книги из ГПНТБ / Капорович В.Г. Обкатка в производстве металлоизделий

деформациями сферической оболочки обкатанной за­

с различными скоростными режимами показывает, что интенсификация скоростного режима обкатки влечет за собой соответствующее увеличение силовых параметров. Так, максимальное осевое усилие при обкатке днищ за 12 сек на трубах размером 210X8 мм из стали D при Т'=1150о С составляет 4200 кгс, а при обкатке таких же заготовок по двухскоростному режиму за 4,4—6,2 сек — 6200—8000 кгс. Экспериментальные данные удовлетво­ рительно согласуются с расчетными. При проектирова­ нии новых технологических процессов обкатки и нового оборудования расчетные энергоснловые параметры с до­ статочной для практики точностью могут быть опреде­ лены по формулам (37), (51), (52), (55).

14.ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБКАТКИ И РАСКАТКИ

Вкачестве инструмента для обкатки и раскатки ли­ стовых и трубчатых заготовок служат оправки, ролико­ вые и безроликовые давилышки (инструмент трения, формователь), ножи для совмещения обкатки с отрез­ кой припуска на обработку.

Конфигурация роликовых оправок определяется пе­ реходными в процессе обработки и заданной конфигура­ циями детали. При обкатке деталей с образующей, имеющей двойную кривизну, или сужающихся к горло­ вине (пережим) применяют разборные оправки (рис. 35), которые можно извлекать из обкатанной детали по ча­ стям или из которых можно извлекать деталь (в случае применения охватывающей оправки).

Конфигурация и рабочий профиль инструмента тре­ ния для обкатки определяются конфигурациями обра­ батываемой заготовки и детали (рис. 36), а также кине­ матической схемой обкатки. На рис. 36, а показан про-

80

Рис. 35. Разборные оправки, применяемые для обкатки:

а — внутренняя, извлекаемая по частям; б — внешняя

стейший и наиболее универсальный инструмент — ролик с оправкой. Рабочий профиль ролика может быть раз­ личным в зависимости от требований, предъявляемых к деталям и к механической схеме деформации. Напри­ мер, для получения детали с отдельными участками об­ разующей, полученными сопряжением прямой линии с дугой заданного радиуса или сопряжением дуг различ­ ных -р.адиусов, применяют ролики с профилем, соответ­ ствующим конфигурации сложного участка образую­ щей. Тогда, обкатка вдоль прямолинейной образующей юсуществляется тороидной частью ролика, обкатка

.закругления рабочего участка ролика повышается удель­ ное давление его на металл, достигается возможность проработки узких пережимов при обкатке на оправке. Однако для сохранения заданного класса чистоты по­

Так, для обкатки цилиндрических деталей диаметром 50—200 мм и толщиной 1,2—3 мм из сплавов АМцАМ, стали 08кп и 10 кп успешно применяют ролик диамет­ ром 120 мм с радиусом закругления в рабочей части, равным 8 мм, а для раскатки на оправке деталей из вольфрама примерно таких же габаритных размеров радиус закругления рабочего участка ролика принима­ ется равным 4 мм.

Для обкатки в индивидуальном и мелкосерийном производствах вместо роликовых оправок иногда приме-

ж)

Рис. 36. Конфигурации роликовых и безроликовых инструмен­ тов для обкатки и раскатки

няют стержневые формователи (давильники), показан­ ные на рис. 36, г. При обкатке таким инструментом осо­ бое внимание уделяется правильному подбору (см. § 15) и подводу к зоне деформации смазки (например, с по­ мощью войлочного ролика, перекатывающегося по по­ верхности обрабатываемого изделия перед зоной дефор­ мации) .

На рис. 36, д представлен водоохлаждаемый роли­ ковый инструмент для обкатки и калибровки по наруж­ ному диаметру горловин на концах трубчатых заготовок. Такой инструмент применяют при горячей обработке металла, он имеет ограниченные технологические воз­ можности: не позволяет управлять набором металла в процессе обкатки.

82

производства полых периодических профилей на стаі-іе поперечно-винтовой обкатки (см. § 29). Инструмент тре­ ния имеет форму бруса, рабочая часть которого накло­ нена к образующей заготовки под углом у\. Для обкат­ ки профилей с переменным углом конуса полирующий участок скругляется радиусом р«. При постоянном угле конуса изделия более высокая чистота обработки по­ верхности обкатанного профиля достигается, если ка­ либрующий участок выполнен с наклоном к образующей заготовки под углом у2 (рис. 36, в).

