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

закрепляется в задней бабке, в револьверной головке или в шпин­

деле станка. С целью обеспечения самоцентрирования раскатки отно­ сительно отверстия заготовки крепление ее должно осуществляться

вплавающем зажиме.

Вкачестве примера на фиг. 136 приведен чертеж пластинчатой раскатки для чистовой обработки глухого отверстия диаметром 20,5+ °’035 на длине 52 мм в детали из бронзы (НВ — 170 -н 180) [17 ].

Раскатка состоит из оправки с четырьмя впаянными в пазы

пластинками из твердого сплава марки Т15К6С № 2201. Пластинки из инструментальных углеродистых и легированных сталей не при­ меняются вследствие их низкой стойкости при работе на истирание.

Фиг. 136. Пластинчатая раскатка с пластинками из твер­ дого сплава.

Диаметр раскатки устанавливается экспериментальным путем

и в большинстве случаев превышает размер обрабатываемого отвер­ стия на 0,01 -н 0,07 мм в зависимости от свойств металла детали, припуска и качества предварительной обработки.

При проектировании и изготовлении пластинчатых раскаток особое внимание следует обращать на плавность сопряжений радиу­ сов на участках заборной и концевой частей пластинок с рабочей цилиндрической частью, а также на тщательную доводку цилиндри­

ческой ленточки на пластинке (\712). Ширина этой ленточки не должна превышать 0,3 мм, так как с увеличением ширины лен­ точки увеличиваются усилия пластического деформирования обра­ батываемого металла.

Припуск на раскатывание твердосплавными раскатками оста­

вляется в пределах от 0,01 до 0,1 мм, в зависимости от материала обрабатываемой детали, требуемой точности и чистоты обработки отверстия, а также от состояния исходной поверхности.

От тех же условий зависит и режим раскатывания, отрабатывае­

мый опытным путем. Так, при раскатывании отверстия диаметром 20,5 мм раскаткой, показанной на фиг. 136, припуск на обработку после предварительного развертывания оставался в пределах 0,04 -н -=- 0,08 мм на диаметр, чистота поверхности соответствовала 6-му

классу.

223

Режим раскатывания: окружная скорость заготовки —12 м/мин. подача 0,4 -4- 0,5 мм за один оборот шпинделя; обработка произво­ дилась с обильной смазкой вазелиновым маслом.

Приданных условиях точность обработки соответствовала требо­ ваниям чертежа, чистота поверхности характеризовалась 10-м клас­ сом; твердость поверхностного слоя металла возросла на 25 -4- 30%

по сравнению с исходной.

Эти показатели можно считать наиболее характерными для обра­

ботки отверстий пластинчатыми раскатками.

Стойкость пластинчатых раскаток относительно невелика; она колеблется в пределах от пятидесяти до нескольких сот деталей и определяется свойствами обрабатываемого металла и пластин

раскатки.

Стойкость раскатки (фиг. 136) при обработке бронзовых втулок (НВ =170-4- 180) с отверстием диаметром 20,5 мм на длине 52 мм составляла 60 -4- 100 деталей.

Основные недостатки пластинчатых раскаток:

1)невозможность регулирования размера и, как следствие, необходимость снятия всего припуска за один проход или последо­ вательного применения нескольких раскаток;

2)низкая стойкость;

3)большие усилия, возникающие при пластическом деформиро­ вании поверхностного слоя металла.

Более совершенными, хотя и более сложными и дорогостоящими

инструментами являются роликовые и шариковые раскатки, приме­

няемые преимущественно в серийном, крупносерийном и массовом

производстве.

Роликовые и шариковые раскатки производят

сглаживание микронеровностей, улучшают чистоту поверхности,

упрочняют поверхностный слой металла, придавая ему большую твердость и износостойкость, и калибруют отверстие.

С целью калибрования отверстия применяются так называемые

«жесткие» раскатки, конструкция которых предусматривает жесткий контакт между роликами или шариками и обрабатываемой по­

верхностью.

Пружинящие раскатки, применяемые лишь с целью отделки и упрочения поверхностей, рассматриваются в следующей главе.

Как показали исследования, отличительной особенностью про­

цесса раскатывания по сравнению с процессами прошивания и про­ тягивания выглаживающими инструментами является перемещение деформируемого металла в направлении, перпендикулярном оси

Точность отверстия после раскатывания определяется точностью

предшествующей обработки, а также точностью изготовления роли­ ковых и шариковых раскаток.

