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

где tio — число оборотов детали, об!мин; па — число обо­ ротов сепаратора, цб/мин. Величина «р зависит от выбран­ ной схемы обработки.

Для первой и второй из указанных схем обработки

диаметр конуса, контактирующий с максимальным диа­

где пк — число оборотов нажимного конуса, об/мин. Знак минус используется при совпадении направлений враще­ ния раскатки и изделия, знак плюс — если раскатка и из­ делие вращаются в противоположные стороны.

Окружная скорость раскатывания

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

И ТОЧНОСТЬ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ

В ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЯХ ХОЛОДНЫМ

ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Эксплуатационные свойства деталей машин во многом зависят от точности их изготовления и в значительной мере определяются качеством их поверхности. Качество поверх­ ности деталей машин определяется совокупностью харак­ теристик шероховатости поверхности, физико-механиче­ ского состояния и микроструктуры металла поверхност­ ного слоя и остаточных напряжений (12).

20

ЗАВИСИМОСТЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

ОТ РЕЖИМА ОБРАБОТКИ

При чистовой обработке чугунных деталей холодным пластическим деформированием на шероховатость обрабо­ танной поверхности оказывают существенное влияние сле­ дующие факторы: исходная шероховатость; усилия раска­ тывания; припуск и натяг; подача; скорость обработки; смазка обрабатываемой поверхности; количество проходов инструмента.

Исходная шероховатость

При обработке холодным пластическим деформировани­ ем между инструментом и обрабатываемой поверхностью создается натяг, и деформирующие элементы давят на по­ верхность с определенной силой. Контакт между поверхнос­ тями деформирующих элементов и детали происходит по вершинам неровностей. При возникновении напряжений, превышающих предел текучести, металл выступов неровнос­ тей перемещается от места контакта с деформирующим эле­ ментом, высота исходных неровностей Р Дисх уменьшает­ ся, образуется поверхность с новыми неровностями.

Результаты исследований и накопленный производ­ ственный опыт показали, что шероховатость исходной по­ верхности оказывает значительное влияние на шерохова­ тость обработанной поверхности.

На рис. 6. представлена зависимость окончательной шероховатости поверхности Ra от исходной шероховатости /?ансх при чистовой обработке чугунных деталей холодным пластическим деформированием (V — 100 м/мин; S = = 0,35 мм/об; / = 0,1 мм\ обработка без смазки). Из гра­ фика видно, что чистота обработанной поверхности повыша­ ется в среднем на три класса. С уменьшением исходной

21

шероховатости интенсивность уменьшения шероховатости обработанной поверхности заметно снижается, что объяс­ няется увеличением опорной поверхности.

Большое влияние на шероховатость обработанной по­ верхности оказывает структура чугуна. С уменьшением ис­ ходной шероховатости это влияние заметно снижается, что объясняется также увеличением опорной поверхности.

Как показали исследования (рис. 7), с увеличением опор-

р

ной поверхности факт заготовки шероховатость обработан-

*Н О М

ной поверхности вначале резко падает, а в дальнейшем кзменяется незначительно — в пределах одного разряда (У = = 100 м/мин; S = 0,35 мм/об; i = 0,1 мм\ обработка без

22

смазки; материал — чугун СЧ21-40, структура феррито­ перлитная). Это объясняется тем, что с увеличением опор­ ной поверхности при обработке холодным пластическим деформированием необходимо прикладывать большие уси­ лия для осуществления пластической деформации неровнос­ тей, что может привести к уве­ личению шероховатости поверх­ ности из-за перенаклепа и отслаи­ вания частиц металла.

Угол при вершине равных по высоте исходных неровностей так­ же влияет на величину шерохо­ ватости, получаемую после обра­ ботки холодным пластическим де­ формированием. Из графика,при­ веденного на рис. 8, видно, что при увеличении угла при верши­ не неровностей р получаемая пос­ ле обработки шероховатость по­ верхности уменьшается. Это объ­ ясняется следующим образом. При одной и той же высоте и ма­ лой ширине основания выступов В каждый выступ (микрогребе­ шок) в процессе обкатки роликом

работает на изгиб (рис. 9). При увеличении ширины основа ния выступов каждый гребешок начинает работать на сжатие.

Как известно, пластические свойства чугуна проявля­ ются больше при работе на сжатие, чем на изгиб. Следова­ тельно, шероховатость предварительно обработанной по­ верхности с неровностями, имеющими большую ширину основания, является более благоприятной с точки зрения дальнейшей обработки ее холодным пластическим деформи­ рованием.

Как видно из графика, приведённого на рис. 8, с уве­ личением содержания перлита в структуре чугуна для

23

получения минимальной шероховатости угол при вершине неровностей р должен увеличиваться, так как с увеличением

Рис. 9. Схема деформирования неровностей поверхности.

Рис. 10. Конструкция двухлезвийной развертки с микрометриче­ ской регулировкой ВНИИ (а) и схема заточки ее ножей (б).

