Надежность. Темы вопросов к экзамену по дисциплине Процессы и методы повышения надежности на стадиях эксплуатации и ремонта нефтепромыслового оборудования
 Скачать 4.2 Mb.
|
Механические методы упрочнения поверхности деталейПроцессом, обеспечивающим получение стабильных показателей по качеству поверхности, является поверхностное пластическое деформирование Поверхностное пластическое деформирование (ППД) распространённый и эффективный способ повышения несущей способности металлических деталей машин. Применение ППД позволяет эффективно влиять на повышение долговечности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, трения и воздействия коррозионных сред и имеющих концентраторы напряжений, места посадок с гарантированным натягом. Пластическое деформирование поверхностных слоев 1 способ: создание деформационного усилия от инструмента путем непрерывного контакта с деталью 2 способ: ударное действие на деталь рабочих тел или инструмента Классификация методов обработки деталей ППД [1]: – Формообразующие методы: накатывание наружных резьбовых поверхностей, выкатывание внутренней резьбы, накатывание зубьев зубчатых колёс, накатывание шлицев. – Калибрующие методы: дорнование цилиндрических отверстий, дорнование фасонных отверстий. – Сглаживающие методы: выглаживание поверхностей, обработка металическими щётками. – Упрочняющие методы: пневмодробеструйная обработка, дробеметная обработка, гидродробеструйная обработка, пневмодинамическая обработка, ударно-барабанная обработка, ударно-импульсная обработка, вибрационная ударная обработка, центробежно-шариковая обработка вибрационными эксцентриковыми и ультразвуковыми упрочнителями, упрочняющая чеканка. Обкатыванием и раскатыванием отделывают и упрочняют цилиндрические, конические, плоские и фасонные наружные и внутренние поверхности. Осуществляется перемещением инструмента вдоль обрабатываемой поверхности с постоянной или закономерно изменяющейся силой деформирования Р или глубиной внедрения hд. Ролики изготавливаются из легированных сталей: X12М, ШХ15, ХВГ, 5ХНМ, 9Х, углеродистых инструментальных : У10А, У12А, быстрорежущий : Р6М5, Р9, твердого сплава: ВК8. Затем подвергаются закалке до твердости HRC 58—65. Шариковые обкатки и раскатки снабжены пружиной, которая обеспечивает равномерное давление шарика на деталь. Необходимое давление пружины в зависимости от свойства обрабатываемого материала устанавливается регулировочным винтом.[2] Накатка – это процесс обработки материалов ППД при помощи накатывающего инструмента – роликов, зубчатых накатников, плашек. Формообразующей называется накатка резьбы, зубьев шестерен, шлицов на валах, образование шероховатой поверхности на цилиндрических головках гаек, винтов, рукоятках и других деталях машин и приборов. Упрочняющая накатка – холодная ППД валов, осей, втулок, дисков, зубьев зубчатых колес, плоских деталей, приводящая к повышению усталостной прочности, износостойкости поверхности Ударное ППД осуществляется нанесением инструментом случайно распределенных или регулярных ударов по детали. Дробеструйная обработка – операция, при которой частицы твердого металла (дробь) диаметром 0,5…1,5 мм, вылетая из дробемета с большой скоростью (90 – 150 м/с), ударяют по упрочняемой поверхности, и происходит ее наклеп. Прочность, твердость и предел усталости повышаются. Толщина упрочненного слоя составляет 0,2 – 0,4 мм. Дробь выбрасывается энергией сжатого воздуха или лопатками колеса. Дробеметная очистка от дробеструйной отличается тем, что поток дроби создается не сжатым воздухом, а под воздействием центробежной силы от вращающегося с высокой частотой (2500—3000 об/мин) ротора — турбинного колеса с лопатками. Дробеметный способ в 5—10 раз производительнее дробеструйного и в несколько раз экономичнее при его применении запыленность помещений минимальная. К недостаткам дробеметного способа можно отнести быстрый износ лопаток (срок службы литых чугунных лопаток не превышает 80 ч) и непригодность для обработки изделий сложной формы. Для очистки поверхностей от нагара, окалины, ржавчины, мелких царапин, наплывов металла, загрязнений смазочными маслами, используют метод дробеструйной обработки, используя, обычно, в качестве струйного абразива дробь из чугуна или стали. Вибронакатывание – это универсальный метод обработки металла путем холодной пластической деформации с целью образования регулярных микрорельефов. Для повышения износостойкости деталей машин на поверхностях трения целесообразно выдавливать слабозаметные, прилегающие друг к другу канавки. В канавках скапливаются смазочный материал и мелкие частицы, образовавшиеся в процессе изнашивания. В качестве деформирующего элемента применяются шарики диаметров 2-8 мм и алмазные наконечники со сферической формой радиусом 1,5-3 мм. Выбор того или иного элемента обусловливается твердостью обрабатываемой поверхности детали. При HRCэ >40 применяются алмазные инструменты. Вибрационное накатывание осуществляется с помощью виброголовок с механическим, пневматическим и электромагнитным приводом осциллирующего движения деформирующего элемент. На физико-механические свойства поверхностного слоя оказывает влияние вид образующейся при вибронакатывании поверхности. Так, при создании микрорельефа 1-3 видов изменения физико-механических свойств произойдет лишь на участках канавок и наплывов, а при обработке поверхности с образованием нового микрорельефа – на всей обработанной поверхности. Алмазное выглаживание