Мураткин ОВ иРА для заочников / учебное пособ ОВДиРА

приложенного усилия деформирования возникают напряжения сжатия, а с противоположной стороны напряжения растяжения, превосходящие в поверхностных слоях as предел текучести материала Т (рис. 4.1 ,б), что вызывает пластическую деформацию металла в этих слоях.

сечении вала в процессе правки; в – остаточные напряжения в сечении вала после правки: 1 – призма; 2 – индикатор часового типа; 3 – деталь

После снятия усилия правки, упругодеформированные волокна металла в сердцевине вала стремятся вернуться в исходное состояние, однако этому мешают волокна материала, которые были пластически деформированы. Таким образом, в пластически деформированных слоях образуются напряжения другого знака, чем при действии нагрузки. Так, в волокнах, стремящихся сжаться, возникают остаточные напряжения сжатия, а волокнах, стремящихся растянуться – остаточные напряжения растяжения. Вал после правки занимает равновесное напряженно – деформированное состояние, соответствующее прямолинейному положению оси изделия. Но несимметрично сформированные относительно оси детали остаточные напряжения (рис. 4.1,в) при последующей механической обработке, связанной с удалением технологического припуска,

приводят к существенному нарушению напряженного состояния изделия и, как следствие, образованию значительной остаточной деформации изгиба. Кроме того, в процессе эксплуатации выпрямленной детали, она имеет тенденцию к частичному возврату к исходной остаточной деформации.

Уменьшить уровень остаточных напряжений и, следовательно, вероятность образования остаточных деформаций изгиба в процессе эксплуатации можно путем правки детали в горячем состоянии. Деталь нагревают в печи до температуры порядка 250ºС и уже после этого производят правку. В этом случае величина остаточных напряжений снижается в 2 раза, по сравнению с правкой в холодном состоянии. Кроме того, остаточные напряжения можно снять путем нагрева стальных деталей до температуры рекристаллизации (и

выше) и последующего медленного охлаждения. Так, при проведении высокого отпуска (550ºС) уровень остаточных напряжений в детали снижается в 3,5 раза.

Уменьшению вероятности образования дополнительных остаточных деформаций изгиба также способствует выравнивание остаточных напряжений по объему детали, которое происходит при проведении термической обработки.

Правку упругопластическим изгибом не рекомендуется проводить для претензионных деталей, так как она имеет следующие недостатки:

правка трудно поддается контролю;

правка снижает усталостную прочность детали, так как при пластическом деформировании в поверхностном слое развиваются микротрещины. Поэтому правку тем более нельзя применять для закаленных деталей;

после правки в поперечном сечении формируются несимметричные относительно оси детали остаточные напряжения, которые при последующей механической обработке или в процессе эксплуатации опять приводят короблению детали.

Внастоящее время самыми прогрессивными являются методы правки поверхностным пластическим деформированием (ППД). Эти методы впервые были разработаны в России и получили широкое применение в автомобильной

промышленности развитых западных стран. В их основе лежит управление напряженным состоянием детали в процессе обработки.

Для реализации способов разработаны две основные принципиальные схемы технологического управления напряженным состоянием деталей.

Управлять напряженным состоянием в процессе обработки деталей типа валов при правке ППД можно путем:

1.изменения интенсивности пластической деформации в зоне контакта инструмента с деталью, которая определяет уровень и характер распределения начальных напряжений в поверхностном слое;

2.изменения упругонапряженного состояния детали, которое формируется перед обработкой или в процессе обработки за счѐт дополнительного в основном силового воздействия технологической оснастки на заготовку.

Физическая сущность исправления коробления по первой технологической схеме заключается в создании несимметричной относительно оси заготовки эпюры начальных напряжений, способной вызвать изгибную деформацию детали обратного знака по отношению к исходной остаточной деформации.

Для реализации схемы разработаны технологические методы правки ППД,

в которых управление напряженным состоянием детали в процессе обработки производится путѐм изменения силы, приложенной к инструменту (рис. 4.2.).

