Пластическое деформирование: сущность, особенности

Оглавление

 

Введение

В настоящее время  эксплуатирующаяся в сельскохозяйственном производстве автотракторная техника не в полной мере соответствует предъявляемым к ней требованиям в отношении качества, что выражается в ее низкой надежности и экономичности, а также экологической небезопасности для окружающей среды.

В большинстве случаев  качество восстановления автотракторной техники, применяемые при ремонте технологические процессы и оборудование - не позволяют обеспечить ее нормативный межремонтный ресурс и долговечность в целом. После капитального ремонта он составляет в среднем не более 40... 55 % ресурса новой техники, а условный эталонный гектар только по затратам на техническое обслуживание и ремонт становится дороже на 49 % при использовании гусеничных тракторов и на 71 % - колесных тракторов.

Эксплуатация такой  техники приводит к увеличению затрат на её содержание: повышению расхода топливно-смазочных материалов и запасных частей, росту проведения ремонтных и регулировочных работ и т.д. При ее эксплуатации происходит попадание вредных веществ (нового и отработанного масла, сажи, углекислоты и т.д.) в окружающую среду происходит непосредственно с выхлопом, путем утечек через неисправные уплотнения, в период проведения регулировочных и ремонтных работ и т.д. По мере увеличения пробега и износа деталей и соединений количество вредных выбросов растет в геометрической профессии.

Развитие и совершенствование  автотракторной техники напрямую связано как с развитием автомобильной и тракторной промышленности, так и с процессом моторизации вооружённых сил и обновления их технической базы.

Одной из основных причин кризисного состояния, сложившегося в сельском хозяйстве Российской Федерации, наряду с несовершенством межотраслевого механизма регулирования экономических отношений, нарушения эквивалентности процесса обмен; между предприятиями в условиях рыночных отношений, является низкое качество техники и оборудования. При этом оно формируется на всех этапах их существования в условиях агропромышленного комплекса страны: конструирования, испытания, производства, эксплуатации и ремонта

Для обеспечения заданных технических, технологических и экономических требований к трущимся деталям автотракторной техники используют технологические, конструктивные, материаловедческие и эксплуатационные мероприятия, некоторые из которых будут рассмотрены в данной книге.

Современный этап экономического развития России характеризуется резким ростом количества как отечественной, так и импортной автотракторной и сельскохозяйственной техники с большим пробегом и сроком службы. Эксплуатация такой техники приводит к значительному увеличению затрат на её содержание: повышению расхода топливно-смазочных материалов и запасных частей, росту объемов ремонтных и регулировочных работ и т.д. По мере увеличения пробега и износа деталей и соединений количество вредных выбросов растет в геометрической прогрессии, что требует срочных и часто нетрадиционных подходов к решению данных задач.

В связи с этим исследования, направленные на разработку методов  и средств технического сервиса  автотракторной и сельскохозяйственной техники, являются актуальной задачей и имеют огромное значение как для агропромышленного комплекса страны, так и для других отраслей экономики Российской Федерации.

Цель работы – выявить наиболее значимые прогрессивные технологии технического сервиса автотракторной техники.

Цель работы определила ряд задач:

1. Рассмотреть сущность и особенности традиционных методов восстановления деталей;
2. Изучить перспективные методы восстановления деталей;
3. Разработать конспект-урок на тему: «Прогрессивные технологии технического сервиса автотракторной техники: изготовление рамы модели культиватора (плоскореза)».

Теоретическую основу работы составили труды современных исследователей, таких как: Балабанов В.И., Беклемышев В.И., Махонин И.И., Башкирцев В.И., Ищенко С.А.и т.д.

В процессе проведенного исследования применялись общенаучные методы (наблюдение, аналогия, анализ и т.д.).

Структура работы строилась в соответствии с поставленными задачами и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы.

 

Глава 1. Пластическое деформирование: сущность, особенности

1.1. Сущность пластического деформирования, поверхностно-пластическое деформирование

Для поддержания огромного  машинно-тракторного парка в работо-способном состоянии необходим комплекс мероприятий по систематическому техническому обслуживанию и ремонту машин.

Ремонт машин на сегодняшний  день - объективная необходимость, поскольку ещё не создана машина, которая служила бы у потребителя весь срок эксплуатация в составе исходных элементов.

