» » Свойствоизменение. Поверхностная пластическая деформация
21.12.2014

При ОМД следует отличать свойства изделий от свойств материалов. Свойства изделий зависят от свойств материалов. Ho в некоторых случаях целью ОМД является улучшение (изменение) свойств готового изделия, а не материала. Следовательно, при этом не должно происходить формоизменение.
К методам ОМД, когда в результате обработки происходит лишь изменение свойств изделия, относятся методы поверхностной пластической деформации (ППД): обкатка, выглаживание, дробеструйная обработка, а также дрессировка.
Свойствоизменение. Поверхностная пластическая деформация

Эти методы изменяют свойства изделия за счет повышения прочностных свойств поверхностных слоев, изменения их шероховатости, а также величины и распределения напряжений в объеме тела в процессе ОМД (вместо поля с нулевыми значениями напряжений в поверхностных слоях возникает поле с напряжениями сжатия). Может изменяться и плотность изделия. Ho все эти изменения происходят без формоизменения.
Обкатку производят шарами диаметром от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров. Усилие прижатия составляет несколько тысяч ньютон. Коэффициент трения f=0,07-0,12. Глубина наклепа при обкатке шарами изделия из стали марки 45 составляет 0,5-3,0 мм.
Аналогичным обкатке является процесс выглаживания неподвижным алмазным шариком диаметром 0,5-3,5 мм. прижимаемым к обрабатываемой поверхности с силой 50-300 H; f=0,04-0,08. Глубина наклепа - 0,15-0,4 мм.
Осевые сжимающие напряжения могут достигать 2000 Н/мм2, радиальные - 800 Н/мм2. Это может быть вызвано как стремлением наружного слоя тела к пластическому формоизменению (он раскатан, но не отслоился и пытается растянуть внутренние, не обработанные пластически слои изделия), так и стремлением тела увеличить объем (плотность отожженной стали при холодной деформации уменьшается с 77,16 до 76,32 Н/мм2. То есть деформация (не формоизменение!) изменяет свойства металлического изделия - плотность.
Свойствоизменение. Поверхностная пластическая деформация

При высоких скоростях обработки (30-100 м/мин) температура контакта может повыситься до 250°С, на глубине 1,0 мм - до 100°C. При повышении скорости температура может достигать 500°С.
При высоких температурах и больших градиентах температурные напряжения могут вызвать пластическую деформацию. А высокие температурные напряжения и пластические деформации могут привести к структурно-фазовым превращениям (полезным и вредным):
- деформационное упрочнение является, в общем, полезным, однако, увеличение плотности дислокаций при этом может привести к субмикротрещинам;
- распад остаточного аустенита в перлитных структурах приводит к увеличению твердости на 12-16%, при этом возникает мартенсит деформации.
Кроме улучшения механических свойств металлического изделия и создания благоприятных остаточных напряжений, обкаткой и выглаживанием можно решать задачи формоизменения: улучшать шероховатость изделий из незакаленных марок стали а 8-20 раз, закаленных - в 3-6 раз.
Шероховатость - форма поверхности твердого тела, рассматриваемая в пределах площадей, малых по сравнению с площадью поверхности тела. Шероховатость проявляется в виде микронеровностей: микровыступов и микровпадин. Значение этой характеристики велико. Например, площадь поверхности с учетом шероховатости будет больше площади поверхности, определенной по размерам тела. Площадь контакта двух плоских поверхностей, даже если они отшлифованы, будет на 30-40% больше, чем площадь, определенная по размерам. Шероховатость влияет на такие потребительские свойства, как контактная жесткость, усталостная стойкость, покрываемость красками, пластмассами, эмалями, износостойкость, отражательная способность, штампуемость.
Свойствоизменение. Поверхностная пластическая деформация

Необходимо иметь определенную шероховатость для конкретных целей. Шероховатость оценивают как геометрическую характеристику поверхности тела, вернее, как профиль сечения поверхности плоскостью. Профиль оценивают по величине отклонений его точек от средней линии. Шероховатость поверхности характеризуется:
- средним арифметическим отклонением профиля Ra (среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l);
- высотой неровностей профиля Rz по десяти точкам (среднее значение абсолютных размеров пяти наибольших выступов и пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины).
При алмазном выглаживании среднюю высоту микровыступов Ra можно снизить до 0,08 мкм. При обкатке шарами можно получить поверхность изделия с регламентированными значениями микровыступов и микровпадин.
Еще одним методом поверхностной пластической деформации является дробеструйная обработка.
При ударе дробинок об обрабатываемую поверхность возникают напряжения, достаточные для выполнения условия пластичности.
Особенность метода - большое число инструментов - дробинок.
Задачи дробеструйной обработки - те же - увеличить показатели усталостной стойкости детали, улучшить шероховатость (получить заданную шероховатость).
Дробинкам (чугунным, стальным,...) диаметром 0,025-5,0 мм различной формы сообщают скорость до 100 м/с. Производительность установок составляет 6-1400 кг/мин.
Способы дробеструйной обработки:
- дробеструйный - подача дроби сжатым воздухом;
- дробеметный - с использованием центробежных сил;
- гидродробеструйный - подача дроби струей жидкости.
Температура контакта при ударе дробинки (при сухой обработке) достигает 600-1000°C. Максимальные касательные напряжения находятся в поверхностном слое обрабатываемого изделия до глубины (0,25-0,24) от диаметра дроби.
Свойствоизменение. Поверхностная пластическая деформация

При гидродробеструйной обработке увеличиваются глубина наклепа (1,5 dдр) и диаметр лунки (2,5 dдр), выступы уменьшаются. Жидкостная подача дроби увеличивает производительность, упрощается конструкция установки, улучшаются условия труда.
Размеры сечений обрабатываемых деталей: длина -до 2000 мм; диаметр - до 2000 мм.