Tehnologiya_konstruktsionnyh_materialov

ды. Однако виброударная обработка поверхности может уступать накатыва-

нию по степени упрочнения.

При обработке ППД в поверхностном слое заготовки происходят слож-

ные взаимосвязанные явления: упругие и пластические деформации, процес-

сы трения, температурные явления, а также диффузия и адгезия. Данные яв-

ления охватывают не только зону контакта инструмента с заготовкой, но и зоны находящиеся в непосредственной близости от нее. К основным пара-

метрам ППД относятся упругая и пластическая деформация, площадь кон-

такта инструмента с обрабатываемой поверхностью, сила деформирования,

напряжения, возникающие в материале под воздействием этой силы, а также кратность приложения силы.

При силовом воздействии индентора на заготовку образуется отпечаток

(рис. 7.6, а), причем по мере увеличения силы вначале происходит упругая деформация, а затем пластическая (рис. 7.6, б). При снижении силы Р проис-

ходит возврат металла. Размер отпечатка «d», соответствующий участку О-С,

Рис. 7.6 Течение металла при сдавливании сферического ин-

дентора:

а – схема получения отпечатка; б

– зависимость упругой (a0) и пла-

стической (аmax) деформации от напряжения сдавливания σ; P – статическая или ударная сила нагружения; О-А и А-В – линии упругой и пластической деформации; В-С – линия обратного процесса; R – радиус индентора; d –

размер отпечатка; h – глубина отпечатка; a – величина деформации.

отражает величину остаточной пластической деформации. При деформации металлов происходит межзеренное и внутризеренное сдвиговое перемеще-

ние, которое осуществляется за счет движения дислокаций по плоскостям скольжения. С увеличением деформации дислокации размножаются, взаимо-

действуют между собой и другими дефектами кристаллической решетки.

При этом движение дислокаций затрудняется, а напряжение пластического

251

течения s и твердость ( s 0,32НВ) металла повышаются. Явление увеличе-

ния сопротивления пластической деформации называется упрочнением или наклепом.

Для более глубокого понимания процессов, происходящих при ППД,

применяются расчетно-экспериментальные методы механики сплошных сред. Моделирование различных методов ППД позволяет получить ряд важ-

ных обобщенных выводов: Накопленная деформация сдвига и глубина уп-

рочнения поверхностного слоя зависят от размеров очага деформации и кри-

визны деформирующего инструмента, характеризуемой его профильным ра-

диусом. Степень упрочнения обрабатываемого металла и контактные напря-

жения зависят от накопленной деформации сдвига и параметров кривой уп-

рочнения. Контактные напряжения, достигнув определенного значения, ста-

билизируются в соответствии с кривой упрочнения металла. Для получения оптимальных параметров качества допустимые пределы степени деформации сдвига поверхностного слоя лежат в пределах 0,5…0,8. В результате трения инструмента об поверхность обрабатываемой заготовки при ППД наблюда-

ется повышение температуры очага деформации, при этом нагревается инст-

румент, заготовка и окружающая среда. Данный процесс характеризуется ло-

кальным нагревом и быстрым отводом теплоты внутрь заготовки. Время на-

грева зависит от скорости, приложенного усилия и размеров инструмента.

В зависимости от режимов обработки температура очага деформации может достигать при обкатывании 300 …4 000º С, при выглаживании –

600 … 7 000º С, при ударных методах – 800 … 10 000º С. При таких температурах в обрабатываемых металлах могут происходить физические явления, которые приводят к снижению степени упрочнения, переходу сжи-

мающих напряжений в растягивающие и образованию усталостных трещин.

Вследствие этого, при выборе усилий и скоростей обработки необходимо учитывать допустимые температуры для конкретных конструкционных ма-

териалов. При необоснованном увеличении усилия обработки в поверхност-

ном слое детали образуются микро- и макротрещины, происходит отслаива-

252

паряется элементарный объем материала заготовки. Следующий импульс то-

ка пробивает межэлектродный промежуток там, где расстояние между элек-

тродами окажется минимальным. Эрозия металла происходит до тех пор, по-

ка расстояние между электродами не окажется больше критического (0,01 … 0,05мм). При сближении электродов, процесс эрозии повторяется. Кроме те-

плового воздействия, на заготовку действуют электростатические, электро-

динамические силы и кавитационные явления.

Электроискровая обработка (ЭИсО) основана на использовании им-

пульсного искрового разряда между анодом (заготовкой) и катодом (инстру-

ментом).

