книги из ГПНТБ / Маталин, А. А. Новые направления развития технологии чистовой обработки

Сущность этого метода состоит в том, что под влияни­ ем деформирующего элемента (шар, ролик) при взаим­ ном относительном перемещении инструмента и детали неровности обрабатываемой поверхности пластически деформируются, в результате чего шероховатость поверх­ ности уменьшается. Полученная после пластической деформации поверхность имеет неровности, высота кото­ рых, шаг и форма зависят от параметров и условий про­ цесса обработки. Достоинства метода заключаются в возможности достижения 9—12-го классов чистоты в со­ четании с упрочнением поверхностного слоя при высокой производительности процесса.

Обработка металлов и сплавов методом холодного пластического деформирования основана на способности указанных материалов в определенных условиях прини­ мать под влиянием внешних сил, действующих статически или динамически, остаточные деформации без нарушения целостности.

Путем холодной пластической деформации металла поверхностного слоя сглаживаются неровности заготовки и достигается требуемый класс чистоты (чистовая обра­ ботка), происходит переформирование поверхностного слоя и изменяются размеры заготовки и шероховатость (размерно-чистовая обработка) или создается благопри­ ятное напряженное состояние и упрочнение металла по­ верхностного слоя (упрочняющая обработка). Этим мето­ дом могут обрабатываться все металлы, деформируемые в холодном состоянии. Наибольший опыт накоплен при­ менительно к обработке пластичных материалов (углеро­ дистых и некоторых специальных сталей, цветных метал­ лов). Однако даже такие материалы как чугуны и зака­ ленная сталь могут также успешно обрабатываться пластическим деформированием.

Хрупкость чугуна длительное время ограничивала применение методов пластического деформирования для его чистовой обработки. Однако исследованиями было

ill

установлено, что пластичность и хрупкость материалов в значительной мере определяются напряженным состоя­ нием материалов. При обработке холодным пластическим деформированием поверхностный слой материала детали находится в условиях всестороннего неравномерного сжа­ тия, что создает условия наиболее интенсивного пластиче­ ского деформирования. Имеющийся производственный опыт подтвердил возможность и целесообразность чисто­ вой обработки чугуна методами поверхностного пласти­ ческого деформирования. При этом было установлено [14] решающее влияние микроструктуры на протекание процесса пластического деформирования чугуна. Поэтому разработку режимов этого процесса необходимо осуще­ ствлять применительно к отдельным структурам чугуна.

Длительное время также было распространено мне­ ние о невозможности обработки пластическим деформи­ рованием закаленных сталей, однако исследования Д. Д. Папшева [35] показали возможность чистовой об­ работки закаленных сталей с HRC 48—62 пластическим деформированием с повышением класса чистоты с 7-го до 10—11-го классов. При этом глубина упрочненного слоя колеблется в пределах 0,6—0,9 мм. В поверхностном слое создаются остаточные напряжения сжатия, повы­ шающие предел выносливости обработанных деталей на

35—45%.

В качестве деформирующих элементов инструмента для обработки деталей холодным пластическим деформи­ рованием в основном применяются ролики и шары.

Сопоставление схем пластического деформирования при обработке роликами и шарами позволяет сделать сле­ дующие выводы:

1. При одинаковом числе роликов и шариков и одина­ ковом числе оборотов заготовки в первом случае требуе­ мый класс чистоты поверхности может быть достигнут при большей продольной подаче, за счет сглаживающего действия роликов, контактирующих с обрабатываемой

112

поверхностью на большей длине, чем шарики. В связи с этим производительность роликовых раскаток в не­ сколько раз выше, чем шариковых.

2. При прочих равных условиях для достижения тре­ буемой шероховатости поверхности за счет одинаковой по величине остаточной пластической деформации к ро­ ликам необходимо приложить значительно большее по величине усилие (в связи с большей площадью контакта), чем к шарикам, в результате чего при обработке мало­ жесткие и неравножесткие детали деформируются. Поэто­ му для обработки указанных деталей предпочтительнее применять шариковые раскатки.

3. М. М. Кобрин установил, что для интенсивного пла­ стического деформирования и создания на поверхности изделия наибольших остаточных напряжений сжатия не­ обходимо осуществить контактно-сдвиговую схему дефор­ мации, при которой вдоль контактной площадки, образо­ ванной местным сжатием под нормальной нагрузкой, дей­ ствует сдвигающая сила.

Исследованиями [14] было показано, что процесс раскатывания роликами позволяет реализовать контакт­ но-сдвиговую схему в более полном объеме, чем раскаты­ вание шариками. Поэтому при обработке чугуна приме­ нение роликовых раскаток более предпочтительно, чем применение шариковых.

Обработка наружных цилиндрических поверхностей

При обработке наружных цилиндрических поверхно­ стей применяются различные схемы процесса и разнооб­ разные конструкции инструментов и деформирующих элементов (табл.16).

С целью придания заготовке определенной шерохова­ тости или специальных свойств (упрочнение) обработка

Таблица 16

Схемы чистовой обработки наружных цилиндрических отверстий холодным пластическим деформированием [48]

наружных цилиндрических поверхностей осуществляется инструментами упругого действия (поз. 1, 3, 4, 5, 6 , табл. 16). Применение инструмента этого вида обеспечи­ вает получение равномерного усилия обкатывания по всей длине обрабатываемой поверхности, что создает условия плавного ведения процесса независимо от точно­ сти формы заготовки и правильности ее установки на станке. С целью калибрования, а также отделки и упроч­ нения, обработка наружных цилиндрических поверхно­ стей осуществляется жесткими инструментами (поз. 2, 7, табл. 16). Эти инструменты могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. При работе указанными инструмен­ тами может быть достигнуто частичное исправление гео­ метрической формы исходной поверхности и повышение точности размера.

Основными параметрами режима обработки является усилие обкатывания и подача. Скорость обкатывания (100—150 м/мин) и число проходов не оказывают суще­ ственного влияния на показатели процесса и на шерохо­ ватость поверхности. В связи с уменьшением производи­ тельности процесса при выполнении повторных проходов следует подобрать режимы обработки (усилие и подачу) так, чтобы обработка велась в один проход.

Основное влияние на шероховатость обработанной по­ верхности, степень и глубину наклепа, величину остаточ­ ных напряжений, возникающих в поверхностном слое металла, оказывает усилие обкатывания. Дать единые рекомендации по выбору усилия обкатывания не пред­ ставляется возможным, так как этот параметр режима обработки зависит от ряда взаимосвязанных причин. Чаще всего в производственных условиях усилия обкаты­ вания определяют методом пробных проходов. Однако для некоторых условий обработки разработаны конкрет­ ные рекомендации.

Подача является следующим по значению параметром режима обработки. Величина подачи колеблется в преде­

117