Obróbka wykańczająca zewnętrznych powierzchni obrotowych.

Sposoby obróbki wykańczającej zewnętrznych powierzchni obrotowych (jak również in­nych powierzchni) można podzielić na dwie grupy.

Pierwsza z nich obejmuje:

- bardzo dokładne toczenie (tzw. diamentowanie) ,

-szlifowanie, to jest sposoby obróbki, które stosuje się przede wszystkim dla uzyskania dokładności wymiarowej i kształtu w zakresie klasy dokładności IT9.

Druga zaś grupa obejmuje te sposoby obróbki, za pomocą których uzyskujemy wysoką dokład­ność powierzchniową (małą chropowatość) i stąd ogólna nazwa tych sposobów „obróbka gład­kościowa".

Do grupy tej zaliczamy w pierwszej kolejności wszystkie sposoby obróbki ściernej maszynowej, a mianowicie:

- docieranie na tarczach lub między tarczami (lapping),

- docieranie osełkami (gładzenie, honnig),

- docieranie oscylacyjne (dogładzanie, superfinish),

- docieranie strumieniowe (obróbka strumieniowo - ścierna),

- polerowanie,

-bębnowanie.

GRUPA I

-toczenie bardzo dokładne (diamentowanie) zewnętrznych powierzchni obrotowych stosuje się do obróbki wykańczającej za pomocą noży z ostrzami diamentowymi (stąd nazwa diamentowanie) oraz węglików spiekanych. Obróbka odbywa się przy dużych szybkościach skrawania (200-600 m/min - stopy lekkie, 1000 m/min i więcej - stopy łożyskowe, 120-300 m/min - stal i żeliwo) i małych posuwach (0,005-0,15 mm/obr). Przy tych parametrach osiąga się dokładność wymiarową IT5 i IT6, a chropowatość w granicach 9-10 klasy.

Rys.4.1.

Warunkiem osiągnięcia takich dokładności jest trwałość ostrza narzędzia oraz obrabiarka o odpowiedniej konstrukcji. Zużycie narzędzia o kilka mikrometrów powoduje zmianę średnicy wałka o podwójną wartość Z tych też względów do toczenia dokładnego stosuje się najczęściej noże diamentowe, których trwałość waha się od kilkudziesięciu do kilkuset godzin. Narzędzia te najlepiej nadają się do obróbki miedzi i aluminium oraz tworzyw sztucznych. Wadami tych narzędzi są: kruchość i wysoki koszt. Dlatego też do obróbki stali i żeliwa stosuje się ostrza z węglików spiekanych których powierzchnie robocze powinny być starannie wygładzone. Odmiany ostrzy diamentowych wraz z ich geometrią przedstawiono na rys. 4.01.

- szlifowanie zewnętrznych powierzchni obrotowych jest jednym z najbardziej rozpo­wszechnionych sposobów obróbki wykańczającej.

Rozróżniamy dwie metody szlifowania tych powierzchni:

1- uchwytową, tzw. szlifowanie w kłach lub w uchwycie - zwaną też metodą szlifo­wania kłowego,

2- szlifowanie bezkłowe, tzn. bezuchwytowe,

W każdej z tych metod można rozróżnić kilka odmian

1 -Szlifowanie uchwytowe (kłowe)

I tak w metodzie „szlifowania kłowego" mamy następujące odmiany:

- zwykłe szlifowanie wzdłużne (tj. przy posuwie wzdłużnym) z wielokrotnym małym dosuwem ściernicy i dość znacznym posuwem osiowym (rys. 4.02a,b),

Szlifowanie wzdłużne stosuje się do obróbki długich powierzchni. Tą samą ściernicą można szlifować przedmioty o różnych średnicach. Przy tej odmianie szlifowania naddatek usuwa się w szeregu przejść, przy czym dosuw ściernicy, który następuje w punktach zwrotnych ruchu wzdłużnego, stołu lub ściernicy, wynosi około 2-3 mu. W zależ­ności od konstrukcji obrabiarki, ruch wzdłużny wykonuje obrabiany przedmiot zamocowany na stole obrabiarki (rys. 4.02a) lub ściernica (rys. 4.02b). Posuw osiowy z wyjątkiem ostatniego przejścia, które wykonuje się bez dosuwu ściernicy (tzw. wyiskrzenie) powinien wynosić 1/2 - 2/3 szerokości ściernicy. Przy posuwach większych tępią się nadmiernie ziarna w środku ścier­nicy, a przy mniejszych na jej bokach. Odmianę tę stosuje się w zasadzie do tzw. wałków gład­kich. Stosowanie jej do wałków stopniowanych powoduje trudności związane z ustawianiem zderzaków. Poza tym w całej partii wałków powinny być jednakowo nakiełkowane.

