Поверхностное пластическое деформирование реферат

Обновлено: 03.07.2024

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, работающихв 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 впервую 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 былоотмечено 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 обработкидавлением, 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, ковторой – 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 втом, 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 повышениятвердости, 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.

Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.

Связанные рефераты

. Перевозка людей 22.1. Перевозка людей в кузове грузового автомобиля должна осуществляться водителями.

. обязанности велосипедистов 8.Ответственность за нарушения ПДД 1.Состояние.

. Постановление Правительства Республики Казахстан от 25 ноября 1997 года № 1650 Об утверждении Правил.

. водителя нет для предъявления необходимых документов (по ПДД, п. 2.1.1);- имеет место.

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

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	28.01.2012
Размер файла	222,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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;

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) - обкатывание цилиндрической поверхности; б) - обкатывание фасонной поверхности; в), г) - раскатывание отверстий роликами и шариками.

Калиброванием обрабатывают преимущественно отверстия различной формы у заготовок с помощью калибрующих оправок (дорнов) или шариков, которые проталкиваются (на прессах) через обрабатываемое отверстие с установленным натягом. При большой длине отверстия обработку поверхностно-пластическим деформированием можно выполнять с помощью калибрующих (выглаживающих) протяжек на протяжных станках. Основным параметром оценки процесса является натяг, который создается превышением размера калибрующего инструмента над размером отверстия, подлежащего калиброванию.

Калибрование может выполняться с различным натягом - большим или малым. При малом натяге зона пластической деформации распространяется на малую глубину, снижается шероховатость обработанной поверхности, уменьшается погрешность формы и разброс размеров отверстий на 30-35%. Такое калибрование целесообразно вести при обработке толстостенных заготовок, у которых отношение толщины стенки к радиусу калибруемого отверстия больше 0,5. При калибровании с большими натягами зона пластической деформации может распространиться на всю толщину стенки заготовки. С таким натягом калибруют гладкие цилиндры и втулки, у которых отношение толщины стенки к радиусу калибруемого отверстия не больше 0,2. В этом случае увеличивается диаметр обрабатываемого отверстия, наружный диаметр и длина детали, т. е. снижается точность калибрования. Натяг задается в зависимости от диаметра обрабатываемого отверстия и физико-механических свойств материала заготовки.

Рис. 2. Калибрование (дорнирование) отверстий: а) - шариком; б) - оправкой; в) - протягиванием пуансона; г) - упругие и остаточные деформации: 1 - деталь; 2 - шарик; 3 - оправка; 4 - пуансон.

Примерные величины натяга при диаметре обработки 10-120 мм следующие: 0,03-0,88 мм для стальных заготовок, 0,05-0,2 мм для чугунных, 0,03-0,35 мм для заготовок из цветных металлов и сплавов.

Схемы калибрования отверстий показаны на рис. 2, (а, б, в). Короткие отверстия калибруются на прессах путем проталкивания оправки (пуансона) или шарика, а отверстия с отношением длины к диаметру l / d > 8 протягиваются калибрующим пуансоном на протяжных станках.

При калибровании появляются в металле упругие и остаточные деформации (рис. 2, г). В результате дорнирования диаметр обработанного отверстия увеличивается против исходного за счет остаточной деформации, но все же становится меньше, чем диаметр калибрующего инструмента, за счет действия упругой деформации.

?у = D -- d (упругая деформация),

?о = d -- d1 (остаточная деформация).

Калибрование отверстий требует достаточно точной и чистой предварительной обработки. При этом условии и двух-трехкратном калибровании чистота поверхности улучшается, для чугуна примерно на 1 класс, для стали - на 2 класса и для бронзы - на 3 класса. Точность отверстия после дорнирования повышается на 30%.

Процесс обработки калибрующим инструментом должен производиться при обильной смазке. В качестве смазывающих жидкостей рекомендуется при обработке стали машинное, веретенное, касторовое и осененное масла, а при обработке чугуна - керосин, и мыльная вода.

