Информационный портал

Добро пожаловать, у нас Вы найдете все о строительной технике, включая колесные и гусеничные экскаваторы, грейдеры, бульдозеры,  тракторы, скреперы, бетононасосы и прицепы.

 

Способы пластического деформирования

При этих способах устранения дефектов деталей используют свойство металла под действием внешних сил необратимо изменять свою форму без нарушения целостности детали. Такое свойство называют пластичностью. Сущность способов состоит в том, что металл детали в холодном или горячем состоянии с ее нерабочих участков перемещают под давлением к изношенному месту. Таким образом, восстанавливают форму и размеры перераспределением металла самой детали. Кроме того, пластическим деформированием можно восстанавливать механические свойства детали (упрочнение поверхности).

Способность детали к пластической деформации зависит от свойств металла, температуры нагрева, скорости и способа дефор­мации. Металл легче деформируется сжатием и поэтому следует стремиться избегать растягивающих напряжений или сводить их к минимуму.

Свойства металла определяются его химическим составом и структурой. Неоднородность структуры металла и неравномерность примесей приводят к снижению пластичности. Влияние оказывает и величина зерна металла: чем она меньше, тем металл прочнее и ниже его пластичность.

Большое влияние оказывает температура нагрева детали. При деформации холодной детали требуются значительно большие уси­лия, чем при деформации нагретой. Нагрев детали до температу­ры ковки уменьшает усилия на пластическую деформацию в 10— 15 раз. Однако при нагреве детали, особенно длительном, необ­ходимо принимать меры, предупреждающие окисление и обезугле­роживание поверхностных слоев металла. Нагревать надо только участок, подлежащий деформации. Деформация в горячем состоя­нии позволяет избежать значительных изменений физико-механичес­ких свойств металла, возникающих при деформации без нагрева.

Без нагрева рекомендуется восстанавливать пластической де­формацией детали из цветных металлов, а также стальные, термически не обработанные детали с содержанием углерода до 0,3 %. Стальные детали с большим содержанием углерода, а также с легирующими присадками перед восстановлением необходимо нагре­вать до температуры, достаточной для деформирования детали на требуемую величину (для углеродистых сталей 350—700° С). После горячего деформирования детали необходимо подвергнуть термической обработке.

Технологический процесс восстановления деталей пластическим деформированием состоит из подготовки детали, деформирования, обработки после деформирования. Подготовка заключается в терми­ческой обработке (отжиг или высокий отпуск — при холодном де­формировании, нагрев — при горячем). Обработка после деформиро­вания сводится к повторной термообработке и механической об­работке до требуемых размеров.

К положительным качествам пластического деформирования сле­дует отнести простоту и доступность выполнения в любых произ­водственных условиях, незначительную трудоемкость и низкую сто­имость восстановления.

К пластическому деформированию относят следующие виды об­работки: правка, осадка, вытяжка, раздача, обжатие и накатка.

Правку применяют для восстановления первоначальной формы деталей, имеющих остаточный изгиб и скручивание,— валов, осей, кронштейнов, рычагов, а также коробление металлоконструкций машин — рам, балок, рукоятей, стрел и т. п. При правке нап­равление внешней действующей силы или крутящего момента сов­падает с направлением требуемой деформации. Правку можно вы­полнять статическим нагружением или наклепом. В первом случае деталь правят прессами, домкратами, специальными приспособле­ниями (без нагрева или с нагревом). При холодной правке в деталях возникают значительные остаточные напряжения, которые могут в последующем привести к деформации. Рекомендуется для сглаживания этих напряжений деталь подвергнуть термической об­работке — отпуску. При значительных деформациях детали правят с нагревом, после чего возникшие внутренние напряжения сни­мают термической обработкой. При горячей правке деталь нагре­вают до температуры ковки, после чего под прессом, молотом или ударами ручного молотка устраняют изгиб. После правки тща­тельно проверяют — не появились ли в детали трещины.

