Лекция №5. Методы поверхностного пластического деформирования

1. Обкатывание и раскатывание

Сущность этих методов состоит в том, что в результате давления поверхностные слои металла, контактируя с инструментом высокой твердости, оказываются в состоянии всестороннего сжатия и пластически деформируются.

Точность обработанного изделия зависит от его конструкции, режимов обработки, конструкции инструмента, а также от точности размеров, формы и качества поверхности заготовки, полученных при обработке на предшествующем переходе. Наиболее целесообразно обкатыванием и раскатыванием обрабатывать исходные поверхности с точностью размеров по 5 - 11 квалитету. При поверхностно пластическом деформировании достигаются параметры шероховатости поверхности Ra 0,8…0.2 мкм при исходных значениях Ra 6,3…0,8 мкм.

Рис. 1. Шаровые головки

2. Алмазное выглаживание.

Сущность этого технологического процесса состоит в том, что оставшиеся после обработки резанием неровности поверхности выглаживаются перемещающимся по ней алмазным инструментом. Рабочая часть инструмента выполнена в виде полусферы, цилиндра или конуса. Чем тверже обрабатываемый материал, тем меньше радиус скругления рабочей части алмаза.
Преимущества алмазного выглаживания состоят в повышении эксплуатационных свойств обрабатываемых поверхностей, снижении шероховатости и отсутствии переноса на обрабатываемую поверхность посторонних частиц. При этом возможна обработка тонкостенных заготовок сложной конфигурации инструментом (выглаживателем) простой формы. При правильно подобранных режимах выглаживания микронеровности на поверхности могут быть уменьшены в несколько раз (Ra = 0,1 ÷ 0,05 мкм), микротвердость увеличивается на 5—60% (глубина наклепанного слоя до 400 мкм). Детали с поверхностью, обработанной алмазным выглаживанием, обладают хорошими эксплуатационными качествами: высокой из-носостойкостью и усталостной прочностью.

Рис. 2. Державки

3. Поверхностное дорнование.

Дорнование (выглаживающее протягивание) — прогрессивный бесстружечный точный метод обработки металлов. Сущность дорнования сводится к перемещению в отверстии заготовки с натягом жёсткого инструмента – дорна. Размеры поперечного сечения инструмента больше размеров поперечного сечения отверстия заготовки на величину натяга.

Дорнование подразделяют на поверхностное и объемное. При поверхностном дорновании пластически деформируется поверхностный слой, при объемном — пластическое деформирование происходит по всему поперечному сечению обрабатываемой детали.

Можно выделить две основные категории – однозубые и многозубые дорны. Важную роль в конструкции дорна имеет угол заборного конуса, так как на него приходиться основная часть деформации в начальный момент соприкосновения инструмента с заготовкой. При неудачном выборе этого угла в сторону уменьшения необходимо приложить большую силу дорнования, что вызывает значительный сдвиг поверхностных слоев металла, разрывает масляную подушку и создает царапины и надиры на обрабатываемой поверхности. Значительное увеличение угла может привести к тому, что заборная часть дорна проскользнет в отверстии и ей не будет выполнена основная часть работы, которая приходиться на рабочий конус. В результате чего дорн может повести в отверстии, так как вся деформация будет происходить в зоне цилиндрической ленточки и как следствие выход инструмента из строя.

1. Методика определения

Натяг выбирается в зависимости от требований к шероховатости поверхности

Рисунок 3 – Влияние относительного (а, б) и абсолютного(в, г) натяга на характеристики обрабатываемой поверхности: а – на параметр шероховатости Rz: 1 – многозубый дорн, 2 – однозубый дорн; б – на параметр шероховатости Rz: 1-7 варианты распределения натяга между зубьями; в – на параметр шероховатости Ra: 1 – Rzисх=1,3…3,2мкм.; 2 – Rzисх=7…13; г - на увеличение наружного диаметра детали Δн: 1 – толщина стенки 17мм., 2 – толщина стенки 11мм., 3 – толщина стенки 7мм.

Осевая сила на одном деформирующем элементе при использовании однозубого инструмента определяется (при t₀/d₀<0.3-0.4):

(1)

C – коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала, угла рабочего конуса деформирующего элемента и применяемого СОТС; t₀ – исходная толщина стенки детали, мм.; d₀ – диаметр отверстия до обработки, мм.; НВ – твердость обрабатываемого материала; i – натяг на элемент, мм.; - суммарная деформация отверстия, мм., осуществляемая n элементами; - суммарная деформация отверстия, осуществляемая n-1 элементами; значения величин C, x, y, r, m приведены в табл. 14 ([1], стр. 409).

При большой толщине стенки (t₀/d₀≥1) осевая сила:

(2)

- натяг на n деформирующем элементе, мм.; - натяг на (n-1) деформирующем элементе, мм.; значения C, x, y, r, m приведены в табл. 15 ([1], стр. 409).

Уравнения 1, 2 даны для случая применения углов рабочего конуса деформирующего элемента 3-6.

Скорость необходимо выбирать в зависимости от обрабатываемого материала.

Таблица 1 – Рекомендуемые скорости для поверхностного дорнования.

4. Виброобкатывание и вибровыглаживание

При использовании в качестве инструмента стального закалённого шара в процессе называется виброобкатыванием, при использовании сферического наконечника из алмаза или другого сферического материала (радиусом R) — выглаживанием, т.к. процесс происходит в условиях трения скольжения. Выбор материала зависит от твёрдости обрабатываемой поверхности для обработки деталей из материалов высокой твёрдости (от HRC 50 до HRC 60) применяют алмазные наконечники. Для повышения износостойкости деталей машин на поверхностях трения целесообразно выдавливать слабозаметные, прилегающие друг к другу канавки. В канавках скапливаются смазочный материал и мелкие частицы, образовавшиеся в процессе изнашивания. Канавки образуются вибронакатыванием и имеют плавные очертания с Ra 0,02…0,16.