книги из ГПНТБ / Колкер, Я. Д. Чистовая обработка отверстий в чугунных деталях холодным пластическим деформированием
.pdf
Я. Д. КОЛ КЕР
ЧИСТОВАЯ ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИЙ В ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЯХ ХОЛОДНЫМ
ПЛАСТИЧЕСКИМ
ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Под общей редакцией заел. деят. науки и техники УССР,
докт. техн. наук А. А. Шаталина
Издательство «Техн inа» Киев— 1972
6П4.67 К60
1Гог . ::‘-;г*ая
>-'/ГН.;ЧОСК61Я
УДК 621.983‘ 669.19 и-те
Чистовая обработка отверстий в чугунных деталях холод ным пластическим деформированием. К о л к е р Я. Д. «Техшка», 1972, 44 стр.
Излагаются теоретические основы процесса чистовой об работки отверстий в чугунных деталях холодным пласти ческим деформированием, даются практические рекомен дации по применению указанного метода чистовой обра ботки, рассматриваются вопросы повышения точности обработки и качества поверхности, а также различные конструкции инструмента, предназначенного для обработки отверстий в чугунных деталях, приводятся результаты исследований влияния чистовой обработки отверстий ука занным способом на эксплуатационные характеристики де талей машин. Рассчитана на инженеров-технологов маши ностроительных предприятий.
Табл. 5, илл. 18, библ. 22.
Рецензент канд. техн. наук Г. Э. Таурит Редакция литературы по машиностроению и транспорту Заведующий редакцией инж. М. А. Василенко
3-12-4
120-72М
ПРЕДИСЛОВИЕ
ВДирективах XXIV съезда КПСС отмечается, что одной из основных задач в машиностроении является повышение надежности и долговечности машин.
Работоспособность деталей в значительной степени за висит от точности обработки их рабочих поверхностей. Чис товая обработка металлов постоянно совершенствуется, ис следуются и внедряются в производство новые высокопроиз водительные методы отделочной обработки.
Впоследние годы все более широкое применение во мно гих отраслях промышленности получает метод чистовой обработки поверхностей деталей холодным пластическим деформированием, имеющий существенные преимущества перед чистовой обработкой резанием. Благодаря сочетанию минимальной шероховатости поверхности с упрочнением поверхностного слоя деталей, обработанных методом холод ного пластического деформирования, обеспечиваются высо кие эксплуатационные свойства.
Обработка отверстий является одной из сложных и тру доемких операций. Особые трудности возникают при обра ботке отверстий среднего и малого диаметров, что обуслов лено высокими требованиями, предъявляемыми к шерохо ватости их поверхностей ( v 8— V Ю).
Анализ методов чистовой резцовой обработки (раста чивание, развертывание, протягивание) показывает, что
V. 480 |
3 |
даже при оптимальных условиях в процессе такой обработ ки обеспечивается получение лишь 7-8-го классов чистоты поверхности. Абразивные методы обработки (шлифование, доводка, притирка) малопроизводительны и не во всех слу чаях применимы. Все более широкое распространение в про мышленности получает чистовая обработка отверстий холодным пластическим деформированием, при которой обеспечивается достижение указанных высоких классов чистоты при высокой производительности процесса.
Обработка деталей методом холодного пластического деформирования с целью получения высококачественной поверхности известна давно, но до последнего времени она применялась преимущественно при изготовлении стальных деталей. В настоящее время в ряде отраслей промышленнос ти (тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, автомобилестроение) возникла необходимость в обработке холодным пластическим деформированием деталей из чу гуна.
В брошюре приведены практические рекомендации по рациональному выбору режимов чистовой обработки от верстий в чугунных деталях холодным пластическим де формированием, при которых обеспечивается высокое ка чество обработанной поверхности и повышение эксплуата ционных свойств обработанных деталей.
Отзывы и пожелания просим направлять по адресу:
252601, Киев, 4ГСП, Пушкинская, 28, издательство «Техшка».
ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЕЙ
ХОЛОДНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Обработка металлов и сплавов методом холодного плас тического деформирования основана на способности ука занных материалов в определенных условиях деформиро ваться под влиянием внешних сил без нарушения целост ности. В процессе обработки заготовке может придаваться требуемая форма и размер (прокатка, волочение, ротацион ное обжатие и т. д.); размер и определенная шероховатость (размерно-чистовая обработка); определенные свойства (упрочняющая обработка) за счет перераспределения элемен тарных объемов.
Сущность чистовой обработки холодным пластическим деформированием состоит в том, что под давлением деформи рующего элемента (шарик, ролик) происходит пластическая деформация металла поверхностного слоя. При этом он упрочняется, уменьшается шероховатость поверхности, образуется поверхность с новыми неровностями, высота, шаг и форма которых зависят от параметров и условий про цесса обработки.
Термин «хрупкий», употребляемый часто при характе ристике чугуна, является относительным понятием [13]. Учитывая известное положение [16] о связи пластичности материалов с их напряженным состоянием и понятия, установленные С. И. Губкиным [7], о «жестком» и «мягком» напряженном состоянии, можно сделать вывод, что при об работке методом холодного пластического деформирования имеет место «мягкое» напряженное состояние, при котором
можно осуществить пластическую деформацию чугуна. Имеющийся производственный опыт подтвердил возмож ность и целесообразность чистовой обработки чугуна мето дами поверхностного пластического деформирования.
В качестве размерно-чистовых методов обработки от верстий в чугунных деталях применяются раскатывание жесткими роликовыми раскатками [1, 15, 20], раскатыва ние с упругим контактом роликов [3, 18], раскатывание ша риками [6, 19], калибрование шариком и прошивкой [11].