Наклеп осуществляют пневматическими молотками с закруглен­ным бойком. Этот способ не имеет недостатков, возникающих при статическом нагружении, высоко производителен и точен, не снижает усталостной прочности деталей. Он применим для валов небольших диаметров, в частности для коленчатых валов.

Осадку применяют в случаях, когда надо уменьшить внутренний диаметр полых деталей (втулки), а также для увеличения наружного диаметра сплошных деталей за счет уменьшения их длины.Втулки из цветных металлов осаживают в приспособлении. Эту операцию можно выполнять и без выпрессовки детали. При осадке направление действующей силы Р не совпадает с направлением действующей деформации δД.

Вытяжку используют при необходимости вос­становления длины детали. Она заключается в увеличении длины за счет местного уменьшения диаметра. Ее рекомендуется прово­дить в холодном состоянии.

Раздача предназначена для восстановления наружного диаметра полых деталей за счет некоторого уменьшения толщины стенки и незначительного уменьшения высоты детали. Этот способ при­меняют для ремонта поршневых пальцев двигателей, труб, полу­осей, шкворней автомобилей и других деталей. При раздаче направ­ления внешней силы и требуемой деформации совпадают.

При обжатии внутренний диаметр детали умень­шается за счет уменьшения наружного диаметра, обжимаемого в матрице. Этим способом восстанавливают с нагревом и без наг­рева втулки из цветных металлов, проушины рычагов, сепараторы роликовых подшипников, проушины траков гусениц и т. п. Для получения необходимого внутреннего диаметра деталь обрабатывают разверткой. При обжатии направления действующей силы и де­формации совпадают.

 

Рис. 19.2. Схемы различных видов пластического деформирования:

а – осадка; б – вытяжка; в – раздача; г – обжатие.

Рис. 19.3. Схема обжатия втулки:

1 – втулка; 2 – стержень; 3 – матрица.

Накатку применяют для увеличения наружных и уменьшения внутренних диаметров деталей за счет вытеснения металла из от­дельных участков рабочих поверхностей. Направление действующей силы Р противоположно требуемой деформации δд. Накаткой глав­ным образом восстанавливают посадочные места под подшипни­ки качения. Ее рекомендуется применять только для деталей, работающих в легких условиях (давление до 7 МПа). Сущность способа состоит в том, что поверхность детали деформируют спе­циальным инструментом — рифленым роликом, укрепленным в дер­жавке на суппорте токарного станка. При этом металл от давле­ния ролика вытесняется в промежутки между рифлениями, об­разует выступы и увеличивает тем самым наружный диаметр детали разует выступы и увеличивает тем самым наружный диаметр детали на 0,1—0,2 мм на сторону. Детали, имеющие твердость HRC<30, шинного масла. Качество посадки при восстановлении накаткой снижается, так как детали соприкасаются только выступами на валу, образованными накаткой. Для улучшения посадки надо де­лать более глубокую накатку, и затем этот участок шлифовать или накатывать гладким роликом.

Упрочняют детали пластическим деформированием или меха­нической обработкой поверхностного слоя, вследствие чего умень­шается шероховатость поверхности, а поверхностный слой упроч­няется. Такая обработка повышает усталостную прочность, увели­чивает износостойкость, сокращает время приработки деталей, по­вышает качество прессовых соединений и коррозионную устой­чивость. Для этого применяют дробеструйную обработку, обкатку, дорнирование, чеканку, гидроабразивную обработку, алмазное выглаживание.

Поверхностное упрочнение деталей путем дробеструйной обра­ботки и обкатки применяют на ремонтных предприятиях благодаря значительному повышению предела усталости деталей, а также прос­тоте и экономичности.

