1.4.2. Обкатывание и раскатывание

Этот способ ППД чаще применяют для поверхностей вращения наружных и внутренних. Инструментом являются шары и ролики обычно из подшипниковой стали диаметром от 0,25 мм до 30 мм (иногда и больше). Отпечаток инструмента во время обкатывания превращается в пластически деформированную канавку, которая при обработке цилиндрических поверхностей с подачей (табл.3) представляет собой винтовую поверхность. Ширина канавки во много раз превышает подачу; при втором и последующих оборотах детали инструмент (шарик или ролик) выходит на уже деформированную поверхность, несколько расширяя ее.

Шаровые устройства (рис. 38) применяют для обработки маложестких и неравножестких деталей, в том числе деталей с высокой твердостью поверхности. Получаемый в итоге регулярный микрорельеф поверхности с канавками заданного вида (наплывы с обеих сторон канавки могут быть больше высоты исходной шероховатости) обеспечивает удержание смазки и уменьшение изнашивания. Достигаемый параметр шероховатости при обкатывании шаром ( Rа 0,04…0,4 мкм) прямо пропорционален подаче во второй степени и обратно пропорционален радиусу шара. Увеличение твердости при обкатывании зависит не только от давления, но и от других параметров. Так, наибольшее увеличение твердости (от 15 до 25% по отношению к исходной) наблюдается для материалов со структурой мартенсита, не подвергшихся отпуску. От многих параметров зависят и остаточные напряжения, значение которых у поверхности могут достигать 400 МПа (сталь 45).

При обкатывании роликовым инструментом отпечаток может иметь различную форму в зависимости от конфигурации ролика, кривизны поверхности и угла между осью ролика и поверхностью. Пластическое деформирование может протекать неравномерно, что обусловливает образование волнистости на обкатанной поверхности. Неоднородность упрочненной поверхности и шероховатости в значительной степени вызываются неравномерностью микронеровностей исходной поверхности (кроме неравномерности силы обкатывания, вибраций станка, биения роликов и их неточной установкой). Достижимый параметр шероховатости может колебаться в широких пределах: Ra 0,07…0,32 мкм и выше.

Основные параметры обкатывания и раскатывания: сила, подача, скорость.

Поскольку сила обкатывания при завышенной величине может вызвать перенаклеп, ускоряет износ инструмента и ухудшает работу оборудования, ее назначают минимальной, обеспечивающей производительный процесс обкатывания и удовлетворительную глубину наклепанного слоя. Силу обкатывания можно определить по приводимой в справочной литературе номограмме в зависимости от диаметров вала и инструмента.

Рост величины подачи увеличивает производительность процесса, но при значениях, выше допустимых, резко уменьшаются остаточные напряжения, глубина их залегания, ухудшается шероховатость поверхности. При обработке стальных деталей рекомендуется величина подачи 0,06…0,08 мм/об.

Скорость обкатывания почти не оказывает влияния на характеристики поверхностного слоя; обычно она составляет 20…200 м/мин, т.к. при большей скорости сильно растут вибрации и динамические нагрузки на инструмент.

При восстановлении деталей широко используют совмещенные способы – наплавку поверхности, расточку и обкатывание (или раскатывание). Сложность обкатывания таких поверхностей – неоднородная твердость по ширине шага наплавки, приводящая к волнистости после обкатывания.

Обкатыванием обрабатывают не только цилиндрические, но и поверхности сложной формы. Сферические поверхности обрабатывают или двумя симметрично расположенными роликами с радиусом обкатываемой сферы, или роликами обычной конфигурации на станках с копирными устройствами и программным управлением. По последней схеме обкатывают и сложные фасонные поверхности.

Резьбы целесообразно подвергать упрочняющей обкатке, т.к. после нарезания резьбы остаются концентраторы напряжений. Обкатывают их роликами обычно по тем же схемам и на том же оборудовании, что и при накатывании резьбы. Припуск при этом обычно не превышает 0,08…0,2 мм.

Зубчатые колеса обкатывают высокопрочными колесами повышенной точности по окружности или специальными профильными роликами вдоль впадины.

Технологическая оснастка для обкатывания и раскатывания очень разнообразна: однороликовые и многороликовые устройства, бессепараторные и сепараторные, с механическими (пружинными), пневматическими и гидравлическими нажимными устройствами. Созданы специальные инструменты и устройства для обкатывания фасок, кольцевых и винтовых канавок.

В качестве оборудования в большинстве случаев используют универсальные металлорежущие станки.

Кроме этого используют ударное раскатывание специальным инструментом, в котором ролики в сепараторе вращаются между обрабатываемой поверхностью и кулачковой оправкой (рис.39). Деталь испытывает двойное воздействие: вследствие раскатывания и приложения ударной нагрузки. Кратковременное приложение нагрузки позволяет обрабатывать отверстия в деталях малой и неравномерной жесткости.

Ударное раскатывание вызывает локальное, неоднородное в точке контакта пластическое деформирование. Однако большое число ударов и их равномерное распределение по обрабатываемой поверхности как бы «усредняет» воздействие – в результате создается равномерный упрочненный слой. Ударное раскатывание ведут при подаче смазочно-охлаждающих жидкостей. Припуск на обработку стальных деталей обычно не превышает 0,015 мм.