Упрочнение поверхности детали чеканкой

Сущность метода упрочнения чеканкой заключается в том, что специальным инструментом при помощи механического, пневмати­ческого или электромеханического вибратора наносятся частые силь­ные удары по обрабатываемой поверхности. В качестве инструмен­та для ударной чеканки применяют сферические, эллипсные или спе­циальной формы бойки, ролики, а также шары из высокопрочной инструментальной стали или сверхтвердого материала.

Принцип чеканки напоминает принцип ультразвукового упроч­нения, однако при чеканке частота колебаний инструмента на два порядка меньше, а его перемещение и энергия отдельных ударов — больше, чем при ультразвуковом упрочнении. Характер формиро­вания упрочненной поверхности (в виде примыкающих друг к другу лунок) после ударной чеканки тот же, что и после центробежного упрочнения.

Чеканку применяют для упрочнения крупных деталей типа коленча­тых валов, штоков, профильных поверхностей (резьбы, шлицы, зу­бья зубчатых колес), а также сложных поверхностей, которые дру­гими методами обрабатывать трудно или неэффективно, например, поверхности сварных швов в труднодоступных местах. Однако после чеканки шероховатость обработанной поверхности обычно увели­

чивается (7L = 160—40 мкм), поэтому для ее уменьшения необходима дополнительная обработка. После чеканки поверхность обычно шли­фуют на глубину до 0,5 мм. При этом эффект наклепа не пропадает.

Во многих случаях для упрочнения поверхностей крупногабарит­ных деталей используют универсальное чеканочное пружинно-ку­лачковое приспособление (рис. 2.22), которое устанавливают в суп­порте обычного токарного или специализированного станка и на­носят упорядоченные удары бойком со сферическим наконечником по детали, перемещаемой с постоянной скоростью. При обработке плоских поверхностей большой протяженности это устройство с помощью специальной каретки перемещают по поверхности с необ­ходимой скоростью.

Пневматическое приспособление для обкатывания вибрирующим роликом (рис. 2.23) предназначено для упрочнения наружных цилиндрических поверхностей и галтельных переходов. Пневма­тический молоток обеспечивает энергию удара 25…35 Дж, частоту ударов 1000…1500 ударов/мин.

Помимо устройств, в которых подпружиненный боек перемещает­ся кулачковым механизмом (см. рис. 2.22), для ударной чеканки исполь­зуют вибрационные эксцентриковые упрочнители, принцип работы которых заключается в том, что инструменту сообщают вынужден­ные колебания с частотой вращения эксцентриковой массы. Ампли­туда колебаний и сила удара инструмента зависят от соотношения масс эксцентрика и колеблющейся части вибрационной головки, мас-

Рис. 2.22. Универсальное чеканочное пружинно-кулачковое приспособление с механическим приводом

83

Е

пгде I — ход бойка;

Р — сила сжатия пружины в положении «взвода»; у — жесткость пружины.

Потенциальная энергия бойка Еп связана с энергией удара Е’ со­отношением Еп = (1,1… 1,7)#у.

Частота ударов обычно бывает в пределах 10… 50 Гц.

В результате чеканки поверхности деталей глубина упрочненно­го слоя может доходить до 35 мм. Остаточные внутренние напряже­ния сжатия достигают 1000 МПа и более. Твердость поверхности после чеканочного упрочнения на 30…50 % выше твердости исход­ной заготовки.

При помощи чеканки с успехом наклепывают крупномодульные зубчатые колеса и шлицы на валах. Чеканка осуществляется пнев­матическим ударником с энергией удара 34 и 21 Дж и нанесением

10.. .20 ударов на 1 мм длины шлица.

Поверхность сварного шва и околошовной зоны в связи с их не­ровной поверхностью невозможно упрочнять обычными устройства­ми в виде бойка, ролика или шара. Применяют многобойковые про­волочные устройства (табл. 2.6) на базе использования пневмати­ческих отбойников. Пучок проволок может быть круглый или плоский, в зависимости от характера упрочняемого сварного шва. Иглы диаметром 1,8…2,0 мм изготавливают из стали 65Г с закалкой до получения твердости HRC 45… 50. Под действием сжатого возду­ха боек сообщает поступательное движение пучку проволок, нахо­дящемуся внутри спиральной пружины. Пружина возвращает ста­кан с держателем в первоначальное положение, благодаря чему кон­цы проволок (игл) наносят частые удары по обрабатываемой поверхности и производят упрочнение. Благодаря упругости пучка проволок достигается равномерная обработка всей поверхности сварного шва. Все пневмомолотки должны иметь виброгасители.

Таблица 2.6 Техническая характеристика многобойновых упрочнителей Многобойковый упрочнитель Марка пнев­момолотка Энергия удара, Дж Число уда­ров в мину­ту Длина пуч­ков прово­локи, мм Масса уп — рочнителя, кг п-з МР-6 16 3500 178 11,0 П-2а МР-4 9 3500 178 7,0 МР-5 12 2200 178 П-4 57К; МП-4 6 1800 98 2,0 П-5 КМ5 9,7 1600 100 2,5 П-6 57К; МП-6 7,5 1800 100 3,0

При обработке поверхности многобойковым упрочнителем необ­ходимо перед обработкой очистить участки шва и прилегающие к ним зоны основного металла от шлака, ржавчины, брызг металла и устра­нить подрезы; обработать поверхность сварного шва и околошовной зоны на ширину 15…20 мм; давление сжатого воздуха в магистрали установить 0,4…0,5 МПа; при работе упрочнитель по возможности располагать перпендикулярно к упрочняемой поверхности и медлен­но перемещать по шву, чтобы она была обработана равномерно, без пропусков, была блестящей, в сплошных мелких лунках (обработка одного погонного метра шва занимает примерно 15 мин).

Упрочняющая обработка многобойковым упрочнителем обеспе­чивает глубину наклепанного слоя до 3 мм и повышает сопротивле­ние усталости сварного соединения на 80 %. Неблагоприятное влия­ние сварки полностью нейтрализуется и прочность сварного соеди­нения определяется прочностью металла.

Существенное влияние на снижение сопротивления усталости оказывают поверхностные литейные дефекты (шлаковые включения, раковины, поры и т. п.), которые являются концентраторами напря­жений. Упрочнение чеканкой позволяет значительно снизить влия­ние этих дефектов, а в некоторых случаях даже повысить сопротив­ление усталости деталей с внутренними дефектами по сравнению с деталями без таких дефектов, но неупрочненными.