Вибронакатывание - это универсальный метод обработки металла путем холодной пластической деформации с целью образования регулярных микрорельефов. Для повышения износостойкости деталей машин на поверхностях трения целесообразно выдавливать слабозаметные, прилегающие друг к другу канавки. В канавках скапливаются смазочный материал и мелкие частицы, образовавшиеся в процессе изнашивания. Канавки образуются вибронакатыванием. Упрочняющему элементу - шару или алмазу, установленному в резцедержателе токарного станка, помимо движения Dsпр (рис.3) специальным устройством сообщают дополнительные движения алмаза Da с относительно малой амплитудой. Изменяя Dзаг, Dпр, амплитуду и частоту колебаний, можно на обрабатываемой поверхности получить требуемый рисунок. Распространение получили рисунки с непересекающимися канавками, с не полностью пересекающимися и со сливающимися канавками. Возможно также вибронакатывание внутренних и плоских поверхностей. Канавки одновременно упрочняют поверхность.

Важнейшей характеристикой такой поверхности является общая площадь канавок (в процентах от номинальной площади обрабатываемой поверхности). Такие отклонения для каждого типа рисунка определяют аналитически.

Рис. 3. Схема вибронакатывания

1.4 Алмазное выглаживание

Алмазное выглаживание отличается от ППД обкаткой лишь конструктивными особенностями используемого инструмента, в котором рабочим элементом служат алмаз, гексанит или другие сверхтвердые материалы.

На качество алмазного выглаживания, т. е. шероховатость поверхности, степень упрочнения, твердость поверхностного слоя, влияет радиус сферической поверхности алмаза, усилие прижатия поверхности к детали, продольная подача и число проходов.

Радиус алмаза выбирают в зависимости от исходной поверхности металла, из которого изготовлена деталь. При этом для материалов твердостью НВ

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

по дисциплине Металловедение

"Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов"

Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов

1. Механизм пластической деформации

В основе пластического деформирования металлов лежит перемещение дислокаций практически при любых температурах и скоростях деформирования. Сущностью пластического деформирования является сдвиг в результате которого одна часть кристалла смещается по отношению к другой части. Для сдвига в идеальном кристалле, в котором все атомы на плоскости сдвига сразу перемещаются на одно межатомное расстояние, нужно, как показывают расчеты, касательное напряжение 0,1 G (G - модуль упругости сдвига). В реальных кристаллах сдвиг происходит при напряжениях всего 10 - 4 G, что в 1000 раз меньше теоретически необходимых. Это объясняется тем, что происходит за счет скольжения дислокаций и в нем участвует незначительная доля атомов, расположенных на плоскости сдвига (рис.1).

Имеется две разновидности сдвига: скольжение и двойникование. В обоих случаях пластическая деформация связана с определенными плоскостями и направлениями в решетке.

Фактически пластическая деформация осуществляется за счет перемещения дислокаций. Рассмотренная схема пластической деформации позволяет сделать вывод; что процесс сдвига в кристалле будет происходить тем легче, чем больше дислокаций будет в металле. Большие деформации возможны только вследствие того, что движение первичных дислокаций вызывает появление большого количества новых дислокаций в процессе пластической деформации (рис.2).

Рисунок 2. Механизм образования дислокации в процессе пластической деформации

Рисунок 3. Прочность кристаллов в зависимости от искажений решетки (числа дефектов):

1 - теоретическая прочность;

2 - чистые неупрочненные металлы;

3 - сплавы, упрочненные легированием, наклепом, термической и термомеханической обработкой.

Способность реального металла пластически деформироваться является его важнейшим и полезнейшим свойством. Это свойство используют при различных технологических процессах - при протяжке проволоки, операциях гибки, высадки, вытяжки, штамповки и т.д. Большое значение оно имеет и для обеспечения конструктивной прочности или надежности металлических конструкций, деталей машин и других изделий из металла. Опыт показывает, что если металл находится в хрупком состоянии, т.е. если его способность к пластическому деформированию низка, то он в изделиях склонен к внезапным так называемым хрупким разрушениям, которые часто происходят даже при пониженных нагрузках на изделие.

2. Наклеп

В процессе деформации пара движущихся дислокаций порождает сотни и сотни новых, в результате этого плотность дислокаций повышается, что и приводит к упрочнению (повышению предела прочности) - рис.4.

Рисунок 4. Изменение прочности в зависимости от плотности дислокаций (высокопрочная сталь)

Упрочнение металла под действием пластической деформации называется наклепом, или нагартовкой.

Пластическая деформация вносит существенные изменения в строение металла. Кристаллическая структура пластически деформированного металла характеризуется не только искажением кристаллической решетки, но и определенной ориентировкой зерен - текстурой.

Беспорядочно ориентированные кристаллы под действием деформации поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации (рис.5).

