книги из ГПНТБ / Шнейдер, Юрий Григорьевич. Холодная бесштамповая обработка точных деталей давлением

принудительно вращающимися в одну сторону с различной окруж­

окружных скоростей роликов заклинивается между ними. В резуль­ тате деформации она постепенно опускается до межцентровой линии

О — Ох и приобретает форму, соответствующую профилю роликов.

Высота опорного ножа выбирается таким образом, чтобы при про­

катывании возникла сила Р, стремящаяся опустить заготовку. При прокатывании по второй схеме (фиг. 85, б) один из двух роликов

1 и 4 получает принудительное вращение, а другой сидит на оси свободно и приводится во вращение заготовкой 2, перемещаемой

толкателем 3, имеющим возвратно-поступательное движение в верти­ кальной плоскости снизу вверх.

Наиболее широкое применение получило холодное прокатывание по схеме, изображенной на фиг. 85, в. Это объясняется возможно­ стью использовать в данном случае обычные резьбонакатныё станки с гидравлическим и механическим приводом, а также токарные, фре­

зерные и другие, при соответствующей их модернизации.

Обработка фасонных профилей производится путем создания на

заготовке, лежащей на опорном ноже, негативного отпечатка про­ филя вращающихся и одновременно сближающихся роликов.

Исследования и опыт применения процесса холодного прокаты­ вания позволяют характеризовать его следующими основными поло­

жениями.

1. Холодное прокатывание фасонных профилей — сложный про­ цесс обработки давлением, характеризующийся неоднородным фор­ моизменением отдельных зон металла заготовки.

В результате этого процесса происходит сильная деформация

идробление зерен в поверхностном слое обрабатываемого металла

иизменение его физико-механических характеристик: повышается микротвердость, изменяется текстура, появляются значительные

напряжения, повышается предел упругости и прочности при незна­ чительной потере вязкости.

2. Упрочнение поверхностного слоя металла и возникающие в нем напряжения достигают такой величины, что незначительное превышение давления над необходимым для ведения процесса про­ катывания приводит к местным разрушениям поверхностных слоев металла.

Это обстоятельство затрудняет освоение прокатывания и требует

установления оптимальных режимов процесса с большой точностью. 3. Воздействие сближающихся роликов на металлическую заго­ товку (при прокатывании по третьей схеме) приводит не только к де­ формированию поверхностных слоев металла, но и к смещению периферийных слоев из зоны сосредоточенного деформирования к торцовым поверхностям заготовки. В результате эти поверхности из плоских становятся вогнутыми, сферическими, а при определенных

условиях прокатывания на концах заготовки может образоваться закатанная с торцов полость.

Такой характер деформации определяет необходимость в каждом случае экспериментальной отработки формы и размеров заготовки для получения детали, требующей минимальной доделки после прока­ тывания.

4. Неравномерность деформации металла заготовки как в радиаль­ ном сечении, так и вдоль оси заготовки затрудняет теоретический расчет напряженно-деформированного состояния металла в процессе обработки его прокатыванием.

Соответственно усложняется и расчет основных параметров режима прокатывания, который может быть сделан лишь при усло­

являются: усилие прокатывания, окружная скорость роликов и заго­

товки, радиальная подача ролика, соотношение диаметров ролика и заготовки, а также соотношение между окружной скоростью и пода­ чей роликов.

6. Расчет усилия, потребного для формоизменения заготовки, может быть произведен по формулам, предложенным канд. техн, наук В. Д. Лисицыным [43] и экспериментально проверенным при исследовании процесса холодного прокатывания.

Горизонтальная составляющая сила, которая вдавливает ролик в заготовку, определяется по формуле

Вертикальная составляющая сила, вращающая заготовку и одно­ временно прижимающая ее к опорному ножу или центрирующему

устройству, определяется по формуле

диаметры, заготовки в исходном состоянии и в рассматриваемой ста­ дии деформации);

/ — длина накатываемого профиля;

d—наименьший диаметр заготовки после накатывания; Dp — диаметр роликов;

/— коэффициент трения; Ф — угол трения.

