Разработка технологического процесса ремонта блока двигателя КАМАЗ-140

2) Алмазное выглаживание.

Выглаживание заключается в пластическом деформировании обрабатываемой поверхности скользящим по ней инструментом - выглаживателем.

Для изготовления выглаживателей используют природные и синтетические алмазы.

Синтетические алмазы с размером зерна более  З мм в виде поликристаллов получили название баллас (АСБ) и карбонидо (АСГIК) по аналогии с наименованием соответствующих природных алмазов.

Особенность их структуры обеспечивает изотропность физико-механических свойств, что даёт возможность инструменту работать с переменными нагрузками.

Алмазы  АСБ имеют шаровидную форму, чётко  выраженной радиально-лучистой структурой, размеры их зёрен достигают б  мм. Алмазы АСПК имеют форму цилиндра диаметром 2 - 4,5 мм и высотой 2 - 5 мм. Структура их также радиально-лучистая, но более совершенная.

В результате пластического деформирования Δ обрабатываемой поверхности сглаживаются исходные неровности, и образуется новый микрорельеф высотой неровностей  профиля Rz b. Размер детали уменьшается на величину остаточной деформации Δ Пл.

Исходными параметрами является предварительный  натяг и сила выглаживания.

Решающее  значение для качества поверхности  детали имеет шероховатость инструмента (рисунок 9).

 

 

Рисунок 9 - Зависимость параметра шероховатости детали от параметра шероховатости инструмента

 

Коэффициент трения зависит от наиболее существенных факторов силы выглаживания и твердости обрабатываемой поверхности. Максимальное значение коэффициента трения 0,1, а обычно оно составляет 0,05 - 0,08.

Температура в очаге деформирования на глубине  не более 0,1 мм не превышает 200 - 400 при  скорости выглаживания менее 100 м/мин.

При увеличении скорости до 400 - 500 м/мин  температура возрастает в 2 - 2,5 раза. Параметрами выглаживания, влияющие на шероховатость, являются: сила выглаживания, подача и радиус рабочей части инструмента. Сила выглаживания большая 200 ÷ 250 Н для деталей из высококачественных материалов и большая 100 ÷ 150 Н для деталей из материалов средней твёрдости - нецелесообразны.

Основным  критерием выбора радиуса сферы  инструмента является твёрдость  материала обрабатываемой детали. Для  деталей из мягких сплавов и цветных  металлов и их сплавов этот радиус должен составлять 2,5 ÷ 3,5 мм, для деталей  средней твердости - 1,5 ÷ 2 мм, для  деталей из высокопрочных сталей (НRC > 60) - 1÷1,5 мм.

Наименьший  параметр шероховатости достигается  при подаче 0,02 ÷ 0,04мм/об. Скорость выглаживания мало влияет на параметр шероховатости.

3) Поверхностное дорнование.

Поверхностное дорнование - это поступательное движение дорна по охватывающей его поверхности.

 

1 - деталь; 2 - дорн.

Рисунок 10 - Схема обработки поверхностным дорнованием

 

Инструмент  для поверхностного дорнования изготавливают из твёрдых сплавов. Твёрдые сплавы, обладая рядом преимуществ, но хуже воспринимают ударные и изгибные нагрузки по сравнению с инструментальными и подшипниковыми сталями.

Марки сплавов: ВХ, ВХ8, ВХ10, ВХ15, ВХ25. Новые  сплавы имеют значительно повышенную стойкость. Это ВХ10 ОС, ВХ15С, ВХ2ОС и  др.

Инструментом  для поверхностного дорнования служит дорн, в котором основным рабочим элементом является зуб. Дорны подразделяются на поверхностные и объёмные.

Поверхностное дорнование характеризуется следующими параметрами: натягом i, относительным натягом i/d, силой дорнования или силой тяги Р и осевой составляющей силой деформирования Ро, скоростью дорнования и геометрическими характеристиками.

Основным  параметром является натяг. С увеличением  натяга параметр шероховатости уменьшается  до определённого значения. Суммарный  натяг при дорновании отверстий диаметром до 80 мм обычно составляет 0,1 - 0,25 мм.

4) Виброударная обработка.

Виброударная  обработка - это обработка рабочими телами деталей в замкнутом объёме при его вибрации.

Вибрационную  ударную обработку подразделяют на виброабразивную и виброударную. Виброабразивную применяют для удаления с деталей заусенцев, округления острых кромок, полирования и т.д., а виброударную - для упрочнения.