С увеличением деформации степень текстурованности возрастает и при больших степенях деформации достигает 100%, т.е. все зерна оказываются одинаково ориентированными.

Не следует думать, что в результате деформации зерно измельчается. В действительности оно только деформируется, сплющивается и из равноосного превращается в неравноосное (в виде лепешки, блина), сохраняя ту же площадь поперечного сечения.

Рисунок 8. Дислокационное строение малоугловой границы

Полигонизация холоднодеформированного металла обычно приводит к уменьшению твердости и характеристик прочности.

Рекристаллизация. Пластически деформированные металлы могут рекристаллизоваться лишь после деформации, степень которой превосходит определенную минимальную величину, которая называется критической степенью деформации ( - относительное обжатие, где H₀ - начальная высота заготовки, h - высота заготовки после обжатия). Если степень деформации меньше критической, то зарождения новых зерен при нагреве не происходит. Критическая степень деформации невелика (2 - 8%); для алюминия она близка к 2%, для железа и меди - к 5%.

Существует также температурный порог рекристаллизации - это наименьшая температура нагрева, обеспечивающая возможность зарождения новых зерен. Температурный порог рекристаллизации составляет некоторую долю от температуры плавления металла:

Значение коэффициента а зависит от чистоты металла и степени пластической деформации. Для металлов технической чистоты а = 0,3 - 0,4 и понижается с увеличением степени деформации. Уменьшение количества примесей может понизить а до 0,1 - 0,2. Для твердых растворов а = 0,5 - 0,6, а при растворении тугоплавких металлов может достигать 0,7 - 0,8. Для алюминия, меди и железа технической чистоты температурный порог рекристаллизации равен соответственно 100° С, 270° С и 450° С.

Рекристаллизация состоит из зарождения новых зерен и их последующего постепенного роста. Зарождение новых зерен при рекристаллизации происходит в участках с наибольшей плотностью дислокаций, обычно на границах деформированных зерен. Чем больше степень пластической деформации, тем больше возникает центров рекристаллизации.

С течением времени образовавшиеся центры новых зерен увеличиваются в размерах вследствие перехода атомов от деформированного окружения к более совершенной решетке.

Рассмотренная стадия рекристаллизации называется первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки. Первичная рекристаллизация заканчивается при полном поглощении новыми зернами старых деформированных зерен.

По завершении первичной рекристаллизации происходит рост образовавшихся зерен; эта стадия рекристаллизации называется собирательной рекристаллизацией. Собирательная рекристаллизация не связана с предварительной пластической деформацией металла. Этот процесс самопроизвольно развивается при достаточно высоких температурах в связи с тем, что укрупнение зерен приводит к уменьшению свободной энергии металла из-за уменьшения поверхностной энергии (чем крупнее кристаллы, тем меньше суммарная протяженность границ).

Рост зерен происходит путем перехода атомов от одного зерна к соседнему через границу раздела, одни зерна при этом постепенно уменьшаются в размерах и затем исчезают, а другие становятся более крупными, поглощая соседние зерна. С повышением температуры рост зерен ускоряется. Чем выше температура нагрева, тем более крупными окажутся рекристаллизованные зерна (рис.9).

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

1. Анализ методов обработки деталей машин поверхностно-пластическим деформированием.
1.1. Методы обработки деталей без снятия стружки.
ПОНЯТИЕ О ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ

При изготовлении и эксплуатации деталей машин на их поверхностях образуются неровности и микронеровиости, а слой металла, непосредственно прилегающий к поверхности, изменяет структуру, фазовый и химический состав, в нем возникают остаточные напряжения.

Слой металла, имеющий отличающиеся от основной массы детали структуру, фазовый и химический состав, называют поверхностным.

В условиях эксплуатации поверхностный слой детали подвергается наиболее сильному физико-химическому воздействию: механическому, тепловому, магнитоэлектрическому, световому, химическому и др. В большинстве случаев у детали начинают ухудшаться служебные свойства поверхности, например, износ, эрозия, кавитация, коррозия, усталостные трещины и другие разрушения развиваются вначале на поверхности. Поэтому к поверхностному слою предъявляются обычно более высокие требования, чем к основной массе детали.

Дефекты поверхности — это отдельные неровности, совокупность неровностей или участки поверхности, размеры которых существенно отличаются от параметров шероховатости и волнистости. К дефектам поверхности относят риски, царапины, вмятины, раковины, поры, сколы, выкрашивания, трещины, задиры, заусенцы и др.