Чистота раскатанной поверхности и равномерность упрочнения поверхностного слоя металла в значительной мере зависят также от состояния исходной поверхности.

224

По данным проф. В. М. Кована [54], существует следующая зависимость между чистотой поверхности, обработанной роликовой раскаткой, и видом предварительной обработки:

Значительные и неодинаковые по высоте микронеровности на ис­

ходной поверхности приводят к неравномерному заполнению впадин микропрсфиля при раскатывании, в результате чего микрогеометрия и упрочение поверхности на отдельных участках получаются в зна­ чительных пределах различными.

В качестве предварительной под раскатывание обработки, в част­ ности, в приборостроении, могут быть рекомендованы протяги­

шего диаметра.

Фиг. 137. Нерегулируемые роликовые раскатки.

Решающее влияние на результаты обработки раскатыванием оказывает также выбор конструкции раскаток.

Несмотря на многолетнюю практику применения роликовых раскаток (шариковые раскатки стали применяться лишь в послед­ нее время) и большое разнообразие их конструкций, обоснованные рекомендации в отношении выбора оптимальной конструкции для тех или иных условий обработки не могут быть даны. Это объяс­ няется отсутствием серьезных сравнительных исследований процесса раскатывания различными по конструкции раскатками.

Роликовые раскатки подразделяются на постоянные и регули­ руемые. Примеры конструктивного оформления постоянных нерегули­ руемых многороликовых раскаток приведены на фиг. 137.

Раскатка, показанная на фиг. 137, а, предназначена для обра­ ботки точных отверстий; на втулку 2, плотно пригнанную к оправке 1, надеты две обоймы 4 со сферическими гнездами на внутренних тор­ цовых поверхностях. В гнезда обойм вставлены стальные ролики 3

(твердость после закалки HRC 56 - 60). С помощью гайки и контр­ гайки 5 обоймы и ролики удерживаются в требуемом положении.

Другая, нерегулируемая раскатка (фиг. 137,6 [57]) состоит из оправки 1, двух бронзовых колец 2 и двух стальных колец 3,

двух упорных подшипников 4, семи роликов 6 и гайки 5.

Несколько отличается по принципу действия роликовая рас­ катка, применяемая на Горьковском автомобильном заводе [55] для

обоймы 5 для роликов 4, комплекта роликов, промежуточных колец 2 и гайки 1, удерживающей обойму с роликами. Оправка имеет напра­ вляющую часть и рабочую часть с продольными профильными канав­ ками под ролики. Канавки в три-четыре раза длиннее роликов, что

позволяет при износе переставлять ролики на новый участок. После использования оправки по всей длине ее можно продолжать при­ менять при условии замены роликов другими — большего диаметра

Фиг. 138. Роликовая раскатка ударного действия.

(на 0,0025 мм). Допуск на диаметр рабочей части раскатки и на рас­ стояние между профильными канавками не превышает 0,025 мм;

ликами металла при вводе их в отверстие раскатываемой заготовки на торцовых поверхностях снимаются фаски шириной 1,5 -н 2,0 мм

под углом 5°.

Принцип действия описанной раскатки заключается в частых ударах роликов о поверхность отверстия заготовки в момент закли­ нивания их между обрабатываемой поверхностью и выступами рабо­ чей части оправки, образованными профильными канавками.

Раскатка применяется для обработки отверстий в переднем колесном цилиндре гидравлического тормоза автомобиля ГАЗ-51

226

И осуществляется на вертикально-сверлильном станке 2135 с числом

оборотов шпинделя 1000 в минуту. Число ударов роликов в минуту N равно числу оборотов шпинделя п, умноженному на количество роликов z в раскатке.

В данном случае: N = n-z — 1000-10 — 10 000 ударов/мин. Величина подачи раскатки при калибровании отверстий в чугун­ ных заготовках — 20 мм/мин, в стальных — 30-4-40 мм/мин. Для получения раскатыванием поверхностей высокой чистоты (8 -4- 9-го

класса) предварительная обработка — тонкое растачивание или чистовое развертывание — должна обеспечить чистоту исходной поверхности, характеризуемую высотой шероховатостей не более

1,5 — 1,75 мк для чугуна и 2 -4- 2,5 мк — для стали. При большей

высоте исходных шероховатостей возможно их разрушение и зака­ тывание, что приведет не к улучшению, а к ухудшению качества поверхности и ее служебных свойств.