- szlifowanie głębokościowe (głębokie), przy którym cały naddatek usuwany jest w jednym przejściu (rys. 4.02c),

Szlifowanie głębokościowe (głębokie) wymaga ustawienia ściernicy wg zderzaka lub podziałki na pełną głębokość skrawania (rys.4.02c), dzięki czemu cały naddatek usuwa się w jednym przejściu. W celu zmniejszenia zużycia przedniej krawędzi ściernicy nadaje się kształt lekko stożkowy na długości 6 -12 mm, przy czym zmniejszenie średnicy wynosi do 0,8 mm. Jest to odmiana szlifowania bardzo wydajna (czas maszynowy wynosi 30 - 70% czasu maszy­nowego odmiany poprzedniej) i nadaje się do krótkich i sztywnych wałków.

- szlifowanie wgłębne z posuwem poprzecznym bez posuwu osiowego (rys. 4.02d).

Do szlifowania wgłębnego z posuwem poprzecznym stosuje się ścierni­ce nieco szersze od długości obrabianej powierzchni (rys.4.02d).

Brak posuwu wzdłużnego nie wpływa korzystnie na chropowatość powierzchni. Z tych względów do zmniejszenia chropowa­tości stosuje się oscylacyjne ruchy ściernicy lub stołu obrabiarki. Jest to odmiana szlifowania bardzo wydajna, wymaga jednak bardzo sztywnych i o dużej mocy szlifierek. Z tego powodu odmianę te stosuje się do obróbki wałków (lub czopów ) nie dłuższych niż 200 mm. Szlifowanie wgłębne stosuje się również do kształtowego przy użyciu odpowiednio ukształtowanej ściernicy rys.4.03.

Rys.4.3.

- szlifowanie wgłębne kilkoma wcięciami (rys. 4.02e). Szlifowanie wgłębne kilkoma wcięciami (rys.4.02e) jest stosowane do ob­róbki wałków dłuższych, które obrabia się przy szeregu wcięć, zachodzących na siebie (odmiana wielokrotnego wcinania).

W ten sposób zdejmuje się główną część naddatku. Ponieważ granice poszczególnych odcinków są wyraźnie widoczne, dlatego szlifowanie końcowe (na ostateczny wymiar) przeprowadza się dwoma lub trzema szybkimi przejściami z posuwem osiowym, na co pozostawia się pewien naddatek

Do szlifowania zewnętrznych powierzchni obrotowych w kłach i w uchwycie stosuje się szlifierki kłowe, które zależnie od odmiany szlifowania dzielimy na szlifierki kłowe wzdłużne (rys. 4.04a,b) oraz szlifierki kłowe do szlifowania z posuwem poprzecznym 4.04.c).

Rys.4.4.

Przy szlifowaniu w kłach stosowane są urządzenia zabierakowe niż przy toczeniu. Zwykłe zbieraki przy szlifowaniu wałków gładkich są niewygodne, gdyż uniemożliwiają obróbkę na całej długości przedmiotu bez zmiany zamocowania. Na rysunku 4.5 przedstawiono kilka sposobów rozwiązania tego zagadnienia. Tak więc można wcisnąć w powierzchnię nakiełka wałka l kieł graniasty 2 bądź przenieść moment obrotowy za pomocą kołka 4 lub 6 osadzonego w otworze 4 lub w wyfrezowanym wycięciu 7. Można też zastosować dodatkowe przedłużenie wałka 8 oddzielone rowkiem 9, który po obróbce jest odcinany. Do szlifowania wałków o małej sztywności używane są, podobnie jak i przy toczeniu podtrzymki. Liczba ich jest jednak znacznie większa. Zaleca się, aby odległość między nimi nie| przekraczała 6-10 średnic wałka.