Физико-механические свойства поверхностного слоя изменяются при изготовлении деталей, а затем — во время эксплуатации под действием силовых, температурных и других факторов.

Поверхность твердого тела по сравнению с его внутренней частью имеет ряд особенностей. Любой атом, расположенный внутри твердого тела с идеальной кристаллической решеткой, находится в состоянии подвижного устойчивого равновесия, поскольку для него по всем направлениям интенсивность силового поля одинакова. В ином положении оказываются атомы, которые находятся на поверхности: они имеют только односторонние связи — с металлом, поэтому их состояние неуравновешенное, неустойчивое; они более активны, обладают избыточной или свободной энергией по сравнению с атомами, находящимися внутри. Поверхность металла в реальных условиях адсорбирует атомы элементов окружающей среды, покрываясь слоями адсорбционных газов, паров воды, жиров и образуя различные окислы.

В результате диффузии в поверхностном слое возникают химические и иные соединения основного металла с проникающими извне веществами. Диффузионная подвижность атомов может привести к перераспределению концентрации легирующих элементов, в результате чего в отдельных случаях в поверхностном слое уменьшается содержание некоторых легирующих элементов (обезуглероживание поверхностного слоя в сталях и снижение

количества хрома и алюминия в жаропрочных никелевых сплавах при высоких температурах нагрева и др.). Диффузия через поверхность оказывает сильное влияние на свойства металлов и прежде всего — на свойства их поверхностных слоев. Это особенно характерно в тех случаях, когда температура в зоне обработки деталей высока (шлифование, скоростное точение, цементация, азотирование и др.).

Остаточными напряжениями называют такие напряжения, которые существуют и уравновешиваются внутри твердого тела после устранения причин, вызвавших их появление.

Основными причинами возникновения макронапряжений являются неоднородность пластической деформации и локальный, неоднородный нагрев металла поверхностного слоя, а при наличии превращений — разность объемов возникающих структур. Микронапряжения — местные остаточные напряжения в микрозонах. Они являются следствием фазовых превращений, изменения температуры, анизотропии механических свойств отдельных зерен, границ зерен и распада зереи на блоки при пластической деформации.

Причиной образования искажений кристаллической решетки являются, главным образом, дислокация и внедрение атомов.

Степень и глубина наклепа обусловлены пластической деформацией поверхностного слоя и непосредственно связаны с увеличением дислокаций, вакансий и других дефектов кристаллической решетки металла.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ППД

В соответствии с ГОСТ 18296—72 методы ППД подразделяют на статические и ударные. При статических методах обработки инструмент, рабочие тела или среда воздействуют на обрабатываемую поверхность с определенной постоянной силой Р, происходит плавное перемещение очагов (очага) воздействия, которые последовательно проходят всю поверхность, подлежащую обработке. При этом инерционные силы не оказывают существенного влияния на ППД. К таким методам относятся различные виды выглаживания (рис. 2, а) и накатывания (рис. 2, б), а также метод однократного обжатия обрабатываемой поверхности (рис. 2, в) без перемещения очагов воздействия.

При ударных методах (рис. 2, г) инструмент, рабочие тела или среда многократно воздействуют на всю обрабатываемую поверхность или на ее часть, при этом сила воздействия Р в каждом цикле изменяется от нуля или от некоторого значения Р_х до максимума, а в случае локального ударного воздействия очаг деформирования может (как и в статических методах) последовательно и равномерно проходить всю обрабатываемую поверхность.

Инструментами при ППД могут быть ролик, шар с принудительной осью вращения или без нее, гладилка, дорн с нережущими кольцами, боек-чекан и т. д. В качестве рабочих тел при ППД могут быть использованы дробь, шарики из стали, стекла, пластмассы и др. Рабочей средой при ППД могут быть жидкость, газ и их суспензии с частицами абразива.

В табл. 2 приведены принципиальные схемы обработки с помощью основных, наиболее распространенных методов ППД. Статические методы ППД, как правило, обеспечивают меньшую шероховатость поверхности с благоприятной формой микронеровностей; с помощью ударных методов можно достичь большой степени упрочнения, которая характеризуется степенью повышения микротвердости, значениями сжимающих остаточных напряжений и толщиной упрочненного слоя.

Это относится к статическим и ударным методам, близким по удельной нагрузке и кратности ее приложения. Однако обработка некоторыми ударными методами уступает по степени упрочнения обработке статическими методами, например, при виброударной обработке степень упрочнения бывает обычно меньше, чем при накатывании.

