А320201-"Технология машиностроения и оборудования" Рабочая программа по предмету «Управление качеством в машиностроении» для магистрантов основана на требованиях

10-лекция

Тема. Методы пластического деформирования наружных поверхностей.

План:
1. Классификация методов поверхностного пластического деформирования.
2. Обкатывание и раскатывание шаровым и роликовым инструментом.
3. Методы ударного поверхностного пластического деформирования.


Обработка, основанная на поверхностном пластическом деформировании (ППД) тонких поверхностных слоев, имеет по сравнению с обработкой
резанием ряд преимуществ, обусловливающих ее широкое применение : образование мелкозернистой структуры в поверхностном слое , улучшение формы неровностей, в частности больший радиус скругления их вершин; благоприятное распределение материала неровностей по высоте ; повышение микротвердости поверхности; создание в поверхностных слоях сжимающих остаточных напряжений; образование регулярных микрорельефов с заданной
площадью углубления для удержания смазочного материала [9].
Эти и другие преимущества обеспечивают повышение износостойкости, контактной выносливости, сопротивления усталости и других эксплуатационных свойств деталей машин.
Необходимо также учитывать следующие особенности ППД:
- большинство ее методов не повышает геометрической точности обрабатываемой поверхности, обычно сохраняя точность, достигнутую на предшествующей операции;
- образование на кромках обрабатываемой поверхности наплывов
металла толщиной 0,03...0,3 мм вследствие пластического течения
материалов.
Методы ППД подразделяют на статические и ударные (рис. 3.23). При
статических методах обработки инструмент, рабочие тела или среда воздействуют на обрабатываемую поверхность с определенной силой Р, при
этом происходит плавное перемещение очага деформации по поверхности, подлежащей обработке . При ударных методах инструмент и рабочие
тела многократно воздействуют на всю обрабатываемую поверхность или
ее часть, при этом сила воздействия Р в каждом цикле изменяется от нуля
или от некоторого значения до максимума. В случае локального ударного
воздействия очаг деформирования (как и в статических методах) последовательно и равномерно может проходить всю обрабатываемую поверхность.
Материалы для инструментов и рабочих тел должны иметь более высокие механические свойства, чем материалы обрабатываемых деталей.
Шар
ы и ролики, используемые для ППД, чаще всего изготавливают из
подшипниковых сталей типа ШХ15, 18ХГТ. В качестве материала для ударных инструментов используют инструментальные стали У10, Р18 и др.
Инструмент для поверхностного дорнования, а также в некоторых случаях
обкатные ролики и другие инструменты изготавливают из твердых сплавов. Для изготовления выглаживателей используют природные алмазы и
синтетические сверхтвердые материалы. Для обработки дробью и вибрационной ударной обработки применяют стальные и стеклянные шары, дробь
из отбеленного чугуна. В качестве рабочей среды при такой обработке используют водные растворы щелочей, кислот и солей с химическими добавками. Для изготовления проволочных щеток применяют углеродистую
пружинную проволоку диаметром 0,2...1,0 мм.
Поверхностное пластическое деформирование осуществляют различными инструментами, используя универсальные металлорежущие станки
и специальное оборудование .


Обкатывание и раскатывание шаровым и роликовым инструментом.
В машиностроении достаточно широко используются конструкции одношариковых устройств, предназначенных для обкатывания главным образом цилиндрических поверхностей [9]. Для одношариковых инструментов используют обычно шарики от подшипников. Жесткие шариковые инструменты применяются сравнительно редко, так как они не в состоянии обеспечить равномерный наклеп обрабатываемой поверхности. Упругие одношариковые обкатки (рис. 3.24) получили большее распространение. Шарик 1 давит на обрабатываемую поверхность под действием пружины, предварительное сжатие которой осуществляется с помощью винта 5.

При диаметре шарика от 12 до 32 мм усилие при обкатке стальных
деталей составляет от 250...350 до 1500...2000 Н, подача — от 0,02 до 0,8 мм/об.
Скорость обкатывания составляет от 15 до 20 м/мин. При таких режимах
параметр шероховатости Ra обкатанных поверхностей находится в преде -
лах от 0,12 до 1 мкм (при исходной шероховатости — от Ra—2,5 мкм до
Rz=15 мкм). При обкатывании в качестве смазывающей жидкости приме -
няют керосин или машинное масло. Чугунные поверхности обкатывают
без смазки, при этом давление на шар уменьшают в 1,5...2 раза.
При сообщении шарику колебаний в направлении подачи или в направлении приложения нагрузки на обрабатываемой поверхности образуется регулярный микрорельеф, оказывающий благоприятное влияние на
эксплуатационные свойства деталей. При обкатывании широко используются различные конструкции роликовых инструментов. На рис. 3.25 показана роликовая раскатка, которая может быть установлена в резцедержатель токарного или строгального станка. На игольчатом подшипнике установлен ролик, который может перемещаться на величину паза h в кор пусе устройства. Регулирование давления, передаваемого на ролик, осуществляется пружиной 2 с помощью гайки 3.

