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

особенно при прошивании и протягивании вязких материалов, реко­ мендуется увеличивать значения а до 6 -г- 8° и уменьшать ширину ленточки.

При обработке конструкционных сталей, а также легированных

к уменьшению тягового усилия и улучшению чистоты поверхности.

Неудовлетворительные результаты, получаемые на практике при применении выглаживающих прошивок и протяжек, в известной мере обусловлены геометрией инструмента, не соответствующей опти­ мальным условиям обработки того или иного металла.

Большое внимание при проектировании выглаживающих проши­ вок и протяжек следует уделять выбору марки стали и отделке рабочих поверхностей инструментов. На приборостроительных заво­ дах чаще всего применяются углеродистые инструментальные стали У10А и У12А, а также хромистые инструментальные стали, терми­ чески обработанные до твердости 62 65 RC.

Проблема повышения износоустойчивости выглаживающих инструментов до сих пор не разрешена.

Сравнительные испытания работы прошивок с хромированными рабочими поверхностями и прошивок без покрытия выявили преиму­ щества первых в отношении как стойкости, так и обеспечения чистоты поверхности.

Повторное многократное размерное хромирование изношенных (потерявших размер) прошивок и протяжек с последующей доводкой их рабочих поверхностей позволяет значительно продлить жизнь этих инструментов.

Повышение износостойкости рабочих поверхностей колец может быть достигнуто применением в качестве выглаживающих колец твердосплавных втулок. Правильность высказанного положения подтверждается пока еще небольшим опытом использования для обработки отверстий прошивок с твердосплавными втулками, кон­

струкция и описание которых приводятся ниже.

Стойкость выглаживающих прошивок и протяжек определяется также тщательностью отделки их рабочих поверхностей — в первую очередь ленточки и мест перехода ее к заборному и обратному кону­ сам. Окончательная отделка этих поверхностей должна соответство­ вать по меньшей мере 12-му классу чистоты.

Окончательная обработка точных отверстий, как правило, произ­ водится несколькими (от 2 до 6) однокольцевыми прошивками с после­ довательно возрастающими диаметральными размерами.

Число применяемых прошивок определяется при­ пуском на обработку; поэтому необходимо стремиться оставлять на выглаживание минимальный припуск, обеспечивающий после от­ делки выглаживанием отсутствие следов предшествующей обработки.

Величина припуска зависит также от диаметра и длины отвер­ стия. С их увеличением погрешность формы отверстия в результате

203

предварительной обработки как в радиальном, так и в осевом сече­ нии возрастает, поэтому величина припуска на отделку выглажива­ нием выбирается в зависимости от диаметра и длины обрабатываемых отверстий.

Если в условиях машиностроения обработка отверстий выгла­ живающими инструментами во многих случаях имеет целью повы­ сить качество поверхностного слоя металла (точность формы и раз­ меров обеспечиваются предшествующей обработкой), то в приборо­ строении при обработке точных отверстий одновременно с улучше­ нием качества поверхности должно быть обеспечено достижение

требуемого размера, точности и формы отверстия.

Величина припуска устанавливается также в зависимости от чистоты исходной поверхности отверстия. Чем чище предвари­ тельно обработанная под выглаживание поверхность, тем меньший припуск может быть оставлен, на окончательную отделку.

С учетом этих факторов припуск на обработку отверстий диа­ метром 5 -г- 30 мм, длиной 5 -и 40 мм (3 и 2-го классов точности)

берется равным от 0,05 до 0,20 мм.

сложных в производстве, практикой приборостроительных заводов установлены рациональные припуски в пределах от 0,03 до 0,10 мм.

Чистота предварительно обработанных поверхностей должна быть не ниже 6-го класса.

Предварительная обработка отверстий диаметром до 5 мм может производиться сверлением с последующим растачиванием или раз­

вертыванием. Отверстия большего размера могут быть также обра­ ботаны растачиванием, развертыванием и прошиванием или протя­ гиванием режущими прошивками и протяжками.

