Рис.6.2 Схема обработки детали алмазным выглаживанием.

Методы накатывания, выглаживания и деформирующего протягивания относятся к методам статического поверхностного деформирования. Характерным признаком этих методов является стабильность формы и размеров ОД в стационарной фазе процесса.

Наряду с этими методами в машиностроении существует большое число методов ППД, основанных на динамическом (ударном) воздействии инструмента на поверхность детали (рис.6.4). В этих процессах инструмент внедряется в поверхностный слой детали перпендикулярно профилю поверхности или под некоторым углом к ней. Многочисленные удары, наносимые инструментом по детали по заданной программе или хаотично, оставляют на ней большое число локальных пластических отпечатков, которые в результате покрывают (с перекрытием или без него) всю поверхность. Размеры очага деформации зависят от материала детали, размеров и формы инструмента и от энергии удара по поверхности.

Рис.6.4 Схема обработки ППД при ударном воздействии инструмента.

К методам ударного ППД относятся чеканка, обработка дробью, виброударная, ультразвуковая, центробежно-ударная обработка и др.

Дробеструйная обработка (наклеп) осуществляется за счет кинетической энергии потока чугунной, стальной или другой дроби, который направляется например, роторным дробеметом (рис.6.5)

Рис.6.5 Дробеструйная обработка детали.

Центробежно-шариковая обработка осуществляется за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращения диска (рис.6.6)

Рис. 6.6 Центробежно-шариковая обработка.

При вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются внутрь гнезда.

Поверхностное пластическое деформирование:

повышает плотность дислокаций в упрочненном слое;

измельчает исходную структуру;

повышает величину твердости поверхности;

уменьшает величину шероховатости;

повышает износостойкость деталей;

возрастает сопротивление схватыванию;

увеличивается придел выносливости.

6.2. Расчет глубины деформационного упрочнения поверхностного слоя

С позиций механики деформирования глубина упрочнения определяется границей очага деформации. Таким образом, для точного прогнозирования глубины упрочнения имеет значение адекватность теоретической модели и связанная с ней конструкция поля напряжений (деформаций).

На рис.6.7. показана упрощенная схема поля напряжений.

Рис.6.7 Упрощенная схема поля напряжения.

(1)

При наиболее часто применяемых режимах обработки l >> h _в.

(2)

Исследованиями установлено, что

(3)

Подставляя (3) в (2) получим

(4).

6.2.1 Расчет приближенного значения накопленной деформации поверхностного слоя

,

где: Г- значение накопленной деформации поверхностного слоя.

R_пр— профильный радиус инструмента.

d- параметр, получаемый со при вдавливании инструмента в металл, связан с размером площади контакта инструмента с деталью и силой Р_у.

6.2.3 Определение диаметра ролика

«D_р » должен быть кратным диаметру детали и по возможности меньшим.

6.2.4 Определение силы обкатывания

.

где: R _p— радиус ролика; R _д— радиус детали.

или .

где: — напряжение на площадке контакта, Мпа

.

.

Г- накопленная деформация поверхностного слоя.

Рис.6.8 Кривые упрочнения титановых сплавов.

6.2.2 Сущность упрочнения пластическим деформированием

Поликристаллические твердые тела состоят из большого числа зерен (кристаллов), разделенных между собой границами. Каждое зерно содержит дефекты. Зерна имеют различную ориентировку (рис.6.9)

При приложение внешнего напряжения к металлу пластическая деформация в первую очередь произойдет в зерне, наиболее благоприятно ориентированном к внешнему напряжению (т.е. с наибольшим касательным напряжением). С ростом внешнего напряжения наблюдается постепенное вовлечение остальных зерен в процессе пластической деформации при сохранении сплошности зерна. На рисунке показана схема передачи пластической деформации от зерна к зерну. Под действием внешнего сдвигающего напряжения дислокации генерируемые активным источником В, приходят к границе зерна и задерживаются около нее. По мере накопления дислокаций у точки «Р» растет напряжение. Однако этого недостаточно, чтобы перейти из одного зерна в другое через границу MN. Поэтому распространение скольжения от одного зерна к другому осуществляется за счет того, что при достижении определенного значения напряжения в точке «P» возбуждается источник дислокации в соседнем зерне, например в точке А.

Рис.6.9 Схема инициирования скольжения (или двойникования) в соседнем зерне поликристалла некоторой точке А, удаленной от вершины плоского нагромождения дислокаций р на расстояние r₁.

Движение дислокаций, генерируемых источником А, будет происходить по наиболее благоприятно ориентированной плоскости скольжения.

Рассмотренный механизм торможения дислокаций у границ зерна называется барьерным упрочнением.