Так, иностранные фирмы уделяют большое внимание вопросам организации и технологии восстановления и ремонта деталей, увеличивают затраты на разработку новых способов и оборудования.

Многие предприятия, изготавливающие  машины и механизмы, создают филиала  фирм по восстановлению узлов, агрегатов и деталей, в том числе массовых, дорогостоящих, металлоемких. Считается, что повторное использование их целесообразно и экономически выгодно. Для восстановления деталей используют сварку и наплавку, газотермическое напыление, гальванические покрытия, полимерные материалы, а также пластическую деформацию.¹

Разработаны и применяются  различные методы восстановления и  упрочнения поверхностей трения, основанные на деформировании поверхностей деталей. Различают два основных вида обработки: механическое сглаживание и механическую высадку. При этом очень часто процесс механического воздействия на поверхностные слои детали сопровождается тепловым воздействием электрического тока. В этом случае процесс называют- электромеханическим.

Восстановление деталей машин пластическим деформированием обеспечивает экономию легированных сталей, повышение усталостной прочности и долговечности деталей, производительности и повторное использование материала.

Обработка металлов давлением - перспективный способ придания металлу требуемых форм и размеров. Применяются следующее основные способы обработки давлением: осадка, вдавливание, раздача, обжатие, вытяжка, накатка и правка.

В Германии была разработана  технология восстановления шестерен и звездочек машин методами пластической деформации. На основе исследований по нескольким наименованиям сельскохозяйственной и автотракторной техники (автомобили, тракторы, кормоуборочные и зерноуборочные комбайны, косилки-плющилки, ДВС) были выявлены детали более 200 наименований, пригодные для восстановления (при этом оказалось, что от общего количества деталей этих наименований моют быть восстановлено около 80 %).

Фирма "Walter Krupp" выпустила  комплект инструментов для восстановления направляющих втулок, клапанов и т.д. В стандартный комплект инструмента входят ролики различных размеров, что позволяет восстанавливать любые изношенные направляющие втулки. Спиральный паз, образующийся при восстановлении, обеспечивает хорошую смазку стержня клапана даже в критическом режиме работе. Зазор между направляющей и стержнем клапана можно уменьшить, в результате чего улучшается работа клапана и увеличивается срок службы направляющей.

В Чехии методом пластической, деформации восстанавливают поршневые кольца ДВС, что состоит из четырех групп операций, изношенных пальцев; раздача пальца холодным прессованием; закалка пальцев в соляной ванне, шлифование поверхности пальца на номинальный размер на бесцентровом шлифовальном станке.

При использовании этой технологии длина поршневого пальца практически не изменяется, толщина цементированного слоя на поверхности и твердость поверхностного слоя соответствуют требованиям на новую деталь.

Теоретические разработки и опыт ремонта машин в нашей  стране и за рубежом должны способствовать большему внедрению в ремонтное производство способа восстановления деталей пластическим деформированием. Так как этот способ достаточно прост, надежен, обеспечивает высокую производительность, повышает надежность и долговечность деталей.

Восстановление деталей  способом пластической деформации (давлением) основано на способности металлов, изменять свою форму и размеры без разрушения под действием нагрузки за счет остаточной (пластической) деформации. При пластической деформации объем детали остается без изменений, а металл перемещается с одного участка на другой. Способность металлов к пластической деформации характеризуется двумя основными показателями; пластичностью и сопротивлением пластической деформации. Оба эти показателя зависят от природы металла, его структуры и условий, деформации. При нагреве пластичность увеличивается, а сопротивление деформации уменьшается.²

На величину пластической деформации металла влияет также величина и направленность напряжений. В случае возникновения напряжений сжатия пластическая деформация металла увеличивается. Наиболее благоприятные результаты получаются в том случае, если силы сжатия действуют в одном направлении, а силы растяжения - перпендикулярном. Пластическая деформация кристаллических тел проявляется в результате смещения стальных слоев по плоскостям скольжения (сдвига) вследствие действия внешних сил. Чем больше плоскостей сдвига у данного металла, тем он пластичнее, т.е. пластическая деформация происходит при меньшем усилии (напряжении).

Пластическая деформаций может протекать в объеме одного зерна (внутрикристаллическая деформация) а между отдельными зернами (межкристаллическая деформация), в последнем случае возможно разрушение тела.