2 -Szlifowanie bezkłowe ( bezuchwytowe)

Szlifowanie bezkłowe z posuwem wzdłużnym . Ściernica i tarcza prowadząca obracają się w tym samym kierun­ku z różną prędkością obrotową (stosunek liczby obrotów waha się od l : 5 do l : 10). Oś tarczy prowadzącej jest nachylona pod niewielkim kątem do osi ściernicy (rys. 4.6α). Kąt ten (na ry­sunku kąt α) waha się l - 2,5° dla przedmiotów krótkich do 3 - 5° dla przedmiotów długich. Wielkość h (rys. 4.6) ustala się empirycznie. Waha się ona w granicach od 1/4 do 1/2 średnicy przedmio­tu obrabianego (h = l / 4d - l / 2d). Ustalenie przedmiotu powyżej wspomnianej linii ma na celu uzyskanie właściwej dokładności kształtu. Gdyby bowiem oś przedmiotu obrabianego leżała na linii łączącej środki obu tarcz, wszelka niedokładność przedmiotu przed obróbką powodowa­łaby dalsze pogarszanie kształtu. I tak np. gdy ewentualny występ na obwodzie przedmiotu ze­tknie się z tarczą prowadzącą, wtedy przedmiot będzie niepotrzebnie dosunięty do ściernicy, co spowoduje zebranie większej warstwy materiału. Bardzo małe i lekkie przedmioty oraz długie pręty należy umieszczać poniżej osi tarczy, co zapewnia im lepszy docisk do prowadnicy. Waż­ne jest również stosowanie prowadnic skośnych, gdyż ewentualny występ przy zetknięciu się z tarczą prowadzącą nie spowoduje zeszlifowania grubszej warstwy materiału po przeciwnej stronie

Rys.4.6.

Szlifowanie bezkłowe z posuwem poprzecznym W przypadku gdy kształt przedmiotu nie pozwala na zastosowanie szlifowania z po­suwem osiowym stosuje się szlifowanie z posuwem poprzecznym (szlifowanie wgłębne). Prze­bieg szlifowania bezkłowego z posuwem poprzecznym jest następujący. Przedmiot obrabiany, po odsunięciu tarczy prowadzącej, kładzie się na podtrzymce. Następnie dociska się szlifowaną część tarczą prowadzącą, która przesuwa się ręcznie lub mechanicznie za pomocą dźwigni aż do oporu. Przedmiot obrabiany zwykle jest lekko dociskany do oporu - wyrzutnika. Ponieważ tar­cza prowadząca jest nachylona względem przedmiotu pod małym kątem (0,5 - 1°), po odsunię­ciu tej tarczy wyrzutnik odrzuca przedmiot. Schematy szlifowania bezkłowego z posuwem po­przecznym przedstawiono na rys. 4.7. Szybkość tarczy prowadzącej przy tej odmianie szlifo­wania jest znacznie mniejsza niż przy szlifowaniu przelotowym i wynosi 7-45 m/min (przy szlifowaniu przelotowym 50 -120 m/min). Posuw poprzeczny przy szlifowaniu wstępnym waha się w granicach 0,004 + 0,04 mm/obrót, a przy dokładnym w granicach 0,003 -0,01 mm/obrót, w zależności od szybkości tarczy prowadzącej. Za pomocą szlifowania bezkłowego z. posuwem poprzecznym można obrabiać powierzchnie stożkowe i kształtowe.

Rys.4.7.

GRUPA II

Obróbka gładkościowa zewnętrznych powierzchni obrotowych.

Docieranie

- docieranie na tarczach lub między tarczami (lapping),

Docieranie (zwane także lapowaniem od ang. lapping) jest obróbką ścierną, w której rolę narzędzia spełnia luźny proszek ścierny zawarty w mieszaninach (różnego rodzaju płynach i pastach) nakładanych na powierzchniach docieraków. Oprócz mechanicznego ścierania cząstek metalu przez proszek ścierny, podczas docierania następuje również chemicz­ne oddziaływanie na metal obrabianego przedmiotu środków powierzchniowo - aktywnych. Pro­szek ścierny zmieszany z naftą benzyną lub olejem roślinnym jako środkiem wiążącym jest rozsmarowywany w postaci pasty na powierzchni roboczej docieraka. Podczas pracy twarde ziarna ścierne wbijają się w powierzchnię docieraka i wystającymi ostrzami skrawają przedmiot obra­biany.

