ЗАКАЛКА И ШЛИФОВАНИЕ НА ОДНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ

В данной статье рассмотрен процесс совмещения двух различных технологических решений на одном оборудовании.

Одной из основных задач, которая решается на этапе проектирования любого изделия, является увеличение качества производства детали и повышение срока её службы. Срок службы детали впрямую зависит от черт эксплуатационных параметров. На эксплуатационные характеристики деталей машин вместе с геометрическими параметрами огромное воздействие оказывает физико-механическое состояние поверхностного слоя. Потому, все большее распространение находят способы гибридной обработки деталей.

Наиболее распространенным и продуктивным процессом поверхностной шлифовки является абразивное шлифование. Этот процесс характеризуется высокой тепловой напряженностью в зоне резания, что может привести к изменению комплекса физико-механических свойств, что достигается в процессе термической закалки. Один из способов борьбы с негативными последствиями – это уменьшить припуск на последующую обработку. Но поверхностное упрочнение и абразивное шлифование в технологическом процессе изготовления деталей автомобиля разделены, т. е. выполняются на различном технологическом оборудовании.

Недостатком этого подхода является то, что припуск на финишную обработку должен быть достаточно большим, так как необходимо предусмотреть не только остаточные деформации, которые всегда происходят после термической обработки, но и ошибки, такие как переустановка, а также ошибки, возникающие на предыдущих стадиях процесса. Результатом является снижение продуктивности и эффективного использования энергии.

Рисунок 1. Последовательность технологического процесса

Одним из решений этой проблемы является совмещение двух стадий технологического процесса – поверхностного упрочнения и финишной обработки - на одном оборудовании. При этом процесс обработки деталей осуществляется по схеме: чистовая обработка – поверхностная-термическая закалка – отпуск.

Процесс отпуска можно отнести к одному из методов упрочнения материала, так как абразивные зерна в этом случае практически не выполняют процесс резания, а осуществляют пластическую деформацию обрабатываемого материала. В некоторых работах этот процесс сравнивают с упрочняющим эффектом ультразвуковой упрочняющей обработки, так как шлифование является единственным видом механической обработки, который характеризуется самовозбуждением ультразвуковых колебаний. В связи с этим при проведении процесса отпуска сразу после поверхностной закалки следует ожидать дополнительный эффект в упрочнении поверхностного слоя, а, следовательно, и изменения характера распределения остаточных напряжений по глубине материала.

Гибридная шлифовально-закалочная установка.

Так как гибридный процесс обработки означает сочетание двух технологических процессов в оборудовании, в нашем случае, гибридная машина будет состоять из плоскошлифовального и поверхности закалочного станка. Давайте рассмотрим каждый процесс по отдельности для более точного понимания технологии в целом.

Плоскошлифовальный станок 3Г71, 3Г71М - предназначен для шлифования поверхностей периферий круга. В определенных границах возможна обработка поверхностей, расположенных под углом 90° к зеркалу стола. Станок может быть переоборудован, для расширения технологических возможностей устройства.

С применением различных приспособлений возможно профильное шлифование различных деталей. Точность профиля при этом зависит от метода заправки профиля круга и от применяемого приспособления для крепления деталей. Станок комплектуется стандартной электромагнитной плитой. Класс точности станка В. Шероховатость обработанной поверхности V 10.

На станине в поперечном направлении по двум V-образным направляющим качения перемещается крестовый суппорт. По направляющим крестового суппорта - плоской и V-образной в продольном направлении перемещается стол. Стол получает перемещение от гидроцилиндра, закрепленного между направляющими крестового суппорта. Внутри крестового суппорта в его нижней части закреплены узлы: механизм поперечной подачи, механизм продольного перемещения стола, механизм продольного реверса стола, механизм поперечного реверса стола, распределительная панель, гидропанель ВШПГ-35. С задней стороны на станине устанавливается колонна, по вертикальным направляющим качения которой перемещается шлифовальная головка. Внутри станины установлен гидроагрегат, обслуживание которого производится через левую дверку станины. С правой стороны рядом со станком устанавливается бак охлаждения.

Выносной закалочный контур, реализующий высокоэнергетический нагрев токами высокой частоты (ВЭНТВЧ). В качестве источника энергии использовали генератор ВЧГ-100-8-0,4-IP44.

Генератор выполняет функцию формирования многоуровневого, однофазного, квази- синусного напряжения частотой 4-10 кГц для индуктора мощностью 100 кВт. Предназначен для включения в систему индукционной закалки.

Преимущества высокочастотного нагрева:

- отсутствие горения углерода и других элементов, а также заметного окисления и образования накипи;

- минимальное искривление;

- глубину затвердевшего слоя можно регулировать достаточно точно;

- возможность получения высокой твердости до 66 HRC, высокой износостойкости и повышенной вязкости за счет измельчения зерна;

- повышенный предел усталости за счет появления сжимающих напряжений в упрочненном поверхностном слое.

Недостатки высокочастотного нагрева:

- применение для отдельных, единичных деталей нецелесообразно, так как необходимо изготавливать индуктор для каждой детали отдельно по ее форме;

- значительная стоимость всей установки.

Высокочастотный генератор ВЧГ для индукционных систем, разработан для питания технологических устройств индукционного нагрева и термообработки. Высокочастотные генераторы ВЧГ при помощи современных схемных решений позволяют поддерживать технологические режимы нагрева с особо высокой точностью и могу в зависимости от нагрузки менять параметры работы индуктора. Высокочастотный генератор имеет однофазный выход и предназначен для работы на нагрузке, состоящей из индуктора и конденсаторной батареи, предназначенной для компенсации реактивной мощности индуктора.

Особенности преобразователей ВЧГ:

- отсутствие сбоев при замыкании индуктора на заготовку;

- в качестве выходных силовых элементов применяются современные мощные IGBT транзисторы и модули;

- работа силовых элементов контролируется и управляется контроллером;

- конструкция с водяным охлаждением позволяет обеспечить оптимальную работу и выносливость в условиях промышленного индукционного производства;

- ожидаемая средняя наработка на отказ составляет около 370000 часов.

Основным условием правильного и по возможности равномерного индукционного нагрева это создание для детали индуктора соответствующей формы и очертаний. Внутри индуктора помещают нагреваемую деталь и подают ток высокой частоты. Для распределительного вала закалке будут подвергаться только кулачки.

Список литературы:

1. Анализ напряженно-деформированного состояния материала при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты / В.Ю. Скиба, В.Н. Пушнин, И.А. Ерохин, Д.Ю. Корнев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2014. – № 3 (64). – С. 90–102.
2. Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Зуб Н.П. Методика назначения режимов обработки, обеспечивающих рациональное распределение остаточных напряжений при поверхностной закалке ВЭН ТВЧ // Научный вестник НГТУ. -2010. -№ 3 (32). - С. 83-94.
3. Скиба В.Ю. Обеспечение требуемого характера распределения остаточных напряжений при упрочнении высокоэнергетическим нагревом токами высокой частоты // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). -2010. -№ 2 (35). -С. 25-27.