Практика показала возможность определения величины основного усилия деформирования и по упрощенной формуле

р — ^-i-d - л/ __ __ Dp

2 8 V Е D„ + de '

162

рде р — удельное давление металла}

I — длина поверхности соприкосновения заготовки с профилем

зования оказывает не столько окружная скорость вращения роликов и скорость подачи одного из них, сколько соотношение этих скоро­ стей, т. е. величина подачи ролика за один его оборот.

Качественно это соотношение определяется необходимостью вести процесс прокатывания при относительно больших скоростях враще­ ния роликов и малых величинах радиальной подачи одного из них.

В этом случае создаются оптимальные условия обжатия заготовки, при которых в каждый данный момент воздействию сосредоточенной

нагрузки подвергается большое число элементарных объемов заго­

товки.

В табл. 17 приведены значения окружной скорости и скорости подачи роликов при обработке накатыванием некоторых металлов.

При неправильном выборе величины подачи ролика за один его оборот происходят остаточные разрушения поверхностных слоев металла заготовки — отслаивание металла и намазывание на ролики.

результатам испытания, проведенного автором для определенных

условий холодного прокатывания производственной детали (фиг. 86)

из стали У10А, приводятся ниже. Заготовкой служил пруток диа­ метром 2,5 мм, длиной 9,5 мм, с прямоугольной кольцевой канавкой, проточенной в середине заготовки (фиг. 87).

Форма и размеры заготовки установлены экспериментальным пу­ тем.

Прокатывание производилось на резьбонакатном станке Pee-Wee с использованием специального выдвижного опорного ножа

(фиг. 88). Заготовка 2 укладывалась на выдвинутом опорном ноже 3,

который затем вдвигался между роликами в рабочее положение. Фиксация положения заготовки 2 вдоль оси роликов 1 осуще­

ствлялась двумя плоскими пружинами (на фигуре не показаны),

Фиг 86. Деталь, обработанная прокаты­ ванием между роликами.

Фиг. 88. Установка заготовки при прокатывании между роли­ ками.

относительно рабочей профильной части роликов обеспечить возможность беспрепятственного вытягивания

ее равномерно в обе стороны во время прокатывания.

Высота ножа, как. и при накатывании резьбы и прокатывании конических штифтов, выбиралась такой, чтобы ось заготовки распо­ лагалась на 0,1 0,2 мм ниже линии центров роликов.

Опытным путем установлен следующий режим прокатывания:

давление роликов на заготовку 500 кг; окружная скорость роликов 12 м!мин (и = 30 об/мин; ЬрОЛ = 120 мм); радиальная подача ролика 0,2 мм/об.

При данном режиме машинное время прокатывания составляло

2-н 2,5 сек.; за это время заготовка делала 50-н 60 оборотов.

164

На фиг. 87 показана последовательность профилирования заго­ товки и соответственное удлинение ее: I — после 10 оборотов заго­ товки, II — после 20; III — после 30; IV — после 40 и V — после 60 (снято на проекторе при 28-кратном увеличении).

Данный пример обработки валика с цилиндрической выточкой

прокатыванием роликами до некоторой степени может служить иллю­

страцией процесса закатывания и выглаживания микронеровностей исходной поверхности при холодной обработке давлением упрочня- юще-калибрующим инструментом (рассмотрено в IV главе).

Произведенные разрезы в различных сечениях по длине деталей и сравнительные испытания их на прочность после обработки точе­ нием и прокатыванием полно­ стью устранили опасения о сни­ жении прочности деталей в ре­

зультате прокатывания.

Так, при испытании деталей с профильными канавками,

проточенными резцом, усилие при изгибе до стрелы прогиба 0,6 мм составляло 32,5 кг, а уси­

При отсутствии резьбонакатных станков для прокатывания дета­ лей несложного профиля с неглубокими буртиками, канавками и рифлениями в условиях крупносерийного и массового производства целесообразно применять специальные автоматизированные устрой­ ства с индивидуальным приводом или с приводом от металлорежущих станков.

Примером такого устройства может служить приспособление к горизонтально-фрезерному станку, показанное на фиг. 89.

Приспособление устанавливается на столе станка, а профильный ролик — на оправке, вставляемой в шпиндель.

