Скорость изнашивания цементированных цилиндров перфораторов ПР20, I1T29 и ПА23 находятся в пределах2 от 0,04 до 0,14 мк/час. Поршневая часть ударника изнашивается несколько быстрее (0,06—0,26 мк/час). При максимальной скорости образования зазора (0,4 мк/час) перфоратор сможет проработать всего 600—700 час, после чего производительность бурения дойдет до недопустимо низкого уровня.

Как видно, за единичным исключением цилиндры изготовляются из цементированных сталей.

Цилиндры некоторых типов перфораторов можно было бы изготовлять из ковкого или высокопрочного чугунов, если бы не было опасения, что чугунные цилиндры не смогут выдержать случайных ударов при эксплуатации

Согласно данным И. А. Бегагоена, износостойкость цилиндров перфораторов повышается 2 в 2 раза и более при покрытии поверхности пористым хромом (толщина слоя до 0,12 мм). Снижение скорости изнашивания при хромировании цилиндров объясняется, по-видимому, не только собственно высокой износостойкостью хрома, но и наличием пор. Частицы абразива, попадая в углубления поверхности, выводятся тем самым из зоны фрикционного контакта. Положительная роль сетки углублений при абразивном изнашивании была установлена, в частности, при испытании плунжеров глубинных насосов. При большом количестве абразивных частиц поверхности с накатанными углублениями показали повышенную на 30—50% износостойкость.

Срок службы ударника ручных перфораторов чаще всего лимитируется не износом поршневой части, а износом и разрушением торца (осуществляющего удар по инструменту). Наряду с этим наблюдаются также разрушения этой детали преимущественно по сечению в месте окончания шлицев и в местах перехода диаметров отверстий.

Преждевременное разрушение торца ударника происходит по следующим причинам. В случае недостаточно высокой твердости сердцевины цементированных деталей и, особенно, при наличии серьезных дефектов в структуре упрочненного слоя (грубые скопления или сетка цементита) происходит образование трещин в цементированном слое, а вслед за этим — полное разрушение торцовой части ударника. Если такой ударник продолжает почему-либо работать, то в результате большого числа ударов о хвостовик бура происходит усиленный наклеп относительно мягкой стали и ее изнашивание вследствие «перенаклепа». При этом в торце может образоваться глубокое отверстие, показанное на рис. 2.

Для изготовления поршней-ударников на отечественных заводах применяются легированные цементируемые стали, а на зарубежных предприятиях — преимущественно инструментальные стали. С применением сталей этих двух групп возможно получение долговечных ударников при соблюдении определенных требований. При здоровой структуре цементированного слоя твердость сердцевины не должна быть ниже 35—40Rc. Необходимо соблюсти также ряд условий, определяющих достаточно высокую усталостную прочность ударника (в основном устранение различных концентраторов напряжений).

Опыты по местному упрочнению торца ударника — наплавкой, запрессовкой специальных вставок и пр., до сих пор не были успешными.

Рис. 1. Поршень-ударник перфоратора с разрушенной торцовой

Рис. 2. Износ торцовой части поршня-ударника после разрушения цементированного слоя

Для того чтобы правильно решить вопрос о повышении срока службы храпового стержня и спиральной гайки, необходимо прежде всего установить, что первая из названных деталей является более дорогой и должна поэтому изнашиваться медленнее, чем гайка. В этом случае можно предположить две возможности решения задачи. Стержень и гайка в первом варианте должны иметь одинаковую и очень высокую износостойкость, обеспечивающую заданный срок службы узла в целом. Твердость деталей имеет значение не только как косвенный показатель прочности материала, но и в связи с возможным ее влиянием на режим трения. Отдельные заводы за рубежом изготовляют детали поворотного механизма из цементированных сталей. При таком Исполнении деталей резко повышаются требования в отношении точности и чистоты обработки поверхностей, становится необходимой очень хорошая приработка деталей и достаточно высокая техника смазки в эксплуатации.

Второй вариант реализуется проще, по имеет ряд практических неудобств. Гайка, как деталь менее дорогая, изготовляется из материала, не обладающего особо высокой износостойкостью, но зато и не вызывающего усиленного износа храпового стержня. В качестве такого материала чаще всего применяются хорошие сорта бронзы (например, оловянно-фосфористые). В комплект к молоткам прилагается необходимое количество запасных гаек, замена их в эксплуатации не встречает больших затруднений. Меньшее тепловыделение при трении, лучший отвод тепла бронзовой гайкой так же, как и благоприятное соотношение износостойкости материалов сопряженных деталей, обеспечивают длительную сохранность стержня и простое восстановление работоспособности молотка путем замены изношенной гайки.