Припуск на раскатывание для чугуна должен составлять 0,025 -4- -4- 0,035 мм, а для стали — 0,035 0,050 мм. Завышение припуска приводит к шелушению и отслаиванию поверхностного слоя металла.

Основной недостаток нерегулируемых раскаток — невозможность изменения их рабочего размера для получения требуемого размера

обрабатываемого отверстия или для компенсации износа роликов.

Более универсальными и совершенными в этом отношении, хотя и более сложными по конструкции, являются регулируемые раскатки типа показанных на фиг. 139.

Раскатка, показанная на фиг. 139, а, состоит из корпуса 4, кони­ ческого стержня 3 и опирающихся на его рабочую поверхность роли-

ков 1, удерживаемых сепаратором 2. Продольное перемещение кони­ ческого стержня при ввинчивании его в корпус заставляет ролики раздвигаться или сближаться к центру и в небольших пределах регулирует размер обрабатываемого отверстия.

Такая раскатка при калибровании отверстий диаметром 29 мм

в дуралюминовых поршнях на радиально-сверлильном станке обес­ печила получение размеров 2-го класса точности и поверхности зер­ кального вида. Другая регулируемая раскатка, у которой в качестве

пусе 2 закрепляются четыре колодки 5 с роликами 1 из стали У10А. Регулирование размера рабочего диаметра осуществляется с помощью хвостовика 3 с конусом 4, как при хонинговании. Раскатывание производится на хонинговальном станке по схеме хонингования.

Такого рода раскатки применяются для калибрования отверстий сравнительно небольшого диаметра (до 30 -х- 40 мм).

Для обработки отверстий больших размеров могут быть исполь­ зованы раскатки типа показанных на фиг. 140 и 141 для токарных, сверлильных и расточных станков.

Раскатка, показанная на фиг. 140, закрепляется конусным хво­ стовиком 2 в шпинделе 1 сверлильного станка, а заготовка 9 —

на столе станка. Три накатных ролика 7 расположены под углом 120°

один к другому и вращаются на игольчатых подшипниках 8, смон­ тированных на цапфах трех опор 5. С помощью нажимного кольца 4, ввинчиваемого в резьбовое кольцо 3, опоры могут перемещаться вдоль оси по конусным направляющим 6; при этом ролики будут расхо­ диться от центра или сближаться. Таким образом регулируется диаметр раскатываемого отверстия. Калибрование отверстий позво­ ляет достичь 2-го класса точности и 8 -х- 9-го классов чистоты поверх­ ности непосредственно на том же станке, где проводилась предва­ рительная обработка растачиванием или развертыванием.

У всех описанных роликовых раскаток ролики имели строго

цилиндрическую форму. Однако, помимо раскаток с цилиндриче­ скими роликами, применяются и раскатки с коническими роликами. Конструкция таких раскаток сходна с конструкцией роликовых головок, применяемых для развальцовки трубок при сборке паровых водотрубных котлов. В Англии 1 роликовые раскатки широко при­ менялись во время второй мировой войны для окончательной отделки каналов минометных стволов и других артиллерийских систем; в настоящее время применяются для отделки различных поверхно­ стей, работающих на трение, а также под прессование деталей.

Раскатка, показанная на фиг. 141, состоит из нескольких кони­

ческих роликов 1, удерживаемых сепаратором 2 вокруг конусной оправки 3 (конусы роликов и оправки обращены навстречу друг

ДРУГУ) [57 ]. Сочетание Конической оправки с коническими роликами

дает возможность регулировать наружный рабочий размер раскатки

1 В настоящее время на ряде отечественных заводов применяются роликовые

раскатки с коническими роликами для обработки отверстий в пневмо- и гидроци­ линдрах.

228

поворотом гайки 4, навинченной на резьбовой хвостовик оправки 3.

В нужном положении гайка 4 может стопориться.

Ролики установлены под небольшим углом к оси оправки, вслед­

ствие чего при контакте с вращающейся заготовкой (или при вра­

щении раскатки и при неподвижной заготовке), когда продольное

перемещение раскатки отсутствует, ролики, передвигаясь вперед

в результате самозатягивания, смещают обойму с конической части оправки, и давление роликов на стенки обрабатываемого отверстия прекращается. Таким образом осуществляется автоматическое выклю­ чение раскатывания при обработке глухих отверстий.

