книги / Циклическая прочность металлов

камеры обита резиной для предохранения ее стенок от ударов дробью. Дробь засыпается в бункер 2, расположенный над рабо­ чей камерой 2. Под действием своего веса дробь падает в сопло форсунки; к средней части этого сопла подводится сжатый воз­ дух, который подхватывает падающую дробь и со скоростью 50—70 м/сек отбрасывает ее на обрабатываемое изделие, укреплен­ ное в специальном шпинделе. Продольное перемещение и враще­ ние обрабатываемого изделия производится здесь вручную.

Давление подводимого к соплу форсунки сжатого воздуха можно регулировать с помощью специального вентиля. В случаях необходимости увеличить поток дроби здесь можно применять форсунку с несколькими соплами. Дробь после обдувки падает в нижнюю часть рабочей камеры, а затем по наклонной плоскости попадает в элеватор, откуда ковшовым транспортером возвра­ щается опять в бункер.

Пневматические дробеструйные установки имеют недостатки, из которых наиболее существенный заключается в невозможности сохранить стабильность режима обработки изделия. Эта неста­ бильность возникает вследствие изменений давления и скорости воздуха, а также в результате изменений размера дробинок, износа элементов установки, особенно сопла ее, и пр.

Механические дробеструйные установки имеют значительные преимущества перед описанными гравитационными и пневмати­ ческими, являясь более производительными, более экономичными и надежными в работе. В них дробь выбрасывается лопатками быстровращающихся роторов; вследствие этого получается почти однородный по плотности поток дроби, позволяющий более эф­ фективно обрабатывать не только мелкие, но и крупные изделия.

Кроме специализированных механических установок, пред­ назначенных для обработки отдельных деталей (рессор, спираль­ ных пружин и т. д.), строются и универсальные установки, у которых можно менять режим обработки изделий в широком диа­ пазоне.

Ниже дано описание универсальной механической дробе­ струйной установки ДУ-1 конструкции ЦНИИТМАШа, выпуска­ емой в настоящее время серийно. На фиг. 98 показан внешний вид установки, а на фиг. 99 — схема действия ее. Особенностью этой установки является то, что вал ее ротора расположен не горизонтально, как в большинстве таких установок, а вер­ тикально, вследствие чего уменьшается ее изнашиваемость и уве­ личивается производительность. Очистка дроби от осколков в этой установке, а также отсос загрязненного воздуха из рабо­ чей камеры выполняются с помощью специального вытяжного вентилятора. Дробь здесь засыпается в бункер 2, откуда ковшо­ вым элеватором 2 поднимается в бункер-питатель 4 ротора. Избы­ ток ее поступает в бункер 3 сепаратора, объем которого доста­ точен для помещения всей дроби, загружаемой в установку (100—400 кг). Из бункера-питателя 4 дробь через управляемый

далее вниз, смешивается с той дробью, которая поступает из ра­ бочей камеры. Из элеватора дробь может быть удалена через нижний люк в его корпусе. Возможность монтажа таких уста­ новок без устройства фундамента и отсутствие пыли при их экс­ плуатации способствует использованию их как в заводских, так и в лабораторных условиях.

На результаты дробеструйной обработки металлических изде­ лий большое влияние оказывает материал, и качество дроби, размер дроби и скорость ее движения, а также количество дроби, падающей на единицу обрабатываемой поверхности.

Ранее применялась главным образом чугунная Дробь (из от­ беленного чугуна), применяется она еще и сейчас. Существенным недостатком этой дроби является повышенная хрупкость и, как следствие этого, дробление и быстрое измельчение. Поэтому в последнее время обычно применяют стальную дробь. Для обра­ ботки алюминиевых конструкций часто применяют алюминиевую дробь; во избежание электролитической коррозии применяют иногда стеклянную дробь, в особенности для обработки изделий из металлов небольшой твердости. Исследования показали, что стойкость стальной дроби значительно выше, чем чугунной, а расход ее вследствие меньшего износа и меньших естественных потерь во много раз ниже расхода чугунной дроби.

Дробеструйная обработка вызывает в поверхностпых слоях изделий наклеп и остаточные внутренние напряжения (обычно сжимающие), иногда большой величины.