В состав общих требований (ГОСТ 20299—74) входят восемь групп: требования к обрабатываемым изделиям, технологическим процессам обработки ППД, оборудованию, оснастке, аппаратуре и инструменту, основным технологическим материалам, обрабатываемым изделиям, контролю обработки, технологическим процессам следующей за ППД обработки и сборки изделий, технике безопасности и производственной санитарии при обработке ППД.

Необходимо учитывать, что обработка, основанная иа пластическом деформировании тонкого поверхностного слоя, имеет по сравнению с обработкой точением, шлифованием, полированием, доводкой ряд преимуществ, в том числе:

сохраняется целость волокон металла и образуется мелкозернистая структура-текстура в поверхностном слое;

отсутствует шаржирование обрабатываемой поверхности частичками шлифовальных кругов, полировочных паст;

отсутствуют термические дефекты;

стабильны процессы обработки, обеспечивающие стабильное качество поверхности;

можно достигать минимального параметра шероховатости поверхности ( Ra = 0.1 . 0,05 мкм и менее) как на термически необработанных сталях, цветных сплавах, так и на высокопрочных материалах, сохраняя исходную форму заготовок;

можно уменьшить шероховатость поверхности в несколько раз за один рабочий ход;

создается благоприятная форма микронеровностей с большей долей опорной площади;

можно образовывать регулярные микрорельефы с заданной площадью углублений для задержания смазочного материала;

создаются благоприятные сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое;

плавно и стабильно повышается микротвердость поверхности.

Указанные и другие преимущества методов ППД обеспечивают повышение износостойкости, сопротивления усталости, контактной выносливости и других эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей на 20—50 %, а в некоторых случаях — в 2— 3 раза (при условии выбора в каждом конкретном случае наиболее рационального метода и назначения оптимальных режимов обработки).

Наряду с обеспечением высокого качества поверхности ППД во многих случаях позволяет механизировать ручной труд и повысить производительность на окончательных операциях.

Необходимо также учитывать следующие особенности методов ППД:

подавляющее большинство методов не повышает геометрической точности поверхности, обычно сохраняется точность, достигнутая на предшествующей операции;

в связи с созданием полезных сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое при обработке тонкостенных и не-равножестких деталей (толщиной 3—5 мм) может происходить деформация поверхности 5—10 мкм и более;

в связи с пластическим течением металла при использовании некоторых методов обработки ППД на кромках обрабатываемых поверхностей образуются равномерные наплывы металла толщиной 0,03—0,3 мм.

1.2. Инструменты для обработки деталей машин поверхностно-пластическим деформированием
РОЛИКИ И ШАРЫ ДЛЯ РАСКАТЫВАНИЯ И ОБКАТЫВАНИЯ
Ролики для раскатывания и обкатывания бывают двух видов — стержневые и кольцевые; их подразделяют на 15 типов, причем некоторые типы имеют несколько исполнений. Стержневые ролики могут быть коническими и цилиндрическими, могут иметь торовую и коническую заходную поверхность или их выполняют без заходиой поверхности, с хвостовиками или с цапфами с одной или с двух сторон. Кольцевые ролики имеют посадочное отверстие, их рабочая поверхность может быть торовой, конической или цилиндрической, ассиметричной или симметричной с заходиой поверхностью или без нее. Поверхность кольцевых цилиндрических роликов может иметь регулярные элементы или может быть выполнена в виде выступающих синусоид. Это обеспечивает на обрабатываемой поверхности получение заданного микрорельефа (табл. 6).

Ролики 1-го и 2-го типов применяют для накатывания с осевой подачей цилиндрических непрерывных поверхностей, ролики 3-го типа позволяют обрабатывать поверхности до упора в бурты или галтели. Ролики 4-го и 5-го типов используют главным образом для обработки с радиальной подачей, 6-го типа — для обработки как с радиальной, так и с осевой подачами. Ролики 6-го типа — цилиндрические, стержневые ролики остальных типов — конические. Ролики некоторых типов и исполнений могут быть использованы из стандартных роликоподшипников.

У поверхности роликов должна быть HRC , 62—65, поэтому их изготовляют преимущественно из сталей ШХ15 и ШХ15СГ (ГОСТ 801—78).

У накатывающих и заходных поверхностей роликов Ra Ra

у посадочных нетрущнхся поверхностей роликов Ra 0,80 мкм, у нерабочих поверхностей роликов Ra 1,60 мкм.

