности.
Такой способ деформирования подразделяют на: обработку дробью, гидровиброударную обработку; электромагнитное, ультразвуковое упрочнение и др. Он позволяет создавать различную структуру материала и придавать особые свойства. Деформированию могут подвергаться изделия с различными формами и объемами.
Метод отделочной обработки —
Это доводка, притирка, супершлифование, полировка. При применении данного метода возможны небольшие отклонения в объемах, размере и форме изделия. Но эти отклонения никак не сказываются на качестве изделия и на успешности эксплуатации. Особое внимание уделяется шероховатости изделия.
Абразивная доводка —
Конечный способ улучшения качества деталей. Активно используется в промышленности. Для ее осуществления применяются специальные пасты, станки, ручные притиры. Возможны небольшие изменения в размере, форме поверхности деталей Rа = 0,16…0,01 мкм. Данный способ соединяет в себе механические, химические и физико – химические процессы. Данный способ используется довольно часто. В некоторых случаях абразивная доводка – единственно-возможный метод улучшения качества поверхности изделия.
Суперфиниш —
С помощью шлифовальных и цилиндрических брусков производится шлифовка изделия. Использование данного метода позволяет снизить шероховатость до Rа = 0,1…0,012 мкм., Опорная площадь поверхности используется практически полностью (90%). При этом изменения объемов и форм поверхностей изделия не происходит. Для шлифовки используют мелкозернистые бруски. Их смазывают керосином вперемешку с турбинным маслом. Скорость обработки примерно до 2,5 м/с). Воздействие на деталь сводится к минимуму. Для суперфиниша применяется простое оборудование и универсальные станки. У этого метода очень высокая производительность и отличное качество поверхности изделий. Эксплуатационные свойства изделия увеличиваются с применением данного метода. Единственное, не всегда получается устранить погрешности предыдущих обработок.
Полировка —
Используется для того, чтобы уменьшить неровности поверхности и при этом не изменить габариты и внешний вид детали. С помощью полировки появляется возможность убрать минимальный и тонкий слой с изделия. Данный метод также является заключительным этапом в обработке. Задача полировки достичь шероховатость равную– Ra = 0,1…0,012 мкм. Для этого метода используются шлифовочные инструменты – ткань, войлок и т.д. На инструменты наносят специальные пасты. Ручная полировка делает изделие ровным и идеальным. Во время шлифовки изделий в барабанах и виброконтейнерах применяют абразивные шкурки, а также свободные абразивы. При полировке часто применяю электрокорунд и карбиды кремния. Также бор, окись хрома, железа, алюминия, пасты ГОИ, алмазные и эльборовые шкурки – все это полирует поверхность изделий.
16.08.2019
7
642
Источник
25.03.2020
- Особенности слесарно-механических способов восстановления деталей
- Восстановление металлических деталей сваркой и наплавкой
- Ремонт и восстановление деталей металлизацией
- Способы и методы восстановления деталей давлением
- Восстановление и склеивание деталей при помощи пластмасс
Даже если какая-то часть функционального узла или заготовка получила повреждения, это еще не значит, что ее нужно непременно утилизировать. Рассмотрим основные способы восстановления деталей – алгоритм действий и оборудование, которым необходимо при этом пользоваться. Зачем? Чтобы вы знали, как правильно провести починку, и могли продлить срок эксплуатации поломанного элемента, а не тратиться на дорогостоящую замену.
Сразу отметим, что во всех случаях это комплексный процесс, предполагающий предварительную, сопутствующую и/или последующую обработку. Последняя нужна, чтобы обеспечить соответствие стандартным посадкам сопряжения, а также убрать конусность и овальность деформированных поверхностей и обеспечить финальную чистоту покрытий. Выполняемые технологические операции – строгание, шлифование, шабрение, в зависимости от глубины, размеров, степени серьезности полученных повреждений.
Особенности слесарно-механических способов восстановления деталей
Начнем с них, потому что именно они используются в подавляющем большинстве ситуаций, даже после других методов – для доводки. Хотя наиболее распространенные объекты их применения – плоскости: направляющих, клиньев, планок.
