Видеокурс по SIMATIC STEP 7


Применение поверхностного пластического деформирования

Применение поверхностного пластического деформирования
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.

Деталь, даже тщательным образом обработанная, не может иметь абсолютно ровную поверхность. Она обязательно будет отличаться от той, что была задана чертежом.

Содержание любого МО, его основные элементы, составные части и связи между ними определяет и графически изображает...

Физико-механические свойства поверхностного слоя

Микротвердость — это твердость малых участков материала и отдельных структурных составляющих, т. е. это свойство металла...