На практике наиболее просто можно осуществить гармонический закон изменения силы поджима инструмента (рис. 4.3.):

где Ро – постоянная составляющая силы, приложенной к инструменту; Ра –

амплитуда изменения силы; φ – угол поворота обрабатываемой детали.

В результате воспроизводства закона изменения силы (4.1) на каждом обороте детали с вогнутой стороны заготовки прикладывается максимальная

Рmax, а с выпуклой – минимальная сила Рmin поджима инструмента (см. рис. 4.3.)

Таким образом, сила Р, приложенная к инструменту, в процессе обработки состоит из постоянной Ро и переменной Р составляющих. Постоянная

составляющая Ро выбирается из условия осуществления оптимального режима пластического деформирования, при котором достигается минимальная

f mисaxх

V

S P=Pо +Pаcos

Рис. 4.2. Схема правки ППД с изменением силы,

приложенной к инструменту, в процессе обработки

шероховатость и максимальная твердость обработанной поверхности.

Переменная составляющая Р обусловлена амплитудой Ра изменения силы,

значение которой рассчитывается в зависимости от величины остаточной деформации изгиба заготовки fисхmax .

Рис. 4.3. Закон изменения силы, приложенной к инструменту, в процессе правки ППД

В результате изменения силы Р по закону (4.1) материал поверхностного слоя с вогнутой стороны детали получает большую интенсивность

пластической деформации, чем с выпуклой. При этом формируется несимметричная относительно оси заготовки эпюра начальных напряжений,

которая при разгрузке вызывает изгибающий момент, исправляющий исходную остаточную деформацию заготовки.

Физическая сущность исправления остаточной деформации по второй технологической схеме управления напряженным состоянием детали заключается в создании предварительных напряжений в заготовке путем упругого изгиба в направлении противоположном исходной остаточной деформации и изменении упругонапряженного состояния в процессе ППД при постоянных параметрах режима обработки. Изменение предварительного упругонапряженного состояния заготовки при поверхностном упрочнении позволяет при разгрузке уменьшить упругую отдачу детали и устранить таким образом исходную остаточную деформацию.

Управление остаточной деформацией заготовки путем изменения ее предварительного упругонапряженного состояния можно наглядно продемонстрировать на следующем примере. Закрепленную с одной стороны цилиндрическую винтовую пружину растянем на определенную величину. При фиксации пружины в таком положении в ней остается внесенная потенциальная энергия деформации растяжения. Если освободить пружину от закрепления, то потенциальная энергия перейдет в кинетическую энергию движения и пружина восстановит свои первоначальные размеры. Если же на каком – либо участке растянутой пружины материал получит пластическую деформацию, например,

при ударе слесарным молотком, то после раскрепления пружина уже не вернется к своей первоначальной длине. Не вникая в причины этого явления,

можно с уверенностью утверждать, что она получит остаточное растяжение.

Причем величина остаточного растяжения будет зависеть от степени пластической деформации материала пружины и длины участка, получившего упрочнение.

Для реализации второй технологической схемы разработан метод правки ППД, в котором упругое деформирование заготовки перед обработкой

осуществляют путем приложения к ее концам внешних изгибающих моментов

M (рис. 4.4.), позволяющих в каждом поперечном сечении выполнить условие:

fперег (z) ξfисх (z) , (4.2)

где fперег(z) – текущее значение деформации перегиба по длине заготовки; ξ

– коэффициент перегиба; fисх(z) – текущее значение исходной остаточной деформации по длине заготовки.

Условие (4.2) необходимо для полного устранения технологической остаточной деформации при пластическом деформировании всей поверхности заготовки.

Рис. 4.4. Схема деформации заготовки перед обработкой ППД

Заготовку упруго деформируют по схеме чистого изгиба двумя равными изгибающими моментами М. При этом общая упругая деформация заготовки составляет

где fобщ – общая упругая деформация заготовки.

При упругом изгибе заготовки в соответствии с законом Гука в поперечном сечении возникают осевые напряжения, которые распределяются вдоль радиуса по линейному закону (рис. 4.5, а).