В качестве упрочняющей обработки отверстий в чугун ных деталях применяется центробежно-шариковая обра ботка [19]. По данным, приведенным в литературе, полу чаемая в процессе обработки шероховатость поверхности соответствует 8-9-му классу чистоты при исходной шерохова тости, соответствующей 6-7-му классу.
Многие из имеющихся рекомендаций по режимам обра ботки отверстий в чугунных деталях пригодны только для того материала и для тех условий обработки, в которых про водился эксперимент. Поэтому, как показывает опыт, эти рекомендации нельзя применять для всего многообразия чугунных деталей с их нестабильными свойствами и струк турой даже в пределах одной марки чугуна.
Для получения рекомендаций по выбору метода и режи мов чистовой обработки чугунных деталей холодным пласти ческим деформированием необходимо определить зависи мость между механическими свойствами обрабатываемых материалов и их обрабатываемостью. Под обрабатывае мостью с точки зрения метода холодного пластического де формирования следует понимать способность материала деформироваться в холодном состоянии без нарушения сплошности.
Исследования [2, 17, 14] показали, что основное влияние на механические свойства чугуна, а следовательно, и на его обрабатываемость оказывает микроструктура материала, которая зависит от условий первичной и вторичной кристал лизации. Определяющими факторами при этом являются
6
количество, форма, расположение графита и структура ос новной массы чугуна.
Рассмотрим влияние микроструктуры на пластические свойства чугуна в условиях, близких к условиям чистовой обработки холодным пластическим деформированием. Ука занный процесс обработки сопровождается вдавливанием
Рис. 1. Зависимость удельного давления от нагрузки гри вдавлива нии шарового индентора во вращающийся (а) и в неподвижный (б) об разцы:
/ — ферритная структура; 2 — феррито-перлитная структура; 3 — перлитная структура; 4 — соорбитная структура; 5 — мартенситная структура.
криволинейной рабочей поверхности деформирующего эле мента в обрабатываемую поверхность. При вдавливании шара часть поверхности (зона контакта) находится в усло виях сложного напряженного состояния, вызванного упру гой деформацией.
На рис. 1 показана зависимость удельного давления Р уд от усилия вдавливания шарика для чугуна СЧ21-40. Известно, что по мере увеличения усилия вдавливания область пластической деформации растет и удельное дав ление Р увеличивается до тех пор, пока весь материал вокруг отпечатка не станет пластичным. Это наступает
3 |
480 |
7 |
тогда, когда удельное давление мало изменяется при даль нейшем увеличении размеров отпечатка.
Как видно из рис. 1, такое состояние наблюдается при различных нагрузках в зависимости от структуры металли ческой основы чугуна.
Испытания проводились при неподвижном и при враща ющемся образцах. Последние больше всего соответствуют напряженному состоянию, в котором находится металл при обработке холодным пластическим деформированием.
При сравнении графиков, представленных на рис. 1, а и б, можно заметить, что для чугуна, имеющего одну и ту же структуру, предел текучести меньше при вдавливании шарика во вращающийся образец. Таким образом, пла стичность чугуна выше при динамическом вдавливании, чем при статическом. Ни одна из известных характеристик свойств металла, кроме величины вдавливания шарика во вращающийся образец, с достаточной точностью не отра жает его сопротивления деформации при обкатывании. Зная величину вдавливания шарика во вращающийся образец, изготовленный из различных материалов, можно опреде лить параметры режима обработки холодным пластическим деформированием.
Повышение пластичности при вдавливании шарового индентора во вращающийся образец экспериментально под тверждает возможность чистовой обработки чугуна мето дом холодного пластического деформирования.
КОНСТРУКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА
И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
ДЕФОРМИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
При размерно-чистовой обработке основным требованием, которое предъявляется к инструменту, является обеспече ние определенной макро- и микрогеометрии обрабатыва-
8
емой поверхности. Во |
многих случаях в машиностроении |
в процессе обработки |
необходимо получить поверхнос |
ти 2-3-го классов точности и 8-9-го классов чистоты. По лучить такие поверхности при обработке резанием трудно: это связано с большими затратами времени и высококвали фицированного труда. При определенных условиях абразив ной обработки происходит шаржирование поверхности де талей абразивными частицами, что снижает срок службы этих деталей.
Получение требуемой точности и шероховатости обеспе чивается в процессе обработки холодным пластическим де формированием. Инструменты для обработки отверстий холодным пластическим деформированием делятся на два класса: I — в качестве деформирующих элементов исполь зуются ролики (роликовые раскатки); II — в качестве де формирующих элементов применяются шарики (шариковые раскатки). При обработке отверстий в чугунных деталях используются инструменты обоих классов.
Как показали исследования, при раскатывании роликом реализуется контактно-сдвиговая схема деформации, при которой в процессе обработки чугуна (материала малоплас тичного в обычных условиях) создается такое напряженное состояние, при котором происходит наиболее интенсивное пластическое деформирование.
Исследования показали, что большое влияние на качест во поверхности, получаемое после обработки, оказывает форма пятна контакта деформирующего элемента с обраба тываемой поверхностью.
При обработке различных материалов холодным пласти ческим деформированием наилучшие результаты достига лись в тех случаях, когда площадь соприкосновения между изделием и деформирующим элементом имела каплеобраз ную форму, причем широкая сторона «капли» находилась впереди, если смотреть в направлении подачи. Пластиче ская деформация поверхностного слоя происходит под широ кой частью поверхности соприкосновения.
з* |
9 |