содержания перлита пластические свойства чугуна ухуд­ шаются.

Для получения минимальной шероховатости обработан­ ной поверхности в качестве предварительной обработки рекомендуется применять расточку двухлезвийной плаваю­ щей разверткой с микрометрической регулировкой (рис. 10).

24

Режимы, условия и результаты такой предварительной обработки чугунных деталей приведены ниже (СОЖ не применялась):

Силовое поле, возникающее при обработке холодным пластическим деформированием, характеризуется величи­ нами радиальной силы Р р, осевой силы Р0с и крутящего момента Мкр.

Усилия раскатывания влияют на шероховатость, об­ разующуюся при обработке поверхности, степень и глуби­ ну наклепа, а также и на величину напряжений, возника­ ющих в поверхностном слое металла.

Анализ опытных данных показал, что величина радиаль­ ного усилия, осевой силы и крутящего момента тем выше, чем менее пластичен обрабатываемый материал. Установ­ лено, что с увеличением радиального усилия шероховатость обработанной поверхности снижается до определенного значения, соответствующего критическому усилию, зави­ сящему от микроструктуры чугуна.

Превышение значений критических усилий раскатыва­ ния, приведенных ниже, ведет к отслаиванию частиц метал­ ла и к увеличению шероховатости поверхности:

25

Припуск и натяг

Припуск на раскатывание Л определяется по формуле

где D d — диаметр отверстия после обработки, мм; D3 — диаметр отверстия до обработки, мм.

Натяг определяется по фор­ муле

где i — натяг, мм; Dp — на­ строечный размер раскатки,

мм (рис. 2).

ферритная структура.

Натяг является одним из основных параметров режима обработки, так как от него зависит величина давления на деформирующие элементы. При этом должно выполняться следующее условие: величина давления должна быть ми­ нимальной, при которой достигаются качественные показа­ тели процесса.

В результате обработки опытных данных получена за­ висимость (рис. 11) шероховатости обработанной поверхнос­

26

обработка без смазки). Все кривые на графике имеют точки перегиба, соответствующие минимальной шероховатости поверхности для данной структуры материала. При этом точка перегиба для кривой, соответствующей перлитной структуре, расположена правее и значение шероховатости поверхности немного выше, чем для остальных структур.

На основании обработки опытных данных эксперимен­ тов также построены графики зависимости величины при­ пуска от величины натяга (рис. 12) с учетом влияния струк­ туры материала (У = 100 м/мин; S = 0,35 мм/об; обработ­ ка без смазки). По этим графикам можно заметить, что при прочих равных условиях при обработке чугуна с феррит­ ной структурой величина остаточной деформации больше, чем для чугуна с перлитной структурой.

Подача

Подача является одним из параметров режима обработ­ ки холодным пластическим деформированием, влияющих

27

мерно малых подачах происходит шелушение и резкое увеличение шероховатости поверхности, связанное с ус­ талостными явлениями в поверхностном слое металла. Это объясняется тем, что при малых подачах кратность при­ ложения нагрузки на единицу площади значительно больше, чем при больших подачах.

Во всех случаях величина подачи должна быть меньше ширины отпечатков ролика на обрабатываемой поверх­ ности. В противном случае на поверхности останутся необ­ работанные участки. Однако во избежание увеличения крат­ ности приложения нагрузки подача не должна быть намно­ го меньше, чем ширина отпечатка.

Из графика, приведенного на рис. 13, также видно, что шероховатость поверхности при прочих равных условиях зависит от структуры чугуна. С увеличением содержания перлита в структуре чугуна величина подачи для полу­ чения одной и той же шероховатости уменьшается.

руя полученные графики, можно отметить, что при увели­ чении скорости обработки шероховатость поверхности не­ значительно увеличивается,так как с увеличением скорости обработки инерция распространения пластической деформа­ ции уменьшается.

С ростом скорости обработки время приложения нагрузки уменьшается, одновременно может увеличиваться упругая фаза деформации. Рост пластической деформации несколь­ ко отстает от роста скорости приложения нагрузки. Следо­ вательно, при низких скоростях пластическое деформирова­ ние исходной шероховатости происходит полнее, чем при высоких скоростях.

28

Однако увеличение скорости обработки в целом оказы­ вает незначительное влияние на увеличение шероховатос-

зрения получения меньшей шероховатости поверхности незначительна. Только при использовании в качестве СОЖ керосина с добавками стеариновой кислоты и двухсернис­ того молибдена несколько снижается окончательная шерохо­ ватость поверхности по сравнению с обработкой «всухую»

(V = 100 м/мин; i = 0,1 мм; S = 0,35 мм/об; Raaсх = = 2,5 —■4,5 мкм). Так как влияние смазки на уменьшение шероховатости поверхности незначительно, чистовую об­ работку чугунных деталей холодным пластическим дефор­ мированием рекомендуется вести без смазки («всухую»).

29