Глава I. ПОВЕРХНОСТНОЕ ПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ (ППД)
КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ
1.1. Краткая характеристика
и классификация методов ППД
Методы обработки пластическим деформированием (Пд) характеризуются деформирующим воздействием рабочей части инструмента (или деформирующего тела, частицы и т.д.) на обрабатываемую поверхность (или обрабатываемый материал). В отличие от методов обработки, связанных с разрушением и удалением материала (процессы резания, микрорезания), которые сопровождаются существенным изменением размерных параметров, при обработке Пд имеет место незначительное перемещение материала в виде смятия микронеровностей или деформирования слоя материала относительно небольшой толщины, без существенного изменения размерных параметров. Тем не менее обработка Пд сопровождается изменением геометрических, физико-механических свойств и микрогеометрии поверхности.
В настоящее время усилиями многих специалистов [2-6, 13, 21, 32, 77, 91, 106, 110 и др.] разработан большой арсенал методов обработки ППД, специальных видов инструментов и оборудования, а большое многообразие поверхностей, подлежащих обработке, определило соответственно и многообразие технологических схем процесса и конструкций инструментов и оборудования.
По технологическому назначению различают формообразующие, отделочные и упрочняющие методы обработки ППД. Формообразующая обработка характеризуется охватом достаточно большого (или всего) объема материала заготовки пластической деформацией с целью изменения исходной формы и размеров. Отделочная обработка характеризуется деформацией лишь тонкого поверхностного слоя с целью сглаживания исходной шероховатости или создания заданного микрорельефа поверхности. При упрочняющей обработке ППД пластической деформации подвергается поверхностный слой с целью изменения его физико-механических свойств и структуры. Технологический эффект отделочной и упрочняющей обработок ППД зачастую достигается одновременно, а метод называется отделочно-упрочняющей обработкой ППД. и далее...
1.2. Природа упрочняющего эффекта при ППД
Повышение эксплуатационных свойств деталей и изделий является важной народнохозяйственной задачей, успешное решение которой приводит к большим экономическим выгодам – снижение трудозатрат и расходования топливно-энергетических ресурсов, экономии материалов.
В свою очередь, эксплуатационные свойства в значительной мере определяются качеством поверхностного слоя – геометрическими, физико-механическими свойствами и структурой. Определенный уровень перечисленных параметров достигается технологическими методами, среди которых существенное место занимают методы ППД. Их применение обеспечивает получение требуемой шероховатости, создание специального микрорельефа, повышение твердости поверхностного слоя и структурные преобразования в нем.
Связь параметров качества поверхностного слоя с эксплуатационными свойствами деталей свидетельствует о том, что оптимальное состояние поверхности и поверхностного слоя должно характеризоваться повышенной твердостью, иметь благоприятную для условий эксплуатации структуру и микрорельеф с наибольшей площадью опорной поверхности.
Формирование поверхностного слоя в процессе обработки ППД является результатом сложных взаимосвязанных явлений, происходящих в очаге деформации и прилегающей зоне. При виброударной обработке многоконтактным инструментом это: многократная упругая и пластическая деформация элементарных участков обрабатываемой поверхности; изменение прочностных и пластических свойств деформируемого материала; трение и тепловые процессы; изменение микро- и макроструктуры; изменение микрогеометрии.
Пластическая деформация поверхностного слоя, возникающая под действием усилий деформирующего тела (например, шара), изменяет его физико-механические свойства и структуру. Степень пластической деформации и ее последствия зависят от характера деформации, ее режима, исходного состояния материала, макро- и микроструктуры, шероховатости поверхности, формы, размеров детали и ряда других факторов.
Изучение природы и закономерностей фазовых и структурных превращений, происходящих в материале детали под действием ударно-импульсных нагрузок, является необходимой предпосылкой для создания новых и оптимизации существующих технологических процессов и оборудования, использующих ударные процессы. Знание этих закономерностей позволяет расширить их технологические возможности и вскрыть внутренние резервы. Как уже отмечалось, динамические методы ППД характеризуются ударно-импульсным воздействием рабочих тел (инструмента) на поверхность детали (цикл: упругая деформация – пластическая деформация – упругое восстановление), акустическим воздействием деформационных волн на весь объем детали, а также механохимическим воздействием рабочих тел и технологической жидкости на поверхностные слои материала детали. При пластической деформации отмечается изменение структуры металла и его свойств. и далее...