Proces docierania jest procesem najstarszym wśród sposobów obróbki ściernej po­wierzchniowej i jest stosowany nie tylko do uzyskania zmniejszenia chropowatości, lecz rów­nież do poprawiania kształtu i wymiaru. Stąd spotyka się różne odmiany docierania, jak: ręczne, mechaniczno - ręczne i mechaniczne.

Rys.4.8

Przykłady docieraków do ręcznego docierania.

Rys.4.9.

Rys.4.10

- docieranie osełkami (gładzenie, honnig),

Docieranie osełkami (gładzenie - honing). Docieranie osełkami, zwane także gładzeniem lub bonowaniem, jest dalszym rozwinięciem docierania. Jest to typowy proces ob­róbki powierzchniowej ściernej stosowany w zasadzie do obróbki wykańczającej otworów i z tych względów będzie szerzej omówiony w następnym podrozdziale. W przypadkach szcze­gólnych ten sposób obróbki stosuje się do docierania powierzchni zewnętrznych (np. czopów wałów lub cienkościennych tulei). Obrabiarka, zwana gładzarką (lub honownicą), pracuje za pomocą głowic przedstawionych na rys. 4.12. Głowica ta ma 4-6 osełek elektrokorundowych (do obróbki stali) lub karborundowych (do ob­róbki żeliwa i stopów nieżelaznych) o bardzo drobnym ziarnie («20 um). W celu dogodnego nakładania na czop głowica jest otwierana. Proces polega na działaniu ściernym osełek umiesz­czonych na obwodzie głowicy, równolegle do jej osi. Wał obrabiany, oprócz ruchu obrotowego, wykonuje ruch posuwisto - zwrotny przy jednoczesnym docisku osełek do docieranej po­wierzchni.

Rys.4.12.

- docieranie oscylacyjne (dogładzanie, superfinish),

Docieranie oscylacyjne (gładzenie - superfinish). Docieranie oscylacyjne, zwane też dogładzaniem, jest obróbką ścierną za pomocą drobnoziarnistych osełek. Nacisk osełki jest stosunkowo niewielki i nie przekracza 29,4 N/cm² (3 kG/cm²). Ponieważ pra­ca osełki pod określonym naciskiem przebiega w strumieniu chłodziwa (mieszanina nafty z olejem) pokrywającego całą powierzchnię roboczą, więc bezpośredni jej styk jest możliwy tylko wtedy, gdy nacisk umożliwia przebicie błony tej cieczy, tzn. do pokonania lepkości cieczy, Stała i nieprzerwana zmiana ruchu osełki względem obrabianej powierzchni następuje w wyniku skojarzenia trzech ruchów (rys. 4.13):

- oscylacyjnego narzędzia o bardzo krótkim skoku - Vosc

- posuwowo-wahadłowego narzędzia - pw,

- obrotowego przedmiotu - Vo.

Liczba ruchów oscylacyjnych jest bardzo duża i wynosi 1000-2000 skoków/min, a skok wynosi 3-5 mm przy obróbce stali i 2,5-6,5 mm przy obróbce innych metali. Prędkość ruchu posuwisto - wahadłowego wynosi p=2 m/min, a prędkość obwodowa przedmiotu (szybkość skrawania) wynosi V0=15-40 m/min.

Rys.4.13.

Sposoby obróbki ściernej o swobodnym ruchów środków ścier­nych (o kinematyce swobodnej). Do najczęściej stosowanych sposobów obróbki zali­czanych do tej grupy są: polerowanie, bębnowanie i obróbka strumieniowo - ścierna.

1 - polerowanie,

Polerowanie polega na doprowadzeniu warstwy zewnętrznej materiału o grubości 100+10 000 *10
m (100+10 000A) do stanu bliskiego punktu topliwości i „rozmazaniu" tej warstwy po powierzchni obrabianej. Do stanu tego warstwa zostaje doprowadzona pod wpły­wem ciepła uzyskanego przez docisk tarczy polerskiej, na obwodzie której znajduje się materiał ścierny w postaci proszków lub mikroproszków stosowanych kolejno w poszczególnych zabie­gach (w miarę zmniejszania się chropowatości).

2-bębnowanie.

Bębnowanie polega na względnym ruchu i docisku ziarn ściernych i przedmiotów ob­rabianych przy równoczesnym działaniu na te przedmioty cieczy chemicznie aktywnych.