Обрабатываемые заготовки 1 загружаются в магазин 2, из кото­ рого периодически по одной подаются к ролику 8, осуществляющему прокатывание.

Поштучная подача заготовок производится качающимся меха­ низмом, перемещаемым кулачком 5; кулачок установлен на шпин­ деле станка.

В.процессе прокатывания заготовка опирается на два ролика 3 и 7, один из которых закреплен на рычаге 4, подающем заготовки, а вто­ рой — на рычаге 6.

165

Прокатывание между плоскими плашками. Обработка профиль­

ных деталей — тел вращения прокатыванием может производиться не только с помощью роликов, но и плоскими плашками, по схеме, аналогичной накатыванию резьбы плоскими плашками.

На фиг. 90 изображена схема прокатывания кольцевых канавок

прямоугольного профиля на цилиндре 2 между неподвижной накат­

ной плашкой 1 и верхней подвижной накатной плашкой 3. Прокаты­ вание производится на поперечно-строгальном станке с помощью специального приспособления, устанавливаемого на столе станка, и штока с подвижной плашкой, прикрепляемого к ползуну (фиг. 91).

Основание 1 приспособления фиксируется шпонкой 13 на столе поперечно-строгального станка. В продольном пазу основания поме­

Фиг. 90. Схема прокатывания между плоскими плашками. ному станку для прокатывания про­

фильных деталей между плашками.

щен клин 3, на котором в обойме 4 закрепляется нижняя неподвиж­ ная плашка 5. С помощью регулировочного винта 2 клин 3 с плашкой передвигается в пазу в продольном направлении. При этом плашка 5

перемещается в вертикальной плоскости и устанавливается в требуе­ мом положении в зависимости от диаметра прокатываемой детали. Продольное перемещение обоймы с плашкой предотвращается упо­ ром 14. К основанию 1 сверху прикреплены две направляющие, огра­ ничивающие перемещение штока 11 с подвижной плашкой 12 в сто­ роны и вверх. Шток соединен с ползуном станка толкателем.

Плашки имеют продольные канавки, соответствующие по про­

филю и размерам канавкам прокатываемых деталей. Рабочие поверх­ ности канавок после термической обработки тщательно прошлифо­ ваны и доведены. Плашки имеют заборный конус.

Профиль и размеры канавок так же, как и размер заготовки, устанавливаются опытным путем.

Подача заготовок осуществляется автоматически действующим питательным устройством, состоящим из магазина 7, приемника 6 и отсекателя 8. При крайнем переднем положении штока 11 отсека­ тель 8, шарнирно укрепленный на стойке 9, повернется вокруг оси по часовой стрелке и пропустит по установленному на штоке прием­ нику 6 очередную заготовку в рабочее положение между плашками.

При обратном ходе плозуна под действием спиральной пружины 10

166

отсекатель повернется в обратном направлении (против часовой стрелки) и закроет доступ заготовок в приемник.

Не обеспечивая такой точности, какую дает прокатывание между

роликами, способ прокатывания между плоскими плашками является,

однако, более производительным и может с успехом быть применен при обработке деталей с диаметральными и линейными размерами

в пределах 3-го класса точности.

14. Накатывание знаков

Нанесение отсчетных рисок, клейм, а также различных знаков (цифр, букв) на цилиндрических и плоских поверхностях металли­ ческих изделий до сих пор во многих случаях выполняется слесар­ ным путем, гравированием вручную и на станках, снабженных пан­ тографом, а также с помощью различных делительных устройств на металлообрабатывающих станках. Все эти способы обработки, основанные на резании металла, весьма трудоемки и малопроизво­ дительны.

Применение различных методов, основанных на пластическом

деформировании металла, и в данном случае дает хорошие

результаты, что подтверждается опытом многих предприятий. Нанесение рисок и знаков методом выдавливания взамен резания

позволяет легко механизировать эту операцию, так как во всех слу­ чаях используется принцип накатывания.

Накатывание рисок и знаков может быть осуществлено как на специальных несложных устройствах, так и (с помощью приспо­ соблений) на токарных, фрезерных и других металлорежущих стан­ ках.

На фиг. 92 показано приспособление с ручным приводом для нане­

сения накатыванием цифр и знаков на цилиндрических деталях не­ больших габаритов. Инструментом в данном случае является зака­ ленный накатник, по окружности которого выгравированы высту­ пающие знаки.