Радиусы захода р и и скругления р' (рис. 36,6, в), от которых зависит чистота поверхности готового изделия, являются функцией скоростных и геометрических пара­ метров процесса. При обкатке трубчатых заготовок в горячем состоянии минимальное значение радиуса за­ хода определяется зависимостью

ния очага деформации в мм/сек;

п— окружная частота перемещения очага дефор­ мации в об/мин;

длина инструмента с учетом возможности его креп­ ления

/„ = (0,5-*- 1,2) D,

где on — полное обжатие заготовки, равное разности на­ ружных диаметров заготовки до и после об­ катки;

При проектировании инструмента с конусным или плоским полирующим участком (рис. 36, е) длина поли­ рующего участка должна быть

Для горячей обкатки сферических, эллипсоидных, параболоидных, плоских и ступенчатых днищ, а также горловин на концах трубчатых заготовок целесообраз­

Широкое применение для обкатки может найти сек­ ционный инструмент трения, позволяющий заменять наи­ более изнашиваемый или наиболее ответственный уча­ сток калибра, например полирующий участок инстру­ мента для обкатки горловин, а также позволяющий формовать профили сложных конфигураций.

В качестве раскатного инструмента при холодной раскатке тонкостенных трубчатых заготовок на оправке широко применяются шарики, собранные в обойму (рис. 36, е). Их радиус можно определить по зависи­ мости

равке без промежуточного отжига относительное обжа­ тие должно составлять 40—80% предельно допустимой степени деформации раскатываемого металла. Угол вхо­ да а ш для большинства металлов на основании опытных данных рекомендуется принимать не более 20—25°.

Количество шариков в обойме должно быть макси­ мальным, но таким, чтобы при раскатке детали мини­ мального диаметра зазор между ним был не менее

84

лом обкатываемых деталей, а инструмент был дешевым и имел высокую износостойкость. Не менее важным яв­ ляется правильный выбор режима термообработки ин­ струмента, от которого зависят механические характе­ ристики и структура металла.

В табл. 4 приведены рекомендуемые материалы для изготовления основных деталей инструмента и требуе­ мая его твердость после термообработки.

Инструмент трения эффективно изготовлять литьем из твердых сплавов типа стеллитов и стеллитоподобных сплавов. Исходными продуктами при изготовлении твердых сплавов типа стеллитов служат металлический

никель, железный и чугунный лом, активированный уголь и флюс (стекло). Плавят в индукционных печах тигельного типа с кислой футеровкой при температуре 1500—1600° С, литье — в кокили, нагретые до 400° С.

Заслуживает внимания применение наплавки рабо­ чих поверхностей инструмента. В этом случае инстру­ мент изготовляют из стали 45 (ГОСТ 1050—60), а его поверхность наплавляют при горячей обкатке электро­ дами из стали 3X13, что обеспечивает твердость на­ плавленного слоя RC 50—53, и при холодной обкат­ ке — электродами из стали 2X13 (HRC 47—50). На­ плавляют также сормайтом № 2 с последующим отжигом, закалкой и отпуском.

Наплавленные поверхности обрабатывают абразив­ ным инструментом. Припуск иа обработку наплавленно­ го металла должен быть не менее 1,5 мм. Наплавкой можно восстановить изношенный инструмент.

Чистота обработанной поверхности оправок, роликов и инструмента трения зависит от условий деформации

85

и наружным поверхностям получаемых деталей. Обычно для обкатки и раскатки роликами и шариками в холод­

86

Чистота рабочей поверхности роликов для обкатки металла в горячем или подогретом состоянии (вольфрам и молибден в связи с их 'хладноломкостью обрабатывают с подогревом до 700—900° С) должна соответствовать 3—8-му классам. Рабочую поверхность инструмента тре­ ния для обкатки трубчатых заготовок в горячем состоя­ нии обрабатывают абразивным инструментом до 2—б-го класса чистоты. Рабочие поверхности ножей для совме­

15. ИЗНОС И СМАЗКА ИНСТРУМЕНТА, НАЛИПАНИЕ НА НЕГО МЕТАЛЛА

Качество и себестоимость выпускаемой продукции, получаемой обкаткой и раскаткой, в значительной сте­ пени связаны с износом инструмента и контактирующе­ го с ним металла.

Современное представление о природе трения и изно­ са в области обработки металлов давлением наиболее полно отражено в монографиях [17, 30]. Различают сле­ дующие специфические виды износа, вызванные тре­ нием.

