Пластическое деформирование: сущность, особенности

Обжатие

Обжатием восстанавливают  внутренний размер полой детали, уменьшая размер по наружной поверхности (рис. 1 д). В данном случае направление действующей силы Р совпадает с направлением деформации о.

Обжатием восстанавливают втулки из цветных сплавов при износе по внутреннему диаметру, зубчатые муфты с изношенными по профилю внутренними зубьями, звенья гусениц с изношенными проушинами под пальцы, сепараторы конических роликовых подшипников с изношенными перегородками и др.

Восстановление деталей  обжатием ведется под прессом  в специальных приспособлениях с матрицей, приемная часть которой имеет угол 7...8°, а выходная - 18...20° (втулки) как без нагрева деталей, так и при их нагреве до температуры 800...950 °С.⁹

Диаметр калибрующего цилиндрического пояса принимают из расчета уменьшения внутреннего диаметра на величину износа ж припуска на последующую механическую обработку. После обжатия наружную поверхность втулок омедняют (покрывают медью гальваническим методом или с помощью финишной антифрикционной обработки - ФАБО), а внутреннюю развертывают, на необходимый размер.

Правка

В процессе работ многие детали изгибаются, скручиваются, коробятся, в результате чего изменяется их форма. Для восстановления заданной формы, скрученные или изогнутые детали подвергают правке (рис. 1 а, б). Направление действующей нагрузки или совпадает с направлением требуемой деформации - о детали.

Правкой ремонтируют  различные валы, шатуны, диски трения, стальные гильзы, клапаны, рамы, рычаги, кронштейны и другие детали. В зависимости от величины деформации детали правят с нагревом или без него.

При холодной правке в  результате местного пластического деформирования металла детали изменяются ее структура и механические свойства. Правка в холодном состоянии без дополнительной термообработки не дает устойчивых результатов.

Остаточные напряжения, возникающие в процессе холодной правки, способствуют после дующему возврату деформации. Для повышения устойчивости применяют двукратную правку (перегиб в обратную сторону) с последующим нагревом деталей до температуры 400...500 °С (но не выше температуры отпуска при их изготовлении) с выдержкой в течение 60 минут. Такой нагрев восстанавливает несущую способность правленых деталей до 90 %. по отношению к неправленым. Если указанный нагрев для деталей недопустим, следует провести стабилизацию материала детали при максимально возможной температуре, но не ниже 800 °С. Тогда несущая способность восстанавливается на 50...60%.

Правку с предварительным  нагревом (горячую правку) применяют при больших деформациях деталей.

Обычно при горячей  правке места деформации деталей  нагревают до температуры 600...800 °С. Выбор способа правки зависит от характера деформации детали и ее термической обработки.¹⁰

Местный наклеп - более простой и надежный способ, которым можно править некоторые детали (например, коленчатые валы, рессорные листы и др.).

Сущность этого способа  состоит в том, что создаваемые  наклепом напряжения сжатия на отдельных участках детали деформируют (изгибают) деталь в направлении наносимого удара, как это схематически показано на рис. 1 ж.

Наклеп ведется пневматическим молотком, снабженным ударным бойком, или ручным шаровидным молотком.

Правка наклепом легче, а производительность процесса, выше в 4-5 раз, чем при правке изгибом. Усталостная прочность при наклепе не снижается, деформация устойчива. Применяя простейшее оборудование, получают высокую точность процесса.

Вдавливание объединяет в себе одновременно осадку и раздачу, так как в большинстве случаев  действующая сила направлена под небольшим углом к направлению требуемой деформации. Поэтому при ремонте деталей вдавливанием одновременно происходит осадка и раздача, но длина деталей при этом не изменяется, последнее - весьма существенное преимущество,

Вдавливание применяют при ремонте изношенных по профилю зубьев некоторых шестерен, изношенных боковых поверхностей шлицев, шаровых пальцев, тарелок клапанов и других деталей. Ремонт деталей вдавливанием ведется при высокой температуре их нагрева для стальных деталей до 680. ..920 °С) в специальных штампах иди при помощи специальных приспособлений (роликов, клиньев и др.).

Вытяжка и  растяжка

Вытяжка определяется тем, что направление действующей силы P и направление требуемой деформации - не совпадают. Вытяжкой увеличивают длину детали за счет местного сужения ее поперечного сечения. Удлиняют тяги, стержни, шпонки и др. Растяжку деталей (например, шатунов тракторных двигателей) выполняют с предварительным нагревом в тех случаях, когда необходимо восстановить межцентровое расстояние между осями верхней и нижней головок.