Накатывание может производиться как при свободном обкаты­ вании заготовки2 с принудительно вращающимся накатным роликом 1, так и при принудительном ее вращении. В первом случае в резуль­ тате проскальзывания накатника относительно заготовки точность формы, размеров и расположения накатываемых знаков сравнительно

невысока. Поэтому приспособления типа, показанного на фиг. 92, а также на фиг. 93, 94 и 95, применяются главным образом в тех слу­ чаях, когда требования к точности взаиморасположения накатывае­

мых цифр и знаков невысоки.

Такой принцип накатывания применяется при клеймении марки­ ровочных знаков на цилиндрических поверхностях фланцев, труб и колец на токарных станках с помощью универсального накатника (фиг. 93) со сменными клеймами.

В державку 1 накатника, закрепляемую в суппорте токарного станка, вставлена ось 2. Между буртиком оси и опорным торцом державки установлена бронзовая втулка 9. С помощью гайки 3

167

ось 2 притягивается к державке таким образом, чтобы втулка 9

могла на ней свободно вращаться без значительного осевого переме­

щения. На втулку 9 надето кольцо 8, закрепленное резьбовым шты­

рем 11. С помощью трех болтов 4 и гаек 5 с обеих сторон кольца 8

прикрепляются диски 6 и 7, между которыми в специальных пазах устанавливаются сменные наборные клейма 12. Клейма придвигаются

к упору 10. Между последним клеймом (считая от упора 10) и вторым

Фиг. 92. Приспособление с ручным приводом для накатывания знаков.

упором 14 прокладываются вкладыши 13, предотвращающие само­

произвольное смещение клейм по окружности кольца 8. Клейма изготовлены из стали марки У7А; выпуклые знаки имеют высоту

0,8 мм. После того как сделан требуемый набор клейм, накатник закрепляется в суппорте токарного станка и подводится в направле­ нии поперечной подачи до касания с вращающейся заготовкой. Затем по нониусу накатник подается к заготовке на расстояние, соответ­ ствующее глубине маркируемых знаков. Под действием сил трения о заготовку кольцо 8 накатника с закрепленными на нем клеймами

вместе со втулкой 9 начнет вращаться на оси 2; при этом на заготовке будут выдавливаться требуемые знаки.

Механизированный способ клеймения производительнее ручного и обеспечивает нанесение четких, равномерных по глубине и

168

правильно расположенных относительно друг друга и относительно заготовки маркировочных знаков.

На фиг. 94 показано приспособление к фрезерному станку для

клеймения цилиндрических деталей и инструмента (сверл, метчиков, разверток) \ Клеймение также осуществляется путем накатывания

роликом с наборными клеймами.

Приспособление основанием 1 устанавливается на столе горизон­ тально-фрезерного станка и закрепляется на нем болтами 2. Вдоль основания сделаны направляющие, по которым перемещаются, сбли-

Фиг. 94. Приспособление к фрезерному станку для накатывания знаков на цилиндри­ ческих заготовках.

жаясь или отдаляясь одна от другой, две скалки 4 и 9 со свободно вращающимися на осях опорными роликами 5 и 8. Передвижение скалок осуществляется винтом 3, на одном конце которого нарезана

правая, а на другом — левая резьба. Соответственно правая и левая резьбы нарезаны и в корпусе скалок. Расстояние между роликами скалок определяется диаметром маркируемых изделий.

Маркирование производится следующим образом. Заготовка 6

устанавливается на опорные ролики 5 и 8 и вместе со столом и при­ способлением подается вверх по направлению к вращающемуся

накатнику 7 до упора. Выступающие маркировочные знаки клейм,

набранных в обойму накатника, вдавливаются в металл заготовки,

которая, вращаясь на опорных роликах, обкатывается вокруг накатника; при этом на ее наружную поверхность наносятся четкие маркировочные знаки заданной глубины.

Конструкция накатника со сменными наборными клеймами в прин­ ципе не отличается от описанной выше. В данном случае клейма

1 Приспособление разработано и внедрено на ленинградском Кировском заводе.

170