Сущность и виды пластической деформации

 

Сущность пластической деформации металлов состоит в изменении формы металлического тела под действием механической нагрузки, которая не сопровождается разрушением тела и не исчезает после снятия нагрузки.

Различают объемное и поверхностное пластическое деформирование.

Для восстановления деталей объемным пластическим деформированием выполняют различные формоизменяющие технологические операции: раздачу, осадку, обжатие, накатку и др.

Раздачей восстанавливают наружные размеры полых деталей за счет увеличения внутренних размеров.

Осадку применяют для уменьшения внутреннего и увеличения наружного диаметра полых деталей, а также для увеличения наружного диаметра деталей сплошного сечения за счет уменьшения их длины.

Обжатие применяют для уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет уменьшения их наружного диаметра.

Накатка применяется при компенсации износа наружных цилиндрических поверхностей деталей.

При применении поверхностного пластического деформирования выполняют: электомеханическую или дробеструйную обработку, обкатывание шарами и роликами, алмазное выглаживание.

 

7.2 Технологические процессы восстановления и упрочнения
деталей пластическим деформированием

Технология термогидравлической раздачи. Способ термогидравлической раздачи заключается в нагреве полой детали до закалочной температуры и пропусками потока охлаждающей жидкости через ее внутреннюю поверхность. В результате разностей скоростей охлаждения внутренних и наружных поверхностей происходит объемное расширение металла, увеличение наружного диаметра и длины детали. Величина прироста по наружному диаметру зависит от времени нагрева и охлаждения, толщины стенки, температуры охлаждающей среды.

Этот способ получил применение для восстановления поршневых пальцев. Восстанавливать можно пальцы диаметром 42–50 мм и дли-
ной 102–110 мм. Диаметр поршневых пальцев увеличивается
на 0,10–0,15 мм, длина — на 0,2–0,3 мм.

Технологический процесс восстановления поршневых пальцев термогидравлическим способом включает следующие операции:

05 — моечная (машина ОМ-6083, раствором МС-8 при 75—85 °С с последующим ополаскиванием холодной водой);

10 — дефектовочная (сортируют на две группы: годные и негодные для восстановления);

15 — термогидравлическая (высокочастотный нагрев и охлаждение);

20 — бесцентровошлифовальная (1-е черновое шлифование наружной поверхности на станке модели 3Ш 185);

25 — бесцентровошлифовальная (2-е черновое шлифование наружной поверхности на станке модели 3Ш 185);

30 — бесцентровошлифовальная (3-е черновое шлифование наружной поверхности на станке модели 3Ш 185);

35 — шлифовальная (обработка торцов в кассетах на станке модели 3Б722);

40 — полировальная (обработка наружных фасок в приспособлении на модели ТШН-400);

45 — зенковочная (обработка зенкером на сверлильном станке внутренних фасок);

50 — полировальная (обработка наружных фасок);

55 — бесценровошлифовальная 1-ое чистовое шлифование наружной поверхности на станке модели Л297С1);

60 — бесцентровошлифовальная (2-ое чистовое шлифование на станке модели ЗШ 184);

65 — полировальная (доводка наружной поверхности на станке ЗШ 184Д);

70 — моечная (споласкивание в моечной машине ОМ — 6083);

75 — контрольно-сортировочная (сортируют на группы по размеру и массе);

80 — маркировочная (обозначение групп);

85 — консервационная (на автооператоре консервируют, упаковывают в ингиборованную бумагу и укладывают в картонные ящики).

Технологический процесс рекомендуется при рациональной загрузке оборудования при двухсменной работе. Годовая программа такого ремонтного производства составляет 1,2–1,5 млн. поршневых пальцев.

Технология электромеханической обработки. Электромеханическая обработка — разновидность восстановления и упрочнения деталей пластическим деформированием. ЭМО — называется способ обработки металла электромеханическим местным воздействием на поверхностный слой. Через контакт инструмента с деталью пропускается ток большой силы и низкого напряжения, что приводит к локальному нагреву.