С их помощью также ремонтируют винты, валы, оси и тому подобные элементы, причем начиная с центровых отверстий. Если царапины, потертости, овальность и другие риски незначительны (до 0,02 мм), поверхности подвергаются шлифовке, если же деформации более глубокие и серьезные, требуется провести наращивание с последующим обтачиванием и выравниванием до ближайших по значению стандартных параметров.
Ключевая особенность – правильный выбор базы: в этом случае основная установочная уже не подойдет, поэтому следует ориентироваться именно на вспомогательную.
Если износ значительный, в ходе механического способа восстановления деталей зачастую используют промежуточные компенсаторы, которые могут быть:
- подвижные – устраняющие образованный зазор посредством своего перемещения и, таким образом, делающие ремонт необязательной мерой;
- сменные – актуальные тогда, когда люфт уже слишком велик, чтобы его могло нивелировать простое перекрытие комплектующими.
Несколько типовых случаев использования данных элементов:
- посадка на клей (или напрессовка) втулки на цилиндрическую наружную поверхность направляющей оси;
- установка полувтулки на изношенную шейку коленчатого вала;
- использование ввертыша для отверстия с расточенной резьбой;
- компенсация истирания плоскостей при помощи привинченной планки.
Скрепление обычно происходит с одним из элементов сопряжения.
Отдельную группу представляют собой дефекты, появляющиеся и развивающиеся вследствие накопления внутренних напряжений, действия чрезмерных усилий или возникновения трещин и пробоин, больших царапин и задиров, участков выкрашивания. В этих случаях можно выполнить заливку или запайку, поставить штифт или заплатку – в зависимости от материала и характера повреждения.
Восстановление металлических деталей сваркой и наплавкой
Эти несколько способов актуальны тогда, когда нужно получить неразъемные соединения, вернуть исходные размеры сильно деформированным или даже разрушенным элементам, а также повысить стойкость поверхностей к физическим воздействиям.
На заре становления данные операции проводились вручную, сегодня же технологические процессы ремонта автоматизированы, что улучшает точность результата и повышает экономическую эффективность проводимых работ.
Примером современных решений в данной области могут быть мобильные станки от ряда известных производителей, в частности – модели НК450, НК750 и НС Пионер-4000 от ижевского завода «Сармат». Такие машины предназначены для возвращения исходной геометрии отверстиям (устранения элипсности, стандартизации диаметра) и отличаются высокой производительностью, а также опцией удобной регулировки скорости вращения и подачи.
Исправлять полученные повреждения вручную, естественно, не столь просто: нет такого количества дополнительных возможностей, итог сильно зависит от опыта и мастерства человека, легче допустить ошибку и так далее. Но если случай нестандартный, или когда ремонтные работы нужно проводить в труднодоступном месте, где не установить даже самое мобильное оборудование, это до сих пор единственный из реальных вариантов.
При этом актуальны 3 метода – рассмотрим каждый по очереди.
Газовая сварка
Применяется для самых разных элементов, выполненных как из серого чугуна, так и из стали толщиной до 3 мм (тонколистовая). Для нее характерны следующие особенности:
- Горючая среда – ацетилен (чаще всего) или метан, пропан-бутан, водород.
- Чем ближе основной слой по химическому составу к присадке, тем лучше.
- Для улучшения прочности шва берут высокоуглеродистые и/или высоколегированные проволоки – марок НП-40 и НП-50, Св-08А и Св-08ГС, НП-651 и НП-10ГЗ и так далее.
- Мощность пламени и скорость нагрева регулируются в течение технологического процесса – наконечниками и мундштуком соответственно, так, чтобы конец присадочного прутка и расправленный материал как можно дольше находились в рабочей зоне.
Это эффективный способ восстановления изношенных деталей после образования усадочных раковин, изломов, пробоин. Она остается актуальной даже несмотря на то, что чугун сваривается сравнительно плохо (из-за большого содержания углеродистых, фосфорных, серных добавок). Затрудняет ситуацию и склонность материала к растрескиванию под воздействием внутренних напряжений и резких перепадов температур, а именно эти явления и наблюдаются в ходе работ. Чтобы шов был ровным и непористым, задачу решают или при местном (до 300-400 0С), или при полном подогреве (до 600-800 0С).