Roz­różniamy dwie odmiany bębnowania:

-obrotowe proces bębnowania obrotowegopolega na przemieszczaniu wsadu (tj. mieszaniny środków ściernych, przedmiotów obrabianych i cieczy) i obejmuje następujące ruchy: wznoszenie się, nagły przesyp i obrót bez ruchu względem bębna, aż do wejścia swobodnej powierzchni wsadu w położenie odpowiadają­ce kątowi zsypu. Schemat procesu bębnowania

obrotowego przedstawiono na rys. 4.14.

Rys.4.14.

-wibracyjne; bębnowanie wibracyjne polega na wprawianiu w ruch drgający wsadu (rys. 4.15.), dzięki czemu cała masa uzyskuje powolny ruch obrotowy.

Szybki ruch drgający o amplitudzie do 5 mm powoduje podobny proces ścierania jak przy bębnowaniu obrotowym. W czasie ob­róbki cała masa jest natryskiwana środkami chemicznymi rozpuszczanymi w wodzie. Proces bębnowania wibracyjnego jest bardziej wydajny od bębnowania obrotowego, gdyż czas obróbki jest prawie 7-krotnie krótszy.

Jako materiały ścierne do bębnowania stosuje się:

- naturalne, jak: bazalt, granit (skrawanie), kwarc, wapień (polerowanie),

- syntetyczne SiC lub A1₂0₃ (jako ścierniwo) wiązane organicznie lub w spoiwie gumo­wym, porcelana (do polerowania) w odłamkach.

Poza tym stosuje się jako nośniki kulki metalowe, sproszkowane ziarno cierne, drewno w odłamkach.

3 - docieranie strumieniowe (obróbka strumieniowo - ścierna), obróbka strumieniowo ścierna polega na nadaniu ziarnom ściernym energii kinetycznej, dzięki czemu oprócz ścierania następuje powierzchniowy zgniot. Głównymi para­metrami procesu są: kąt padania ziarna oraz własności skrawne ziarna(tj. ostrość krawędzi, wy­trzymałość, sprężystość itp.).

Obecnie stosowane metody obróbki strumieniowo - ściernej przebiegają „na mokro", to znaczy do obróbki stosuje się strumień wody z ziarnem i sprężonym powietrzem. Głównym zastosowaniem obróbki strumieniowo - ściernej jest wykańczanie powierzchni o kształtach złożonych, niedostępnych dla innych sposobów obróbki ściernej. Ten sposób ob­róbki może być również stosowany do oczyszczania spoin, oczyszczania przed remontem itp.

Metody i sposoby polepszania własności użytkowych zewnętrznych po­wierzchni obrotowych.

Większość elementów maszyn narażona jest na ścieranie, korozję oraz na obciążenie zmienne, co w wyniku daje pęk­nięcia zmęczeniowe. Zarówno w przypadku ścierania, korozji jak i wytrzymałości zmęczenio­wej, o żywotności danej części decydują własności warstwy wierzchniej. W pro­dukcji maszyn należy więc stosować takie metody i sposoby obróbki, które pozwolą na uzyska­nie maksymalnych własności warstwy wierzchniej, bowiem stan i struktura powierzchni i war­stwy wierzchniej metalu ma decydujący wpływ na własności eksploatacyjne części maszyn.

Do metod „obróbki powierzchniowej", a więc metod, których głównym celem jest zmiana własno­ści użytkowych części maszyn, oprócz obróbki ściernej zaliczamy:

-obróbkę zgniotem na zimno;

kulowanie odśrodkowe, kulowanie odśrodkowe polega na umocnieniu powierzchni w wyniku dużej liczby uderzeń (około 106 uderzeń na minutę) kulek stalowych, osadzonych na obwodzie tarczy która obraca się z prędkością obwodową w granicach 8+40 m/s. Urządzenie do kulowania (rys. 4.16) składa się z tarczy l z osadzonymi kulkami, która jest wyrównoważona statycznie i dynamicznie oraz silnika 2 i przekładni 3

Rys.4.16Schemat: a) urządzenia do kulowania odśrodkowego, b) kulowanie.

kulowanie wibracyjne, polega na poddaniu przedmiotu działaniu dynamicznemu kulek umieszczonych na obrabianej powierzchni. Kulki te uzyskują ruch drgający w płaszczyź­nie prostopadłej do obrabianej powierzchni w wyniku wibracji przedmiotu. Ten sposób stosuje się przede wszystkim do obróbki płaszczyzn, rzadziej do powierzchni obrotowych.