Стержневые ролики рекомендуется применять преимущественно в многороликовом накатном инструменте сепараторного типа для накатывания деталей, имеющих форму цилиндра или конуса, а также для обкатывания плоских кольцевых поверхностей у буртов и торцов деталей. В подобном инструменте ролики размещаются в сепараторе и при работе катятся по опорной поверхности инструмента. Кольцевые ролики рекомендуется применять преимущественно в головках одно, двух и трехроликовых приспособлений для накатывания деталей, имеющих форму цилиндра, а также для накатывания плоских поверхностей.

Преимущественное назначение роликов каждого типа не исключает их использования по другому назначению, например, ролики 3-го типа могут быть использованы для накатывания с осевой подачей цилиндрических непрерывных поверхностей иа бесступенчатых валах и в сквозных отверстиях.

Стержневые ролики следует выполнять диаметром не более 18 мм, кольцевые — диаметром не более 160 мм. Отношение длины накатывающей поверхности к диаметру ролика должно быть: для роликов 1—3-го и 6-го типов 1-го и 2-го исполнений — не более 4; для роликов 4—6-го типов 3-го и 4-го исполнений — не более 14.

Для ППД, как правило, используют шары из подшипниковой стали и других высокопрочных материалов (ГОСТ 3722—81).

ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ВЫГЛАЖИВАНИЯ

Инструменты для выглаживания характеризуются: материалом рабочего элемента; формой рабочей поверхности , способом крепления рабочего элемента (кристалла) в корпусе инструмента.

Выглаживатели сферической и цилиндрической форм выпускают серийно; выглаживатели сферической формы радиусом 0,5—4 мм могут быть двух типов: без головки (рис. 16, а, в) и с головкой (рис. 16, б).

Кристаллы алмаза крепят в корпусе инструмента механически (рис. 17, а), пайкой (рис. 17, б, в) и заливкой материалом с электроизолирующими свойствами, например пластмассой (рис. 18). При использовании клеев с высокими механическими свойствами алмаз можно крепить путем приклеивания. Поликристаллы синтетических сверхтвердых материалов имеют, как правило, определенные размеры и форму, поэтому их можно крепить механически, путем запрессовки и завальцовки в корпусе или поджатая резьбовой пробкой (рис. 19; 17, а).

Выглаживающий инструмент с дилатометрическим датчиком (см. рис. 18) позволяет автоматически отключать станок при достижении температуры кристалла выше допустимой. Это обеспечено за счет расширения стержня 2, контактирующего с пластиной 3 кристалла 4, который замыкает электрическую цепь: пластина 5 — винт 6 — корпус 1. Инструмент с токоподводящей жидкостью (см. рис. 19) автоматически отключает станок при расшатывании кристалла 3 и вытекании жидкости 2, так как размыкается электроцепь между электродами 1, 6. Для уплотнения жидкости в пластмассовом корпусе использована пробка 4, поджимаемая винтом 5.

Чем меньше параметр шероховатости поверхности рабочей части инструмента, тем более высокое качество обработки детали достигается, поэтому он должен быть не менее Ra = 0,063 мкм, что не всегда обеспечивается заводом-поставщиком. Потребителю инструмента целесообразно у себя на производстве полировать вы-глаживатели с помощью специального станка или с помощью приспособления к универсально - заточному станку.

ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ДОРНОВАНИЯ.
Инструментом для поверхностного дорнования служит дорн, в котором основным рабочим элементом является зуб. По характеру работы зубьев (в условиях скольжения или в условиях качения) дорны подразделяют на дорны качения (рис. 20, а) и дорны скольжения (рис. 20, б). Дорн-протяжка (рис. 21, ё) выполняет за один проход протягивание и дорнование (т. е. обработку резанием и поверхностным деформированием). Дорны могут быть однозубые и многозубые, цельные и набранные из отдельных зубьев (рис. 21, а—д). Иногда используют цельные блоки по несколько зубьев (рис. 20, г). По форме рабочего профиля различают дорны: конусообразные с ленточкой и без нее, сферические, криволинейные, с двойным конусом на заборной поверхности и др. Наиболее целесообразной формой зуба является зуб с заборной и обратной поверхностями в виде конусов и цилиндрической поверхностью между ними (ленточкой). Для различных условий обработки (обрабатываемый материал, диаметр отверстия, натяг и др.) оптимальный угол конуса заборной поверхности а = 3 . 5°. При дорноваиин средне- и высокоуглеродистых сталей а = 4 . 5°, малоуглеродистых и легированных сталей — а = 3° 30' . 4°, чугунов — а = 2 . 4°. Угол at конуса обратной поверхности зуба при дорновании сталей и чугунов следует принимать равным 4—5°. Ширина ленточки В (см. рис. 20, в) определяется по эмпирической формуле В = 0,35d°'6, где d — диаметр дорна. Обычно В = 1 . 3 мм. При обработке вязких материалов следует применять большие углы а н меньшую ширину ленточки.

