Методы обработки пластическим деформированием

Обработка деталей поверхностным пластическим деформированием является одним из основных способов повышения надежности деталей и машин. Этим способом упрочняются пружины и листовые рессоры, зубча­тые колёса и вагонные оси, лопатки турбин и др. На рис. 10.6 представлена классификация методов обработки пластическим деформированием.

Процесс ППО протекает «в холодную», т.е. без добавочного подог­рева детали и инструмента, исключением является электромеханический метод обработки.

Пластическая деформация вызывается системой сил, создающих поверхностное давление, превышающее величину напряжения пластического течения обрабатываемого материала. Она протекает при комнатной тем­пературе, вызывая, кроме перемещения неровностей, также и обжатие верхнего слоя обрабатываемой детали. Результатом перемещения неров­ностей поверхности в результате воздействия на обрабатываемую поверхность гладкого и практически недеформируемого инструмента является снижение шероховатости обрабатываемой поверхности, в то время как следствием обжатия является существенное изменение свойств верхнего слоя детали. Эти явления, хотя и протекающие одновременно, могут иметь различную интенсивность в зависимости от требуемого основного эффекта обработки.

По сравнению с традиционными методами конечной обработки резанием ППО имеет много преимуществ.

Преимущества, связанные с качеством обрабатываемой детали:

• возможность получения поверхности с очень малой шероховатостью (R_a = 0,08 мкм), а также больших радиусов закруглений вершин и впа­дин, значительно больших, чем после шлифовки;
• большая несущая доля профиля неровности (~90 %), а также боль­шая несущая доля поверхности;
• отсутствие на поверхности после ППО твёрдых обломков инстру­мента и стружек;
• возможность получения поверхности с большим коэффициентом от­ражения света;
• хорошая адгезия и равномерность наносимых гальванических покры­тий;
• сохранение непрерывности внутренних волокон металла, а также минимальный нагрев детали, исключающий возникновение прижога, обезуглероживания и термических напряжений;
• образование в верхнем слое упрочнённого слоя (глубиной несколь­ко миллиметров) за счет сжимающих остаточных напряжений;
• повышение сопротивления воздействию таких эксплуатационных факторов, как истирание, поверхностная усталость, поверхностная кор­розия;
• возможность придания поверхностному слою определённых свойств;
• возможность ликвидации локальной концентрации остаточных на­пряжений;
• малый коэффициент трения и хорошая адгезия смазочных веществ к поверхности, обработанной с помощью ППО.

Преимущества, связанные с технологией ППО:

• большая эффективность повышения чистоты обработки поверхно­сти за один проход рабочим инструментом, а также высокая производи­тельность обработки (в 4 раза выше, чем при шлифовании);
• большая стойкость инструмента для ППО;
• возможность использования универсальных станков, а также простота их обслуживания;
• малая потребляемая мощность для реализации операций обработки и лучшее использование обрабатываемого материала из-за обработки без снятия стружки;
• возможность замены ППО трудоёмких операций конечной шлифовки;
• возможность сочетания ППО с обработкой резанием в одной операции при применении специальной оснастки;
• возможность замены в определённых случаях термической и термо­химической обработки операциями упрочняющей ППО (отверстия в больших сварных корпусах);
• возможность обработки твёрдых гальванических покрытий и диф­фузионных слоев с высоким сопротивлением абразивному износу;
• обработка без охлаждения зоны ППО (однако, необходима смазка с целью уменьшения износа деталей и достижения меньшей шероховатости поверхности);
• большая безопасность рабочего во время работы, так как ППО про­исходит при низкой температуре, а также при отсутствии стружки, вред­ной пыли и искр.

К основным недостаткам ППО следует отнести:

• малую размерную геометрическую точность;
• ограничение по твёрдости обрабатываемого материала в случае поверхностной пластической деформации качением стальным инструментом НRС до 45;
• трудоёмкий выбор правильных параметров обработки;
• возможность возникновения лущения обрабатываемой поверхности при применении больших усилий прижима;
• необходимость тщательной, а также точной по размерам предшест­вующей обработки из-за возможности возникновения зон неравномерного обжатия:
• трудность её применения для обработки тонкостенных гильз (если отношение d/D > 0,8);
• возникновение технологических дефектов в осевом сечении детали, например расширение зон введения и выведения инструмента из отвер­стия, а также складок и деформация кромок.

Операции ППО, особенно при применении многоэлементных головок не только дешевле, но и менее трудоёмкие. Наилучшие экономические результаты можно получить, сочетая с помощью специального инструмента и оснастки операции точения с ППО.

Инструменты для ППО можно разделить на две группы:

• накатник – это инструмент простого строения с одним рабочим элементом, который во время работы не совершает вращательного движения;
• раскатник – это инструмент, где основным элементом являются ролики или шарики, перемещающиеся вдоль заготовки, которые во время работы совершают вращательные движения.

По сравнению с традиционной конечной обработкой шлифованием ППО позволяет достигнуть большого экономического эффекта. Характерной чертой ППО является почти постоянная стоимость операций обработки, которая практически не зависит от требуемой точ­ности обработки детали.