Упрочнение и отделка деталей поверхностным деформированием

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра МСИ

Реферат

Тема: «Упрочнение и отделка деталей поверхностным деформированием»

Выполнил студент гр. МС-09т

Попов А.А.

Проверил к.т.н ., доцент

Гах В.М.

Краматорск - 2013г

Содержание

1. Теоретические основы процессов ППД

2. Явления происходящие в поверхностном слое при обработке деталей ППД

3. Зависимость параметров поверхностного слоя от условий ППД

4. Краткая характеристика методов ППД

5. Влияние ППД на эксплуатацию детали

6. Преимущества ППД по сравнению с другими методами обработки

Список использованной литературы

1. Теоретические основы процессов ППД

Под поверхностным пластическим деформированием подразумевают механическую обработку детали без удаления материала, впоследствии которой образуется поверхностный наклеп, перераспределяются внутренние напряжения, изменяется форма, точность, прочностные и др показатели.

В соответствии с ГОСТ 18296-72 методы ППД подразделяют на статические и ударные. При статических методах инструмент, рабочие тела или среда воздействуют на обрабатываемую поверхность с определенной постоянной силой Р, происходит плавное перемещение очагов воздействия, которые последовательно проходят всю поверхность, подлежащую обработке. При этом инерционные силы не оказывают не оказывают существенного воздействия на ППД. К таким видам относят выглажывания (рис. 1а), накатывания (рис. 1б), метод однократного обжатия обрабатываемой поверхности (рис. 1в).

При ударных методах (рис. 1г) инструмент, рабочие тела или среда многократно воздействуют на всю обрабатываемую поверхность или на ее часть, при этом сила воздействия Рв каждом цикле изменяется от нуля или от некоторого значения Р1до максимума, а в случае локального ударного воздействия очаг деформирования может последовательно и равномерно проходить всю обрабатываемую поверхность.

Инструментами при ППД могут быть ролик, шар с принудительной осью вращения или без нее, 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.

Рис. 1 - Характер контактного взаимодействия инструмента обрабатываемой поверхностью при различных методах ППД

2. Явления происходящие в поверхностном слое при обработке деталей ППД

Поверхностный слой при обработке формируется в результате сложных взаимосвязанных явлений происходящий в очаге деформирования и прилегающих к нему зонах. Как при статическом, так и при ударном взаимодействии на обрабатываемой поверхности в первоначальный момент образуется отпечаток от инструмента, который затем превращается в примыкающие друг к другу следы в серию отпечатков. Обработка ППД сопровождается сложными структурными и фазовыми превращениями. В первоначальный момент происходит дробление зерен металла на блоки (полиганазия) и образуется мозаичная структура. Далее вследствие усиления развития сдвигов по плоскостям скольжения образуются новые, значительно мелкие зерна. При этом кристаллы теряют свою глобоидную форму, сплющиваются вытягиваются в направлении деформирования. При интенсивных режимах обработки локальные участки поверхностных слоев нагреваются -до 300-400° С, при выглаживании -до 600-700°С, при ударных методах -до 800-1000°С.

Основной причиной упрочнения является лавинообразное развитие дислокаций -дефектов кристаллической решетки металла, скапливающихся вблизи линий сдвигов, и последующее их застревание перед различного рода препятствиями, образующимися в процессе деформирования (скрещение дислокаций, траектории движения которых пересекаются под углом; полосы деформирования). При наклепе перенасыщенных твердых растворов частично происходит их распад, в результате которого выделяются мельчайшие частицы новых структурных образований. Последние, попав на плоскости скольжения, блокируют развитие сдвигов. При деформировании сталей с феррито-перлитной структурой распадается твердый раствор б-железа и углерода, роль «шипов» играют карбиды железа, выделяющиеся в виде очень мелких карбидных включений. Возможно выпадение соединений азота - нитридов. Увеличение твердости при пластическом деформировании сталей со структурой мартенсита закалки объясняется частичным превращением остаточного аустенита в мартенсит. Если при обработке происходят структурные превращения, сопровождающиеся увеличением удельного объема то образуются остаточные сжимающие напряжения при обратном процессе -растягивающиеся процессы. Суммарное максимальное увеличение удельного объема для сталей составляет 1,1%. Это обуславливает образование в наклепанной зоне остаточных напряжений сжатия, которые в зависимости от материала и метода обработки достигают 1200-1500Мпа. Наклеп металла можно частично или полностью снять с помощью отжига.

3. Зависимость параметров поверхностного слоя от условий ППД

При обработке деталей преследуется определенная цель (снижение шероховатости, повышение твердости поверхности и др.). Чтобы получить желаемый результат необходимо создавать определенные условия обработки, такие как сила нагрузки, частота коло-во работающих тел, интенсивностьи др.

Шероховатость обрабатываемой поверхности наиболее интенсивно уменьшается при удельных нагрузках 1000-1400Мпа, при этом оптимальное значение удельной нагрузки до более твердых и менее пластичных материалов. На (рисунке 2а)показана зависимость параметров шероховатости от давления во время обкатывания. Скорость обкатывания и число рабочих элементов практически не влияют на шероховатость поверхности. Параметр шероховатости прямо пропорционален подаче во второй степени и обратно пропорционален радиусу шара на рис.2б изображен график зависимости шероховатости от подачи. металл зерно раствор давление

а) б)

Рис. 2 - Зависимость параметра шероховатости от условий обработки

Твердость поверхности при обкатывании повышается для всех металлов, и чем выше прочность обрабатываемого материала тем выше давления обкатывания. Твердость значительно повышается до глубины 2мм и планомерно снижается. Наибольшую твердость в процессе обработки получают стали со структурой мартенсита. Оптимальное давление, при котором достигается твердость 2100-2300Мпа. Подача составляет 0,6-0,2 мм/об. При подачах 0,3 и меньше твердость быстро снижается.

