Поверхностное пластическое деформирование

Обработка металла методом поверхностного пластического деформирования, механизмы пластической деформации. Схемы калибрования отверстий. Вибронакатывание внутренних и плоских поверхностей. Виды электрофизических и электрохимических методов обработки.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) - это вид упрочняющей обработки, при котором не образуется стружка, а происходит пластическое деформирование тонкого поверхностного слоя заготовки, распространённый и эффективный способ повышения несущей способности металлических деталей машин. Применение ППД позволяет эффективно влиять на повышение долговечности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, трения и воздействия коррозионных сред и имеющих концентраторы напряжений, места посадок с гарантированным натягом.

При резком снижении объемов производства металла в нашей стране решающим источником удовлетворения потребностей промышленности становится ресурсосбережение. Долговечность и надежность металлопродукции, оборудования, деталей машин, инструмента в первую очередь определяется состоянием поверхности и поверхностных слоев, являющихся местом зарождения трещин при нагружении и коррозионных процессах. Природа и состояние поверхности в значительной мере определяют адгезию и фрикционное взаимодействие, приводящие к схватыванию металлов в твердой фазе в процессе обработки давлением.

Влияние поверхностного слоя на свойства материалов было отмечено еще на ранней стадии развития материаловедения. Особо следует отметить роль поверхности в процессах пластической деформации. К ранним исследованиям в этой области относятся работы А.Ф. Иоффе, П.А. Ребиндера, А.В. Степанова, Н.Н. Давиденкова и др. Вопросы состояния поверхности и процессов трения, износа, схватывания твердых тел, усталостной прочности, защиты и модификации поверхности, механики обработки давлением, производства композиционных материалов тесно взаимосвязаны.

Целью реферата является рассмотрение основных видов ПДД, а именно:

обкатывание и раскатывание поверхностей заготовок;

калибрование отверстий;

вибронакатывание;

алмазное выглаживание;

наклепывание инструментами центробежно-ударного действия.

1. Обработка методом поверхностного пластического деформирования

Пластическое деформирование поверхностных слоев осуществляется с помощью различных методов, которые условно можно разделить на две группы. К первой следует отнести такие способы, которые предполагают создание деформационного усилия от инструмента путем непрерывного контакта с деталью, ко второй - способы, при которых производится ударное действие на деталь рабочих тел или инструмента. Несмотря на различие методов ППД их объединяет общность основных процессов и воздействий на состояние металла и обрабатываемой поверхности.

Одним из наиболее важных результатов ППД является возникновение в поверхностном слое металла остаточных напряжений сжатия. Причина их возникновения заключается в том, что при пластической деформации поверхностные слои металла увеличиваются в объеме, однако этому препятствуют нижележащие слои. В результате первые оказываются под воздействием остаточных напряжений сжатия, а вторые - под воздействием остаточных растягивающих напряжений. ППД также изменяет микрорельеф поверхности и улучшает физико-механические свойства поверхностного слоя за счет повышения твердости, предела текучести и сопротивления отрыву.

Эти изменения происходят в результате движения, размножения и взаимодействия дефектов кристаллов (дислокации, дефекты упаковки, скопления точечных дефектов и др.). Существует одиннадцать возможных механизмов пластической деформации, которые можно подразделить на три основные группы. В первую группу входят сдвиговые процессы, во вторую - диффузионные, в третью - процессы пластической деформации, вызванные относительным перемещением зерен, блоков зерен и границ, или так называемые периферийные процессы.

Обработка ППД могут подвергаться либо все поверхности деталей, в том числе и концентраторы напряжений (отверстия, пазы), либо только участки концентраторов. Эффективность упрочнения в обоих случаях примерно одинакова и практически определяется режимами обработки зон концентрации напряжений.

В процессе ППД контролируют силовые параметры метода и режимы обработки. Соблюдение режимов должно обеспечить стабильность и требуемое качество поверхностного упрочнения. Форму и размеры деталей контролируют с учетом возможного коробления поверхностей (например, изменения диаметра упрочнению отверстия по длине). Интенсивность обработки контролируют по связанным с ней изменениям физико-механического состояния поверхностных слоев. Контроль производят по образцам различных форм и размеров. Наиболее часто в качестве образцов используют плоские пластины и кольца. Интенсивность обработки отверстий или наружных цилиндрических поверхностей контролируют о деформации колец после их разрезки абразивным кругом толщиной до 1 мм. Число образцов зависит от конфигурации обрабатываемых поверхностей, предъявляемых к ним требований, качества и должно быть не менее трех.

