КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ, ОБРАБОТАННЫХ МЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УПРОЧНЯЮЩЕ-ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ

Палаев А.Г., НИЦУТ СЗТУ, Санкт-Петербург, Россия

Непрерывно возрастающие требования к качеству выпускаемых машин и механизмов связаны с необходимостью повышения их точности, надежности, долговечности, которые в значительной степени определяются эксплуатационными свойствами деталей и узлов. Эксплуатационные свойства деталей зависят от качества их сопрягающихся поверхностей и поверхностного слоя, которые определяются геометрическими и физико-механическими свойствами, а также взаимным расположением микронеровностей на сопрягаемых поверхностях.
Шероховатость поверхностей в значительной степени определяет основные эксплуатационные свойства деталей и узлов: износостойкость, сопротивление усталости, надежность посадок, контактную жесткость и теплопроводность стыков сопряженных деталей, коррозионную стойкость, сопротивляемость эрозии при систематическом воздействии влажности и газов, герметичность соединений, отражающую и поглощающую способность поверхностей и др. Важной характеристикой состояния поверхностного слоя являются остаточные напряжения. Остаточные напряжении оказывают существенное влияние на прочность и долго-
вечность деталей машин и конструкций: остаточные сжимающие напряжения ( – ), возникающие в поверхностном слое, повышают циклическую прочность деталей, так как они разгружают поверхностные слои от напряжений, вызванных нагрузками, и, наоборот, растягивающие остаточные напряжения (+) уменьшают прочность деталей вследствие повышения напряженности поверхностного слоя.
Повышение требований к качеству выпускаемой продукции влечет за собой необходимость совершенствования технологических процессов, средств и методов контроля. Поэтому отделочная (финишная) обработка, изменяющая в широких пределах
свойства поверхностного слоя, занимает важное место среди технологических способов, повышающих надежность деталей. Основные усилия разработчиков отделочных технологий сводятся к автоматизации и повышению производительности процесса уменьшения шероховатости поверхности до величины микронеровностей в десятые и сотые доли микрона. Наибольшее распространение имеют процессы многоступенчатого шлифования и полирования деталей. Однако, как все процессы резания, данные отделочные опе-
рации вызывают неоднородную пластическую деформацию, а также не устраняют физико-химические неоднородности от предыдущей обработки (точение, сварка).
В машиностроении и других отраслях промышленности широко применяются методы поверхностного пластического деформирования (ППД).
В докладе рассмотрены основные результаты исследований и разработок, выполненных в Научно-инновационном центре ультразвуковых технологий Северо-Западного технического университета. В НИЦУТ уже более 20 лет на постоянной основе проводится исследовательская и внедренческая работа в области ультразвуковой обработки
металлов. Усовершенствуются имеющиеся и разрабатываются новые технологии ультразвуковой обработки и методы контроля.
Одним из наиболее эффективных методов ППД является ультразвуковая упрочняюще-финишная обработка металлов (УЗУФО). Предварительно деталь протачивается на станке нормального класса точности (токарном, строгальном и т.д.), затем на этом же станке с помощью малогабаритной ультразвуковой приставки проводится УЗУФО. При этом инструмент (индентор) с большой частотой (22 кГц) ударяет по микронеровностям
обрабатываемой поверхности, что позволяет получить на поверхности малую шероховатость и упрочненный слой.
В процессе многолетней работы сотрудников НИЦУТ по совершенствованию режимов ультразвуковой обработки и методов контроля удалось достигнуть стабильных
высоких результатов формирования структуры обработанного поверхностного слоя. По
24
обработке большинства марок сталей, а также большинства марок цветных металлов и
их сплавов получены следующие результаты:
– шероховатость поверхности с исходной Ra 1,6 получаем Ra 0,05;
– повышение микротвердости на 50…60 % на глубину до 0,7 мм;
– преобразование остаточных напряжений из растягивающих (+5,7) в сжимающие
(–53,2);
– увеличение опорной поверхности до 85 %;
– повышение усталостной прочности в 1,5…2 раза;
– повышение износостойкости в 2…2,5 раза;
– улучшение точностных параметров в 1,4 раза;
– повышение коррозионной стойкости.
Шероховатость поверхности замеряли на профилографе фирмы Taylor Hobson precision.
Остаточные напряжения замерялись на дифрактометре ≪ДРОН-3≫ с монохроматизированным Fe-излучением, с фокусировкой по Брэггу-Брентано на режимах: U = 30 кВ, I = 20 мА, щели 0,5 : 2 : 0,25.
Миркотвердость поверхности замеряли на микротвердомере MicroMet 5103 (фирма BUEHLER, США).
Методом УЗУФО возможно обрабатывать детали различной конструктивной формы: круглые, плоские, наружные, внутренние, торцевые, сферические, конические, галтели, канавки и т.д.
Применение технологии УЗУФО позволяет исключить: во многих случаях операцию шлифования, полностью ручные доводочные операции абразивными шкурками и пастами, в некоторых случаях – термообработку, внутрицеховую транспортировку деталей, а также экономить производственные площади, улучшить экологию и повысить культуру производства.
Анализ полученных результатов ультразвуковой упрочняюще-финишной обработки металлов, контроля качества основных параметров состояния поверхностного слоя обработанных изделий показывает, что широкое использование этой технологии в машиностроении, судостроении, авиакосмической, автотракторной и других отраслях промышленности обеспечить прорыв в интенсификации производственных процессов, в повышении качества и надежность изделий.