Дробеструйная обработка заключается в том, что деталь после механической и термической обработки подвергают наклепу. Для этого на нее воздействуют непрерывным потоком стальной или чу­гунной дроби диаметром от 0,4 до 2 мм, направляемой на по­верхность детали со скоростью 50—70 м/с. Ударяясь о поверх­ность детали, поток дроби производит наклеп, изменяя прочност­ные свойства поверхностных слоев металла: возникают внутренние сжимающие напряжения, повышается твердость, прочность и изно­состойкость деталей, увеличивается предел усталости (у деталей с концентраторами напряжений — на 40—60 %).

Дробеструйной обработке обычно подвергают детали строитель­ных машин, работающих в условиях переменных нагрузок (из­гиба и кручения): валы, зубчатые колеса, щеки камнедробилки, рессоры, пружины и т. п. После наклепа дробью дол­говечность увеличивается: у зубчатых колес в 5—6 раз, у колен­чатых валов двигателей в 10—12 раз, у рессор — в 12 раз, у сварных соединений — в 2,5—3 раза. Путем дробеструйного наклепа можно получить поверхность до 7-го класса чистоты.

Глубина наклепанного слоя не превышает 1 мм. Она зависит от продолжительности обработки (от 5—10 с до 2—3 мин), силы удара, размера и угла падения дроби (наибольший наклеп полу­чается при угле атаки 70—90°). Наиболее эффективные результа­ты получают при обработке стальной дробью. Ее расход в 30—60 раз меньше, чем чугунной, а скорость в 1,5—2 раза выше. Увеличение скорости дроби (но не более чем до 60 м/с) заметно влияет на повышение предела усталости.

Оборудованием для дробеструйной обработки служат пневмати­ческие и механические (роторные) дробеметы. Пневматические ус­тановки работают от сжатого воздуха с давлением 0,4—0,6 МПа по принципу пескоструйных аппаратов для очистки деталей. Наиболее распространены механические дробеметы благодаря высокой произ­водительности, возможности регулирования интенсивности процесса, незначительным затратам энергии.

Обкатка является эффективным средством повышения предела усталости и износостойкости деталей, имеющих форму тел вращения: гидроцилиндры, гильзы, штоки, оси, поршни, клапаны двигателей и т. п. В процессе обкатки инструмент — свободно вращающийся ролик (шарик) снимает выступы микронеровностей на поверхности детали, что повышает чистоту поверхности (за 2 прохода до 8-го — 9-го классов) и одновременно упрочняет ее.

Деталь вращается в токарном станке, а инструмент закреп­ляют в установленном на суппорте станка пружинном, гидравли­ческом или пневматическом приспособлении, при помощи которого создается необходимое давление на него. Для упрочнения сталь­ных деталей твердостью НВ 192—268 давление на ролик может быть определено из выражения Р= 50 + 0,17d2,где d диаметр обрабатываемой поверхности. Ролики (шарики) используют стан­дартные или специальной формы, например, имеющие рабочую по­верхность в виде круглого тороида . Его устанавли­вают по отношению к обрабатываемой детали под определенным наклоном к горизонтальной (10°) и вертикальной (7—9°) плоско­сти, при этом ось вращения ролика смещается относительно ли­нии центров станка. При такой установке ролик обкатывается по поверхности детали с проскальзыванием, в результате чего проис­ходит одновременное упрочнение и повышение чистоты обработки (до 9-го класса). Торцовый ролик напаивают пластинкой твердо­го сплава из Т15К6. Для обработки внутренних поверхностей (нап­ример, гидроцилиндров) применяют раскатки, действие которых ос­новано на том же принципе, что и обкатка роликами.

Рис. 19.4. Схема упрочнения детали тороидным роликом:

1 — деталь; 2 — тороид.

 

Дорнирование применяют для повышения износостойкости и усталостной прочности. Процесс заключается в том, что инстру­мент— дорн (шарик) протягивается или продавливается через от­верстие, диаметр которого несколько меньше диаметра инструмента. В результате поверхностный слой металла в отверстии упрочняется, шероховатость уменьшается, а диаметр отверстия несколько увели­чивается. Хорошие результаты дает дорнирование мелких отверстий. Оно выполняется на прессе, оборудованном специальным приспо­соблением для установки детали и проталкивания шарика.