Упрочнение более интенсивно происходит на границах зерен, мелкое зерно упрочняется интенсивнее крупного.

Напряжение текучести «» в зерне диаметром «d», в соответствие с соотношениями Холла- Петча, зависит от составляющих:

где: (₀— напряжение как результат сопротивления движению дислокаций в теле зерна, не зависящего от размера зерна (внутренне трение);

к- константа, характеризующая трудность эстафетной передачи пластической деформации от зерна к зерну.

Напряжении текучести (сопротивление деформации) возрастает с уменьшением размера зерна не из-за наличия границы самой по себе, а из-за взаимодействия между зернами, разделенными этой границей.

Если дислокация надежно задерживается границей и возможности эстафетной передачи деформации ограничены, то деформация локализуется в микрообъемах, а напряжение текучести возрастает.

Существенная локализация деформаций повышает концентрацию напряжений, что приводит к преждевременному разрушению, т.е. снижению пластичности.

Наряду с величиной зерна на деформационное упрочнение металлов большое влияние оказывает количество и размер внутризеренных блоков (ячеек). С повышением степени деформации и роста плотности дислокаций происходит дробление зерна на блоки по плоскостям скопления дислокаций.

Наряду с дроблением зерна на блоки происходит разориентация блоков по границам на некоторый угол . При ( (2,5 5) 0 граница блоков оказывает сопротивление движению дислокаций.

Источник

Обработка деталей машин методами поверхностного пластического деформирования(ППД)

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

Обработка деталей машин методами
поверхностного пластического деформирования(ППД)
Схема ППД(выглаживание)
Скольжение деформирующего
элемента-1 по поверхности
детали-2.
Метод поверхностного пластического деформирования (ППД) заключается в том, что под действием инструмента, прижимаемого с заданной силой к обрабатываемой поверхности происходит пластическое деформирование поверхностного слоя. При перемещении инструмента этот процесс охватывает всю поверхность.
В результате ППД упрочняется поверхностный слой детали, повышается твердость, износостойкость и усталостная прочность
Параметры режима: Усилие прижима, скорость вращения, подача

Описание слайда:

Номенклатура деталей автомобиля, упрочняемых методами ППД
Методы ППД широко используются в автомобильной промышленности.
На рисунке приведены примеры деталей, упрочняемых с помощью методов ППД

Описание слайда:

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ППД
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ППД
Статические
Ударные (Динамические)
Обкатывание
Раскатывание
Выглаживание
Поверхностное дорнирование
Упрочняющая чеканка
Ударное раскатывание
Вибрационная обработка
— Вибрационное выглаживание
— Вибрационное накатывание
Дробеструйная обработка
Ультразвуковая обработка выглаживание, чеканка, дробеструйная обработка

Описание слайда:

Назначение: обработка тел вращения и плоских поверхностей с HRC≤70
Единич. и серийное производство.

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ППД

Вибрационное обкатывание (выглаживание)
Отличается от обычного обкатывания
или выглаживания тем, что инструменту(1) дополнительно сообщаются вибрации в плоскости касательной к поверхности
обрабатываемого изделия(2).
Особенности метода: Возможно нанесение регулярного микрорельефа.
Единич. и серийное пр-во.

Параметры режима
Дополнительно появляется
Vк – скорость вибраций
Схема вибрационного обкатывания
Схема вибрационного выглаживания

Описание слайда:

Упрочнение на глубину 30-40 мкм,
Ra – увеличивается.
Обработка плоских тел и тел вращения.
Ед., серийное и масс. производство
ДИНАМИЧЕСИЕ МЕТОДЫ ППД

Описание слайда:

Центробежная обработка
плоских поверхностей
тел вращения
Обработка:
HRC ≤ 50 с целью поверхностного упрочнения.
Серийное и массовое производство
Ударное раскатываниео
Обработка внутренней поверхности втулок и труб с HRC≤50.
Ролики получают энергию для ударов от граней опоры.
Цель – упрочнение поверхностного слоя.
Серийное и массовое производство
ДИНАМИЧЕСИЕ МЕТОДЫ ППД

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ ПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ
Ультразвуковая упрочняющая обработка внешней поверхности тел вращения на токарном станке
Параметры режима FN =140…250 Н, Am=10…15 мкм.
Характеристики обработки Rz=0,13…0,2 мкм H=4000…11000 МПа

Описание слайда:

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ ПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ
Ультразвуковая упрочняющая обработка плоской поверхности на фрезерном станке

Описание слайда:

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНСТРУМЕНТ
Ультразвуковой инструмент для обработки внешней поверхности на токарных и фрезерных станках
Ультразвуковой инструмент для обработки внутренней поверхности тел вращения на токарном станке с минимальным диаметром 60 мм и максимальной глубиной прохода 240 мм

Описание слайда:

Описание слайда:

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ППД
МНОГОЭЛЕМЕНТНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ СВАРНЫХ ШВОВ
Ультразвуковой технологический комплекс ШМЕЛЬ 1 для упрочнения сварных швов
Рабочий узел
многоэлементного инструмента :
1 – волновод; 2 – обойма;
3 – деформирующие элементы

Рабочий момент упрочнения
сварного шва

Описание слайда:

Описание слайда:

ДРОБЕСТРУЙНАЯ ОБРАБОТКА
Обрабатывающий центр для дробеструйной обработки
Дробеструйная обработка
зубчатого колеса

Описание слайда:

Эффективность применения методов ППД
при упрочнении деталей автомобильного
двигателя
1.Обкатывание
2.Виброобкатывание
3.Алмазное выглаживание
4.Вибрационная ударная обработка
3
4
2
1

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

Процессы поверхностного пластического деформирования

Технические науки

Похожие материалы

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) – это обработка деталей давлением (без снятия стружки), при которой пластически деформируется только их поверхностный слой. ППД осуществляется инструментом, деформирующие элементы которого (шарики, ролики или тела иной конфигурации) взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью по схемам качения, скольжения или внедрения.

При ППД по схеме качения деформирующие элементы (как правило, ролик или шарик) прижимается к поверхности детали с фиксированной силой, перемещается относительно нее, совершая при этом вращение вокруг своей оси. В зоне локального контакта деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью возникает очаг пластической деформации (ОД), который перемещается вместе с инструментом, благодаря чему поверхностный слой последовательно деформируется на глубину h, равную глубине распространения ОД.

В соответствии с ГОСТ 18296 поверхностное пластическое деформирование при качении инструмента по поверхности деформируемого материала называется накатыванием. В свою очередь, накатывание подразделяется на обкатывание и раскатывание в зависимости от того, какие поверхности обрабатываются: выпуклые (валы, галтели), плоские или вогнутые (например, отверстия). Достоинством накатывания является снижение сил трения между инструментом и обрабатываемым материалом.

К методам ППД, в которых ДЭ работают по схеме скольжения, относятся выглаживание и дорнование. Для этих процессов ДЭ должны изготавливаться из материалов, имеющих высокую твердость (алмаз, твердый сплав и т.п.) и несклонных к адгезионному схватыванию с обрабатываемым материалом.

Выглаживание применяется для ППД закаленных сталей и деталей маложестких, т.е. тогда, когда невозможно применить обработку накатыванием.

Недостатком выглаживания является низкая производительность и невысокая стойкость инструмента.

Методы накатывания, выглаживания и деформирующего протягивания относятся к методам статического поверхностного деформирования. Характерным признаком этих методов является стабильность формы и размеров ОД в стационарной фазе процесса.

Наряду с этими методами в машиностроении существует большое число методов ППД, основанных на динамическом (ударном) воздействии инструмента на поверхность детали). В этих процессах инструмент внедряется в поверхностный слой детали перпендикулярно профилю поверхности или под некоторым углом к ней. Многочисленные удары, наносимые инструментом по детали по заданной программе или хаотично, оставляют на ней большое число локальных пластических отпечатков, которые в результате покрывают (с перекрытием или без него) всю поверхность. Размеры очага деформации зависят от материала детали, размеров и формы инструмента и от энергии удара по поверхности. К методам ударного ППД относятся чеканка, обработка дробью, виброударная, ультразвуковая, центробежно-ударная обработка и др.

Поверхностное пластическое деформирование: повышает плотность дислокаций в упрочненном слое; измельчает исходную структуру; повышает величину твердости поверхности; уменьшает величину шероховатости; повышает износостойкость деталей и сопротивление схватыванию; увеличивает предел выносливости.

Из перечисленных выше методов ППД наиболее эффективным для упрочнения коррозионностойких сталей является метод алмазного выглаживания.

Выглаживание заключается в пластическом деформировании обрабатываемой поверхности скользящим по ней инструментом — выглаживателем. При этом неровности поверхности, оставшиеся от предшествующей обработки, сглаживаются частично или полностью, поверхность приобретает зеркальный блеск, повышается твердость поверхностного слоя, в нем образуются сжимающие остаточные напряжения, изменяется микроструктура и создается направленная структура (текстура). После выглаживания поверхность остается чистой, не шаржированной осколками абразивных зерен, что обычно происходит при процессах абразивной обработки. Такое сочетание свойств выглаженной поверхности предопределяет ее высокие эксплуатационные качества — износостойкость, сопротивление усталости и т.д.