отличается от ППД обкаткой лишь конструктивными особенностями используемого инструмента, в котором рабочим элементом служат алмаз, гексанит или другие сверхтвердые материалы. На качество алмазного выглаживания, т. е. шероховатость поверхности, степень упрочнения, твердость поверхностного слоя, влияет радиус сферической поверхности алмаза, усилие прижатия поверхности к детали, продольная подача и число проходов. Алмазное выглаживание разных сталей, закаленных до различной твердости, создает сжимающие остаточные напряжения, достигающие 350-1100 МПа, глубина распространения которых колеблется от 0,15 до 0,4 мм. С увеличением усилия выглаживания в поверхностном слое происходит рост сжимающих напряжений и глубины их залегания. В меньшей мере на величину остаточных напряжений влияет величина подачи. С уменьшением ее остаточные напряжения несколько увеличиваются. Радиус сферы алмазного наконечника увеличивает глубину распространения остаточных сжимающих напряжений, тогда как их максимальная величина почти не изменяется. Эффективно использование алмазного выглаживания при отделочной обработке шеек валов и валов-шестерен в условиях мелкосерийного производства. Высокие требования к шероховатости шеек (Rа = 0,04-0,16 мкм) у деталей, изготавливаемых из сталей 40, 40Х, 3ГХН, 30ХГСА и других, улучшенных до твердости 30-45 НRCэ, обусловливали введение после чистового шлифования (шероховатости Rа = 0,63-1,25 мкм) ручных полированных операций. Наклепывание используют для поверхностного упрочнения деталей, при этом шероховатость обработанной поверхности снижается на 1–2 класса, твердость повышается на 30…80% с образованием на поверхности напряжений сжатия 400…800 МПа. Сущность процесса заключается в том, что шарики или ролики, помещенные в радиальные пазы быстровращающегося диска, наносят многочисленные удары по обрабатываемой поверхности и тем самым деформируют ее на определенную глубину. Шарики могут смещаться в радиальном направлении и после нанесения удара отскакивают от поверхности заготовки. Инструменты центробежно-ударного действия используются как при размерно-чистовой, так и при упрочняющей обработке. На шероховатость обработанной поверхности и на физико-механические характеристики наклепанного слоя большое влияние оказывают окружная скорость инструмента, окружная скорость детали, величина натяга, продольная подача, количество проходов, количество деформирующих элементов в инструменте, диаметр шарика или ролика. Окружная скорость является одним из важных факторов, влияющих на шероховатость, степень и глубину наклепа и величину остаточных напряжений. Обычно окружная скорость принимается в пределах 12-25 м/с, при этом обработка закаленных и твердых сталей производится с большей окружной скоростью, чем обработка мягких сталей и цветных металлов. Окружная скорость детали принимается в пределах 0,5-1,5 м/с, причем для достижения поверхности с малой величиной шероховатости следует устанавливать меньшую окружную скорость детали. Дорнование – эффективный метод калибрования и отделки внутренних поверхностей деталей машин. Инструмент перемещается в отверстии с натягом, он является основным технологическим параметром процесса. Процесс выполняется за один или несколько проходов инструмента. Калибрование повышает точность отверстий и обеспечивает высокое качество поверхности. Толщина упрочненного слоя при дорновании регулируется натягом, т.е. разностью диаметров дорна «D» и отверстия «d» заготовки. Сущность ультразвукового упрочнения (УЗУ) поверхностей деталей машин состоит в том, что под суммарным воздействием статической и динамической сил, передаваемых поверхности посредством инструмента, значительно изменяются ее свойства. К параметрам режима УЗУ относятся статическая сила, амплитуда колебаний инструмента, радиус его округления, частота колебаний, эффективная масса инструмента, продольная подача, число рабочих ходов, скорость обработки детали. Применение УЗУ особенно эффективно для инструментов, зубьев колес, деталей, изготовленных из чугуна, цветных металлов и сплавов, в том числе твердосплавных, а также для деталей сложной формы, так как при УЗУ не требуется использование следящей системы или копира. В результате применения данного способа микротвердость поверхности возрастает на 30…300%, а шероховатость снижается в два раза. Такое качество поверхности можно получать не только на термически обработанных и сырых сталях, но и на чугунах, цветных металлах и сплавах. Толщина наклепа после ультразвуковой обработки может быть до 0,1 мм. Оптимально сочетая статическую и динамическую составляющую силы ультразвуковой обработки, можно превысить предел текучести обрабатываемого металла и тем самым проводить коррекцию геометрии обрабатываемой детали, т.е. осуществлять правку. Отсутствие внедренных в поверхность деталей зерен абразива увеличивает до двух раз срок службы сопряженных деталей (пар скольжения, уплотнительных сальников, сальниковой набивки и т.д.). К тому же регулярный микрорельеф повышает свойство удержания обработанной поверхностью масел и смазок, что улучшает коррозионную устойчивость обработанной поверхности. Перечисленные свойства доказывают, что детали машин и механизмов, подвергнутые ультразвуковой импульсной упрочняюще-чистовой обработке, имеют большую износостойкость, циклическую, контактную, усталостную прочность, чем после шлифования, обкатывания шаром и других финишных способов обработки поверхности деталей [6]. |