Во всех случаях предшествующая обработка должна обеспечи­ вать перпендикулярность оси отверстия к опорному торцу заго­

товки.

Основными параметрами режима обработки отверстий уплотняющими инструментами являются: натяг или вели­ чина превышения рабочего диаметрального размера кольца прошивки над размером исходного отверстия (у многокольцевых инструмен­ тов — подъем на кольцо) и скорость прошивания или протягивания.

Величиной натяга определяются толкающее (при прошивании) или тяговое (при протягивании) усилие, степень и глубина наклепа и чистота обрабатываемой поверхности. Скорость же прошивания или протягивания сравнительно мало влияет на качественные пока­

затели этих процессов и определяет главным образом их производи­ тельность и стойкость инструмента.

В зависимости от величины натяга и общего припуска на обра­ ботку давлением выявляется число необходимых прошивок и соот­ ветственно число проходов. Выбор величины натяга при каждом проходе обусловлен свойствами обрабатываемого металла, разме­ рами отверстия, отношением длины отверстия к диаметру, толщиной

204

стенок заготовки и ее конфигурацией. Чем мягче и пластичнее обра­

батываемый металл, тем меньшим должен быть натяг. С уменьшением диаметра и увеличением длины отверстия, а также с увеличением

отношения , натяг также должен уменьшаться. Другими словами,

чем тяжелее условия пластического деформирования металла, тем меньше должен быть натяг.

Малая толщина стенок заготовки и неравномерность ее сечения

Фиг. 122. Зависимость между изменением внутреннего и наружного диаметров от толщины стенок заготовки: 1, 3—изменение наружного диаметра; 2, 4 — изменение внутреннего диаметра (d = 80 ± 0,005 мм). Диаметр прошивки равен 2,852.

цесс пластического деформирования упругая деформация металла приводит к искажению формы и размеров отверстия. Чем больше

стальных и чугунных втулок с диаметром и длиной отверстия по 30 мм

диаметральный натяг брался 0,12 мм, то при прошивании точных

и к искажению формы всей заготовки, особенно при малой и нерав­ номерной толщине ее стенок.

На фиг. 122 показано изменение внутреннего и наружного диа­ метров заготовки (втулки) в зависимости от толщины ее стенок [50].

205

Испытания в производственных условиях и исследования про­

шивок с различным по величине натягом, проведенные автором, показали, что при обработке точных отверстий (2 и 3-го классов

точности) малого диаметра с большим соотношением увеличение

диаметрального натяга свыше 0,04 мм приводит к резкому ухуд­

шению условий пластического деформирования металла. Следствием этого являются ухудшение чистоты обработки, искажение формы

обрабатываемого отверстия и быстрый износ инструмента. Умень­ шение величины натяга на каждую прошивку (до 0,02 0,03 мм

и менее) делает обработку малопроизводительной, так как возрастает

число последовательно применяемых прошивок. В ряде случаев (при обработке тонкостенных деталей неравномерного сечения с отвер­

стиями большой длины) величину натяга необходимо уменьшать.

При проектировании инструмента необходимо также учитывать уменьшение диаметра отверстия по отношению к диаметру рабочей части выглаживающей прошивки вследствие упругого последействия

обрабатываемого металла.

Компенсация «усадки» при обработке точных отверстий малого диаметра (до 5 мм) обычно осуществляется добавлением сверх рас­ четных (по величине припуска и натяга) — еще одной прошивки,

диаметр которой превышает наибольший допустимый диаметр обра­

батываемого отверстия на 0,002 0,005 мм, в зависимости от пла­ стичности металла заготовки. В некоторых же случаях прошивание

и размеры последовательно применяемых прошивок при обработке различных деталей, характерных для приборостроения [50].

Можно произвести и теоретический расчет рабочих размеров прошивок, исходя из ожидаемого значения остаточной деформации, которая определяется как функция усилия прошивания [56].

