книги из ГПНТБ / Колкер, Я. Д. Чистовая обработка отверстий в чугунных деталях холодным пластическим деформированием

Благодаря постепенному уменьшению ширины площади соприкосновения с одной стороны, предотвращается исте­ чение материала в направлении противоположном направ­ лению подачи, создаются условия, при которых задняя кромка ролика не оставляет следов подачи на обработанной поверхности. Это свидетельствует о целесообразности при­

менения в раскатках в качест­ ве деформирующих элементов роликов, так как каплеобраз­ ную форму площади соприкос­ новения можно создать толь­ ко при помощи конических роликов, наклоненных к оси обрабатываемого изделия под некоторым углом ад, называе­ мым углом деформации (рис. 2). Этот вывод подтвержден ре­ зультатами экспериментов, проведенных советскими ис­ следователями [1, 4].

Для обработки отверстий в чугунных деталях применя­ ются в основном раскатки, работающие по схемам 2, 3, 4, 5. Раскатки, работающие по схеме 1, применяют главным образом для обработки отверстий малого диаметра, когда использование более универсальных и экономичных регули­ руемых раскаток невозможно. Раскатки, работающие по схеме 2, широко применяются в промышленности для обработки отверстий в стальных деталях, могут использо­ ваться и для обработки отверстий в чугунных деталях.

Роликовые раскатки, работающие по схеме 3, для обра­ ботки отверстий в чугунных деталях применяются сравни­ тельно недавно, однако обработка такими раскатками явля­ ется весьма перспективной.

10

Таблица 1

Методы чистовой обработки чугунных деталей холодным пластическим деформированием

Принцип действия этих раскаток состоит в следующем. Деформирующие элементы (цилиндрические ролики) не находятся в постоянном контакте с обрабатываемой поверх­ ностью, а наносят по ней частые удары. Таким образом, раскатывающее действие роликов сочетается с ударным, в результате чего доля остаточной деформации относительно доли упругой возрастает по сравнению с обычным раскаты­ ванием. В процессе такой обработки удается достигнуть высоких классов чистоты и значительного упрочнения по­ верхностного слоя металла. Подобные раскатки отличаются высокой производительностью.

За рубежом [21, 22] чистовая обработка инструментами ударного действия широко применяется для отделки и ка­ либрования отверстий в стальных, чугунных, бронзовых и алюминиевых деталях.

Размер раскаток, работающих по схеме 3, не регулиру­ ется. При изменении допуска готового отверстия необходи­ мо менять и инструмент. Это является недостатком раска­ ток рассматриваемого типа.

Раскатки, работающие по схеме 4, все больше применя­ ются в промышленности для обработки отверстий в чугунных деталях. Основным достоинством раскаток данного типа явля­ ется упругий контакт деформирующих элементов с обрабаты­ ваемой поверхностью. При этом создаются условия для ста­ бильного протекания процесса. Раскатками этого типа невоз­ можно обрабатывать отверстия малого и среднего диаметра [3].

Для обработки таких отверстий Научно-исследователь­ ским институтом тракторного и сельскохозяйственного ма­ шиностроения предложена конструкция раскатки, работа­ ющей по схеме 5, в которой предусмотрен упругий контакт деформирующих элементов с обрабатываемой поверхностью за счет применения полого упругого конуса.

Этот вид раскаток применяется в промышленности для обработки отверстий в чугунных деталях недавно. Методи­ ка расчета раскаток данного типа еще не разработана, нет данных по выбору режимов обработки.

12

На рис. 3, а приведена конструкция инструмента, пред­ назначенного для чистовой обработки отверстий в чугун­ ных деталях, которая имеет следующие особенности. Бла­ годаря наличию упругого элемента /, выполненного в виде

Рис. 3. Инструмент для чистовой обработки отверстий в чугунных де­ талях.

полого конуса, толщина стенки которого t = 1,5 -f-З мм, возникает упругий контакт, при котором обеспечиваются наилучшие условия для создания однородной шерохова­ тости поверхности и равномерного упрочнения поверхност­

13

ного слоя металла. При этом практически исключается опасность перенаклепа.

Так как при обработке чугуна применяются подачи зна­ чительно меньшие, чем при обработке стали, деформирую­ щие элементы (ролики 2) расположены строго по оси без

=0,75-4-1,25 лии/об, что при обработке чугуна недопустимо. Для предотвращения самоподачи из-за самопроизвольного разворота роликов во время работы, возникающей в виду на­ личия зазоров между сепаратором 3 и роликами 2, в предла­ гаемой конструкции инструмента сепаратор 3 должен быть зажат между двумя подшипниками 4. Для этого необходимо уменьшить диаметр раскатки при обратном ходе инстру­ мента. Это осуществляется следующим образом. В конце рабочего хода шток 10 упирается в специальный упор, устанавливаемый в патроне станка, и, передвигаясь впра­ во, сжимает пружину 7. Штифт 9, скользя по наклонному пазу штока 10, опускает палец 8, выводя его из отверстия во втулке 6. Под действием пружины 5 втулка 6 вместе с подшипниками 4 и сепаратором 3 передвигается в крайнее левое положение. Ролики 2, передвигаясь по конусу 1, уменьшают диаметр раскатки.

После вывода инструмента из обработанного отверстия необходимо оттянуть сепаратор 3 в крайнее правое положе­ ние, преодолевая сопротивление пружины 5. Под действием пружины 7 шток 10 передвигается влево. Штифт 9, пере­ двигаясь по наклонному пазу, вводит палец 8 в отверстие втулки 6, тем самым строго фиксируя положение сепара­ тора. Для изменения настроечного размера раскатки служат контргайка 12 и гайка 11, при повороте которой конус 1 пере­ двигается по оправке 13. Для обработки длинных отверстий инструмент оснащается направляющей шайбой 14 (рис. 3, б).

