Характеристика способов пластической деформации при восстановлении

СПОСОБЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Надежность и ресурс деталей машин в основном определяется качест­венным состоянием их поверхностного слоя, являющимся носителем конст­руктивных, технологических и эксплуатационных концентраторов напряже­ний, величина и характер которых представляют усталостное разрушение конструкции в эксплуата­ции.

Наиболее существенными с точки зрения эксплуатации свойствами по­верхностного слоя деталей являются шерохова­тость, твердость и уровень ос­таточных напряжений.

Требуемые параметры качества поверхности и практически все важнейшие эксплуатационные свойства деталей машин могут быть обеспечены процессами упрочнения их методом поверхностного пластического деформирования (ППД), максимально проявляющими потенциальные возможности материала.

Все существующие и перспективные (разрабатываемые или подлежащие разработке) способы упрочнения с применением ППД в зависимости от формы и размеров детали, их прочности и жесткости, технологического процесса и кинематической схемы обработки, требований к точности и качеству обрабатываемых поверхностей, вида деформирующих элементов, характером их контакта с обрабатываемой поверхностью и характер производ­ства подразделяется, с определенной степенью условности, на три укрупненных класса - статические, динамические и комбини­рованные способы упрочнения [2,4].

Основные факторы, от которых зависит величина пластиче­ской деформации, определяющей степень упрочнения металла, следующие:

1) сила давления инструмента на обкатываемую поверхность (удельное давление);

2) геометрия инструмента (его форма, размеры);

3) качество материала инструмента;

4) химико-физические свойства обкатываемой поверхности;

5) исходная шероховатость обкатываемой поверхности;

6) подача;

7) скорость.

Выбор силы давления инструмента зависит от следующих факторов: физико-механических свойств обрабатываемого материала (пре­дел текучести, твердость, допустимая величина обжатия и др.), состояния обкатываемой поверхности и ее микрогеометрии, формы и размеров детали и деформирующего инструмента.

Подача при обкатывании устанавливается, исходя из требуемой шероховатости. На шероховатость изделия после упрочнения большое влияние оказывает обрабатываемый материал, профильный радиус сферического шарика и число проходов, что очень важно при отделочных работах.

Данные о величине подачи на ролик при обкатывании различных обрабатываемых материалов приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Подача на ролик

Обрабатываемый материал	Требуемая шероховатость поверхности	Подача s, мм/об
Сталь, алюминиевые и магниевые сплавы	0,1 Rz	0,1—0,3
Бронза, латунь	3,2—1,6 Rz	0,2—0,4
Сталь	10 — 6,3 Rz	0,4—0,5
Чугун	10 — 6,3 Rz	0,1—0,2

Примечание. Меньшие подачи рекомендуется применять для получения поверхностей с меньшей шероховатостью при более грубой исходной шерохова­тости и недостаточной жесткости деталей.

Простыми деформирующими инструментами производят обработку по трем схемам:

- вращается изделие, инструмент от вращения закреплен;

- вращается инструмент, изделие от вращения закреплено;

- вращается инструмент и изделие.

Ротационный инструмент делится на следующие четыре группы:

- однороликовые инструменты для обкатывания наружных цилиндрических, плоских и торцевых поверхностей;

- двухроликовые приспособления для обкатывания наружных цилиндрических поверхностей;

- трехроликовые приспособления для обкатывания валов малой жесткости.

- многороликовые инструменты для чистового обкатывания наружных цилиндрических поверхностей.

В большинстве случаев для обкатывания используют универсальные металлорежущие станки, на которых иногда возможно совмещать подготовительную обра­ботку резанием и обкатывание. Наибольшее применение для обкатывания наружных и внутренних цилиндрических, торцовых, сферических и конусных поверхностей получили станки токарной группы: токарно-винторезные, револьверные, карусельные, токар­ные автоматы. Затем идут вертикально-сверлильные, фрезерные, расточные и строгальные станки. Используют агрегатные станки и станки некоторых других типов. Во многих случаях универ­сальные станки модернизируют, увеличивая силы нагружения, оснащая их механизмами быстрого подвода и отвода инструмен­тов, ориентирования, а также оснащения зажимными и другими устройствами.

Дорнование. Сущность процесса состоит в протягивании шарика или дорна через отверстие, диаметр которого несколько меньше диаметра инструмента. При протягивании происходит пластическое деформирование стенок отверстия, в результате чего изменяется форма и размеры отверстия, происходит упрочнение поверхност­ного слоя и уменьшается шероховатость.

