Перспективы применения статико-импульсной обработки (СИО)

Статико-импульсная обработка заключается в предварительном статическом нагружении инструмента силой, имеющей постоянное значение в течение всего времени обработки, и периодиче-ским импульсным нагружением. Инструмент монтируется на статически нагруженном волноводе. Энергия импульсного воздействия формируется посредством удара бойка по волноводу и в виде волны сжатия сообщается в очаг деформации. Технологическими факторами СИО являются: энергия удара, форма и размеры инструмента, величина статической составляющей нагрузки, частота ударов, скорость перемещения инструмента относительно обрабатываемой поверхности, число проходов.

Преимуществом упрочнения СИО ППД является возможность местного упрочнения поверхности деталей. При этом переход от упрочненной к неупрочненной области является плавным, исключая возможность отслоения поверхностного слоя и создания концентраторов напряжения. Это дает возможность улучшить эксплуатационные характеристики деталей, испытывающих знакопеременные нагрузки.

Для реализации процесса СИО разработана конструкция гидравлического генератора механических импульсов (ГМИ). Техническая характеристика ГМИ (максимальная энергия и частота ударов - 400 Дж и 40 Гц) позволяет осуществлять обработку поверхностей с высокой произво-дительностью за счет увеличения площади контакта инструмента и заготовки, или добиваться упрочнения ответственных поверхностей деталей машин на большую глубину.

При упрочнении СИО в зависимости от материала детали (45, 40Х, ШХ15, 30ХГСА, 110Г13Л, 65Г) степень наклепа составляла 20…300 %. При этом глубина существенно наклепанного слоя составляет 5…7 мм, а в отдельных случаях превышает 10 мм. В результате использования СИО появляется возможность варьировать в широких пределах градиент и глубину упрочнения.

Способность упрочненной поверхности выдерживать знакопеременные нагрузки во многом определяется ее напряженным состоянием. При обработке деталей известными методами ППД на оптимальных режимах в упрочненном поверхностном слое формируются сжимающие напряжения 1-го рода. Однако при различных способах ППД максимум сжимающих напряжений может находиться, как на самой поверхности (чеканка, выглаживание), так и на некоторой глубине (обкатка, дробеструйная обработка). С точки зрения повышения эксплуатационных характеристик предпочтительнее получение максимальных остаточных напряжений на поверхности детали.

Установлено, что после статико-импульсного упрочнения в результате особенностей нагружения максимум остаточных сжимающих напряжений находится близко к поверхности. Проведенные исследования показали, что максимальная глубина напряженного слоя после СИО достигает 6…8, а в некоторых случаях - 10…12 мм. Сравнение напряженного состояния и градиента наклепа показывает, что глубина напряженного слоя в 1,1…1,3 раза больше, чем глубина наклепанного слоя, что соответствует известным положениям обработки ППД.

Установлено, что глубина упрочненного слоя и градиент упрочнения оказывают большое влияние на усталостную прочность деталей. При этом эпюры микротвердости и остаточных напряжений, формирующихся при СИО, наиболее благоприятны для повышения усталостной прочности.
Проблема повышения усталостной прочности и несущей способности деталей актуальна для всех отраслей машиностроения.

Основной причиной выхода из строя деталей машин является зарождение и развитие усталостных трещин в наиболее нагруженных знакопеременными нагрузками участках поверхности. Известны частые случаи излома и среза шлицевой части полуосей грузовых автомобилей, развитие трещин в зоне крепления к ступице дисков колес и т.д. Эти виды разрушения являются результатом действия сложной пространственной системы сил.

С целью повышения долговечности и нагрузочной способности деталей автотранспортных средств в производстве широко используются методы ППД: накатка (шестерни, звездочки, эвольвентные шлицевые поверхности), раскатка (рабочие цилиндры гидравлических амортизаторов), дробеструйная обработка (галтели коленчатых валов, пружины). Проведенные исследования свидетельствуют, что замена в целом ряде случаев статических и динамических методов ППД на СИО приводит к существенному повышению качества деталей.

Таким образом, СИО является перспективным методом упрочняющей обработки деталей автотранспортных средств, а также других изделий, к которым предъявляются повышенные требования по износостойкости и усталостной прочности