Электродуговая сварка
Если сравнивать ее с газовой, то она экономичнее и обеспечивает лучшую надежность стыка. Это более рациональный способ восстановления детали, особенно при правильной подготовке, в рамках которой нужно сделать следующее:
- очистить и разделать кромки;
- пройтись по поверхности стальной щеткой для очистки налипших частиц, напильником и наждачкой для абразивного эффекта, пескоструйной машиной для шлифовки – чтобы удалить неровности;
- промыть с помощью керосина или бензина, протравить щелочным составом;
- скосить кромки (если свариваются листы) под углом 60-70 градусов, выровнять края пробоин или изломов.
Естественно, все эти вспомогательные операции отнимают какое-то количество времени, но это кажущийся минус, так как они способствуют итоговому качеству результата – это целесообразные траты.
Способ восстановления деталей наплавкой
Актуален тогда, когда в процессе эксплуатации определенные элементы постоянно контактируют друг с другом и поверхность хотя бы одного из них необходимо защитить от истирания. Для этого наваривается два-три слоя более твердых материалов, значительно продлевающих общий срок эксплуатации.
Внимание, итоговый уровень стыка самым серьезным образом зависит от того, насколько поврежден элемент, в каком состоянии он находится. Если он выполнен из стали или чугуна с малым содержанием углерода и обладает значительным количеством трещин и пор, их следует обезжиривать, потому что они практически наверняка насобирали достаточное количество масла. Для этого необходимо провести обжиг – используя простую паяльную лампу, газовую горелку или даже нагревательную печь. Образовавшийся при этом налет нужно удалить с помощью наждачки или ветоши, вымоченной в бензине или керосине, а затем пройтись по участку будущего стыка стальной щеткой или абразивом.
Ремонт и восстановление деталей металлизацией
Это способ, с применением которого можно вернуть исходную геометрию посадочных мест коленчатых валов, зубчатых колес, подшипников качения, муфт. Он заключается в покрытии основного материала новым – защитным, расплавленным. При его реализации характерны следующие особенности:
- присадка распыляется струей воздуха (или другого газа под давлением);
- наносимая добавка оседает на поверхности (предварительно обезжиренной) в виде малых окисленных частиц;
- полученная таким образом прослойка является пористой, а не монолитной структурой.
Для улучшения качества сцепления поврежденная заготовка должна быть заранее очищена не только от масла, но и от грязи, а также отшлифована с помощью пескоструйной машины. Чем тверже используемый присадочный материал, тем надежнее будет конечный результат.
Гальванические покрытия
Одним из классических способов восстановления и упрочнения деталей стало хромирование, то есть нанесение слоя хрома толщиной до 0,3 мм. Благодаря этому можно не только вернуть исходную геометрию истертого элемента, но и повысить его твердость.
Образованная поверхность может быть:
- Гладкая – актуальна для тех заготовок, которые эксплуатируются при неподвижных посадках, так как не удерживает смазку.
- Пористая – выполняемая электрохимическим путем (конкретно – анодным травлением) и создаваемая для тех частей функционального узла, которые работают в жестких условиях постоянно повышенные температуры или их перепады, значительная скорость скольжения, чрезмерное удельное давление и тому подобное).
Есть и другие варианты обеспечения гальванических покрытий – несколько отличных от уже описанных и поэтому заслуживающих отдельного рассмотрения.
Технология восстановления деталей наращиванием слоя стали гальваникой
Еще одно ее распространенное название – железнение. Согласно ей, основная поверхность усиливается материалом, толщина которого достигает 2-3 мм или даже превышает данный показатель. Естественно, это несколько утяжеляет конечный вес, но зато позволяет возвращать исходную геометрию следующих элементов:
- со сравнительно низкой твердостью;
- подверженным истиранию и серьезным ударам одновременно;
- с неподвижными посадками;
- работающим на износ свыше 0,5 мм.
То есть применяется также и в тех случаях, когда предыдущие рассмотренные варианты не могут быть использованы, а значит сохраняет свою актуальность.