Принципиальная схема установки ЭИсО показана на рис. 8.1. В ванне с диэлектрической жидкостью 4 размещены: подставка – изолятор 7 и заготов-

ка 6. Между заготовкой и инструментом 3 пропускается импульсный ток с амплитудой 100 - 200 в. Импульс продолжительностью20 … 200 мкс

Рис. 8.1. Схема установки для электро-

искровой обработки:

1 – R-C генератор; 2, 5 – подача и слив электролита; 3 – инструмент; 4 - элек-

тролит; 6 – заготовка; 7 – изолятор; D –

перемещение инструмента.

генерируется R-C генератором 1. В зависимости от энергии импульса, разли-

чают обработку на: особо мягких, мягких, средних и жестких режимах. Мяг-

кие режимы позволяют вести обработку с размерной точностью до 2 мкм и шероховатостью обработанной поверхности до Rz 0,32 мкм.

При ЭИсО стальных заготовок образуется мелкодисперсная закалочная структура, что обеспечивает упрочнение поверхностных слоев (обработка кулачков, направляющих, стержней выпускных клапанов).

ЭИсО применяется для изготовления: штампов (рис. 8.2), пресс-форм,

деталей топливной аппаратуры двигателей, сеток, сит; для повышения изно-

состойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости поверхности деталей

256

машин, стойкости режущего инструмента; создания шероховатости под по-

следующее гальваническое покрытие; легирования поверхностных слоев;

увеличения размеров изношенных деталей, деталей с отверстиями некругло-

го сечения (рис. 8.3), режущего инструмента.

Рис. 8.2. Пример обработки полости штампа для изготовления заготовки крышки коренного вкладыша:

а – инструмент; б – штамп.

Рис. 8.3 Пример обработки деталей с фа-

сонным отверстием:

а – материал заготовки – сталь 20ХНМА,

толщина заготовки – 55 мм; б – материал заготовки – твердый сплав ВК-6, толщина заготовки – 25 мм.

Электроимпульсная обработка (ЭИмО) основана на повышенной эро-

зии анода при подаче униполярных импульсов малой и средней продолжи-

тельности. Униполярные импульсы создаются электромашинным или элек-

тронным генератором. Продолжительность импульса составляет 500 …10

000 мкс. Заготовку размещают на изоляторе в ванне с диэлектрической жид-

костью. По сравнению с ЭИсО, ЭИмО позволяет в 2 … 5 раз повысить про-

изводительность обработки и стойкость инструмента, но не обеспечивает вы-

сокой точности обработанной поверхности. Поэтому ЭИмО целесообразно применять для черновой обработки обширных полостей, фасонных наруж-

ных поверхностей и отверстий.

Высокочастотная электроискровая обработка основана на использо-

вании высокочастотных (100 … 150 кГц) импульсов при малых энергиях раз-

ряда. Производительность метода в 30 … 50 раз выше по сравнению с ЭИсО,

при одновременном повышении точностных параметров обработанной по-

верхности. Электроконтактная обработка основана на локальном нагреве

257

Электрохимическое полирование основано на анодном растворении выступов микронеровностей поверхности заготовки при электролизе. При этой обработке, заготовку помещают в ванну с электролитом. В зависимости от обрабатываемого материала, электролитом служат растворы кислот или щелочей. Заготовку подключают к аноду. Катодом служит пластина из свин-

ца, меди или стали. При замыкании электрической цепи начинается раство-

рение материала анода. Растворение идет по выступам микронеровностей

(наибольшая плотность тока – на вершинах выступов). Продукты растворе-

ния, оксиды или соли, имеющие пониженную проводимость, заполняют впа-

дины микронеровностей и препятствуют растворению металла. Избиратель-

ная скорость растворения по выступам и впадинам сглаживает микронеров-

ности. Обработанная поверхность получает металлический блеск.

ЭХП уменьшает глубину микротрещин, не деформирует заготовку, ис-

ключает термические изменения структуры. Способ позволяет обрабатывать нежесткие заготовки одновременно по всей поверхности. Наибольшее при-

менение способ получил для финишной обработки ответственных деталей и режущих инструментов. Внешний вид поверхности после ЭХП показан на рис. 8.7.

Рис. 8.7. Внешний вид поверхности:

а – до электрохимического полирования (Rа

2,4 мкм); б – после электрохимического поли-

рования (Rа 0,02 мкм); материал заготовки – сталь 40Х.

Анодно-механическая обработка осно-

вана на комбинированном механическом,

электроэрозионном и электрохимическом воздействии на материал заготов-

ки. Заготовку – анод и режущий инструмент – катод включают в общую электрическую цепь постоянного тока. В зазор между ними подают электро-

лит (жидкое стекло – водный раствор силиката натрия). Вследствие анодного растворения на заготовке образуется защитная пленка, которая разрушается

260