Пластическое деформирование (например, обкатывание роликом или шаром) поверхности упругодеформированной заготовки производят на постоянных параметрах режима: силы, приложенной к инструменту, P, подаче

S, окружной скорости V (рис. 4.6.).

После обработки и раскрепления детали в поперечных сечениях обработанного участка возникает изгибающий момент возврата,

обусловленный начальными (разгрузочными) напряжениями. Под воздействием момента возврата Мвоз происходит изгибная деформация fразг,

которая определяет упругую отдачу детали. Деформация fразг равная по величине fперег совмещает действительную ось детали с еѐ номинальным положением, т.е. выпрямляет изделие.

Сохранение точности выправленных деталей при деформационном изнашивании является одним из принципиальных вопросов при выборе способа правки. Деформирование изделия в процессе эксплуатации приводит к возникновению дисбаланса. Для деталей, работающих в условиях высоких скоростей и знакопеременных нагрузок, дисбаланс является причиной высокочастотных колебаний (вибраций). Вибрации приводят к интенсивному развитию трещин, движение которых заканчивается изломом детали или разрушением подшипников. В результате происходит авария агрегата.

Сравнительный анализ интенсивности деформационного изнашивания

деталей после правки различными способами показал, что наибольшие

Рис. 4.7. График интенсивности деформационного изнашивания изделий,

выпрямленных различными методами правки: 1 – после правки ППД; 2 - после правки упругопластическим изгибом; 3 – после правки растяжением

дополнительные деформации изгиба происходят у деталей после правки растяжением и составляют 30,3% от величины исходной остаточной

деформации, затем у деталей после правки упругопластическим изгибом -

20,3% и, наконец, наименьшие дополнительные деформации (4%) наблюдаются у деталей после правки ППД.

Правку топливных и масляных трубок производят при помощи шариков или специальных дорнов (рис. 4.8.), которые перемещают внутри деформированных трубок за счет давления масла. Для создания необходимого давления масла можно использовать насос высокого давления. Перед правкой деформированные трубки прикручивают ниппелями к коллектору, куда

Рис. 4.8. Схема правки трубок шариком

подается масло под давлением из насоса. Находящийся в трубке шарик или дорн, проходя через трубку, устраняет вмятины.

Контрольные вопросы

1.Какие виды дефектов детали могут быть устранены пластической деформацией?

2.Какие способы правки Вы знаете?

3.Как осуществляют правку упругопластическим изгибом?

4.Как можно управлять напряженным состоянием детали при правке ППД?

5.Может ли выпрямленный правкой вал в процессе эксплуатации опять изогнуться?

4.1.2. Способы восстановления деталей объемным и поверхностным

пластическим деформированием

Способы объемного и поверхностного пластического деформирования применяются для восстановления линейных размеров и формы деталей, а также для повышения несущей способности рабочих поверхностей путем создания на них регулярного микрорельефа. Под воздействием внешней силы возникает пластическое течение материала, в результате которого происходит принудительное его перераспределение в объеме детали и заполнение изношенных участков. Кроме этого, пластическое деформирование позволяет повысить упругие свойства (модуль упругости) материала ремонтной заготовки за счет глубоких структурных превращений. При определении условий, в

которых должно проводиться пластическое деформирование деталей и, в

частности, для расчета усилий деформирования, а также для разработки конструкции приспособлений, применяемых при восстановлении, необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

пластическая деформация, приводящая к необратимому изменению размеров и формы детали, может наступить только в том случае, если напряжения сдвига от действия внешней силы превышают предел текучести материала;

деформация детали представляет собой сумму двух ее составляющих:

упругой и пластической деформаций. После снятия нагрузки происходит обратная упругая деформация материала, приводящая к частичному восстановлению размеров и формы детали. Поэтому величину упругой деформации необходимо учитывать при повышенных требованиях к размерам восстанавливаемой детали;

объем материала детали до пластической деформации равен объему материала после ее деформации;

под воздействием пластической деформации каждая точка деформируемого тела перемещается в направлении наименьшего