Особенностью процесса ЭМО является тепловое и силовое воздействие на поверхностный слой, осуществляемое одновременно.

Источниками тока являются понижающие трансформаторы мощностью до 25 кВт. Напряжение во вторичной обмотке составляет 2–6 В. Ток равняется 400–1400 А. Созданы специальные установки УЭМО-1 и УЭМО-2 для ремонтного производства.

При пропускании электрического тока через контакт инструмента с деталью происходит мгновенный разогрев поверхности. Этот участок детали одновременно деформируется инструментом. За счет интенсивного отвода теплоты в массу детали локальный участок поверхности подвергается закалке. Обеспечивается получение мелкозернистой структуры, однородной по твердости.

При упрочнении деталей, наплавленных Нп-30ГСА в среде СО₂ рекомендуются следующие режимы ЭМО: J = 550 А; Р = 3,0 кН; = 100 м/мин;
S = 0,2 мм/об.

Технология дробеструйной обработки. Дробеструйная обработка стальной поверхности обеспечивает неглубокую пластическую деформацию (до 0,5–0,7 мм). Применяется для обработки рессорных листов и пружин, зубчатых колес, шатунов, деталей, имеющих сварные соединения. Используется стальная либо чугунная дробь диаметром 0,8–2,0 мм.

Режим обработки определяется скоростью подачи дроби до 70–100 м/с. Продолжительность операции дробеструйной обработки длится от 3,0 до 10,0 мин. Дробеструйную обработку осуществляют механическими или пневматическими дробеметами. В механических дробеметах дробь выбрасывается вращающимся с большой скоростью барабаном. В пневматических дробеметах дробь транспортируется к поверхности детали потоком сжатого воздуха под давлением 0,5–0,6 МПа.

Технология обкатывания шарами и роликами. Технологический процесс обкатывания шарами и роликами применяется для упрочнения наружных и внутренних поверхностей вращения, галтелей, плоскостей и различных фасонных поверхностей.

Технология выполняется на токарно-винторезных или специальных станках. Инструментом служит обкатное приспособление (т.н. обкатник).

Технологические режимы упрочнения включают:

— скорость обкатывания, 30–150 м/мин;

— подача деформирующего инструмента, 0,1–0,5 мм/об. на ролик и
0,01–0,05 мм/об. на шарик;

— усилие накатки (устанавливается опытным путем);

— число проходов 2–4.

Технология алмазного выглаживания. Алмазное выглаживание заключается в обработке поверхностного слоя детали инструментом, рабочей частью которого является сферическая поверхность кристалла алмаза с радиусом закругления 1–3 мм.

Предварительную обработку поверхности выполняют шлифованием, тонким точением или растачиванием.

Технологическими параметрами технологии «АВ» являются: радиус закругления алмаза, мм; скорость выглаживания, м/мм; подача, мм/об; усилие выглаживания, Н.

Радиус алмаза выбирают с учетом твердости обрабатываемой поверхности. При твердости менее 300 НВ радиус равняется 2,5–3,5 мм. При твердости 35–50 НRС_э радиус — 1,5–2,5 мм, а при 50–65 НRС_э — 1,3–2 мм.

Скорость выглаживания для сталей твердостью менее 300 НВ составляет 10–80 м/мин, подача рекомендуется в пределах до 0,04–0,08 мм/об. Для сталей с твердостью более 300 НВ рекомедуемая скорость — в пределах
до 200–280 м/мин, подача — 0,02–0,05 мм/об.

Оптимальным усилием выглаживания рекомендуется 250 Н. Глубина наклепанного поверхностного слоя детали может достигать 400 мкм.

Твердость поверхности повышается на 25–30%. Износостойкость увеличивается на 40–60%. Усталостная прочность повышается на 30–60%.

 

Лазерное упрочнение

В ремонтном производстве получают все большее применение высококонцентрированные источники энергии — лазеры. Они используются для придания поверхностным слоям детали повышенной износостойкости.