Для вибрационной ударной обработки  используют рабочие тела из различных  материалов и жидкие рабочие среды. Кроме стальных и полимерных шариков (ГОСТ3722-81, ОСТ1.51334-73), стальной и чугунной дроби (ГОСТ 1 1964-81 Е) применяют металлическую сечку из проволоки, гранулы из алюминиевых и цветных сплавов.

При виброударной обработке в рабочей  камере, смонтированной на упругих  подвесках и имеющей возможность  колебаться в различных направлениях, сообщаются низкочастотные колебания - в большинстве случаев с помощью  дисбалансного вибратора (рисунок 11)

1 - обрабатываемые детали; 2 - контейнер; 3 - рабочие тела;                          4 - амортизаторы; 5 - вибровозбудитель.

Рисунок 2.11 - Схема виброударной обработки заготовок без закрепления

 

Виброударная  обработка производится в результате множества микро ударов и относительного скольжения с определённым давлением  рабочих тел по поверхности обрабатываемой детали.

Рабочие тела движутся с переменным ускорением, что обеспечивает их большую подвижность. Вследствие высокой относительной  подвижности рабочие тела хорошо вписываются в фасонную поверхность  деталей, за счёт чего этим методом  можно упрочнять как наружные, так и внутренние поверхности  сложных деталей различных размеров.

В силу ограниченных энергетических возможностей продолжительность упрочнения значительна (от 10 - 20 мин до нескольких часов), а  вероятность перенаклёпа исключается, т.е. виброударная обработка по сравнению с другими способами повышения прочности детали обладает ограниченными энергетическими возможностями.

Виброобкатывание и вибровыглаживаяие.

При виброобкатывании помимо осевой подачи S (как при обкатывании и выглаживании) инструменту, поджатому к обрабатываемой поверхности с силой Р, сообщается возвратно поступательное перемещение с частотой N иамплитудой А, вдоль оси детали, вращающейся с частотой n (рисунок 12)

 

 

Рисунок 12 - Схема виброобкатывания (вибровыглаживания)

 

При использовании в качестве инструмента  стального закалённого шара в  процессе называется виброобкатыванием, при использовании сферического наконечника из алмаза или другого сферического материала (радиусом R) - выглаживанием, т.к. процесс происходит в условиях трения скольжения.

Выбор материала зависит от твёрдости  обрабатываемой поверхности для  обработки деталей из материалов высокой твёрдости (от HRC 50 до HRC 60) применяют  алмазные наконечники. Сила поджатия инструмента  при выглаживании 50-200 Н, что позволяет обрабатывать маложёсткие и неровно жёсткие поверхности, а также углубления шириной 5 - 10 мм. При виброобкатывании сила поджатия инструмента 800 - 1000Н. При виброобкатывании и вибровыглаживании инструмент выдавливает синусоидальную канавку.

Выравнивание  форм, размеров и расположения микронеровностей на поверхности достигается изменением режимов обработки: S, P, A, N, n, dm (К), канавки имеют плавные очертания с Ra 0,02…0,16 мкм. Микротвёрдость поверхности канавок и наплывов на 10-25 % выше твёрдости исходной поверхности. Остаточное напряжение в 1,3 - 1,7 раза больше, чем при обкатывании без вибрации на тех же режимах.

Для получения низменного рисунка системы  каналов необходимо выдерживать  постоянным отношением N/n и иметь  неизменный диаметр детали. Одной  из основных характеристик виброобкатанных поверхностей является степень перекрытия Rn выдавливаемыми канавками исходной обрабатываемой поверхности.

Величина  Rn определяет путь, проходимый инструментом в единицу времени.

5) Обработка дробью.

Методы  обработки подразделяются на две  группы - обработка сухой дробью и обработка дробью с СОЖ. При  дробеструйном (ДУ), пневмодинамическом (ПДУ) и дробелитном (ДМУ) упрочнении детали обрабатывают сухой дробью, эти методы называют дробеударными. Существуют следующие разновидности гидроударной обработки гидробеструйная (ГДУ) гидробелитная (ГДМУ), упрочнение микро шариками.

Каждый  метод характеризует несколько  параметров:

-скорость сообщаемая дроби (1-100 м/с);

-характеристика  дроби: её материал (чугун, сталь,  стекло), метод изготовления (литые  или рубленные из проволоки  шарики для подшипников), форма  неправильная (литая дробь) и правильная (шарики);

-кинетическая  энергия дроби, зависящая от  скорости полёта и диаметра  дроби;

-количество  дроби одновременно участвующей  в наклёпе поверхности детали.