Существует классификация методов обработки деталей ППД:

Формообразующие методы: накатывание наружных резьбовых поверхностей, выкатывание внутренней резьбы, накатывание зубьев зубчатых колёс, накатывание шлицев.

Калибрующие методы: дорнование цилиндрических отверстий, дорнование фасонных отверстий

Сглаживающие методы: выглаживание поверхностей, обработка металлическими щётками.

Упрочняющие методы: пневмодробеструйная обработка, дробеметная обработка, гидродробеструйная обработка, пневмодинамическая обработка, ударно-барабанная обработка, ударно-импульсная обработка, вибрационная ударная обработка, центробежно-шариковая обработка вибрационными эксцентриковыми и ультразвуковыми упрочнителями, упрочняющая чеканка.

Ряд методов обработки в дальнейшем будет рассмотрен поле подробно.

1.1 Обкатывание и раскатывание поверхностей заготовок

Обкатыванием и раскатыванием отделывают и упрочняют цилиндрические, конические, плоские и фасонные наружные и внутренние поверхности.

Сущность этих методов состоит в том, что в результате давления поверхностные слои металла, контактируя с инструментом высокой твердости, оказываются в состоянии всестороннего сжатия и пластически деформируются. Инструментом являются ролики и шарики, перемещающиеся относительно заготовки. Микронеровности обрабатываемой поверхности сглаживаются путем смятия микровыступов и заполнения микровпадин.

Обкатывают, как правило, наружные поверхности, а раскатывают внутренние цилиндрические и фасонные поверхности. При обкатывании роликами основными параметрами режима упрочнения являются давление в зоне контакта с роликом, число его проходов, подача и скорость обкатывания. Глубину деформированного слоя определяет давление.

К вращающейся цилиндрической заготовке подводят закаленный гладкий ролик-обкатки, который под действием рабочего давления деформирует поверхность. Движение продольной подачи позволяет обрабатывать всю заготовку. Аналогичным инструментом обрабатывают элементы заготовок, но с поперечным движением. При раскатывании ролик-раскатку закрепляют на консольной оправке. Более совершенна конструкция инструмента с несколькими роликами. Для обеспечения значительной однородности форм микронеровностей используют разнообразные конструкции инструментов, различающихся числом и формой деформирующих частей (роликов, шариков). Наилучшие результаты обеспечивают инструменты, на которые силы передаются через упругие элементы. Этим достигаются постоянные условия обработки в любой точке обрабатываемой поверхности. Сила может регулироваться.

Для обработки поверхностей обкатыванием и раскатыванием чаще всего используют токарные или карусельные станки, применяя вместо режущего инструмента обкатки и раскатки. Суппорты обеспечивают необходимое движение подачи. Раскатки можно устанавливать в пиноли задних бабок. Глубокие отверстия раскатывают на станках для глубокого сверления. Так как нагрев заготовок в местах контакта с инструментом незначителен, охлаждения не требуется. Для уменьшения трения используют смазывание веретенным маслом или керосином. Обкатыванием и раскатыванием лишь в незначительной степени исправляют погрешности предшествующей обработки. Поэтому предварительная обработка заготовок должна быть точной с учетом смятия микронеровностей и изменения окончательного размера детали. Решающее значение в достижении необходимого качества поверхностного слоя имеет давление на поверхность. Чрезмерно большое давление так же, как и большое число проходов инструмента, разрушает поверхность и может привести к отслаиванию ее отдельных участков.

На рис. 1 показаны схемы обкатки и раскатки поверхностей роликами и шариками. Из схем следует, что обработка обкатыванием и раскатыванием применима для цилиндрических, фасонных и плоских поверхностей, галтелей, поперечных и продольных канавок. Но так как процесс обработки сопровождается значительными давлениями, то поэтому рекомендуется применять многороликовый инструмент, при котором действие сил уравновешивается. Однороликовыми обкатками можно пользоваться, но только при очень жесткой конструкции детали.

1.2 Калибрование отверстий

Такая обработка осуществляется без снятия стружки с заготовки. Пластическое деформирование поверхностей выполняется с заданной точностью и шероховатостью. Основными наиболее распространенными процессами пластического деформирования являются калибрование, обкатывание и раскатывание, алмазное выглаживание, наклепывание инструментами центробежно-ударного действия.

Рис. 1. Обкатывание и раскатывание поверхностей: а) - обкатывани...