Чеканку применяют для местного наклепа участков поверхности с высокой концентрацией напряжений (галтели, места выхода от­верстий, шлицев и т. п.). Осуществляют ее путем ударного взаи­модействия на упрочняемую поверхность пневматическими чека­ночными приспособлениями (по типу пневматического молотка) с вибрирующим бойком-роликом. Усталостная прочность повышает­ся на 40—50 %.

Алмазное выглаживание способствует упрочнению поверхности детали, повышению его микротвердости и предела усталости. Сущ­ность процесса: поверхность детали подвергается воздействию ал­мазного наконечника, который своим давлением снимает гребни мик­ронеровностей на поверхности вращающейся детали, заполняет ме­таллом впадины, что приводит к уменьшению шероховатости.

Алмазный инструмент представляет собой полированный сфери­ческий алмаз (радиус 0,5—4 мм), закрепленный в металлической державке. В нее вмонтирована пружина, обеспечивающая усилие нажатия на алмаз.

Выглаживание выполняется в следующем порядке. Обрабатыва­емую деталь закрепляют на токарном станке, а алмазный ин­струмент — в суппорте станка. Режимы обработки зависят от ма­териала и твердости детали. Так, для закаленных сталей 45, 40Х, 18ХГТ и т. п. сила нажатия инструмента 0,18—0,25 кН, подача 0,02—0,05 мм/об, скорость 40—120 м/мин. При этом класс чистоты поверхности повышается на две единицы, а твердость увеличи­вается на 20—30 %. Алмазному выглаживанию можно подвергать детали из стали и сплавов цветных металлов.

Электромеханическая обработка (ЭМО) может быть отнесена к способам восстановления деталей пластическим деформированием. Сущность способа состоит в том, что благодаря воздействию - ин­струмента на нагретую деталь происходит пластическая деформация, вследствие которой металл поверхностного слоя детали перераспре­деляется (высадка с последующим сглаживанием).

Изношенную деталь устанавливают в токарно-винторезном стан­ке. Инструмент из твердых сплавов ВК или ТК закрепляют в резцедержателе станка. К детали и инструменту подводят электри­ческий ток, который используется для местного нагрева детали. Электромеханическую высадку осуществляют инструментом с усили­ем 0,6—0,8 кН, ток 400—1000 А при напряжении 2—6 В. Тре­буемый размер детали достигается сглаживанием выступов, образовавшихся после высадки, пластинкой толщиной 6—8 мм. Ее также устанавливают в резцедержателе станка.

При контакте инструмента с деталью участок высокотемпера­турного нагрева очень мал по сравнению со всей деталью, поэтому в результате интенсивного отвода тепла во внутреннюю часть де­тали ее поверхностный слой охлаждается с высокой скоростью и за­каляется на глубину 0,1—0,15 мм. Таким образом, одновременно с восстановлением размеров детали происходит ее упрочнение. Способ ЭМО рекомендуется применять для восстановления поса­дочных поверхностей под подшипники качения при износе до 0,4 мм. В случае более значительного износа и необходимости получения глад­кой поверхности целесообразно способ ЭМО дополнить приваркой стальной проволоки в высаженную спиральную канавку, а затем произвести механическую обработку. Твердость поверхности будет зависеть от марки проволоки. Способ ЭМО можно применять для восстановления как стальных, так и бронзовых деталей.

 

Рис. 19.5. Принципиальная схема вос­становления деталей электромеханичес­кой обработкой:

1 — понижающий трансформатор; 2 — пластина из твердого сплава; 3—ролик; 4— присадочная про­волока; 5— деталь.

Смотрите также:

 

 
< Пред.   След. >