2.6.3. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием

Наиболее распространенный вид упрочняющей обработки — поверхностное пластическое деформирование — простой и эф­фективный способ повышения несущей способности и долго­вечности деталей машин и сооружений, работающих в условиях знакопеременных нагрузок (оси, валы, зубчатые колеса, под­шипники, поршни, цилиндры, сварные конструкции, инстру­менты и т. п.). Кроме того, поверхностное пластическое дефор­мирование значительно улучшает шероховатость поверхности, повышает износостойкость деталей, улучшает их внешний вид (упрочняюще-отделочная обработка).

Поверхностное пластическое деформирование — обработка деталей давлением, при котором пластически деформируется только их поверхностный слой. Такое деформирование осуществ­ляется инструментом, деформирующие элементы которого (ша­рики, ролики или тела иной конфигурации) действуют на обраба­тываемую поверхность путем качения, скольжения или внедрения.

Поверхностное пластическое деформирование оказывает следующие положительные воздействия:

• повышает твердость поверхности;

• уменьшает шероховатость поверхности;

• повышает износостойкость деталей;

• повышает сопротивление схватыванию;

• увеличивает предел выносливости детали.

При поверхностном пластическом деформировании путем качения деформирующий элемент (как правило, ролик или ша­рик) прижимается к поверхности детали с фиксированной си­лой Р (рис. 2.23, а), перемещается относительно нее, совершая при этом вращение вокруг своей оси.

Рис. 2.24. Схема обработки детали алмазным выглаживанием

Дорнование — деформирующее протягивание (калиброва­ние), применяют для обработки отверстий (рис. 2.25). Это высо­копроизводительная обработка, сочетающая в себе возможности чистовой, упрочняющей, калибрующей и формообразующей об­работок. Формообразующую обработку применяют для получе­ния на поверхности детали мелких шлицов и других рифлений. Толщина упрочненного слоя при дорновании регулируется натя­гом, т. е. разностью диаметра D дорна и диаметра d отверстия заготовки.

Рис. 2.25. Дорнование

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

Наряду с этими методами в машиностроении используют большое число методов поверхностного пластического деформи­рования, основанных на динамическом (ударном) воздействии инструмента на поверхность детали (рис. 2.26). При такой обра­ботке инструмент внедряется в поверхностный слой детали пер­пендикулярно профилю поверхности или под некоторым углом к ней.

Рис. 2.26. Дробеструйная обработка детали

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 силы удара по поверхности.

К методам ударной поверхностной пластической деформации относят чеканку, обработку дробью, виброударную, ультразвуко­вую, центробежно-ударную обработку.

Дробеструйная обработка (наклеп) осуществляется за счет кинетической энергии потока чугунной, стальной или другой дроби, который направляют, например, роторным дробеметом (рис. 2.26). Источником энергии может являться струя газа или жидкости либо центробежная сила. Основным достоинством дробеструйной обработки является возможность эффективного упрочнения деталей различной конфигурации, имеющих мелкие надрезы, пазы, галтели и резьбовые поверхности.

Усталостная прочность детали после упрочнения дробью по­вышается на 15—50 % в зависимости от материала и режимов упрочнения.

Центробежно-шариковая обработка осуществляется за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), располо­женных на периферии вращения диска (рис. 2.27). При враще­нии диска под действием центробежной силы шарики отбрасы­ваются к периферии обода, воздействуя на обрабатываемую по­верхность.

А-А

Рис. 2.27. Центробежно-шариковая обработка

Контрольные вопросы

1. Что такое элементарная кристаллическая ячейка?

2. Что называют аллотропией или полиморфизмом?

3. Что такое критическая температура?

4. Назовите физические и механические свойства металлов.

5. В чем заключается испытание на растяжение?

6. Дайте определения показателям прочности.

7. Перечислите методы исследования материалов.

8. Что такое диаграмма состояния сплавов?

9. Что такое линии ликвидуса и солидуса на диаграмме состояния желе­зо—углерод?

10. Какой сплав называют эвтектическим?

11. Что такое цементит, феррит, аустенит?

12. Как отличаются свойства чугуна от свойств стали?

13. Назовите виды термической обработки стали.

14. Объясните, что такое отжиг первого и второго рода.

15. В чем заключается процесс нормализации стали?

16. Что такое закалка стали?

17. Что такое отпуск стали?

18. Назовите способы поверхностного упрочнения стали.

19. Какие методы поверхностной закалки вы знаете?

20. Как осуществляется закалка токами высокой частоты?

21. Назовите виды химико-термической обработки.

22. Что такое цементация, азотирование и цианирование стали?

23. Назовите процессы диффузионной металлизации. В чем их суть?

10. В чем заключается упрочнение поверхностным пластическим дефор­мированием?