8.1. Формирование упрочнённого слоя деталей методом ппд

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) является эффективным средством повышения усталостной прочности, улучшения качества поверхности и износостойкости деталей различной формы и размеров.

Различают механические, пневматические, гидравлические и электромагнитные устройства для ППД.

Большинство деталей машин подвержено изгибу и кручению, при которых напряжения растут в направлении к поверхности. На поверхности расположены основные источники концентрации напряжений и разрушение деталей, как правило, начинается с поверхности. Поэтому особенно важно повышать прочность именно поверхностных и приповерхностных слоёв. Эффект поверхностного упрочнения складывается из собственно упрочнения поверхностного слоя и создания в нём остаточных сжимающих напряжений.

На рис. 8.1 показаны схемы основных видов упрочнения ППД.

Упрочнение роликом и шариком (рис. 8.1, а, б) осуществляется свободно вращающимся роликом или шариком, приводимым в соприкосновение с обрабатываемой поверхностью детали под давлением. В результате пластической деформации происходит наклёп поверхностного слоя, возникают остаточные напряжения сжатия, изменяется структура и увеличивается твёрдость. Происходит также смятие выступов на поверхности от предшествующей механической обработки и заполнение впадин, что повышает чистоту поверхности и уменьшает диаметр детали на величину смятия выступов. Обкатка цилиндрических поверхностей обычно выполняется на токарных и револьверных станках, а плоских – на строгальных.

Наклёп механической чеканкой (рис. 8.1, в, г) осуществляют с помощью механического, пневматического и электромеханического приспособлений путём нанесения ударов по упрочивающей поверхности ударниками различной формы. В результате изменяется качество поверхности, создаются остаточные напряжения сжатия, повышаются твёрдость на 30…50% и несущая способность деталей.

Рис. 8.1. Принципиальные схемы основных видов упрочнения поверхностным пластическим деформированием

Центробежно-шариковый наклёп (рис. 8.1, д) основан на использовании центробежной силы стальных шариков диаметром 7…12 мм, свободно перемещающихся в гнёздах специального приспособления, вращающегося со скоростью 20…40 м/с над обрабатываемой поверхностью. Встречая на своём пути поверхность детали, движущейся навстречу шарикам со скоростью 30…90 м/мин, каждый шарик с силой ударяет о поверхность, производя наклёп и сглаживание поверхности. В качестве оборудования применяют токарные, шлифовальные и другие станки.

Раскатывание отверстий роликами (рис. 8.1, е) заключается в проталкивании калибрующего инструмента с некоторым натягом через предварительно обработанное резанием или раскаткой отверстие.

Раскатывание отверстий (развальцовку) обычно проводят на токарных, револьверных или сверлильных станках. Рабочее движение сообщают детали или раскатке. В процессе работы происходит вращение раскатки или детали и их относительное перемещение вдоль оси детали.

Дорнование (рис. 8.1, ж) осуществляется за счёт очень большого пластического деформирования поверхностного слоя отверстия детали. При этом изменяется шероховатость и физико-механические свойства материала, обеспечивается устойчивое получение высокой точности и чистоты поверхности. В металле создаётся сложное напряжённое состояние под влиянием нормального давления и силы трения: два напряжения сжатия и одно напряжение растяжения. При дорновании инструмент продавливается или протягивается через отверстие.

Дробеструйный наклёп (рис. 8.1, з, и) осуществляют потоком дроби на пневматических или механических дробемётах для упрочнения деталей сложной формы любой твёрдости.

Дробь загружают в бункер, а обрабатываемую деталь устанавливают в рабочей камере на оправке специального приспособления. Деталь приводят во вращение от электродвигателя, связанного с оправкой через редуктор. Деталь в осевом направлении перемещают вручную или с помощью специального приспособления. Из бункера дробь поступает в форсунку и сжатым воздухом (под давлением 0,5…0,6 МПа) подаётся на деталь. Затем отработанная дробь поступает в сепаратор, где отделяется пыль и мелкие осколки, а годная к дальнейшему использованию дробь подаётся элеватором снова в приёмный бункер.

В механических (роторных) дробемётных устройствах ротор закрепляется на валу и приводится в движение электродвигателем. Дробь, загружаемая внутрь, центробежной силой вращающегося ротора выбрасывается на обрабатываемую деталь. Для вращения и подачи детали во время обработки установка снабжена специальным приспособлением. После наклёпа дробь скатывается к приёмной части элеватора и вновь поступает в загрузочный бункер. Осколки и пыль удаляются вытяжным вентилятором или сепаратором.

Алмазное выглаживание (рис. 8.1, к). При алмазном выглаживании деформирующим инструментом является кристалл алмаза, находящийся в специальной оправке. Выглаживатель монтируется в специальном приспособлении, установленном в резцедержателе токарного станка. Давление при выглаживании создаётся тарированной пружиной или давлением сжатой жидкости. При вращении детали продольную подачу имеет инструмент.

В таблице 8.1 показаны основные области использования различных методов ППД.

Таблица 8.1

Области использования некоторых методов

поверхностного пластического деформирования

Метод ППД	Область применения
Обкатка роликами или шариками	Для обработки деталей типа осей, валков и других, имеющих форму тел вращения, впадин резьбовых деталей, шестерён, шлицевых пазов и др. Роликами обрабатываются плоские поверхности
Чеканка ударным ин-струментом и обработ-ка вибрирующим ро-ликом	Для обработки крупных деталей, где требуется получить значительную глубину наклёпа
Ротационное упрочнение	Для упрочнения деталей малой жёсткости или для обработки внутренней поверхности
Дробеструйный наклёп	Для обработки небольших деталей сложной формы (витых пружин, рессор, шестерён и др.)