śrutowanie, polega na poddaniu powierzchni przedmiotu działaniu strumienia śrutu wyrzucanego z dużą energią kinetyczną. Każda śrucina uderzając o powierzchnię powoduje jej odkształcenie, przy czym wielkość tego odkształcenia zależna jest od wielkości energii kine­tycznej, tj. od masy i prędkości kulek. Głównymi parametrami śrutowania są: wielkość śrucin i prędkość ich wyrzucania, przy czym przy ich doborze bierze się przede wszystkim pod uwagę głębokość zgniotu, a poza tym kształt obrabianej powierzchni, twardość materiału oraz wyma­ganą chropowatość.

Do śrutowania stosuje się urządzenia (agregaty) pneumatyczne lub mechaniczne. W urządze­niach pneumatycznych śrut z zasobnika doprowadzany jest do komory przyspieszeń, do której również doprowadzone jest sprężone powietrze, dzięki czemu śruciny uzyskują odpowiednią prędkość i są za pomocą dyszy kierowane na obrabianą powierzchnię. Do śrutowania używa się śrut żeliwny lub stalowy. Czas śrutowania zależy od prędkości śrutu, przy czym im szybkość ta jest większa tym czas obróbki jest krótszy. W wyniku śrutowania, oprócz oczyszczania po­wierzchni, uzyskujemy wzrost wytrzymałości zmęczeniowej. Chropowatość powierzchni jest stosunkowo duża (w granicach Ra = 20 -10 um).

młotkowanie. Młotkowanie jest połączeniem dynamicznej obróbki plastycznej powierzchni (cykli­czne uderzanie bijaka) ze statycznym rolowaniem (stały docisk narzędzia). Każde uderzenie bi­jaka daje efekt podobny do efektu uderzeń kulki. Wielkość odkształceń plastycznych zależy od energii bijaka oraz od wielkości jego styku z powierzchnią obrabianą i od jej twardości. Do młotkowania można użyć zwykłego młotka pneumatycznego z odpowiednią końcówką wraz z dodatkowym elementem zapewniającym stały docisk narzędzia do obrabianej powierzchni. Efektem młotkowania jest duża głębokość zgniotu (do 40 mm), a więc wzrost wytrzymałości zmęczeniowej i odporności na ścieranie, przy stosunkowo dużej chropowatości Ra = 20 -10 um.

rolowanie polega na odkształcaniu plastycznym warstwy wierzchniej za pomocą jednej (lub kilku) swobodnie obracającej się rolki dociskanej z odpowiednią siłą. Wiel­kość tej siły dobiera się w zależności od wymaganej gładkości zgniotu. Istota procesu rolowania polega na tym, że w wyniku plastyczno - sprężystego odkształcenia warstwy wierzchniej po­wstają szczątkowe wewnętrzne naprężenia ściskające i rozciągające, które wywołują wzrost wytrzymałości zmęczeniowej i twardości tej warstwy, a więc odporności na ściskanie. Rozróż­niany trzy odmiany rolowania:

wygładzające (dogładzanie),

wymiarowe (dogniatanie),

umacniające (utwardzanie).

Jako narzędzia stosuje się rolki względnie kulki, przy czym w zależności od celu jaki ma speł­niać rolowanie, rolki mogą mieć różny kształt. Dla uzyskania małej chropowatości powierzchni Ra = 0,32 -0,08 (im, stosuje się rolki z paskiem walcowym o dużym promieniu profilu, nato­miast dla uzyskania tylko podwyższenia wytrzymałości zmęczeniowej stosuje się rolki z małym promieniem profilu. Do umocnienia powierzchni za pomocą rolowania stosuje się urządzenia złożone z jednej, dwu lub trzech rolek, zamocowane na suporcie tokarki. Docisk rolek do przedmiotu może być mechaniczny za pomocą sprężyn lub hydrauliczny czy pneumatyczny. Schemat kinematyczny rolowania zewnętrznego powierzchni obrotowych przedstawiono na rys.4.17, zaś trójrolkowy przyrząd o zmiennym rozstawieniu rolek do obróbki wałków o śr.120-200 na rys.4.18

Rys.4.17 i 4.18

.

