Глава 13. Методы обработки заготовок без снятия стружки

1. Общие сведения о чистовой обработке пластическим деформированием

Методы обработки без снятия стружки все больше применяют при изготовлении деталей машин. Широкие перспективы применения методов объясняются их высокой производительностью, возможностью получения с их помощью поверхностей с малой шероховатостью и необходимыми физико-механическими свойствами.

Методы чистовой обработки основаны на использовании пластических свойств металлов, т. е. способности металлических заготовок принимать остаточные деформации без нарушения целостности металла. Отделочная обработка методами пластического деформирования сопровождается упрочнением поверхности, что очень важно для повышения долговечности работы деталей. Детали становятся менее чувствительными к усталостному разрушению, у них повышается коррозионная стойкость и износостойкость сопряжений, удаляются риски и микротрещины, оставшиеся от предшествующей обработки. В ходе обработки глобоидная форма кристаллов поверхности металла может измениться, кристаллы сплющиваются в направлении деформации, образуется упорядоченная структура волокнистого характера. Поверхность заготовки становится требуемой формы и размеров в результате перераспределения элементарных объемов под воздействием инструмента. Исходный объем заготовки остается постоянным.

Методами обработки без снятия стружки обрабатывают на многих металлообрабатывающих станках с помощью специальных инструментов. Созданы особые станки, на которых наряду с резанием заготовки обрабатывают пластическим деформированием. Указанные методы чистовой обработки используют для всех металлов, способных пластически деформироваться, но наилучшие результаты получают на металлах с твердостью до НВ 280.

2. Обкатывание и раскатывание поверхностей заготовок

Обкатыванием и раскатыванием отделывают и упрочняют цилиндрические, конические, плоские и фасонные наружные и внутренние поверхности.

Сущность методов заключается в том, что поверхностные слой металла, контактируя с инструментом высокой твердости, в результате давления оказываются в состоянии всестороннего сжатия и пластически деформируются. Давление осуществляется не по всей обрабатываемой поверхности, а только в зоне контакта. Инструментом являются ролики и шарики, перемещающиеся относительно заготовки. Поэтому перемещается и пятно контакта.

В результате вся поверхность оказывается пластически деформированной: микронеровности сглаживаются за счет снятия микро-выступов и заполнения микровпадин.

Обкатывают, как правило, наружные поверхности, а раскатывают внутренние цилиндрические и фасонные поверхности.

Эффективность обработки обкатыванием или раскатыванием определяется свойствами обрабатываемого металла, особенностями строения поверхности заготовки, режимами процесса и конструкцией инструмента.

Н а рис. VI. 141 показаны распространенные схемы обкатывания и раскатывания поверхностей. К вращающейся цилиндрической заготовке подводят закаленный гладкий ролик-обкатку (рис. VI.141, а), который под действием рабочего усилия деформирует поверхность. Продольная подача позволяет обрабатывать всю заготовку. Аналогичным инструментом обрабатывают элементы заготовок, но с поперечной подачей (рис. VI.141, б). При раскатывании ролик-раскатку закрепляют на консольной оправке (рис. VI.141, в). Более совершенным является инструмент, который может обрабатывать сразу несколькими роликами (рис. 141, г).

Наряду с простотой обработки методы обкатывания и раскатывания обеспечивают значительную однородность форм микро-неровностей. Для этого используют разнообразные конструкции инструментов, различающиеся числом и формой деформирующих частей (роликов, шариков). Наилучшие результаты обеспечивают инструменты, на которые усилие передается через упругие элементы. Этим достигается постоянное усилие обработки в любой точке обрабатываемой поверхности. Усилие регулируется.

Преимущество шариковых обкаток и раскаток состоит в том, что шарики самоустанавливаются в процессе обработки, требуют меньшего усилия и не проскальзывают. Однако производительность обработки шариком ниже производительности при обкатывании роликом. Галтели, фасонные и сферические поверхности обрабатывают специальными инструментами.

Поверхности обрабатывают обкатыванием и раскатыванием чаще на токарных или карусельных станках. Обкатки и раскатки устанавливают вместо режущего инструмента, при этом суппорты обеспечивают необходимую подачу. Раскатки устанавливают в пиноли задней бабки. Глубокие отверстия раскатывают на станках для глубокого сверления.

Так как заготовки в местах контакта с инструментом нагреваются незначительно, охлаждения не требуется. Для уменьшения трения используют смазку веретенным маслом или керосином.

Обкатыванием и раскатыванием лишь в незначительной степени исправляют погрешности предшествующей обработки. Поэтому предварительная обработка заготовок должна быть точной с учетом снятия микронеровностей и изменения окончательного размера детали. Решающую роль в достижении необходимого качества поверхности играет сила воздействия на поверхность. Чрезмерно большая сила, так же как и большое число ходов инструмента, разрушает поверхность и может привести к отслаиванию ее отдельных участков.