Зависимость глубины наклепа и величины остаточных напря­ жений от параметров режима дробеструйной обработки изучена

Н— ударная твердость металла обрабатываемого изделия, получаемая по проекции поверхности отпечатка (но

Майеру); а — угол атаки, под которым дробь# встречает обрабатыва-

ваемую поверхность; ст — средняя величина остаточных сжимающих напряжений

вповерхностном слое изделия;

т— коэффициент пропорциональности.

Изучение процесса дробеструйной обработки показывает, что к тому времени, когда достигается сплошной поверхностный наклеп изделия, наступает насыщение и дальнейшая обработка дробью становится неэффективной. Это насыщение наступает

не сразу, а постепенно и характеризуется все учащающимися повторными попаданиями дробинок на ранее наклепанные участки обрабатываемой поверхности. „ ^ ^

Время ( t), необходимое для наиболее эффективной обработки изделий, и соответствующий этому расход Q дроби М. М. Каверин предложил определять по таким формулам:

где I — расстояние обрабатываемой поверхности от ротора уста­ новки;

(7 — пропускная способность дробемета, выражающаяся ве­ сом дроби, в кг!сек;

С\мСч — коэффициенты, определяемые условием получения оп­ тимальных результатов дробеструйного процесса.

О формулах (38)—(41) следует сказать, что они дают прибли­ женные результаты, на что указывает и сам автор их; особенно это замечание относится к формуле (39), потому что с течением времени даже в ненагруженных деталях и при нормальных тем­ пературах остаточные напряжения в наклепанном слое изменяют свою величину как вследствие процессов фазовых превращений, так и в результате процессов релаксации и диффузии. Вследствие релаксации остаточные напряжения с течением времени должны уменьшаться; должны уменьшаться они и при продолжающемся циклическом загружении изделия. Однако известны случаи, когда в пластически деформированном металле (стали) под влиянием последующих фазовых превращений остаточные напря­ жения росли и даже приводили к разрушению изделия (32).

Оценивая формулу (40), следует заметить, что для дробеструй­ ной обработки существует оптимальное время экспозиции; недонаклеп по времени столь же и даже более опасен, чем перенаклеп.

Влияние дробеструйной обработки на циклическую прочность стальных изделий весьма велико, и потому эта обработка в на­ стоящее время по своему положительному эффекту стоит на первом месте.

Механизм положительного влияния дробеструйной обработки слагается так же, как и в случае поверхностной обкатки, из одно­ временного действия трех физических причинных компонентов, вызываемых ею в поверхностном слое обрабатываемого изделия: действия наклепа, действия внутренних остаточных напряжений и благоприятного изменения микрогеометрии поверхности из­ делия.

Количественное разграничение действия указанных причин­ ных компонентов установить с бесспорностью в настоящее

время невозможно. По-видимому, решающее значение в повыше­ нии циклической прочности обработанного изделия может при­ обрести любой компонент в зависимости от внешних условий, природы и свойств металла, его термической обработки, от формы, и характера циклического нагружения изделия и пр.

На основе имеющихся теоретических и экспериментальных исследований процесса дробеструйной обработки поверхности изделий можно сделать такие обобщающие заключения:

1.Статическая прочность металлов (стали) от дробеструйной обработки изменяется мало; мало изменяется практически и удар­ ная вязкость металлов.

2.Циклическая же прочность металлов от этой обработки изменяется значительно и изменяется количественно в широких пределах. У изделий с гладкой поверхностью высокой чистоты, вне зависимости от их абсолютных размеров, после дробеструйной обработки предел усталости повышается сравнительно немного; но у изделий, на поверхности которых имеются технологические или эксплуатационные концентраторы напряжений (следы меха­

нической обработки, обезуглероженные слои, места коррозии и т. п.), в результате дробеструйной обработки предел усталости повышается весьма значительно. Так же значительно повышается циклическая прочность у изделий, имеющих конструктивные концентраторы напряжений (галтели, надрезы, напрессованные втулки и т. п), причем в этих случаях особенно эффективную роль играет глубина дробеструйного наклепа. Исключение соста­ вляют лишь изделия со сквозными поперечными отверстиями, когда внутренняя поверхность их не может быть наклепана дробью.