В основу теоретических расчетов усилий при калибровании прошиванием может быть с известным допущением положена задача Ляме, рассматривающая напряжения в круговом кольце прямоуголь­ ного сечения, подвергающемся действию равномерно распределен­ ных внутренних и внешних давлений. К условиям прошивания выглаживающим инструментом может быть отнесен частный случай задачи Ляме — когда отсутствует внешнее давление.

Усилие прошивания Р зависит от давления на внутренней стенке

обрабатываемого отверстия рд, условного коэффициента трения /,

определяемого работой трения и работой деформации, .поверхности контакта М:

‘Р = MpBf.

Значение рв может быть определено из формулы Ляме для рас­ чета радиального давления:

_____Е

Рв = s #2 + '23

R2-r32

206

у — коэффициент Пуассона.

Поверхность контакта М (в см2) может быть определена в каждом отдельном случае из геометрических соотношений; значения М для стали в наиболее употребительных группах натягов приведены

Фиг. 123. Зависимости: а — поверхности контакта при калибровании стали от диа­ метра отверстия (при различных натягах); б — усилия калибрования от поверхности контакта (при различных натягах).

на графике фиг. 123, а. Для случая калибрования отверстий в чугуне полученные по графику значения М следует повышать на 10 -ь- 15%.

Коэффициент f зависит от материала и натяга i при калибровании. По графику Р ~ [ (Л4) (фиг. 123, б), построенному по экспери­

ментальным данным [56], в зависимости от поверхности контакта

иотносительного натяга определяются усилия прошивания.

Точность обработки при прошивании однокольце­

выми прошивками с малым перепадом диаметральных размеров

в каждом случае можно с учетом влияния неравномерности сечения заготовки по длине и упругого последействия экспериментально установить условия выглаживания, обеспечивающие требуемую точ­ ность.

К этим условиям в первую очередь относятся форма заготовки,

точность и чистота поверхности исходного отверстия, натяг на каждую

прошивку и количество последовательно работающих прошивок.

208

Необходимо учитывать, что во всех случаях при обработке отвер­ стий выглаживающими инструментами (шариками, прошивками,

протяжками) имеет место некоторая «разбивка» отверстия на рас­ стояния 0,5 н- 2 мм от торцов заготовки. Как показывают исследо­

вания, на этих участках и тяговое усилие соответственно значительно меньше, чем на среднем участке отверстия, что наглядно иллюстри­ руется графиком на фиг. 124.

Увеличение размеров отверстия у торцов заготовки и уменьше­ ние действующих на этих участках усилий может быть объяснено

в большинстве случаев не является результатом обработки давлением, а представляет собой волнистость исходной поверхности,' несколько видоизмененную после пластического деформирования металла.

Специальные испытания показали, что при отсутствии волни­ стости на исходной поверхности она, как правило, не возникает и после обработки выглаживанием.

Во всех случаях более качественная в отношении отсутствия волнистости поверхность отверстия получается при осуществлении

равномерного по скорости и плавного перемещения прошивки. Срав­

нительные испытания работы выглаживающими прошивками на руч­ ных *и гидравлических прессах показали преимущества автоматиче­ ской равномерной подачи прошивок на гидравлическом прессе.

Скорости прошивания, в зависимости от свойств обрабатываемого металла, могут быть взяты близкими к скоростям протягивания.

Положение оси исходного отверстия при прошивании одноколь­

цевыми прошивками с учетом незначительных натягов при работе каждой прошивки (0,02 н- 0,03 мм) не должно заметно искажаться.

Однако невыполнение ряда условий нормальной обработки может

привести к перемещению прошивки не по оси исходного отверстия; это приводит к искажению формы отверстия и положения его оси,

а в ряде случаев (при обработке отверстий с большим соотноше­

нием и к поломке прошивки.