Твердое никелирование
При нем заводские размеры возвращаются благодаря осаждению на изношенном слое специального никельфосфорного состава. Он укладывается на определенные участки заготовки, по специальной маске, электрическим или химическим путем. Последний легче в реализации, так как при его осуществлении можно с помощью специализированных реагентов выделить нужную присадку из раствора солей.
Способы и методы восстановления деталей давлением
Все они сходны и базируются на эффекте пластичности, то есть на способности металла менять свои габариты и пространственную геометрию под воздействием значительных нагрузок (но не разрушаться при этом). В каждом из подобных случаев используется приспособление, переносящее частицы основного материала с неиспользуемых зон в поврежденные.
В результате такой обработки другим становится не только внешний вид заготовки, но также ее свойства. Поэтому особенно важно, чтобы перераспределение стали или чугуна не ухудшало эксплуатационных характеристик элемента, выполненного из сплава, а также не снижало его прочность.
Под давлением на практике возможны следующие виды восстановления деталей оборудования:
- правка рычагов, а также валов, как коленчатых так и гладких;
- осадка зубчатых колес, используемых пальцев, истертых втулок;
- накатка для практического повышения диаметров цапф, шеек направляющих осей за счет образования канавок и поднятия гребешков;
- обжатие вкладышей подшипников;
- вдавливание шлицевых валиков;
- раздача роликов машин, поршней, подобных им комплектующих.
Еще перечисленные варианты обработки позволяют увеличивать долговечность и твердость используемых заготовок. В результате их поверхность становится лучше защищенной от ударных воздействий и трения. Также в числе проводимых операций чеканка, бомбардировка дробью, обкатка, причем не только шариками, но и роликами.
Восстановление и склеивание деталей при помощи пластмасс
Эти материалы часто используются для получения качественного и прочного соединения неметаллических поверхностей. В числе наиболее часто применяемых текстолит, стиракрил (очень быстро твердеет, поэтому так удобен), а также различные древесно-слоистые составы. Последние особенно эффективны при возвращении исходных размеров направляющих промышленных станков, подшипников скольжения, зубчатых колес, втулок и подобных им элементов, испытывающих значительное трение в течение эксплуатационного цикла.
Склеивание – это вполне актуальная операция, которая в целом ряде случаев является отличной альтернативой свалке, клепке, соединению болтами. В качестве составляющей части технологического процесса восстановления деталей обладает следующими преимуществами:
- скрепляет разные по структуре материалы;
- не повышает конечный вес заготовки, а зачастую даже снижает его;
- обеспечивает герметичность шва и дает ему антикоррозионные свойства;
- минимизирует стоимость проведения обслуживания.
В качестве веществ-соединителей можно использовать клеевые составы карбинольного и БФ-типа. Они сделают стык-шов достаточно надежным, непористым, защищенным от влаги, воздействия щелочей, спиртов, кислот, ацетона и других растворителей. При этом довольно известные их марки отличаются экологичностью и сравнительно сбалансированным содержанием компонентов.
Все актуальные на сегодня способы восстановления и ремонта деталей склеиванием осуществляются в 3 этапа:
- Подготовка скрепляемых поверхностей, то есть их очистка от масла и грязи, с последующей пригонкой.
- Нанесение связующего состава – при помощи стеклянного стека или кисточки, на оба соединяемых элемента.
- Выдерживание под прессом, в течение 15-240 минут, при температуре от 60 до 200 0С (в зависимости от марки клея).
Резину и стали скрепляют между собой при помощи БФ-6 (отличается самым быстрым высыханием – за 0,25-1 часа), для предметов, эксплуатируемых в щелочной среде, актуален БФ-4, для работающих при температурах до 90 градусов по Цельсию – БФ-2. Но любой из них следует наносить в 2 слоя, с интервалом в 70-75 минут. Прижимное усилие пресса должно быть 1-15 кг/см2.
Мы постарались сделать классификацию способов восстановления деталей как можно более подробной – чтобы вы могли сразу понять, каким методом лучше всего воспользоваться в вашем случае. И если этот вариант потребует использования наплавочного станка, вы уже знаете, у кого стоит заказать высокопроизводительную и точную модель – у ижевского производителя «Сармат».
Источник