Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

тих деталей, применяют биметаллы, полученные плазменным напылением, когда соединение двух материалов происходит в результате молекулярной диффузии при температурах в не­ сколько тысяч градусов.

Особенное внимание уделяется наплавке металлических поверхностей высокотеплостойкими материалами, например, вольфрамом, нанесению керамических материалов и др. Некото­ рые из этих технологических процессов одновременно повышают предел выносливости и обеспечивают повышение физико-хими­ ческих и механических свойств поверхностного слоя деталей.

Технологическим методам упрочнения деталей машин посвящено большое количество работ. Классификация и основ­ ные данные о технологических возможностях современных ме­ тодов упрочняющей поверхностной обработки деталей машин приведены в табл. 16.

Упрочнение поверхностным пластическим деформированием (ППД)

Применение наклепа для повышения предела выносливости деталей машин. В настоящее время накоплены многочисленные опытные данные, показывающие, что повышение предела вынос­ ливости при применении поверхностного наклепа столь же эф­ фективно для крупных деталей, как и для мелких. Значительный эффект от поверхностного наклепа выявился у крупных деталей машин из разных сталей (углеродистых и легированных), а так­ же из чугунов с шаровидной формой графита [39]. Так, напри­

рость— это отношение скорости распространения усталостной трещины по периферии сечения к скорости распространения тре­ щины по радиусу сечения).

Упрочнение чеканкой галтелей крупных и мелких образцов повысило предел выносливости до уровня не меньшего, чем соответствующие значения пределов выносливости гладких образцов. Таким образом, применение поверхностного наклепа чеканкой приводит к полному устранению влияния переходной поверхности на предел выносливости вала [58, 61]. Степень пони­ жения предела выносливости с увеличением абсолютных разме­ ров вала с упрочненными наклепом переходными поверхностями выражается теми же величинами, что и валов неупрочненных.

Для повышения надежности коленчатых валов и других аналогичных деталей применяется упрочнение накатыванием роликами всех концентраторов напряжений [115]. В случае использования высокопрочных и легированных сталей для изго­

товления деталей с концентраторами напряжений эффектив­ ность упрочнения наклепом повышается с увеличением сечений деталей.

На Харьковском моторостроительном заводе «Серп и молот» упрочнение наклепом применяется для повышения предела выносливости коленчатых валов двигателей СМД [78]. Валы изготовляют из стали 45, шейки подвергают закалке т. в. ч. до HRC 52—62 на глубину 2,5—4,5 мм. Упрочнение переходных по­

Рис. 85. Рабочая часть станка ВГУКВ-1:

1 — крышка; 2 — игольчатые ролики; 3 — держатель; 4 — деформирующие шарики; 5 — штифт; 6 — пружина; 7 — планка; 8 — винт; 9 — корпус

(рис. 85) по методу виброгидравлической чеканки шариками зон переходных поверхностей коленчатых валов. Оптимальная сила для упрочнения валов принята 1900 кгс, число проходов 2. При шаге чеканки 0,1—0,12 мм чистота исходной поверхности повы­ шается на 2—3 класса и достигает 8—9-го класса при глубине наклепа 2,5—4 мм (по изменению твердости). Упрочнение че­ канкой увеличивает предел выносливости стальных валов при­ мерно на 77%, а валов из высокопрочного чугуна на 67%. На Уралмашзаводе по технологии, разработанной совместно с ЦНИИТМАШем, упрочняются крупные торсионные и коленча­ тые валы, штоки штамповочных молотов, переходные поверхно­ сти ступенчатых валов и цилиндров тяжелых прессов, упорная резьба на колоннах прессов и на валах дробилок, зубья крупномодульных цилиндрических и конических зубчатых колес [13, 14]. Прочность деталей повышается на 30—40%- Для упрочнения шлицевых валов, закаленных т. в. ч., рекомендуется

применять чеканку с энергией удара 2 кгс-м. При этом долговеч­ ность валов увеличивается в 3 раза. Для упрочнения наклепом по всему профилю крупномодульных зубчатых колес тепловозов (т = 10 - г - 11 мм; z = 65 90; вес более 200 кг) Московским институтом инженеров железнодорожного транспорта разрабо­ тан способ упрочнения, обеспечивающий повышение надежности работы зубчатых колес [116]. Упрочнение осуществляется тремя зубчатыми валиками, расположенными в накатных головках. Упрочняемое колесо помимо вращения получает осевое переме­ щение от трех гидравлических цилиндров. В результате упрочне-

Рис. 88. Зависимость усталостной прочности Л4ИЗГ соединений диамет­

ром 75 мм от уменьшения Ad внут­ реннего диаметра резьбы ниппеля в результате наклепа:

! — для стали 45; 2 — для стали 40X1ІМА

ния по всему профилю предел выносливости при испытании на машине с гидропульсатором упрочненных зубьев по сравнению с неупрочненными повысился до 190%, а долговечность в не­ сколько раз (рис. 86). Зависимость предела выносливости зубь­ ев от глубины упрочнения показана на рис. 87. Понижение пре­ дела выносливости с увеличением глубины наклепа объясняется укрупнением блочной структуры. Шероховатость поверхности упрочнения зубьев достигает 7—9-го класса чистоты, что позво­ ляет исключить зубошлифование.

Влияние поверхностного пластического деформирования на упрочнение впадин предварительно нарезанной резьбы утяже­ ленных бурильных труб исследовалось И. В. Кудрявцевым

и др. [59]. При исследовании установлено, что упрочнение наруж­ ной резьбы методом вибрационного накатывания соединений диаметром 75 мм, выполненных из сталей 45 и 40ХНМА, повы­ шает предел выносливости соединений в 2 раза; упрочнение на­ ружной резьбы соединений диаметром 178 мм, выполненных из стали 40ХНМА, повысило предел выносливости на 50%. При упрочнении наружной и внутренней резьбы достигается двукрат­ ное повышение прочности.

Увеличение предела выносливости соединения зависит от уменьшения внутреннего диаметра резьбы. В связи с этим

упрочнять рабочую поверхность следует при оптимальных режи­ мах для обеспечения величины уменьшения внутреннего диамет­ ра, соответствующего максимальной эффективности упрочнения (рис. 88).

Из приведенных выше данных видно, что эффективность уп­ рочнения рабочих поверхностей деталей зависит от физико-ме­ ханических свойств и структуры материала деталей, конструк­ тивных и технологических концентраторов напряжений. Главным фактором, обусловливающим повышение прочности при перемен­ ных нагрузках, является наличие благоприятных остаточных на­ пряжений сжатия в наклепанной зоне. Независимо от происхож­ дения (термическое, механическое) остаточные напряжения сжатия оказывают преимущественное воздействие на задержку развития усталостных трещин [62, 63]. При этом (рис. 89) с ро­ стом эффективности упрочнения увеличение предела выносливо­ сти происходит в результате задержки развития усталостных трещин. При поверхностном пластическом деформировании вы­