Остаточные напряжения в поверхностном слое зависят от давления, подачи скорости, размеров инструмента, числа рабочих ходов, структуры и свойств обрабатываемого материала. По мере повышения давления от минимального до предельного значения возрастает глубина и величина остаточных напряжений. Однако увеличение подачи от значения большего, чем допустимое, резко уменьшает остаточные напряжения и глубину их залегания. Изменение скоростей обкатывания не влияют на значения остаточных напряжений. Но для некоторых легированных сталей таких как 12Х18Н9Т увеличение скорости до 120м/мин приводит к образованию тонкого слоя остаточных растягивающих напряжений.

4. Краткая характеристика методов ППД

Статические методы ППД включают в себя обкатывание и раскатывание роликом или шаром, вибрационное накатывание, выглаживание, вибрационное выглыживание, поверхностное дорнование.

Раскатывание и обкатывание: сущность заключается в качении инструмента (ролик, шар) по обрабатываемой поверхности, для плоских и круглых наружных поверхностей - обкатывание, для внутренних -раскатывание. Достигаемая твердость поверхностного слояHRC 45-55 шероховатость до Rz 0,8мкм. Нашли широкое применение в массовом и среднем производстве. Выглаживаниезаключается в скольжении инструмента по локально контактирующей с ним поверхности тел вращения. Достигаемая твердость поверхностного слоядо HRC70. Вибрационное накатывание состоит из накатывания или выглаживания при вибрации инструмента по касательной к поверхности деформируемого металла Применим для поверхности тел вращения плоских поверхностей. Поверхностноедорнование проводится с поступальным перемещением дорна по охватываемой поверхности деталей типа втулок и труб. Достигаемая твердость поверхностного слоядо HRC40. Применяется в серийном и массовом поизводстве.

Ударные методы состоят из дробеструйной обработки, ударном раскатывании, ультразвуковой обработки, упрочняющей чеканки, центробежной и вибрационной ударной обработки.

Дробеструйная обработка-удары дроби по деформируемому металлу. Дробь -круглые тела из различных материалов. В зависимости от источника кинематической энергии (струя газа, жидкости, вращение ротора) обработка называется дробеметной, гидродробеструйоной, гидропневмодробеструйной и т.д. Применяется для различных поверхностей получаемая твердость поверхностного слоядо HRC 55. Ультразвуковая обработка похожа на статическое обкатывание но к постоянной силе добавляется сила ультразвуковых колебаний. Нашла применение в единичном и серийном производстве. При ударном раскатывании ролики создают удары в момент прохождения выступающих элементов опоры. Обработке подвергаются поверхности втулок и труб. Достигаемая твердость поверхностного слояHRC50. Серийное и массовое производство. Центробежная обработка -удары инструмента по обрабатываемой поверхности под действием центробежной силы. Поверхности тел вращения и плоские поверхности, твердость до HRC 50. Упрочняющая чеканка-ударное приложение деформирующей силы при возвратно-поступательном перемещении инструмента.Достигаемая твердость поверхностного слоя доHRC50. Вибрационная ударная обработка-удары рабочими телами о закрепленной детали в замкнутом пространствеДостигаемая твердость поверхностного слоядо HRC55. Обработка механической щеткой -удары концами проволоки вращающейся механической щетки. Применимо для поверхностей различной конфигурации.Достигаемая твердость поверхностного слояHRC 45-55.

5. Влияние ППД на эксплуатацию детали

Обработке ППД подвергаются детали которые работают в тяжелых условиях и от работоспособности которых зависит надежность и долговечность изделий вцелом. На примере некоторых деталей можно сделать вывод о бесспорной выгоде и эффективности обработке ППД. Алмазное выглаживание способствует повышению контактной выносливости кулачков вала в 1,5-2раза. Вибронакатывание позволяет снизить трудоемкость изготовления подшипника кулачкового вала в 15 раз, повысить долговечность поршня на 20-30%. Обкатывание дает повышение контактной выносливости поршневого пальца на 25-40%, повышение износостойкости вкладыша подшипника на 30%. Использование методов ППД в производстве деталей продлевает их срок и качество службы.

6. Преимущества ППД по сравнению с другими методами обработки

При выборе способов обработки деталей необходимо учитывать, что обработка ППД имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным точением, шлифованием, полированием, доводкой. А именно:

- целостность 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...0,05мкм и менее;

- создается благоприятные форма микронеровностей с большей долей опорной площади;

- можно образовывать регулярные микрорельефы с заданной площадью углублений для задержания смазочных материалов;

- плавно и стабильно повышается микротвердость в поверхностном слое;

- повышает эксплуатационные свойства на 20-50%.

Список использованной литературы

1 Одинцов Л.Г. Упрочнение иотделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Спрравочник. -М.: Машиностроение, 1987г. 328стр. ил.

2 Справочник технолога-машиностроителя в 2 томах, т.1 под ред. А.Г. Косиловой - М.: Машиностроение 1985 г.

3 Справочник технолога-машиностроителя в 2 томах, т.2 под ред. А.Г. Косиловой - М.: Машиностроение 1985 г.

Размещено на Allbest.ru