Режимы обкатывания зависят от размеров ролика, формы его рабочей части, а также свойств обкатываемых материалов. Так, при обкатывании цилиндрических деталей из стали ЗОХГСНА диаметром от 20 до 200 мм
и диаметре ролика 100 мм с профильным радиусом его рабочей части
2,5...3 мм давление на ролик составляет от 1600...2200 до 3600...4600 Н.
Скорость обкатывания находится в пределах от 20 до 200 м/мин, подача —
0,04...0,08 мм/об. После обкатывания параметр шероховатости Ra составляет от 0,04 до 0,32 мкм (при исходной шероховатости Ra =1,25...5 мкм).
При упрочнении цилиндрических зубчатых колес крупных модулей
высокая степень наклепа при относительно небольших силах может быть
достигнута за счет применения зубчатых роликов с малым радиусом
кривизны рабочей поверхности в осевом сечении (рис. 3.26). Рабочий
ролик выполнен в виде зубчатого колеса и собран из двух дисков, между которыми зажаты зубья пуансонов высокой твердости. Формы пуансонов соответствуют профилю впадины упрочняемого колеса, а их размер обеспечивает контакт с натягом при входе зубьев во впадины. Рабочая сила обкатки регулируется сжатием двух параллельных пружин. Ролик соприкасается с упрочняемым колесом только по переходным участкам у основания зубьев. Эвольвентные участки зубьев колеса в работе
не участвуют. Приспособление крепится в резцедержателе токарного
станка и для упрочнения зубьев по всей ширине подается суппортом
вдоль оси упрочняемого колеса.


Методы ударного поверхностного пластического деформирования
Ударное ППД — это поверхностное пластическое деформирование
при ударном взаимодействии деформируемого материала с инструментом, рабочими телами или средой [4, 9].
Рассматриваемая группа методов отличается от статических методов
ППД более высокими скоростями деформирования металла и многократностью воздействия, что создает значительное повышение уровня напряжений (в 10 и более раз) при тех же допустимых силовых нагрузках.
Методы ударного обкатывания и раскатывания. Рассмотрим некоторые методы ударного обкатывания и раскатывания, а также упрочняющей
чеканки.
Схема центробежного обкатывания показана на рис. 3.34. На обрабатываемую поверхность наносят последовательные удары рабочими элементами 1 (шариками, роликами), свободно сидящими в радиальных отверстиях вращающегося инструмента 2. Рабочие элементы под действием центробежных сил занимают крайнее положение в радиальных отверстиях, а при ударе об обрабатываемую поверхность опускаются на глубину, равную натягу i = R2— R1 отдавая энергию, создаваемую центробежной силой.
Метод применяют в основном для повышения сопротивления усталодеталей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации. Сила удара
шара диаметром 5 мм при натяге 0,65 мм составляет от 120 до 2250 Н.
Обработка дробью. Существует много разных способов обработки дробью: гравитационная, дробеструйная, дробеметная, гидродробеметная.
При дробеструйном пневмодинамическом и дробеметном упрочнении детали используют сухую дробь. При гидродробеструйной эжекторной, гидродробеметной обработке упрочнение осуществляют дробью и микрошариками со смазывающе -охлаждающей жидкостью. Каждый метод характеризуется способом сообщения дроби кинетической энергии: скоростью полета дроби (10...100 м/с); характеристикой дроби (материал, диаметр, допуск диаметра, форма и т.п.); количеством дроби, одновременно участвующей в наклепе (от 6 до 1400 кг/мин), а также временем воздействия на обрабатываемую поверхность (1...15 мин).
Упрочнение сухой дробью в основном осуществляют на дробеструйных и дробеметных установках. Вибрационную объемную ударную обработку подразделяют на виброабразивную (для удаления заусенцев, скругления острых кромок, очистки поверхности деталей, полирования и т.д.) и виброударную упрочняющую.
Схема обработки, характер взаимодействия обрабатываемой поверхности и другие условия процесса в обоих случаях могут быть одинаковыми. Основные различия этих методов: при виброударной упрочняющей обработке применяют преимущественно стальные закаленные шарики и обработку чаще всего производят с закреплением деталей в рабочей камере (контейнере ); при виброабразивной обработке используют абразивные гранулы различного типа и детали в контейнере обычно обрабатывают без их
закрепления. Во многих случаях эти два вида обработки совмещают в одном цикле.