Powierzchniowa obróbka cieplno - chemiczna; głównym celem obróbki cieplno - chemicznej jest nadanie nowych własności warstwie wierzchniej (nie tylko dla materiału przedmiotu), przy zachowaniu podstawowych własności materiału podłoża.

Do najczęściej stosowanych sposobów obróbki cieplno - chemicznych zaliczamy:

- hartowanie powierzchniowe,(indukcyjne i płomieniowe) oprócz twardej, a więc odpornej na ścieranie powierzchni, daje wzrost wytrzymałości zmęczeniowej,

- nawęglanie stali, powoduje wzrost odporności na ścieranie.. Przedmioty nawęglane wykazują znaczne podwyższenie wytrzymałości zmęczeniowej, dzięki bardzo korzystnemu rozkładowi naprężeń hartowniczych, które powodują powstanie na­prężeń ściskających w warstwie nawęglanej.

- azotowanie stali i żeliwa, jest procesem dającym zbliżone własności do nawęglania przy czyn wy­różnia się możliwością uzyskiwania bardzo wysokich twardości bez zabiegu hartowania oraz wydatnym podniesieniem wytrzymałości zmęczeniowej. Zależnie od odmiany, proces azotowa­nia jest stosowany w zakresie zbliżonym do nawęglania oraz dodatkowo w celu podwyższenia odporności na korozję.

- cyjanowanie stali, daje znaczną odporność na ścieranie oraz bardzo duże zwiększenie wy­trzymałości zmęczeniowej (o wiele większe niż poprzednio wymienione sposoby obróbki ciepl­no - chemicznej), dzięki temu, że powoduje powstanie w warstwie wierzchniej azotków oraz rozpad austenitu szczątkowego.

- chromowanie dyfuzyjne. Powoduje powstawanie bardzo cienkiej, lecz nadzwyczaj twardej warstwy dyfuzyjnej dającej wysoką odporność na zużycie przez tarcie (szczególnie stali narzędziowych), oraz odznaczają się dużą odpornością na korozję oraz żaroodpornością.

Nakładanie powłok i pokryć.

Rozpatrując jednak bliżej własności poszczególnych po­włok należy stwierdzić, że wiele z nich odznacza się pewnymi charakterystycznymi dla nich cechami i są stosowane oprócz zabezpieczenia przed korozją do poprawy wyglądu zewnętrzne­go (tj. estetycznego wyglądu, bądź też - jak powłoki metalowe - w celu nadania powierzchni szczególnych własności mechanicznych lub technologicznych).

Rozróżniamy następujące rodzaje powłok:

- malarskie,

- z tworzyw sztucznych,

- niemetalowe, jak np. ceramiczne (np. emalie zwykłe i żaroodporne, lub tlenki, borki, azotki i węgliki wysokotopliwe),

- ceramiczno - metalowe (np. MgO-Ni, HgO-Cr itp.),

- z olejów i smarów (tzw. cienko powłokowe stosowane do konserwacji),

- metalowe.

Powłoki metalowe mają na celu:

• zwiększenie odporności na ścieranie,

• zmianę współczynnika tarcia,

• poprawę zdolności łączenia (np. przy lutowaniu),

• zmianę wymiarów pokrywanych przedmiotów,

• regenerację zużytych powierzchni,

• poprawę własności elektrycznych powierzchni,

• uzyskanie specjalnych własności odbicia i połysku,

• zabezpieczenie określonych powierzchni w czasie innych procesów obróbki powierzch­niowej (np. przy nawęglaniu).

Metody nakładania powłok metalowych.

Rozróżniamy następujące naj­częściej stosowane metody nakładania powłok metalowych:

• elektrolityczna (galwaniczna),

• chemiczna,

• zanurzeniowa w rozpuszczonym metalu (ogniowa),

• natryskowa,

• mechaniczna (platerowanie).

Należy tu również wspomnieć o powłokach niemetalowych, jak: tlenki fosforany lub chromiany, które są wytwarzane na powierzchni metalu na drodze chemicznej lub elektrochemicznej. Są to tak zwane powłoki konwersyjne.

Metoda galwaniczna polega na elektrolizie roztworów metali i osadzaniu powłok z danego metalu (lub stopu) na pokrywanych przedmiotach, zanurzonych w kąpieli galwanicznej i podłączonych jako katody. Metoda ta umożliwia otrzymanie powłok o ściśle określonej grubo­ści, równomiernie osadzonych, czystych, o stosunkowo dobrej przyczepności do metalu podło­ża.

