СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
HARDENING OF METAL PARTS OF MACHINES

Предлагаемое изобретение относится к области механической обработки при изготовлении или ремонте металлических деталей машин, имеющих относительно небольшие толщины и способных упруго изгибаться.
Известен способ упрочнения металлических деталей машин поверхностным пластическим деформированием (ППД), заключающимся в создании внутренних сжимающих напряжений в их поверхностных слоях. Упрочнение металлических деталей машин может осуществляться ударным (дробеструйной, ультразвуковой обработкой и т.д.), либо статическим (накатыванием, выглаживанием и т.д.) ППД.
При ППД происходят сдвиги в зернах металла деталей, искажение его кристаллической решетки, изменение формы и размеров зерен, что способствует перемещению вглубь металла дислокаций и препятствует развитию микротрещин. В результате ППД поверхностные слои деталей машин оказываются сжатыми. При этом снижается шероховатость поверхности, повышается прочность, твердость и выносливость поверхностных слоев металлических деталей, которые в значительной степени определяют их эксплуатационные свойства [1, 2].
Однако ППД металлических деталей, а особенно, деталей, изготовленных из высокопрочных сталей и сплавов, является весьма трудоемким процессом.
Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности упрочнения металлических деталей машин.
Поставленная цель достигается тем, что перед началом упрочнения ППД, и в процессе его, металлические детали предварительно упруго изгибают, и фиксируют в этом положении в специальном приспособлении так, чтобы в поверхностных слоях обрабатываемой поверхности металлических деталей возникали внутренние растягивающие напряжения. На фиг.1 изображена схема приспособления для упрочнения ППД металлических деталей машин, повышающая эффективность упрочнения. На фиг.1 цифрами обозначены:
1 - упрочняемая деталь;
2 - опорный вал;
3 - приспособление ППД;
4 - прижимные валы, изгибающие и фиксирующие упрочняемую деталь 1;
5 - фиксаторы, регулирующие положение прижимных валов 4 в вертикальной или горизонтальной плоскостях.
Повышение эффективности ППД металлических деталей машин производится следующим способом. Приспособление для фиксации упрочняемой детали 1 (см. фиг.1) имеет рамную конструкцию с регулируемыми в вертикальной и горизонтальной плоскостях посредством фиксаторов 5 прижимными валами 4, зажимающими деталь 1 по ее краям сверху и снизу. Прижимные валы 4 вращаются вокруг своих продольных осей. Деталь 1 кладется на вращающийся вокруг своей продольной оси опорный вал 2, упруго изгибается на необходимую величину и фиксируется посредством фиксаторов 5 прижимными валами 4 как показано на фиг.1. При помощи приспособления ППД 3 деталь 1, опираясь на опорный вал 2, упрочняется с выпуклой растянутой поверхности. По окончании ППД упрочняемая деталь 1 освобождается от фиксации. При освобождении от упругой деформации в металлической детали сжатые в результате ППД ее поверхностные слои еще более сжимаются. Наведенные в них внутренние напряжения сжатия становятся более интенсивными и распространяются на большую глубину, что влечет за собой более эффективное упрочнение детали.
На фиг.2 показано распределение внутренних напряжений в упрочненных ППД слоях предварительно изогнутых и неизогнутых деталях. На фиг.2 изображены половины деталей выше их нейтральных линий. На фиг.2 цифрами и буквами обозначены:
6 - не изогнутая при ППД деталь;
7 - упруго изогнутая при ППД деталь;
1
h - глубина распространения внутренних напряжений сжатия в детали 6;
2
h - глубина распространения внутренних напряжений сжатия в детали 7.
Распределение получено в результате экспериментальных исследований методом измерения микротвердости материала прибором ПМТ-3 образцов из стали 40Х, обработанных дробеструйной обработкой.
2
1
Металлическая деталь 7, поверхностные слои которой обрабатывались ППД в растянутом изгибом состоянии, имеет в поверхностных слоях на 15% большие по абсолютной величине и распространяющиеся на 21% большую глубину (h>h) внутренние напряжения сжатия (на эпюре, изображенной на фиг.2, они имеют отрицательные значения) по сравнению с не изогнутой при упрочнении деталью 6. В глубине деталей, вблизи их нейтральных линий в результате ППД наводятся внутренние напряжения растяжения (на эпюрах, изображенных на фиг.2, они имеют положительные значения), однако весомого влияния на прочностные характеристики деталей в этом месте напряжения растяжения не оказывают.
Для исключения коробления металлических деталей в результате ППД (загиб концов деталей в сторону источника ППД) необходимо обработать ППД детали и с противоположной поверхности.
Источники информации
1. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.
2. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностно-пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 2002. - 300 с.