Накатка

Накатка применяется  для увеличения наружных или уменьшения внутренних размеров деталей за счет вытеснения металла из отдельных участков рабочих поверхностей. В этом случае направление действующей силы Р противоположно требуемой деформации. Накатку в основном применяют для восстановления размеров посадочных поверхностей под обоймы подшипников качения на валах и в отверстиях, а также для подшипников, залитых свинцовистой бронзой. В последнем случае образовавшиеся ячейки с целью восстановления несущей способности, например, баббитом.

Накатка выполняется  специальным инструментом - зубчатым роликом (накаткой). Существуют накатки двух типов: прямые, когда зубья накатки расположены параллельно оси вращения, и косые, когда зубья расположены под углом к оси вращения. Подъем гребешков металла после накатки во всех случаях меньше половины высоты зуба накатки и зависит от величины шага накатки, который практически колеблется в пределах от 1,2 до 3 мм.

Огромное количество деталей машин (до 70 %) имеет различные резьбы. При этом изготовление резьбовых поверхностей может осуществляться различными методами, и часто связано со значительными технологическими трудностями. Один из способов изготовления резьбовых поверхностей основан на положениях теории пластического деформирования металла, в частности процесса накатки. Для формирования резьбы изготовляются специальные ролики с заданными параметрами резьбы (рис. 5), которые являются рабочими инструментами для специальных резьбонакатных станков (рис. 6). ¹¹

Рис. 5. Ролики для накатывания наружной трапецеидальной резьбы

 

 

Рис. 6. Резьбонакатный станок

1.4. Восстановление поршней и цилиндров, шлицевых валов, втулок гидронасосов, плунжерных пар, пальцев и втулок гусеничных цепей, посадочных отверстий стальных и чугунных деталей

Восстановление  поршней и цилиндров

На опрыскивателях ОВС-А, ОВТ-1А, ОВТ-1В, ОН-400 установлены поршневые полосы УН 41.613 тройного действия. Работоспособность их во многом зависит от технического состояния цилиндра и поршня.

Установлено, что для  цилиндра УН 41.613, изготовленного из стали 45X18. характерным дефектов является износ внутренней поверхности вследствие истирания ее резиновой манжетой, установленной на поршне.

У поршня УН 41.623, изготовленного из бронзы БРАЖ 9, основной дефект - износ по диаметру посадочного места под манжету. По высоте посадочного места он неравномерный. У верхней торцовой части износ наибольший.

При наличии этих дефектов насос не создает необходимого давления. В результате уменьшается производительность, не обеспечивается нормированное внесение гербицидов или ядохимикатов.

На ремонтных предприятиях работоспособность такого насоса восстанавливают несколькими способами: постановкой новых цилиндров, поршней и манжет; расточкой цилиндров и изготовлением поршней и манжет ремонтных размеров, восстановлением поршней и перешлифовыванием цилиндров. Расточка цилиндров и изготовление поршней и манжет ремонтных размеров достаточно трудоемкие операции. Для этого требуется специальное оборудование, материалы.

Способ пластического  деформирования лишен этих недостатков  и, поэтому может быть применен для восстановления цилиндров и поршней.¹²

 

Рис. 7. Технологическая схема восстановления поршня: 1 - пуансон; 2 - поршень; 3 - оправка; 4 – подставка

 

Восстановление поршней  этим способом заключается в следующем. Поршень 2 (рис. 7) устанавливают на подставку 4, расположенную на столе гидравлического пресса. На посадочное место под манжету надевают оправку 3, внутренний диаметр которой равен номинальному размеру восстанавливаемой поверхности. Затем на поршень устанавливают пуансон 1 и посредством давления производят перераспределение металла поршня. Происходит заполнение им изношенной части. На торцевой поверхности поршня образуется кольцевая технологическая канавка, не влияющая на его прочность и работоспособность. Нагревать поршень при этом не требуется. Таким образом, восстанавливается номинальный размер посадочного места под манжету без последующей механической обработки. Для такой операции достаточно усилия 40-тонного гидравлического пресса, например, типа ОКС 1671. Штучное время на восстановление одного поршня в экспериментальных условиях составило 1,9 мин.¹³

Для восстановления цилиндра этого опрыскивателя в нагретом состоянии проталкивают через, конусное отверстие оправки, установленной на подставке 4. Всю оснастку размещают на стол пресса. Диаметр конусного отверстия на выходе меньше наружного диаметра цилиндра на величину его износа с припуском на последующее шлифование (до необходимого размера) и чистоты рабочей поверхности. Материал, из которого выполнен цилиндр, трудно поддается механической обработке. Поэтому при восстановлении пластическим деформированием его необходимо нагреть примерно до 950 °С. Следует применять быстродействующие прессы, например, кривошипные или кузнечные пневматические молоты. Они позволяют протолкнуть цилиндр через конусное отверстие за время, в течение которого сохраняется температура, обеспечивающая необходимую пластичность металла. Эту деталь можно нагревать в печи, кузнечном горне или током высокой частоты.

