Опубликовано: 10, 06, 2013

Применение поверхностного пластического деформирования



Применение поверхностного пластического деформирования отрасли

В технологии изготовления деталей машин, инструмента и оснастки МО Пд находят широкое применение. Диапазон их использования охватывает практически все стадии технологического процесса: от заготовительных операций до финишных. Так, на стадии получения заготовок используется калибрование и волочение с целью приближения размеров и формы заготовки к размерам детали; этим же целям служат правка, рихтовка, деформационное старение.

На стадии промежуточной и окончательной обработки применяют калибрование, резьбо- и зубонакатывание, чеканку, холодную высадку.

На завершающей стадии применяют: обкатывание и раскатывание, виброударный, виброконтактный, дробеструйный наклеп, выглаживание, формообразование поверхностным пластическим деформированием (ППД) тонкостенных деталей (панели, обшивка и т. п.), отделочно-упрочняющая обработка с использованием ультразвуковых колебаний.

Среди обрабатываемых материалов — стали различных характеристик (конструкционные, легированные, инструментальные, нержавеющие и жаропрочные), чугуны, алюминиевые и титановые сплавы, твердые сплавы, медные и магниевые сплавы.

В отдельных случаях встречается применение рассматриваемых методов при обработке деталей из пластмасс.

Различные МО Пд могут применяться для обработки практически любой из типовых поверхностей, образующих своими различными сочетаниями форму любой детали: плоские, цилиндрические и конические (наружные и внутренние, гладкие и ступенчатые), сплошные и прерывистые, сквозные и глухие; фасонные, резьбовые, шлицевые, зубчатые. Форма и размеры заготовок и деталей, подвергаемых обработке методами Пд, также охватывают широкий диапазон: от относительно небольших, с размерами в пределах 20-100 мм (элементы режущих инструментов, оси втулочно-роликовых цепей, детали подшипников, поршневые пальцы двигателей, лопатки турбин, зубчатые колеса и т. п.), до весьма внушительных, протяженностью до 10000- 25000 мм (направляющие станин и прессов, панели и пояса лонжеронов самолетов и вертолетов, штоки и стойки, трубы и валы и др.). Следует также отметить большую группу деталей средних размеров: коленчатые и распределительные валы двигателей, шатуны и цилиндры, стойки и цилиндры шасси, зубчатые колеса, лопатки турбин, лопасти гребных и воздушных винтов и многие другие. При этом наибольший объем применения методов обработки ППД относится к окончательной стадии технологического процесса изготовления деталей.

Основой рассматриваемой группы МО является пластическое деформирование материала обрабатываемой заготовки в пределах нагрузок, не вызывающих его разрушения и удаления в виде стружки, а сопровождаемое лишь перемещением (перераспределением) материала. При этом в зависимости от объема материала, охватываемого пластической деформацией, процесс обработки может сопровождаться изменением формы и размеров заготовки или деформацией лишь тонкого поверхностного слоя и изменением его физико-механических свойств (твердости, остаточных напряжений, структуры), а также шероховатости поверхности. Несмотря на различие методов ППД их объединяет общность основных процессов и воздействий на состояние металла и обрабатываемой поверхности.

Физические закономерности деформации поверхностных слоев весьма сложны и существенно отличны от кинематики макродеформации в объемных слоях. Однако в целом процесс можно рассматривать как механический, представляющий собой процесс взаимного перемещения частиц деформируемого тела. В результате перемещения частиц в поверхностном слое при деформировании происходят сложные физико-механические процессы, приводящие к существенным изменениям в металле.

Одним из наиболее важных результатов обработки ППД является возникновение в металле остаточных напряжений сжатия. Причина его возникновения заключается в том, что при пластической деформации поверхностные слои металла увеличиваются в объеме, однако этому препятствуют нижележащие слои (в силу сплошности материала). В результате первые оказываются под воздействием остаточных напряжений сжатия, а вторые — под воздействием остаточных растягивающих напряжений.

При обработке ППД изменяется микрорельеф поверхности и улучшаются физико-механические свойства поверхностного слоя за счет повышения твердости, предела текучести и сопротивления отрыву.

Пд вызывает повышение физико-механической активности поверхностных слоев, снижение тепло- и электропроводности металла. Основные параметры наклепанного в процессе ППД слоя (глубина наклепанного слоя, твердость, величина остаточных напряжений, характеристики микрорельефа и др.) зависят от принятой схемы деформирования и характеристик материала обрабатываемой детали. Так, например, закаленные углеродистые и легированные стали наклепываются на меньшую глубину по сравнению с малоуглеродистыми, однако величина остаточных напряжений у них значительно выше.
Достигаемый при ППД эффект упрочнения деталей по-разному проявляется при различных видах нагружения.

ППД приводит к значительному увеличению долговечности деталей машин. Методы ППД позволяют значительно повысить предел выносливости стальных деталей, работающих в коррозионно-активных средах при умеренной длительности циклических нагружений. Это объясняется уплотнением поверхностного слоя и закрытием макропор для проникновения активных сред в глубь металла.

Упрочнение поверхностного слоя деталей пластическим деформированием способствует повышению износостойкости трущихся поверхностей за счет изменения механических свойств и микрорельефа поверхностного слоя.

Оставить комментарий