Рис. 3. Изношенная поверхность храпового стержня после работы со стальной гайкой:
1 — трещины на изношенной поверхности; 2 – следы механической обработки

Изготовление гаек из стали Ст. 45 с твердостью около 24—29 Rc (завод «Пневматика») или 42—48 Rc (завод «Коммунист» является паллиативным, неполноценным решением вопроса о повышении срока службы узла храпового механизма (стальные гайки работают 100—150 час и выводят храповые стержни из строя за 300—350 час).

При повышении твердости гаек свыше 40 Rc скорость изнашивания храпового стержня резко возрастает. Объясняется это, по нашему мнению, в основном геометрическими несовершенствами контакта рассматриваемых деталей. Кроме того, что точность изготовления стержней и гаек не является достаточной (после закалки эти детали механически не обрабатываются), в этом сопряжении происходит также компенсация неточностей изготовления и сборки других деталей перфоратора. Большие перекосы трущихся поверхностей обусловливают высокий уровень фактических напряжений на фрикционных контактах. Из-за большой твердости деталей приработка (происходящая в эксплуатации при полной нагрузке) не может происходить нормально. Энергичное механическое воздействие при большом выделении тепла приводит к разупрочнению поверхностных слоев, очевидно, задолго до завершения процесса приработки.

Из изложенного следует, что выбор материалов и методов упрочнения для храповых стержней и спиральных гаек связан с конструктивными особенностями узла и технологическими возможностями завода-изготовителя. Оба рассмотренных варианта могут дать, по-видимому, равноценные результаты в отношении сроков службы деталей, но требуют разных подходов к их реализации.

Храповая букса и собачки. Износ зубьев буксы и собачек происходит в результате хрупкого разрушения 2 или перенаклепа поверхностного слоя (в зависимости от свойств материала). Большинство зарубежных заводов изготовляет собачки из цементируемых сталей, отечественные предприятия используют в основном инструментальные стали (табл.59). Следует отметить, что повышение срока службы рассматриваемого узла связано не столько с подбором износостойких материалов, сколько с обеспечением удовлетворительного кинематического взаимодействия деталей. Надежная работа пружин, фиксация собачек без предварительного проскальзывания во впадине зуба буксы определяют силовой режим на фрикционных контактах. Завод «Пневматика» за счет усовершенствования геометрии зубьев и конструкции пружин достиг повышения срока службы буксы и собачек в 1,5 раза. Возможности конструктивного улучшения этого узла полностью еще не исчерпаны.

Нижняя часть поворотной буксы перфораторов и букса пики отбойных молотков (обе детали сопрягаются с хвостовиком инструмента) подвержены изнашиванию сложного вида. Процесс разрушения поверхностного слоя происходит при колебательных движениях сопряженных деталей с частотой 25—30 гц с высокой концентрацией контактных напряжений вследствие перекосов и в условиях попадания в зону трения абразивных частиц и влаги. Буксы должны хорошо противостоять не только изнашиванию, но и ударам буртика инструмента.

Использование для букс цементированных сталей при достаточной глубине упрочненного слоя и высокой твердости сердцевины позволяет получить удовлетворительные сроки службы только для перфораторов и отбойных молотков не очень высокой мощности. Более перспективно применение для букс инструментальных сталей типа 5ХГМ, Р18 и 9Х.

Дальнейшее повышение долговечности перфораторов и отбойных молотков связано с реализацией ряда прогрессивных решений, найденных конструкторскими бюро заводов-изготовителей, исследовательскими и учебными институтами.

В пневматических машинах представляется возможным более полно использовать воздух как средство разделения (смазки) трущихся деталей (поршень-цилиндр) и уменьшения жесткости соударения частей молотков. Так, в конструкции отбойного молотка типа МО-10 предусмотрен воздушный буфер между буксой и ударником, смягчающий удар последнего по стволу (в ранее выпускавшихся молотках ОМСП-5 из-за отсутствия такого буфера ствол часто разрушался).

Не используются еще возможности защиты некоторых сопряжений от износа с применением твердых смазок, прочно сцепляющихся с поверхностями деталей (например, для наружных поверхностей поворотных букс, деталей золотникового механизма и пр.).

Недостаточно распространено электролитическое хромирование, применимое не только к цилиндрам, но и к деталям золотника.

В ряде узлов пневматических машин имеются возможности успешного применения пластических масс (рукоятки, трубки пылеотсоса и пр.).