Многозубый дорн любого типа состоит из передней направляющей части 11 рабочей части с зубьями дорна /2, заднего направления /3 (рис. 22). Рабочая часть многозубого дорна состоит из деформирующих /, калибрующих // и концевых /// зубьев. Деформирующие зубья производят основную работу деформирования металла, выглаживая обрабатываемую поверхность и обеспечивая необходимый размер отверстия. Для лучшего центрирования и направления многозубого дорна в отверстии ширину первого зуба делают равной диаметру предварительно подготовленного отверстия под дорнование. Калибрующие зубья позволяют иметь запас на повторное шлифование дорна. Диаметр их равен диаметру деформирующего зуба с максимальным натягом. Концевые зубья обеспечивают плавность выхода дорна из отверстия. Размеры их постепенно уменьшаются до размера окончательно обработанного отверстия.

Для обработки шлицевых и других фасонных поверхностей используют однозубые и многозубые дорны соответствующего профиля (рис. 23), которые имеют следующие геометрические параметры: а, аб — углы конуса заборной поверхности соответственно по наружной образующей и по боковой поверхности зуба;

а1,а1б — углы конуса обратной поверхности соответственно по наружной образующей и по боковой поверхности зуба; b — ширина цилиндрической ленточки; Ьг — ширина зуба (шлица).

Профильные отверстия чаще всего обрабатывают многозубымн дорнами, у которых в направлении от первого к последнему зубу изменяются диаметр зуба по цилиндрической ленточке шириной Ь и ширина шлица b1. Остальные геометрические параметры всех зубьев многозубого дорна (a1, а1б, аб,а, b) обычно остаются постоянными. Для лучшего центрирования и большей точности обработки отверстий деталей однозубые и многозубые дорны чаще всего имеют переднюю 1 (рис. 23, б) и заднюю 2 направляющие. Такими дорнами можно обрабатывать отверстия с профилем, расположенным по винтовой поверхности. Для этого зубья многозубого или однозубого дорна должны иметь наклон относительно оси дорна на угол B соответствующий углу наклона винтовых шлицев обрабатываемой детали.

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:

Целью реферата является рассмотрение основных видов ПДД, а именно:

обкатывание и раскатывание поверхностей заготовок;

наклепывание инструментами центробежно-ударного действия.

1. Обработка методом поверхностного пластического деформирования

Существует классификация методов обработки деталей ППД:

Калибрующие методы: дорнование цилиндрических отверстий, дорнование фасонных отверстий

Сглаживающие методы: выглаживание поверхностей, обработка металлическими щётками.

Ряд методов обработки в дальнейшем будет рассмотрен поле подробно.

1.1 Обкатывание и раскатывание поверхностей заготовок

1.2 Калибрование отверстий

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

Упруго-пластическое деформирование материалов под воздействием импульсных нагрузок
В монографии представлены результаты исследования механического поведения конструкционных материалов под действием импульсных нагрузок ударного и взры.

Обработка длинных маложестких валов
Финишная обработка длинных валов (отношение длины к диаметру более 10) является одной из наиболее трудоемких операций. Это связано с малой жесткостью.

Технологические методы повышения износостойкости деталей машин
Рассмотрены основные виды изнашивания типовых узлов и деталей машин, прежде всего бурового, нефтегазопромыслового и перерабатывающего оборудования. Ос.

Основы работоспособности технических систем
Рассмотрены основные процессы, вызывающие снижение работоспособности машин: трение, изнашивание, пластическое деформирование, усталостное и коррозионн.

Применение приближенных методов определения усилий пластического деформирования материала в процессах обработки металлов давлением
Внедрение цилиндрического пуансона с шаровым концом в пластическое полупространство при наличии сил трения. Дислокационные модели разрушения. Процесс.

Читайте также: