ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обработка металлов пластическим деформированием поверхности Сущность чистовой обработки металлов давлением из "Чистовая обработка титановых сплавов " Сущность чистовой обработки металлов давлением состоит в том, что под давлением твердого металлического или алмазного инструмента (шар, ролик, выглаживающая прошивка или протяжка, алмазный сферический или цилиндрический наконечник) выступающие микроиеровности обрабатываемой поверхности пластически деформируются — сминаются, шероховатость поверхности при этом уменьшается. [c.5] Схема деформации неровностей поверхности при чистовой обработке обкатыванием шаром (наиболее широко применяемый способ чистовой обработки давлением) показана на рис. 1. Металл выступов исходных неровностей перемещается в обоих направлениях от места контакта с деформирующим элементом, к которому приложено определенное усилие, и затекает в смежные впадины. Одновременно металл из впадин выдавливается вверх. Образуется новая поверхность с неровностями, высота, форма и шаг которых определяются основными параметрами режима обкатывания. [c.5] На все основные качественные показатели процесса наибольшее влияние оказывают максимальные значения нормальных и касательных напряжений, возникающих в очаге деформации, а также соотношение их значений, определяющее направление деформации и перемещения металла в зоне контакта деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью. Следовательно, задача сводится к определению величин и направлений главных напряжений, рассматриваемых в теории упругости и пластичности. Эта задача в приложении к упруго-пластическому деформированию микронеровностей обрабатываемой поверхности металла шаром или роликом в настоящее время с достаточной для практики точностью нерешима. [c.5] Когда ф приближается к О, из формулы (2) получаем Р2 0, что соответствует схеме обкатывания при вдавливании шара без продольной подачи (обработка сферических канавок и переходных поверхностей). Отсутствие в этом случае сдвиговых деформаций в осевом направлении способствует созданию наилучших условий пластического деформирования и получению особо чистых поверхностей. Когда ср приближается к Ок, отношение Р2/Р1 имеет максимальное значение. Для достижения высоких классов шероховатости поверхности при работе с продольной подачей необходимо стремиться к минимальному отношению Р2/Р1 (обкатывание шарами большего диаметра, роликами с большим радиусом сферы, с малой подачей). При значении Рг, близком к нулю, проскальзывание шара относительно обрабатываемой поверхности минимально и условия пластического деформирования наилучшие. [c.7] Пластическая деформация приводит к сглаживанию неравномерных по форме, размерам и расположению неровностей исходной поверхности. Влияние вибраций, которые могут возникнуть в процессе обработки, несравненно слабее, чем прн резании, что обусловлено самим характером обработки, основанной на пластической деформации. Этим объясняется возможность достижения обработкой давлением высоких классов шероховатости поверхностей (выше 9-го класса по ГОСТ 2789—73) на маложестких и изношенных станках. [c.7] Помимо геометрических факторов на образовании неровностей при чистовой обработке давлением сказываются неоднородность формы и размеров неровностей исходной поверхности, дефекты поверхности (риски, вырывы, царапины), дефекты металла (включения, поры), а также дефекты рабочей поверхности деформирующего элемента. При чистовой обработке давлением в результате пластической деформации изменяются не только размеры заготовки, шероховатость поверхности, но и структура, и практически все физико-механические свойства поверхностного слоя металла. При этом чем выше степень деформации, тем на большую глубину распространяется деформированный измененный слой. [c.8] Основным, наиболее существенным изменением является упрочнение (наклеп) поверхностного слоя металла. Из-за неоднородности структуры исходного металла, неоднородности напряжений в нем, возникших в результате предварительной обработки резанием, и самого характера деформации при сглаживании исходных неровностей, в поверхностном слое создается неравномерный наклеп. Поэтому происходят неравномерные объемные изменения появляется различная степень деформации в поверхностном слое металла, образуются сжимающие остаточные напряжения. [c.8] Процесс упрочнения не является беспредельным. Исследованиями установлено наличие порога упрочнения, который, например, для углеродистых сталей наступает уже при степенях деформации 40—45% [24]. При необходимости частичное или полное разупрочнение может быть достигнуто отжигом. [c.8] Чистовая обработка давлением, основанная не на отделении частиц металла от основной массы, а на пластическом деформировании его поверхностного слоя, отличается рядом существенных особенностей от резцовой и абразивной чистовой обработки. Эти особенности сводятся к следующему. [c.8] Обеспечиваемые чистовой обработкой давлением параметры качества деталей и уп 1очнение поверхностного слоя металла сохраняются довольно продолжительное время. [c.9] В результате анализа состояния корпусов микроэлектромашин автоматики, исчерпавших предусмотренный срок хранения и эксплуатации в сложных условиях повышенной (морской) влажности и температуры от —40° до -f 120°С, выявлено, что в течение трех лет на деталях из титановых сплавов, поверхности которых были обработаны давлением, не наблюдались заметные изменения формы поверхностей и состояния поверхностного слоя металла. Следует предполагать, что качество титановых деталей не будет снижаться и при более длительном периоде хранения и эксплуатации изделий машино- и приборостроения. [c.9] Все известные способы чистовой обработки металлов давлением можно разделить на две группы 1) способы, основанные на непрерывном контакте деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью 2) способы, основанные на ударном воздействии деформирующего элемента на обрабатываемую поверхность. [c.10] Наибольшее применение в промышленности получили способы первой группы, которые, в свою очередь, делятся на два вида 1) способы, осуществление которых связано с трением скольжения деформирующего элемента по обрабатываемой поверхности 2) способы, основанные на трении качения деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью. [c.10] К способам, основанным на трении скольжения, относятся. прошивание и протягивание отверстий выглаживающими протяжками и прошивками (дорнование), механическое выглаживание твердосплавными пластинами, алмазное выглаживание сферическими и цилиндрическими алмазными наконечниками и др. Однако указанные способы мало пригодны для чистовой обработки титановых сплавов из-за плохой теплопроводности, повышенных фрикционных свойств, взаимодействия титана с материалом инструмента, в частности, с алмазом и твердыми сплавами ти-тано-вольфрамовой группы. [c.10] Более приемлемыми для титановых сплавов являются способы, основанные на трении качения деформирующего элемента по обрабатываемой поверхности, в частности, обработка роликами и шарами наружных и внутренних (с диаметральными размерами от 12 мм и больше) цилиндрических, торцовых, плоских и фасонных поверхностей. В зависимости от целевого назначения обработки давлением (калибрование, отделка, упрочнение) применяются устройства жесткого или упругого действия. [c.10] Жесткие обкатки и раскатки, в которых ролик или шар жестко прижимается с определенным усилием к обрабатываемой поверхности, позволяют путем перераспределения объемов металла в деформируемой зоне достигать в пределах высоты неровностей исправления геометрической формы исходной поверхности и повышения точности диаметрального размера. [c.10] Достоинство инструмента упругого действия — спокойная, плавная работа и равномерное усилие обкатывания по всей обрабатываемой поверхности независимо от точности формы заготовки и правильности ее установки на станке. В результате создается более однородная поверхность в отношении шероховатости, наклепа и напряжений, возникающих в поверхностном слое. [c.10] Описанные выше способы чистовой обработки давлением отличаются несложной кинематикой. Деформирующий элемент, обкатываясь по вращающейся заготовке, перемещается вдоль ее оси. В этих условиях деформирующий элемент пересекает выступы исходных неровностей поверхности (следы обработки) в одном направлении, которое зависит от соотношения частоты вращения заготовки и величины подачи инструмента. Обеспечиваемая при обкатывании опорная поверхность, хотя и значительно превосходит по величине опорную поверхность, получаемую, например, при точении, все же не является оптимальной для многих условий эксплуатации и не всегда приводит к заметному улучшению эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей. [c.11] Шероховатость поверхности при обкатывании по величине и форме неровностей является недостаточно однородной. Кроме того, рисунок, создаваемый на поверхности следом инструмента, однообразен и представляет собой, например, при обкатывании цилиндрической поверхности винтовую канавку того или иного профиля и шага. В результате исследований выявлено, что для огромного разнообразия условий работы деталей, например при трении и схватывании, иногда необходимо изменять направление следов обработки (рисунок) поверхности относительно направления перемещения поверхностей при трении. Оптимальным рисунком во многих случаях при работе на трение являются не винтовые линии канавок, а сетки с различными углами направления канавок, образующих масляные карманы с различным их числом на единицу поверхности, продольное расположение канавок и т. д. [c.11] Вернуться к основной статье