При лазерной обработке применяются следующие способы упрочнения:

1. Без изменения химического состава поверхности вследствие фазовых превращений при быстром нагревании и последующем охлаждении, а также за счет ударной волны из-за испарения верхних слоев металла;

2. При частичном изменении химического состава поверхностного слоя
(т.н. лазерного легирования) путем расплавления последнего и добавления легирующих элементов;

3. Лазерное плакирование посредством нанесения на поверхность восстанавливаемой детали материала, его нагрева, растекания и затвердевания при охлаждении.

Лазерное упрочнение (закалка) стальных и чугунных деталей позволяет повысить их износостойкость. Лазерная закалка актуальна для деталей при их обработке на ремонтный размер. К числу таких деталей относятся коленчатые валы, верхняя часть цилиндров, оси, тормозные барабаны и др. Лазерная закалка шеек коленчатых валов из высокопрочного чугуна обеспечивает глубину упрочнения 0,6–0,7 мм. Микротвердость достигает 8,5 ГПа. Износостойкость шеек валов увеличивается в 1,9–2,1 раза по сравнению с неупрочненными деталями. Лазерные дорожки представляют собой винтовые линии. Режим обработки характеризуется следующими параметрами: мощность излучения равна 0,7–0,75 кВт; диаметр луча в зоне обработки 3,0–3,5 мм; подача луча
35–40 мм/мин; частота вращения детали 4–4,5мин^-1.

Для деталей из стали 40Х износостойкость возрастает более чем в 2 раза по сравнению с ее износостойкостью после обычной закалки.

Поверхностное упрочнение деталей лучом лазера характеризуется рядом особенностей:

1. Упрочнение локальных (по глубине и площади) объемов материала обрабатываемых поверхностей. Получаемая при этом твердость (60–70 НRСэ) на 15–20% и более превышает твердость после термической обработки существующими способами с сохранением исходных свойств материала в остальном объеме;

2. Создание «пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей, при котором не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к отслаиванию и растрескиванию;

3. Отсутствие деформаций обрабатываемых деталей, обусловленное локальностью термообработки, что позволяет практически полностью исключить финишную шлифовку;

Режимы лазерной обработки при проектировании технологического процесса: глубина упрочненного слоя, плотность энергии и микротвердость (принимаются с учетом марки обрабатываемого материала и принятой модели установки).

Контрольные вопросы

1. Назовите виды пластической деформации, применяемые при восстановлении деталей.

2. Какие дефекты деталей устраняют с использованием объемного пластического деформирования?

3. Какие дефекты деталей устраняют с использованием поверхностного пластического деформирования?

4. Изложите технологический маршрут восстановления поршневых пальцев термогидравлической раздачей.

5. Поясните технологию электромеханической обработки при упрочнении деталей.

6. Поясните технологию дробеструйной обработки при восстановлении и упрочнении деталей.

7. В чем заключается сущность технологии алмазного выглаживания? Назовите примеры ее практического использования при восстановлении деталей.

8. Назовите основные способы упрочнения деталей лазерной обработкой.

9. Изложите технологию лазерного упрочнения восстанавливаемых поверхностей стальных деталей.

10. В чем заключаются технологические особенности поверхностного упрочнения деталей лучом лазера?

Литература

1. Одинцов, Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: справочник / Л.Г. Одинцов. — М.: Мишиностроение, 1987. — 328 с.

2. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве: учеб. пособие / Под ред. В.И. Черноиванова. — М.: Челябинск: ГОСНИТИ, ЧГАУ, 2003. — 992 с.

Тема 8 Типовые технологические процессы
восстановления деталей типа «вал»

 

План:

 

8.1 Общие сведения и типизация технологических процессов.

8.2 Характерные дефекты и технические требования, предъявляемые к восстанавливаемым деталям.

8.3 Схемы технологических процессов восстановления гладких и шлицевых валов.

8.4 Особенности восстановления коленчатых и распределительных валов.