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

Количество проходов инструмента

При увеличении числа проходов инструмента возраста­ ет кратность приложения нагрузки и резко снижается про­ изводительность обработки.

Из приведенных графиков (рис. 16) следует, что второй и последующие проходы или не оказывают никакого дей­ ствия, или даже увеличивают шероховатость поверхности, что вызывается перенапряже­ нием поверхностного слоя (У =

значительно, что с точки зрения повышения производитель­ ности труда экономически целесообразно обработку вести за один проход.

ПОВЫШЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ

ОТВЕРСТИЙ В ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЯХ НАКЛЕПОМ

При раскатывании происходит пластическое деформи­ рование поверхностного слоя металла, распространяю­ щееся на некоторую зону, расположенную под обработанной поверхностью. Состояние поверхностного слоя металла характеризуется, в частности, поверхностной твердостью, толщиной деформированного слоя, а также микрострукту­ рой этого слоя. Одним из способов повышения твердости поверхностных слоев является наклеп.

30

Несмотря на то, что наклеп является только сопутст­ вующим явлением при чистовой обработке отверстий в чу­ гунных деталях холодным пластическим деформированием, его влияние на эксплуатационные свойства деталей машин велико.

Поверхностный наклеп возникает под действием кон тактной нагрузки, при этом происходит местная пласти-

Рис. 17. Зависимость степени наклепа (а) и глубины наклепан­ ного слоя (б) от степени деформации:

/ — ферритная структура; 2 — феррито-перлитная структура; 3 — пер­ литная структура; 4 — соорбитная структура; 5 — мартенситная струк­ тура.

ческая деформация, неоднородная в пределах наклепан­ ного слоя. Интенсивность деформации поверхностного слоя является весьма важным фактором, который в значитель­ ной мере характеризует физические свойства этого слоя, определяет запас пластичности и степень упрочнения ма­ териала.

Данные по увеличению твердости поверхностных слоев чугуна в результате чистовой обработки холодным пласти­ ческим деформированием показывают, что величина изме­ нения твердости зависит от состава и структурного состоя­ ния чугуна.

31

На рис. 17, а,.6 представлены зависимости относитель-

ного прироста твердости -п— (Н — твердость поверхност-

“ исх

но-деформированного слоя, кГ1мм2; Нисх— твердость недеформированного материала, кГ/мм2) и глубины наклепан­ ного слоя h от степени деформации.

Приведенные зависимости получены при вдавливании шарового индентора в чугунные образцы, имеющие различ­ ные структуры. Степень деформации характеризуется от­

ношением-^-, где d — диаметр отпечатка, мм; D — диаметр

шарового индентора, мм.

Анализируя графики, приведенные на рис. 17, а, можно сделать вывод, что наиболее высокий относительный при­

чугуна с мартенситной структурой.

Глубина наклепанного слоя (рис. 17, б) также зависит от структуры чугуна, причем в области высоких степеней деформации глубина наклепанного слоя растет гораздо медленнее. При дальнейшем увеличении степени деформа­ ции наступает перенаклеп, проявляющийся в уменьшении поверхностной твердости и шелушении поверхности. Чугун имеет большую склонность к перенаклепу, что объясняет­ ся сравнительно низкой пластичностью даже в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Поэтому при чис­ товой обработке чугуна холодным пластическим деформи­ рованием следует обязательно учитывать влияние степени деформации на свойства чугуна.

ТОЧНОСТЬ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ ХОЛОДНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

Область промышленного применения методов чистовой обработки металлов холодным пластическим деформирова­ нием непрерывно расширяется. Поэтому возникает необхо­

32

димость в разработке рекомендаций по определению опти­ мальных условий обработки, при которых обеспечивается как высокая производительность, так и высокая точность.

Обработка отверстий многороликовыми раскатками ча­ ще всего применяется как размерно-чистовая, цель которой состоит не только в уменьшении шероховатости или упроч­ нении поверхности, но и в исправлении ее формы и повыше­ нии точности.

Так как при обработке отверстий холодным пластиче­ ским деформированием изменение размеров отверстий достигается лишь за счет пластической деформации, получае­ мые размеры отверстий после обработки находятся в непо­ средственной зависимости от размеров отверстий до обработ­ ки. Точность, достигаемая при обработке внутренних поверхностей деталей холодным пластическим деформиро­ ванием, зависит также и от радиальной жесткости стенок обрабатываемого цилиндра, от жесткости конуса инстру­ мента, а также от пластичности обрабатываемого материа­ ла. Для оценки точности, которая может быть достигнута в процессе обработки, служит коэффициент уточнения [8]

на предварительную обработку отверстия, мм. Коэффициент уточнения Кр при чистовой обработке

холодным пластическим деформированием колеблется в пре­ делах 0,6—1. При Кр = 1 6а = 63, т. е. точность обработки не повышается, а при уменьшении Кр — наоборот, увеличи­ вается.

При обработке отверстий в деталях, изготовленных из материалов, хорошо поддающихся пластическому деформи­

33

рованию в холодном состоянии, например из меди, бронзы, углеродистых сталей и т. п., применяется инструмент с жестким конусом. Такой инструмент обладает большой ка­ либрующей способностью и коэффициент уточнения

2kj_

При обработке указанным инструментом допуск на пред­ варительную обработку отверстия может быть расширен по сравнению с допуском окончательно обработанной де­ тали. Согласно экспериментальным данным значение коэф­ фициента уточнения в этом случае колеблется в диапазоне

0,6—0,7.