Основным параметром, определяющим результаты обработки отверстий является натяг. Величина его равна разности диаметров дорна и отверстия до обработки, с ростом натяга возрастают твердость наклепанного слоя и уменьшается шероховатость поверхности.

Обработка отверстий шариками обеспечивает получение шероховатости Rz = 0,4...0,2 мкм и со степенью наклепа до 60 %, при работе дорнами с цилиндрическим пояском достигается шероховатость Rz = 0,8...0,4 мкм.

При обработке деталей из высокопрочных сталей в качестве смазки рекомендуется применять растительные масла, из угле­родистых сталей — индустриальные смазки, а из чугуна — очищенный глицерин.

Алюминий и алюминиевые сплавы удовлетворительно обраба­тываются со смазками: мыльной водой, смесью минеральных и растительных смазок и жиров (ланолин, сало), добавляемых до 30 %, минеральными маслами с наполнителями (графит).

Сплавы на медной основе целесообразно обрабатывать некоторыми сортами минеральных масел или эмульсиями.

При обработке вязких материалов скорость дорнования должна быть 2—5 м/мин, а при дорновании менее пластичных материалов 6—7 м/мин.

Дробеструйный способ. Сущность дробеструйного способа упрочнения заключается в направлении потока дроби на обрабатываемую деталь.

Главным преимуществом указанного способа является его высокая технологичность и универсальность, обеспечивающие возможность обработки любых сложнофасонных поверхностей деталей, режущего, штампового инструмента без точного базирования и применения дорогостоящего оборудование.

Детали после механической и термической обработки подвер­гаются «бомбардировке» дробью. Последняя, отбрасываемая ло­патками или воздушной струей (дробеструйная обработка), ударяется о поверхность детали со скоростью 20—90 м/с.

Упрочнение поверхностного слоя металла осуществляется на глубину 0,2—0,6 мм.

Для осуществления обработки дробью в настоящее время получили широкое распространение дробеметы различных кон­струкций (2М392, 2М393, ДУ-1, 87053, 378, Б-6 и Б-9, ДК-10М, 372, 323М и др.).

Эффективность во многом зависит от угла падения дроби на обрабатываемую поверхность, а это часто определяется конфи­гурацией детали. Изделия могут представлять собой всевозмож­ные сочетания плоских, выпуклых и вогнутых поверхностей. Кроме того, детали могут находиться в поступательном и вращательном движении по отношению к потоку дроби. Оптимальным углом падения, при котором достигается наи­высшая эффективность обработки считается угол, близкий к 90°.

Увеличение размера дроби приводит к повышению шероховатости поверхно­сти и росту остаточных напряжений сжатия, глубины наклепа и механических свойств поверхностного слоя. Шероховатость по­верхности увеличивается с ростом скорости и диаметра дроби с увеличением твердости обрабатываемой детали.

Практически в результате дробеструйной обработки может быть получена ше­роховатость Rz =20...6,3 мкм.

В деталях, имеющих глубокие надрезы и закрытые трещины, обработка дробью мало эффективна.

Обработка дробью по сравнению с другими видами поверхностного упрочнения имеет ряд технологических и экономиче­ских преимуществ. Наиболее важными из них являются: высокая производительность, низкие затраты на оборудование, удобство эксплуатации, значительная эффективность процесса.

В настоящее время дробью обрабатывают следующие детали: клапанные пружины, рессоры автомобилей, шестерни коробок передач и заднего моста (конические и цилиндрические), пру­жины подвески, всевозможные валы, полуоси, штанги, шатуны поршневые пальцы, коромысла клапанов, пальцы, поворотные кулаки, крестовины кардана, звенья цепей, поршни, картеры, блоки цилиндров, гильзы, сварные соединения, болты, шпильки, втулки, подшипники, режущий инструмент, штампы и т.д.

Наиболее эффективна дробеструйная обработка деталей после цементации, цианирования или после закалки с нагрева токами высокой частоты. Такое сочетание обработки обычно называют комплекс-упрочнением.

Наряду с преимуществами обработка сухой дробью имеет существенные недостатки как эксплуатационные, так и связан­ные с физическими условиями протекания процесса упрочнения:

1) высокие локальные температуры (до 600—650 °С);

2) относительно высокая шероховатость обработанной повер­хности;

3) активный перенос материала дроби на обрабатываемую поверхность, особенно опасный с точки зрения коррозионной стойкости для некоторых цветных сплавов;

4) нестабильность режима упрочнения из-за износа дроби.