Как правило, при малой глубине наклепа эффективность дро­ беструйной обработки изделий с концентраторами напряжений бывает небольшой, не намного выше, чем при обработке гладких изделий. Но в тех изделиях, как крупных, так и мелких, поверх­ ностные концентраторы которых обусловливают высокий гра­ диент местных внешних напряжений, близкий или даже больший градиента остаточных внутренних напряжений, в результате дробеструйной обработки даже малая глубина наклепа может дать большое повышение предела усталости.

Дробеструйная обработка дает особенно высокие результаты в тех изделиях, у которых имеются неблагоприятные (растяги­ вающие) остаточные напряжения в поверхностных слоях, связан­ ные с технологическими процессами изготовления и обработки; именно этим объясняетея большая эффективность дробеструй­ ной обработки изделий, работающих не только на изгиб и на кручение, но и на растяжение-сжатие, при наличии растяги­ вающих напряжений. Дробеструйная обработка применима и к изделиям, бывшим уже в употреблении, причем положи­ тельные результаты обработки таких изделий практически мало отличаются от результатов обработки изделий, не бывших еще:

Как видно из табл. 44, дробеструйная обработка шлифован­ ных образцов резко увеличила их усталостную прочность (на 54%); вторичное же шлифование после дробеструйной обработки, подняв класс чистоты поверхности, не только не увеличило их циклической прочности, но даже несколько снизило ее (до 45%). При этом необходимо иметь в виду, что от обработки дробью диаметр изделия несколько увеличивается, а при последующей шлифовке немного уменьшается. Можно полагать вообще, что при всесторонней и достаточно равномерной дробеструйной обработке изделия, когда коробление последнего почти исключается, шли­ фовка этого изделия на небольшую глубину с целью улучшения

же температура, развивающаяся при этом в ограниченной зоне удара, особенно велика и достигает многих сотен градусов, о чем свидетельствует обильное искрообразование, наблюдаемое

Исследования показывают, что в начальный период дробе­ струйной обработки выделяющееся тепло поглощается главным

Графики на фиг. 100, составленные в результате изучения теплового баланса при обработке дробью стальной пластины, подтверждают этот вывод.

График 1 показывает все тепло, образовавшееся при дробе­ струйной обработке; график 2 — тепло, поглощенное пластиной; график 3 ■— тепло, отданное окружающей среде и дроби (вместе); график 4 — тепло, поглощенное только дробью.

Намечающиеся у нас применение мощных дробеструйных установой с использованием в них дроби из высокопрочной стали открывает большие возможности методу дробеструйной обработки конструкций. При этом, однако, нужно иметь в виду, что большой нагрев обрабатываемых изделий может сильно отразиться на прочностных свойствах их и будет одним из основных факторов, существенно влияющих на особенности и эффективность дробеструйного процесса.

Ударно-шариковая обработка

В последние годы в Советском Союзе стали применяться для повышения циклической прочности стальных изделий новые методы механического упрочнения поверхности: метод ударно-ша­ риковый, метод чеканки, а также

го индустриального института.

Идея ударно-шарикового метода состоит в том, что поверх­ ность обрабатываемого изделия подвергается ударам стальных шариков, находящихся в гнездах вращающегося диска и могу­ щих от центробежной силы радиально перемещаться.

На фиг. 101 показана конструктивная схема ударно-шарико­ вой установки. Обрабатываемое изделие 1 устанавливается в центрах токарного станка; на суппорт станка вместо резцедер­ жателя с помощью приспособления 2, аналогичного креплению шлифовального круга, надевается упрочнитель 5, представляю­ щий собой два параллельных диска со свободно расположенными между ними стальными шариками. При вращении упрочнителя каждый шарик, встречая на своем пути обрабатываемое изделие, наносит на поверхность его удар и затем отскакивает. При сле­ дующем обороте упрочнителя процесс повторяется. Управление этим процессом весьма простое и осуществляется с помощью механизма управления станка.