Микрорезание: механическое вдавливание частиц из­ носа металла в микронеровности металла и срезание их. При холодной раскатке процесс микрорезания вызыва­ ется главным образом частицами металла, налипшими на инструмент в результате схватывания.

Глубинное вырывание: механизм такого износа при­ ближенно представляется как ряд процессов — разру­ шение смазочной пленки, образование прочной связи между двумя поверхностями при наличии отрицательно­ го градиента механических свойств по глубине от по­ верхности трения. Процесс глубинного вырывания с раз­ витием переходит в схватывание, поэтому его следует приостановить вначале, для чего необходимо правильно подобрать материал инструмента (повышенной твердо­ сти карбидного или карбидосодержащего класса) и по­ верхностно-активные смазки.

Атомарный износ: его доля в износе трущихся пар невелика; он представляет собой замещение атома кри­ сталлической решетки одного металла трущейся пары атомами другого металла.

87

Схватывание: механизм износа за счет сваривания трущихся пар по микронеровностям с последующим вырывом или микросрезом по сваренным участкам. Схва­ тывание частиц деформируемого металла с металлом инструмента может происходить при холодной и горя­ чей обработке металлов.

Окислительный износ представляется последователь­ ным образованием, разрушением и выносом окислов из контактной зоны. Этот вид износа особенно проявляет­ ся при горячей деформации металла с большими скоро­ стями скольжения без смазки в окислительной атмос­ фере.

Тепловой износ связан с термическим размягчением и оплавлением поверхностных слоев. Такой вид износа наблюдается при горячей обкатке инструментом трения. Развитие теплового износа сопровождается усилением процесса схватывания по большим площадям, что при­ водит к налипанию металла на инструмент и к образо­ ванию брака.

Абразивный износ вызывается воздействием посто­ ронних твердых частиц, в том числе некоторыми про­ дуктами износа — окислами, карбидами. При горячем деформировании трубчатых заготовок абразивным ма­ териалом является печная окалина.

Осповидный износ и развитие сетки трещин: эти про­

цессы износа определяются главным образом усталост­ ным разрушением, зависящим от удельных контактных давлений металла на инструмент, скорости скольжения, количества циклов нагрузки — разгрузки, количества и градиента теплосмен, вызывающих появление сетки раз­ гара.

Все перечисленные механизмы износа в той или иной степени проявляют себя одновременно, развиваются и угасают в зависимости от физических условий, создав­ шихся на пограничных поверхностях.

К большим осложнениям технологического процесса, особенно при горячей обкатке инструментом трения, приводит схватывание по большим площадям деформи­ руемого металла с металлом инструмента. Это вызы­ вает налипание металла на инструмент, изменяющего его профиль и приводящего к срезу поверхностного слоя деформируемого металла со снятием стружки.

Развитие схватывания и сварки трением протекает в три стадии [17]. Первая стадия характеризуется явле-

88

ниями внешнего трения (сухого и граничного) на кон­ тактирующей в процессе относительного скольжения паре, при этом по данным В. И. Билля выделяется око­ ло 1 % теплоты. Во второй стадии нагреваются поверх­ ностные слои контактирующих пар и появляются очаги схватывания. В этой стадии выделяется до 12% тепло­ ты. Для третьей стадии характерно большое выделение теплоты (87%), механическое разрушение и удаление всех загрязнений, имеющихся на контактных поверх­ ностях, оплавление и пластическая деформация свари­ ваемых контактных поверхностей.

Возникновение и развитие процесса схватывания за­ висят от следующих основных факторов:

внешних механических воздействий-—линейной ско­ рости скольжения деформируемого металла по инстру­ менту, давления металла на инструмент, продолжитель­ ности контактирования, вибрации, температуры и усло­ вий теплоотвода;

среды, в которой происходит трение сопряженных поверхностей (жидкой, газовой, твердой);

свойств металлов, составляющих контактную пару, методов их обработки.

На развитие процессов схватывания влияет также масштабный фактор. Схватывание в основном является процессом образования металлических связей между сопряженными поверхностями металлов, однако в про­ цессе схватывания возникают и другие, менее прочные связи. Как правило, пары металлов, плохо свариваемые электрической и газовой сваркой, хорошо противостоят схватыванию и сварке трением. Кроме физического сродства металлов иа схватывание большое 'влияние оказывают адсорбционные пленки, разделяющие сопря­ женные слои металла.

Результаты многочисленных исследований явлений износа, в том числе явлений схватывания и сварки тре­ нием в деталях машин и в обработке металлов давле­ нием, позволяют наметить следующие основные преду­

89