При обработке отверстий в деталях, изготавливаемых из хрупких материалов, слабо поддающихся пластическо­ му деформированию в холодном состоянии, например из чугуна, необходимо добиваться создания однородного с точ­ ки зрения микрогеометрии и упрочнения поверхностного слоя и исключения возможности появления перенаклепа. Это возможно при использовании инструмента с упругим конусом, однако в этом случае точность обработки снижа­ ется ( К р — 0,754-1).

В связи с этим предварительную обработку следует про­ изводить с точностью, соответствующей точности готово­ го отверстия.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

В целях большего удобства пользования результатами проведенных исследований ниже приводятся таблицы ре­ жимов чистовой обработки отверстий в чугунных деталях холодным пластическим деформированием.

Режимы обработки, приведенные в табл. 3, 4, 5, получе­ ны для следующих условий: обработка отверстий велась

34

35

Таблица 5

36

за один проход без применения смазочно-охлаждающей жидкости («всухую»); подготовка отверстий под обработку холодным пластическим деформированием осуществлялась путем расточки двухлезвийной плавающей разверткой с микрометрической регулировкой (рис. 10, а); шерохова­ тость исходной поверхности соответствовала 5-му классу чистоты, если в процессе обработки достигался 7-й класс чистоты, и 6-му классу, если в процессе обработки дости­ гался 8-9-й класс чистоты.

Таблицы режимов обработки разработаны в зависимости от классов чистоты, которые желательно получить в процес­

приведенных режимов обработки обеспечивается получе­ ние минимальной шероховатости, соответствующей задан­ ному классу чистоты.

В качестве исходных структур чугуна приняты: а) фер­ ритная структура, если площадь, занимаемая ферритом в микроструктуре чугуна, составляет 85—90%, а площадь, занимаемая перлитом,— 10—15%; б) феррито-перлитная, если площадь, занимаемая ферритом в микроструктуре чу­ гуна, составляет 40—60%, а площадь, занимаемая перли­ том,— 60—40%; в) перлитная, если площадь, занимаемая

В случае применения чугуна, микроструктура которого отличается от микроструктур, указанных выше, следует применять ближайшие большие значения параметров ре­ жима обработки. Например, при содержании перлита выше указанного в пункте «а» следует применять режимы обра­ ботки, рекомендуемые для феррито-перлитной структуры, а при увеличении или уменьшении количества перлита по сравнению с указанным в пункте «б» следует применять соответственно режимы обработки, рекомендуемые для пер­ литной или ферритной структур и т. д.

37

В приведенных таблицах режимы обработки даны для различных номинальных диаметров обрабатываемого от­ верстия. Диапазон размеров обрабатываемых отверстий (50—250 мм) соответствует наиболее часто применяемым в машиностроении.

При обработке отверстия, диаметр ко­

mторого не указан в таблицах, но нахо­ дится в пределах 50—250 лш, следует применять режимы обработки, реко­ мендуемые для ближайшего большего диаметра.

Вкачестве основных режимов об­ работки приняты: i — натяг, мкм, в соответствии с которым назначается

настроечный размер инструмента; А — припуск, мкм, в соответствии с ко­ торым назначается диаметр отверстия, подготавливаемого под обработку; S — подача, мм/об; Рр — радиальная со­ ставляющая усилия раскатывания, кГ.

Расчет настроечного размера ин­ струмента и диаметра отверстия, под­ готовленного под обработку, произ­ водится в следующем порядке (рис. 18):

1) в соответс рабатываемой детали задаются сле­ дующие данные: £>д — номинальный диаметр обрабатываемого отверстия;

бд — допуск на обработку отверстия; класс чистоты по­ верхности;

2)в результате металлографического анализа Определя­ ется структура чугуна;

3)в соответствии с требуемым классом чистоты поверх­ ности, структурой чугуна и номинальным диаметром обра­

батываемого отверстия по табл. 3, 4, 5 находятся натяг, припуск и подача;

38

4) определяется диаметр отверстия (D3), который нуж­ но подготовить под обработку холодным пластическим де­ формированием:

ский анализ показал, что структура чугуна соответствует перлитной. По табл. 4 для диаметра 120 мм и перлитной структуры находим i —

= 130 мкм; А — 72 мкм; S = 0,35 мм/об; Рп = 96 кГ. По форму­ ле (17) определяем диаметр отверстия, который необходимо подгото­ вить под обработку,

£>з = 120 + . M i — 0,072 = 119,948 мм.

По формуле (18) определяем настроечный размер инструмента

Dp = 119,948 + 0,13 = 120,078 мм.

Окончательно принимаем D3 — 119,95 мм; Dp = 120,08 мм.

* *

*

Чистовая обработка деталей холодным пластическим деформированием является прогрессивным методом обра­ ботки. Внедрение данного процесса не требует модерниза­ ции существующих металлорежущих станков, а приспо­ собления и вспомогательный инструмент очень несложны

идешевы. Текущие затраты при эксплуатации инструмента для чистовой обработки невелики, так как при правильном

иосторожном обращении с деформирующими элементами

39