Для повышения эксплуатационных характеристик деталей широкое распространение получили различные способы поверхностной упрочняющей обработки, среди которых свое место занимает и вибрационно-упрочняющая обработка (виброупрочнение).
Виброупрочнение характеризуется ударным воздействием рабочего тела (шарики, ролики) с частотой и амплитудой, зависящей от свойств обрабатываемых материалов. В результате формируются остаточные напряжения сжатия, деформационное упрочнение и шероховатость определенной величины [1].
При использовании шариков малого диаметра (меньше 1 мм), вследствие небольшой кинетической энергии, создаются остаточные напряжения сжатия небольшой величины. Зато их максимум σmax располагается ближе к поверхности (рис. 1, а). Это создает больший сжимающий момент, уменьшая растягивающий, являющийся причиной развития усталостных трещин. Когда же используются крупные шарики, величина сжимающих остаточных напряжений растет, однако их максимум располагается на некотором углублении Δxσmax ближе к центру изгиба, снижая эффект (рис. 1, б) [2].
Соединить положительные свойства крупных и мелких шариков позволяет их смесь [3]. В результате ее использования формируется более мощная эпюра остаточных напряжений большой величины, глубины и максимумом у поверхности (рис. 2).
Для реализации этого способа сконструирована и изготовлена лабораторная установка (рис. 3), имеющая следующие характеристики:
• частота колебаний вибробункера с плавным изменением величины — до 45 Гц;
• амплитуда колебаний вибробункера со ступенчатым изменением величины: • осевое направление — до 35 мм;
• тангенциальное и радиальное направление — до 10 мм;
• нагрев камеры — до 800 °С;
• охлаждение камеры — до -60 °С;
• вакуумирование камеры — до -0,001 МПа;
• объем камеры — 1030 см3;
• электропитание двигателя — 380 В;
• электропитание вакуумного насоса — 220 В.
В состав установки входит трехфазный асинхронный двигатель 1 с преобразователем частоты для плавной регулировки угловой скорости (рис. 3). Крутящий момент двигателя передается кривошипно-шатунным механизмом 2, эксцентриситет которого изменяется ступенчато, что дает возможность регулировать амплитуду колебаний вибробункера 3. Последний располагается в корпусе 4, пустоты которого могут заполняться двуокисью углерода (сухой лед) с целью охлаждения камеры. Корпус колеблется на восьми шарнирах 5 в трех плоскостях.