На процесс пластической деформации оказывает большое внимание химический состав металла. Если в состав металла входят различные легирующие элементы, то это изменяет (чаще всего уменьшает) его способность к пластической деформации. Поэтому чистые металлы имеют наибольшую пластичность.

Ремонт пластическим деформированием бывает двух видов. Первый вид деформации ведётся без нагрева деталей - холодная деформация, второй - при их нагреве до температуры 400 °С - горячая деформация.

Для восстановления деталей  давлением в холодном состоянии прилагают большие внутренние нагрузки. В металле при этом в результате снижается вязкость, повышается предел текучести, увеличивается твёрдость. Остаточные деформации происходят вследствие сдвигов частиц внутри зёрен (кристаллов) металла.

При горячем способе  восстановления детали нагревают до температуры равной 0,8...0,9 температуры плавления. При этом усилие сжатия, а пластическая деформация происходят вследствие сдвига ценных зёрен металла. После восстановления ответственные детали подвергают термической обработке. Применяют следующие виды обработки, изменяющие форму и размеры деталей и различающихся между собой направлением внешней действующей силы и направлением требуемой деформации, схемы которых изображены на рисунке 1. Осадку (е), вдавливание, раздачу (в), обжатие (д), вытяжку (г) и правку (а, б).

Рис. 1. Схемы методов  восстановления деталей пластической деформацией; а, б) правка; в) раздача; г) вытяжка; д) обжатие; е) осадка; ж) схема правки бруса; з) схема деформаций поверхностных неровностей при обкатывании

Кроме того, большое распространение получили виды пластической деформации, изменяющие шероховатость и физико-механические свойства только поверхностного слоя детали. К ним относятся: дорнование, обработка и накатка роликами и шариками, ударно-вибрационные виды обработки, обдувка поверхностей дробью и др.

Сущность поверхностной обработки обматыванием состоит в том, что под давлением деформирующего элемента выступающие микро неровности пластически деформируются - сминаются, заполняя впадины микропрофиля обрабатываемой поверхности.³

Схема деформации неровностей при обработке этим методом показана на рис. 1 з. Металл выступов неровностей перемещается в обоих направлениях от места контакта с деформирующим элементом, высота исходных неровностей Уменьшается, образуя поверхность с новыми неровностями высотой R, представляющим собой след движения шара или ролика.

Преимущества обработки  деталей упрочняюще-колирующим инструментом - простота и универсальность применяемого инструмента, значительное повышение надёжности и срока службы детали.

Поверхностно-пластическое деформирование

Установлено, что качество обрабатываемых поверхностей деталей  машин при пластическом деформировании зависит от ряда технологических факторов обработки, конструктивных параметров инструмента, а также физико-механических свойств материала.

Наличие взаимосвязи между условиями поверхностно-пластического деформирования (ППД) с результатами обработки показывает, что геометрия и размеры деформирующих роликов, углы их установки относительно оси обрабатываемой детали и усилие деформирования являются определяющими при формировании контактной зоны. Обобщающим фактором контактной зоны может рассматриваться объем металла, вытесняемого деформирующим элементом, при его внедрении в деталь, а, следовательно, площадь пятна контакта и величина глубины внедрения.

Для повышения долговечности и несущей способности транспортных деталей широко используется методы упрочнения поверхностным пластическим деформированием (ППД).

Упрочнение выполняется  с целью повышения сопротивления  усталости и твердости поверхностного слоя металла и формирования в поверхностном слое напряжений сжатия, а также регламентированного микрорельефа.

Упрочняющую обработку  поверхностным пластическим деформированием применяют на финишных операциях технологического процесса, вместо или после термообработки, и часто вместо абразивной или отделочной обработки.

Поверхностное пластическое деформирование, выполняемое без  использования внешнего тепла и обеспечивающее создание поверхностного слоя с заданным комплексом свойств, называют наклепом. В результате наклепа повышаются все характеристики сопротивления металла деформации, понижается пластичность и увеличивается твердость.

Упрочнение металла  в незакаленной стали происходит за счет структурных изменений и изменений структурных несовершенств (плотности, качества и взаимодействия дислокаций, количества вакансий и др.), дроблением блоков и наведением микронапряжений. При упрочнении закаленных сталей, кроме этого, происходит частичное превращение остаточного аустенита в мартенсит и выделение дисперсных карбидных частиц.