Жидкие  среды удаляют продукты изнашивания  с поверхности обрабатываемых деталей  и рабочих тел, смачивают и  охлаждают их. В большинстве случаев  рабочая среда представляет собой  водный раствор щелочей, кислот и  солей с химическими добавками. В частности кислота стеариновая  техническая ГОСТ 94 19-78, кислота амиловая и др.

При обработке дробью шероховатость  обрабатываемой поверхности повышается незначительно, а в некоторых  методах и режимах обработки  возможно и уменьшение шероховатости.

При дробеструйном упрочнении шлифованных  поверхностей цементированных и  закалённых деталей параметр шероховатости  повышается в среднем на 1 - 2 мкм, при упрочнении деталей из улучшенной стали, из титановых и алюминиевых  сплавов параметр шероховатости  повышается на 2,5 - 5 мкм, во многих случаях  происходит активный перенос частиц дроби на поверхность деталей, что  снижает их коррозионную стойкость, режим упрочнения характеризуется  значительной нестабильностью. Коме того, установки ДУ имеют ряд эксплуатационных недостатков, связанных с быстрым изнашиванием сопел и др. Основные преимущества ГДУ по сравнению с дробеструйным следующие:

-остаточные  напряжения только сжимающие,  максимальные значения на некоторой  глубине, сравнительно низкий  параметр шероховатости (Rа 1,25-0,16 мкм) сохраняется, высокий (Ra 1,25 - 1,2 мкм) может снижаться до12,5-1,2 мкм:

-микрогеометрия  улучшается,

-исключён  перенос на обрабатываемую поверхность  материала рабочих тел в связи  со снижением температуры в  зоне контакта.

Однако  установки ГДУ сложнее, дороже и  требуют более высоких затрат при эксплуатации.

Наибольшее  отличие в изменении свойств проявляется при ДМУ (дробелитное упрочнение). Высокая интенсивность пластической деформации обеспечивает при ДМУ более высокую степень и глубину упрочнения. Максимальная микротвёрдость наблюдается при времени наклёпа равным 4 минутам

По  сравнению с исходной твёрдость увеличивается на 25 % и достигает     ≈ 10ГПа.

6) Центробежная обработка.

При центробежной обработке на обрабатываемую поверхность наносят последовательные удары рабочими элементами (шарами или роликами), свободно сидячими в  радиальных отверстиях вращающегося диска. Рабочие тела под действием центробежных сил занимают крайнее положение  в радиальных отверстиях, а при  ударе обрабатываемую поверхность  опускаются на глубину, равную натягу, отдавая энергию, создаваемую центробежной силой.

Метод применяют в основном для повышения  сопротивления усталости деталей, работающих в тяжёлых условиях эксплуатации. При правильно назначенных условиях и режимах упрочнения с помощью  этого метода удаётся повысить сопротивление  усталости обрабатываемых деталей  в 1,5 - 4 раза. При оптимальных параметрах упрочнения параметр шероховатости  грубых поверхностей Rа 5 - 20 мкм уменьшается в десятки раз и достигается Rа 0,63 - 1,25 мкм, при обработке поверхностей с Rа 0,32 - 0,63 мкм параметр шероховатости уменьшается до Rа 0,08 - 0,16 мкм. Температура поверхности в момент деформирования может достигать 200 ºС, однако, это не вызывает структурных изменений.

Твёрдость поверхностного слоя по сравнению с  твёрдостью не наклёпанного слоя повышается в среднем при обработке силумина на 50%, стали 25 - на 40%, чугуна - на 30 - 60% и  латуни на 60%. Глубина наклёпа 0,6 - 0,8 мм и более.

7) Ультразвуковое упрочнение (УЗУ).

Если  при упрочнении статическими методами повышения прочности детали инструменту  сообщают дополнительно ультразвуковое колебание с частотой 18 - 24 кГц  и амплитудой 15 - 30 мкм, то они становятся ударными методами (ультразвуковое обкатывание и т.п.)

 

 

Рисунок 2.13 - Схема ультразвукового упрочнения (УЗУ)

 

Используют  также УЗУ, когда загружаемым  рабочим телам, помещённым в замкнутый  объём вместе с обрабатываемой деталью, сообщают ультразвуковые колебания, под  действием которых происходит упрочнение обрабатываемой поверхности. Процесс (рисунок 14)напоминает виброударную обработку.

 

 

1 - концентратор; 2 - камера; 3 - обрабатываемая  деталь; 4 - стальные шарики.