Стойкость природных и синтетических кристаллов алмаза примерно одинакова. Формирование поверхностного слоя при алмазном выглаживании происходит вследствие пластической деформации обрабатываемой поверхности. Под действием радиальной силы, действующей на поверхность контакта алмаза с деталью, возникают контактные давления.

Если их величина превышает предел текучести, возникает пластическая деформация тонких поверхностных слоев. При пластической деформации поверхностный слой приобретает волокнистое специфическое строение (текстуру), исходная кристаллическая решетка искажается.

Эффективность алмазного выглаживания различных материалов в значительной мере определяется их структурным исходным состоянием. При выглаживании деталей из стали 45 установлено, что наиболее интенсивно возникает деформация в феррите, менее интенсивно — в перлите за счет ее блокирования хрупкими цементитными пластинами. Характерно, что насыщение поверхностного слоя дислокациями происходит при выглаживании деталей с определенной силой P_у= 200 Н (для стали 45). При алмазном выглаживании происходят структурные и фазовые превращения. Так, выглаживание деталей из низкоуглеродистой стали, приводит к увеличению концентрации на поверхности атомов углерода в 1,5–2 раза по сравнению со шлифованием. Высокая эффективность упрочнения мартенситной структуры и увеличение предела выносливости по сравнению с сорбитной при поверхностной пластической деформации объясняется более высокой плотностью дефектов, образующихся при деформировании стали с большим содержанием углерода в твердом растворе, а также дополнительным упрочняющим влиянием взаимодействия дислокаций с атомами углерода в мартенсите. Эксплуатационные характеристики деталей машин определяются качеством поверхностного слоя. В тонком поверхностном слое возникают усталостные трещины, происходят процессы коррозии и начинается изнашивание. На процессы изнашивания при контактном взаимодействии будут оказывать влияние как геометрические характеристики поверхностного слоя (макро-отклонения, волнистость, шероховатость), так и физико-механические свойства (твердость и остаточные напряжения, глубина и степень деформационного упрочнения, структурное состояние металла). Шероховатость (высота, форма неровностей и их направление) в значительной степени влияет на износостойкость деталей. Результаты исследований показали, что 70–80 % всей вариации показателей износостойкости связаны с параметрами шероховатости.

В начале работы узла трения контакт поверхностей деталей происходит по вершинам микронеровностей, фактическая площадь контакта мала, а удельные нагрузки большие, часто превышающие предел текучести. Как следствие, происходит разрушение микронеровностей за счет их пластического деформирования или среза, между соприкасающимися поверхностями появляется зазор. Высота неровностей в этот период уменьшается на 65–75 %, что должно привести к увеличению фактической площади контакта, а следовательно, к снижению давления. Однако появление зазоров вызывает увеличение динамической составляющей нагрузки, что затягивает период приработки, а в особо тяжелых условиях контактного нагружения может привести к катастрофическому изнашиванию, минуя фазу установившегося износа.

При работе в легких и средних условиях в период приработки шероховатость приобретает оптимальную высоту и направление, почти не зависящие от первоначальной геометрии. Поэтому важно в процессе механической обработки создавать поверхности, шероховатость которых по возможности будет соответствовать приработанным поверхностям трения для конкретных условий изнашивания. В общем случае изнашивание в зависимости от высоты неровностей имеет характер с явно выраженным оптимумом. Возрастание износа с увеличением высоты неровностей обусловлено механическим зацеплением, срезом и их смятием, а при уменьшении высоты неровностей по сравнению с оптимальной поверхностью износ увеличивается за счет возникновения молекулярного сцепления и заедания плотно соприкасающихся поверхностей.

Как указывалось выше, гальваническое нанесение хрома в машиностроении весьма эффективно, но не лишено недостатков. Так, покрытие по мере износа может отслаиваться от поверхности детали под действием абразивных включений, попадающих в трущиеся поверхности. Поэтому требуется дополнительная обработка методом пластического деформирования с целью ликвидации рисок и задиров на поверхности покрытия.

Металлизированные покрытия, также нашедшие широкое применение в машиностроении, имеют недостатки. Исследованиями установлено, что в металлизированном покрытии имеется большое количество пор. Поры хорошо удерживают масло при работе деталей в узлах трения с применением смазки. Однако, при работе поверхностей трения в условиях контакта с жидкой средой такие покрытия разрушаются из-за расклинивающего эффекта жидкости в порах. Поры необходимо закрыть, и это возможно только при помощи дополнительной обработки методом пластического деформирования.

Поэтому задачей данной работы является проведение экспериментов по исследованию влияния метода пластического деформирования, в частности, метода алмазного выглаживания на изнашивание поверхностей трения наносимых покрытий.

Источник