Во избежание этого необходимо, чтобы направление передвиже­ ния ползуна пресса с прошивкой строго совпадало с осью отверстия заготовки, установленной в приспособлении на основании стола пресса. Это условие требует обеспечения перпендикулярности опор­

хорошие результаты в отношении направления прошивок и условий обработки в целом дают прошивки с направляющей частью.

На фиг. 125 показана прошивка диаметром 5 мм с направляющей, применявшаяся для обработки глубоких отверстий ^-^-=6н-8^.

В таблице даны рабочие размеры пяти последовательно применяв­

шихся прошивок.

При обработке отверстий диаметром свыше 20 -н 25 мм целесооб­ разно применять вместо цельных — составные прошивки из сменных колец [51 ] и оправок типа показанных на фиг. 126.

Микрогеометрия поверхности при прошивании

зависит от правильности выбора величины, конструкции прошивки

210

и в первую очередь от значения угла заборного конуса а, а также от качества отделки рабочих поверхностей прошивки и чистоты исходной поверхности.

Фиг. 126. Составная прошивка со сменными кольцами.

Рациональные значения величин натягов при обработке отверстий диаметром до 5 мм приведены в табл. 19. Зависимость чистоты поверхности при протягивании обрабатываемого отверстия от вели-

Таблица 20

Характерные дефекты и способы их устранения при прошивании отверстий малого диаметра

чины угла ос при различной микрогеометрии исходной поверхности

(сталь 45) показана на графике фиг. 121. Как видно из графика,

наилучшая чистота поверхности получается при работе инструмен­ тами с ос 4°. Уменьшение или увеличение значения ос приводит к резкому ухудшению чистоты обрабатываемой поверхности. Это же исследование выявило особые достоинства инструментов с двойной заточкой заборного профиля. Из графика следует, что с ухудшением чистоты исходной поверхности от Нср = 1,8 -г- 3,2 мк до Нср =

— 7 -4- 13 мк несколько ухудшилась и чистота поверхности, обра­

ботанной выглаживанием.

При средних оптимальных условиях обработки отверстий выгла­ живающими инструментами в сталях и цветных металлах достигается

чистота поверхности \/9-4-\/10 реже\7Ч'Г0 класса.

Повышение микротвердости поверхностного слоя металла в результате наклепа на 20 -4-. 40% способствует повышению износо­

стойкости этих поверхностей. Условием получения столь высоких показателей при калибровании отверстий прошиванием выглажи­ вающими прошивками (особенно при освоении этого процесса)

является также умение устранять характерные дефекты, приведен­ ные в табл. 20.

Прошивание сквозных отверстий многокольцевыми выглаживающими прошивками

Повышение производительности может быть достигнуто при при­ менении вместо однокольцевых прошивок — многокольцевых ком­ бинированных (с режущими зубьями и выглаживающими кольцами)

или только выглаживающих прошивок.

Многокольцевые прошивки (как и протяжки) применяются чаще

всего для обработки отверстий диаметром свыше 6 мм.

У комбинированных прошивок (фиг. 117, б) выглаживающие

кольца (в количестве от четырех до шести) располагаются сразу

за калибрующими зубьями последней в комплекте прошивки и имеют профиль, аналогичный рабочему профилю однокольцевых проши­

вок. Припуск на обработку выглаживающими кольцами обычно

не превышает 0,03 -4- 0,04 мм.

У многокольцевых прошивок с выглаживающими кольцами число последних обусловливается величиной предусмотренного припуска на обработку давлением.

Основным фактором, определяющим нормальные условия обра­

ботки, точность, чистоту и производительность прошивания, является подъем на кольцо. Подъем на кольцо равен половине разности диа­ метров двух последующих колец.

работу выглаживания, калибрующие, которые калибруют отвер­

стие, и концевые, имеющие отрицательный подъем. Такая схема

(фиг. 127) распределения колец прошивок и протяжек нашла широ­

кое распространение на отечественных заводах [52].

212