В качестве деформирующих элементов применяются конические ролики, заборная часть которых либо закруг­

14

ляется (рис. 4, а), либо выполняется в виде обратного кону­ са и в месте перехода плавно скругляется (рис. 4, б) и дово­ дится до 11— 12-го классов чистоты.

Деформирующие элементы должны удовлетворять сле­ дующим требованиям: быть износостойкими; сохранять на длительный срок твердость рабочей части в процессе эксплу­ атации; обладать стойкостью против коррозии; возможно дольше сохранять геометрию рабочей части.

Деформирующие элементы обычно изготавливают из самых разнообразных марок стали: У10А, У12А, ХВГ,

R

Рис. 4. Основные типы роликов, применяемые в многоролико­ вых раскатках.

5ХНМ, ШХ15 и др. Некоторые авторы отмечают, что луч­ шие результаты обработки получаются при использовании роликов из высокохромистой стали, например ЭХ 12 [5].

При обработке тонкостенных цилиндров из чугуна ве­ личина радиальных усилий, возникающих в процессе об­ работки, должна быть ограничена. Она зависит от площади и формы пятна контакта деформирующего элемента с об­ рабатываемой поверхностью. Площадь и форма пятна кон­ такта, в свою очередь, зависят от диаметра обрабатываемой поверхности Dg, диаметра деформирующего элемента dp, заходного радиуса R, угла деформации ад и натяга i (рис. 2).

Установлено, что с увеличением угла деформации шеро­ ховатость обработанной поверхности уменьшается до определенного значения, а затем резко увеличивается, что свидетельствует о перенаклепанном состоянии. Для получе­ ния минимальной шероховатости с увеличением содержания перлита в структуре чугуна угол деформации ад следует

увеличивать (табл. 2). Это объясняется тем, что для осу­ ществления пластического деформирования чугуна с пер­ литной структурой площадь контакта необходимо умень­ шить. Удельное давление при этом увеличивается.

С увеличением содержания перлита в структуре чугуна для достижения минимальной шероховатости диаметр де­ формирующего элемента dp следует уменьшить. Радиус закругления деформирующих элементов выбирается неза-

висимо от структуры чугуна. Практически для различных структур чугуна следует применять деформирующие эле­

нять деформирующие элементы с геометрическими парамет­ рами, приведенными в табл. 2.

Кратность приложения нагрузки

где /к — длина контакта деформирующего элемента с обра­ батываемой поверхностью, мм; п — число проходов; г — число деформирующих элементов; S — подача, мм/об. С уве-

16

личением числа деформирующих элементов в инструмен­ те подача увеличивается, повышается производительность обработки и возрастает долговечность роликов в связи с тем, что на каждый ролик приходится меньшая работа де­ формирования

Число деформирующих элементов следует выбирать максимально возможным по формуле

где Dd — диаметр обрабатываемого отверстия, мм; dPmax —

При обработке деталей холодным пластическим дефор­ мированием качественные показатели процесса определя­ ются в зависимости от радиального (нормального) усилия, передаваемого через инструмент на обрабатываемую поверх­ ность. В зависимости от диаметра обрабатываемой поверх­ ности детали, диаметра ролика, угла деформации и механи­ ческих свойств материала детали, площадка контакта деформирующего элемента с деталью при одной и той же нормальной силе имеет различную величину. Поэтому из­ меняются и средние нормальные давления на площадке контакта. Именно величина последних, а не общего нор­ мального усилия, определяет эффективность процесса.

Для расчета среднего нормального давления и других характеристик необходимо знать величину площадки кон­ такта. При обработке холодным пластическим дефорДи- ~ рованием глубина вдавливания деформирующего элемен,^ та сравнительно невелика, поэтому площадкой контакта^ можно считать ее проекцию на плоскость, перпендикуляр-^

4*

В процессе ■обработки происходит как пластическая, так и упругая деформация. Это следует учитывать при рас­ четах.

На основании проведенных исследований [9] площадь

чугуна. Аналогичные графики можно построить для феррит­ ной и перлитной структур чугуна.

Подставляя величины оптимальных геометрических па­ раметров деформирующих элементов из табл. 2 для обра­ ботки чугуна с ферритной, феррито-перлитной и перлит­ ной структурами в формулу (3), получаем следующие формулы для расчета площади контакта: для чугуна с фер­

18

для чугуна с перлитной структурой

Пользуясь зависимостями, приведенными на рис. 5, можно определить натяг для обработки отверстий различ­ ного диаметра в чугуне с различными структурами, в ре­ зультате которой достигается шероховатость поверхности у 7 — у 9 - Полученные данные легли в основу составления таблиц режимов обработки.

Раскатки, конструкция которых показана на рис. 3, рекомендуются для обработки отверстий 2—3-го классов точности в равно- и неравножестких деталях на универсаль­ ном оборудовании (токарных, токарно-револьверных, рас­ точных, карусельных, сверлильных и других станках), а также на специальных полуавтоматах и автоматических линиях.

В зависимости от конструкции изделия и выбранного способа базирования обработка многороликовыми упругими раскатками может осуществляться по следующим схемам: 1) вращается изделие, раскатка не вращается; 2) вращает­ ся раскатка, изделие не вращается; 3) вращаются раскатка и изделие. Движение осевой подачи сообщается раскатке или изделию.

Производительность обработки многороликовыми упру­ гими раскатками определяется величиной минутной подачи

где 5 Р —подача наодин ролик (расстояниемежду после­ довательными положениями двух соседних роликов по об­ разующей изделия), мм/ролик; z — число деформирующих элементов;

19