Как вино, такой способ восстановления цилиндров и поршней насосов опрыскивателей прост, не требует сложной оснастки, обеспечивает хорошее их сопряжение. Он доступен не только специализированным предприятиям, но и ремонтным мастерским хозяйств.

Восстановление  шлицевых валов

Во ВНИИТУВИД был  разработан способ, применяемый при износе шлицев по толщине до 10 %. Он заключается в образовании поверхностно-пластическим деформированием технологического паза на не рабочей поверхности, после чего проводиться калибровка шлицев пластическим деформированием. В результате упрочнения материала повышается износостойкость рабочих поверхностей. Раздача шлицев за счет технологического паза осуществляется с помощью накатной головки. Принципиальная схема раздачи шлицев показана на рис. 8.¹⁴

Рис. 8. Схема раздачи шлицев накатной головкой: 1 - деформируемый вал; 2 – ролик

 

Эксперименты проводили  с помощью шлиценакатной роликовой головки, установленной на прессе ПМГ-125. Восстанавливали изношенный вал (дет. 54.60635) комбайна СК-5. Он изготовлен из стали 40ГОСТ 4543-71 и имеет прямобочные шлицы, твердость которых НВ 255...311.

Перед раздачей шлицы  нормализовали до твердости НВ 210...250. Ролики, соприкасаясь своей клиновидной частью и ребордами со шлицами, формируют канавку на наружной поверхности. Вытесненный из канавки металл заполняет боковую изношенную поверхность шлица и увеличивает наружный диаметр вала. Этим обеспечивается припуск на механическую обработку шлицевой поверхности. Тарелки клапанов ремонтируют вдавливанием при значительном износе фасок, когда перешлифование их уже недопустимо.

Технологический процесс  состоят из следующих операций: сортировки тарелок по диаметру и высоте; нагрева тарелки до 825...900 °С; вдавливания кольцевого пояса в тарелку в штампе; охлаждение клапана на воздухе до 200...300 "С, а затем в песке; проверки клапанов в призмах на биение (при биении 0,2 мм их подвергают правке); шлифовке фаски и цилиндрического пояса под номинальный размер.

Восстановление втулок гидронасосов

Для восстановления бронзовых  втулок алюминиевым сплавом применяется специальный универсальный штамп, разработанный в Ульяновском политехническом институте. Штамп (рис. 7) имеет постоянный пакет, состоящий из верхней плиты 2, направляющих втулок 2, колонок 3, обоймы 4, охлаждаемой водой, нижней плиты 5, пластин 6 и 8, установочных пальцев 12,14 и 17, 15 и крепежных деталей.¹⁵

При осадке изношенной втулки в пакет устанавливают матрицу 1, сменный стержень 9, выталкиватель 10 с хвостовиком 11, кольцо 13 и пуансон 16. Восстанавливаемую втулку смазывают машинным маслом и помешают в матрицу на стержне. При движении пуансона вниз происходит обжатие шейки втулки и ее осадка. Съем втулки со стержня и извлечение ее из матрицы осуществляются выталкивателем.

Для наращивания вырезанных из осаженной бронзовой втулки колец алюминиевым сплавом или получения монолитной заготовки втулки из антифрикционного алюминиевого сплава детали 7, 9, 10, 13 и 16 заменяют деталями 18...22. Жидкий алюминиевый сплав заливают в матрицу 20 и прессуют пуансоном 18. В случае получения монолитней втулки заливку производят без бронзового кольца. Извлечение восстановленной втулки из матрицы осуществляется выталкиватели 22.

Для контроля теплового  процесса при восстановлении втулок матрица 20 имеет каналы для термопар. В целях предотвращения перегрева деталей штампа, приводящего к металлизации их алюминиевым сплавом, в штампе предусмотрена система охлаждения, поддерживающая температуру штампа 230°С.