1. Сущность поверхностного пластического деформирования
1.1. Основные понятия и определения
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) – обработка давлением, при которой деформируется только поверхностный слой металла (ГОСТ 18296-72).
При ППД происходит поверхностное упрочнение – повышение сопротивляемости материала или заготовки разрушению или остаточной деформации путем изменения свойств поверхностного слоя (ГОСТ 18295-72).
Поверхностным называют слой металла, который имеет отличающиеся от основной массы детали структуру, и/или фазовый, и/или химический состав, и/или механические свойства.
В процессе эксплуатации именно поверхностный слой детали подвергается наиболее сильному воздействию внешних факторов, поэтому процесс разрушения детали обычно начинается с поверхности. В связи с этим к поверхностному слою предъявляют более высокие требования, чем к основной массе детали.
Реальная поверхность детали несовершенна. Различают следующие геометрические несовершенства:
1.
шероховатость – при
(S – шаг микронеровностей, RZ – высота микронеровностей);
2.
волнистость – при
;
3.
макроскопические отклонения
(конусообразность, бочкообразность,
седлообразность и т.п.) – при
>1000.
Дефекты поверхности – это отдельные неровности, совокупность неровностей или участки поверхности, размеры которых существенно отличаются от параметров шероховатости и волнистости (риски, царапины, вмятины, раковины, поры, сколы, трещины, заусенцы и т.п.).
По ГОСТ 18296-72 различают статическое и ударное ППД. Статическое ППД – осуществляется при статическом взаимодействии деформируемого материала с инструментом. При этом инструмент воздействует на обрабатываемую поверхность с определенной постоянной силой Р, происходит плавное перемещение зоны (или зон) контакта инструмента с заготовкой. Эта зона последовательно проходит всю поверхность, подлежащую обработке. При этом инерционные силы весьма малы и не оказывают заметного влияния на ППД.
К статическим способам ППД относятся:
накатывание;
раскатывание;
выглаживание;
дорнование.
Ударное ППД – осуществляется при ударном взаимодействии заготовки с инструментом. При этом инструмент, рабочие тела или среда многократно воздействуют на всю обрабатываемую поверхность или на ее часть, а сила воздействия Р (или энергия удара Эу) в каждом цикле изменяется от минимума до максимума.
К ударным способам ППД относятся:
обработка дробью;
чеканка;
ударное накатывание;
центробежная обработка;
ударное раскатывание и др.
Как явствует из определения, при ППД пластически деформируется только поверхностный слой металла. Этим ППД принципиально отличается от объемной обработки пластическим деформированием – ковки, штамповки и т.п.
Обработка ППД имеет ряд преимуществ по сравнению с обработкой со снятием стружки (точением, шлифованием и др.):
сохраняется целостность волокон металла, и образуется мелкозернистая структура-текстура в поверхностном слое;
отсутствует шаржирование обрабатываемой поверхности;
возможна обработка как пластичных металлов (отожженных сталей, цветных сплавов), так и закаленных сталей;
высота микронеровностей уменьшается за один рабочий ход в несколько раз;
в поверхностном слое создаются благоприятные остаточные напряжения сжатия и т.д.
В результате при использовании ППД резко повышаются такие показатели качества, как сопротивление усталости, износостойкость, контактная выносливость и др. При этом, как правило, заметно повышается производительность труда финишных операций, и достигается значительный экономический эффект.