Metoda chemiczna (bezprądowa) polega na zanurzeniu przedmiotów w roztworach wodnych zawierających sole osadzanego metalu. W czasie procesu następuje redukcja związ­ków metalu do stanu metalicznego i osadzanie go na powierzchni przedmiotu obrabianego. Metoda ta znalazła zastosowanie przede wszystkim na osadzaniu powłok niklowych.

Metoda zanurzeniowa (ogniowa) polega na zanurzeniu przedmiotu w roztopionym metalu. Jest ona stosowana do pokrywania przede wszystkim dużych powierzchni, gdzie nie jest wymagana ściśle określona grubość powłoki (np. konstrukcje stalowe). Najczęściej używanymi metalami na powłoki w tej metodzie są: cynk, cyna, ołów i aluminium.

Metoda natryskowa (metalizacji natryskowej) polega na nakładaniu metalu, który za pomocą specjalnego aparatu (tzw. pistoletu metalizacyjnego zostaje stopiony i rozpylony). Cząstki metalu wyrzucone z dużą szybkością osiadają na powierzchni przedmiotu, przylegają do niej i wzajemnie do siebie, tworząc powlokę. Metalizację natryskową stosuje się dla ochrony powierzchni przed korozją bądź działaniem czynników chemicznych, dla nadania specjalnych własności (np. zwiększenie odporności na ścieranie bądź zwiększenie własności ślizgowych itp.) oraz do regeneracji części. Należy zwrócić uwagę, że powłoki natryskiwane ustępują pod względem szczelności innym warstwom, co może mieć znaczenie w przypadkach ochrony przed korozją (dotyczy to szczególnie powłok katodowych, o czym będzie mowa w punkcie następ­nym).

Metoda mechaniczna (zwana platerowaniem) polega na zawalcowaniu powierzchni prętów blach lub kęsów blachą (lub folią) z metalu stanowiącego powłokę. W praktyce metoda ta jest stosowana do zabezpieczenia przeciw korozji oraz w celu nadania takich własności, jak np. polepszenie przewodnictwa elektrycznego. Jako powłoki stosuje się miedź, aluminium, nikiel oraz stal nierdzewną.

Metoda napawania polega na nałożeniu warstwy materiału o innych własnościach niż materiał przedmiotu bądź też materiału o tych samych własnościach. Ten ostatni przypadek ma miejsce w przypadku regeneracji i naprawy zużytych części maszyn.

Powłoki niemetalowe - konwersyjne. Powłoki te otrzymuje się metodą che­miczną (przez zanurzenie w roztworze) lub elektrochemiczne (przez zanurzenie połączone z użyciem zewnętrznego źródła prądu). Do najczęściej stosowanych procesów wytwarzania powłok konwersyjnych należy zaliczyć:

• oksydowanie anodowe lub chemiczne,

• fosforowanie,

• chromianowanie.

Oksydowanie lub utlenianie żelaza i stali polega na obróbce powierzchni w roztwo­rach wodorotlenku sodowego lub w stopionym ługu sodowym. W wyniku tej operacji uzyskuje się warstwę tlenków o barwie brunatnej i czarnej lub niebiesko - czarnej, którą dodatkowo zabezpiecza się za pomocą natłuszczania.

Fosforowanie polega na wytwarzaniu na powierzchni stali lub cynku i jego stopów warstwy fosforanów. Warstwę tę uzyskujemy przez zanurzenie przedmiotu w roztworach wod­nych zawierających kwas fosforowy, fosforany żelaza i manganu (parkeryzacja) lub miedzi i żelaza (bonderyzacja). Dla zwiększenia odporności przed korozją powierzchnie fosforowane powieka się smarem lub lakierem. Fosforowanie stosuje się również w celu zmniejszenia zuży­cia powierzchni w procesach kształtowania metali metodą plastyczną (np. wyciskanie, tłoczenie na zimno itp.).

Chromianowanie polega na wytworzeniu na powierzchni tlenków chromu i pokry­wanego metalu. Proces przeprowadza się metodą chemiczną (przez zanurzenie w roztworze zawierającym dwuchromiany) bądź metodą elektrochemiczną. Metoda ta znalazła zastosowanie dla ochrony przed korozją przedmiotów wykonanych z miedzi, mosiądzu, cynku i aluminium.

14

---