Пневмодинамическое упрочнение. Одним из наиболее простых, экономических и универсальных методов упрочнения ППД. Для осуществления процесса используются эжекторные установки, в которых потоку дроби сообщается скорость за счет эжектирования ее воздухом.

В пневматических установках обработка осуществляется сухой стальной или чугунной дробью диаметром 0,9—1,6 мм. Скорость полета дроби достигает 70 м/с. При этом глубина наклепанного слоя составляет 0,2—0,5 мм, шероховатость поверхности Rz = 40...20 мкм. Упрочнение производится при давлении сжатого воздуха 0,245—0,441 МПа.

Устройства для ПДУ изготавливаются двух типов: стационарные (пневмокамеры) и в виде пневмопистолетов.

Роторное упрочнение дробью. Принцип действия роторных дробеметных установок заключается в том, что дробь диаметром от 0,4 до 2,0 мм, попадая во вращающееся роторное колесо, под действием центробежных сил отбрасывается к его периферии, создавая тем самым направленный поток, который и наклепывает поверхность обрабатываемой детали.

Упрочнение микрошариками. Для обеспечения небольшой толщины упрочненного слоя с максимумом сжи­мающих остаточных напряжений рекомендуется применять обработку микрошариками. Заданный уровень напряжений обеспечивается режимом обработки, перенаклеп кромок исключается их притенением.

При упрочнении деталей из специальных сплавов используют пневмодробеструйную обработку. В качестве дроби при этом применяются стеклошарики диаметром 0,8—1,2 мкм, исключающие коррозию обрабатываемых деталей, имеющую место при использовании стальной дроби из-за возникновения гальванической пары Fe-Mg.

Разновидностью дробеструйной обработки является обработка потоком ледяных шариков. Она применяется для деталей из легких сплавов для предотвращения повреждения поверхности, которое может возникнуть при обработке стальной дробью, разрушающейся в результате многократного использования. В камеру, оснащенной холодильной установкой, подается вода, которая охлаждается, гранулируется и специальным уст­ройством выбрасывается из камеры на обрабатываемую поверх­ность. Этот способ может входить составной частью в комбини­рованный термомеханический способ упрочнения деталей, рабо­тающих в условиях изгиба с кручением.

Чеканка. Сущность метода заключается в том, что с помощью специ­ального приспособления по упрочняемой поверхности наносят удары. Инструмент состоит из ударника с бойком, причем приспособления могут быть пневматического, электрического и механического типов. Обычно применяются бойки в виде ролика с профильным радиусом 3—5 мм.

Пневматические чеканочные приспособления изготовляются на основе пневматических молотков МО-10, СМ-3, РМ-6; чеканочные приспособления с электромеханическим приводом устанавливаются на токарных станках.

Для упрочнения сварных швов применяют бойки в виде пучка проволочек диаметром 2—3 мм.

Частота ударов бойка по обрабатываемой поверхности может регулироваться в пределах 750—1 500 в минуту путем изменения скорости вращения ротора электродвигателя вариатором напря­жения. Сравнительно небольшая энергия удара, развиваемая приспособлением, позволяет осуществлять наклеп на глубину до 3 мм.

Особенно эффективным применение упрочняющей чеканки является в следующих случаях:

1) при упрочнении внутренних углов шпоночных канавок, шлицевых и других прорезей и подрезов;

2) при упрочнении галтелей у основания зубьев цилиндриче­ских, конических и червячных колес;

3) при упрочнении галтелей, канавок и выточек на внутренних поверхностях деталей;

4) при упрочнении острых кромок или фасок отверстий;

5) при упрочнении конструктивных концентраторов напряже­ний на больших и малых деталях сложной формы.

Упрочняющее точение. Восстановление изношенных деталей методом упрочняющего точения, используемым как окончательная обработка деталей, позволяет повысить износостойкость деталей в 1,5 раза при одновременном увеличении усталостной прочности по сравнению со шлифованными.

Режим обработки: Vp=15,7 м/мин, V2=31,4 м/мин, V3=78,5 м/мин, s₁=s₂=s₃=0,07 мм/об, t=0,3 мм.

Резец g=-45°, a=8°, j=30°, e=90°, r=2,0 мм.

Возникающий при упрочняющем точении нагрев (до закалочных температур) обеспечивает возможность проведения значительной деформации поверхностного слоя.

Дата добавления: 2015-05-06