6075430291

Podstawy fizyczne procesu nagniatania

Fizyczny model nagniatania tocznego

Do najbardziej istotnych sposobów powierzchniowej obróbki plastycznej należy grupa sposobów nagniatania tocznego. Element nagniatający o dużej sztywności, tocząc się po odkształcałnym przedmiocie, wywołuje w jego warstwie wierzchniej odkształcenia plastyczne oraz rozdrobnienie i ukierunkowanie struktury materiału obrabianego. W wyniku zachodzących procesów fizycznych w strefie obróbki występuje umocniew/e materiału, będące skutkiem trwałych odkształceń plastycznych.

W procesie nagniatania w obszarze warstwy wierzchniej obrabianego przedmiotu mogą wystąpić odkształcenia (deformacje) sprężyste, sprężysto-plastyczne oraz plastyczne, a przy pewnej wartości siły docisku F, powstaje przed narzędziem wypiętrzenie materiału w kształcie fali, która przeciwstawia się tocznemu ruchowi narzędzia.

1.    W początkowej fazie procesu odkształcenia następuje deformacja sprężysta materiału.

2.    W następnej fazie zostaje przekroczona granica sprężystości materiału obrabianego, a pod powierzchnią w warstwie wierzchniej powstaje strefa uplastyczniona.

3.    Przy dalszym zwiększaniu siły docisku strefa plastyczna, otoczona obszarem sprężystym, powiększa się. Strefa sprężysta zaczyna zanikać, a strefa plastyczna rozszerza się w głąb pod powierzchnią, wskutek czego tworzy się fala materiału przed toczącym się elementem nagniatającym.

Rys. 12. Modele odkształceń w procesie nagniatania tocznego: a) sprężystych, b) sprężysto-plastycznych, c) plastycznych: e - strefa sprężysta, p- strefa plastyczna, h_f - wysokość fali materiału.

Umocnienie warstwy wierzchniej

Element nagniatający, pod wpływem siły docisku F wywołuje w strefie styku z przedmiotem obrabianym miejscowe odkształcenia sprężyste oraz plastyczne. Ze względu na dużą twardość elementu nagniatającego, odkształcenie zachodzi głównie w warstwie wierzchniej przedmiotu. Wskutek odkształcenia występuje zmiana orientacji krystalograficznej ziaren oraz ich pierwotnego kształtu. Ponadto ziarna ulegają rozdrobnieniu, spłaszczeniu i wydłużeniu w kierunku największych odkształceń, tworząc teksturę zgniotu wykazującą anizotropię własności mechanicznych. Odkształcenie plastyczne zachodzi do pewnej głębokości od powierzchni, która zależy od własności plastycznych materiału i parametrów technologicznych nagniatania.

b)

Rys. 13. Schemat odkształceń plastycznych w warstwie wierzchniej walka podczas nagniatania kulką: a) w przekroju wzdłużnym; b) w przekroju poprzecznym.