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.