Предварительной обработкой под калибрование раскатыванием

роликовой раскаткой описанной конструкции могут служить свер­ ление, растачивание, протягивание, развертывание, шлифование или

хонингование.

Наилучшие результаты в отношении улучшения чистоты поверх­

ности (на три-четыре класса) получаются при обработке различных металлов твердостью 25 40 HRC-. при обработке даже таких мало­ пластичных пористых металлов, как серые чугуны некоторых марок, достигается чистота поверхности, характеризуемая высотой шеро-

229

ховатостей Яср -0,8 4- 1,5 мк (9-й класс). Различные стали, под­ шипниковые бронзы и алюминиевые сплавы обрабатываются с чисто­

увеличении диаметра отверстия на 0,03 4- 0,04 мм. Однако, несмотря на значительное изменение размера калибруемого отверстия, точность его формы изменяется в небольших пределах и практически, в соот­ ветствии с требованиями чертежа, должна обеспечиваться обработ­ кой, предшествующей раскатыванию. Исключение составляет калиб­ рование отверстий в мягких алюминиевых сплавах (при условии

отсутствия пружинения стенок заготовки), обеспечивающее стабиль­ ную точность формы и размеров обрабатываемых отверстий в'преде-

лах 0,025 4- 0,04 мм.

Характерные для калибрования роликовой раскаткой изменения

размеров отверстий в зависимости от их диаметра определяются при-

пусками под раскатывание, приведенными в табл. 26. В этой же таблице указаны скорости и величина подачи при раскатывании.

Рекомендуемые табл. 26 оптимальные условия калибрования отверстий могут служить исходными данными при работе ролико­ выми раскатками различных типов. Однако в каждом отдельном случае режимы раскатывания должны окончательно отрабатываться

опытным путем с учетом свойств обрабатываемого материала, качества

предварительной обработки, формы заготовки, толщины ее стенок, требований точности и качества поверхности и т. д.

В последние годы все более широкое применение находят различ­ ные инструменты для калибрования и главным образом для отделки поверхностей, в которых ролики заменены шариками.

Основные преимущества шариков ьщ& инструментов перед роликовыми — следующие:

1)возможность накатывания и раскатывания с небольшими усилиями;

2)отсутствие проскальзывания шариков относительно обраба­ тываемой поверхности в направлении подачи инструмента;

3)простота конструкции накаток и раскаток;

230

4) высокое качество и низкая стоимость используемых шариков от стандартных шарикоподшипников.

Наиболее широкое распространение метод обработки шариками

получил для отделки и упрочнения поверхностей; в этом случае осуществляется упругий контакт шариков с обрабатываемой поверх­

ностью и изметгения формы и размеров заготовки практически не происходит х. Имеется опыт применения шариковых инструмен­ тов и с целью калибрования (преимущественно внутренних поверх­

ностей); при этом изменение формы и размеров отверстия (в неболь­

ших пределах) осуществляется за счет «жесткого» контакта шариков

с обрабатываемой поверхностью.

Шариковые раскатки, так же, как роликовые, выполняются нерегули­ руемыми и регулируемыми.

Примером конструктивного оформ­

ления нерегулируемой рас­

катки может служить инструмент, показанный на фиг. 142. Раскатка состоит из корпуса 5 с хвостовиком, сменного стержня 3 и обоймы 1 с ша­ риками 2. Конструкция предусматри­

вает обработку отверстия при перемещении раскатки лишь в одном

направлении. При рабочем перемещении раскатки обойма 1 упи­

рается уступом в торец корпуса 5, а шарик лежит на цилиндрической

поверхности стержня 3, диаметр которой определяет рабочий размер раскатки. При выводе раскатки из отверстия обойма отходит, а ша­

рики скатываются в выточку на стержне.

Сменяя стержни 3 с различным диаметром шейки под шарики, можно использовать одну и ту же раскатку для обработки отверстий различного размера.

Закрепление стержня 3 в корпусе 5 производится с помощью двух шпилек 4.

Основным условием получения гладкой, зеркального вида, упроч­

ненной поверхности является применение шариков, тщательно отпо­

лированных, не имеющих поверхностных дефектов.

Основным недостатком описанной шариковой раскатки является необходимость экспериментально с большой точностью определять ее рабочий размер, а также назначать весьма жесткий допуск на обра­ ботку отверстия под раскатывание.

Автором была предложена конструкция регулируемой шари­ ковой раскатки, испытание которой дало удовлетворительные резуль­ таты. Раскатка (фиг. 143) конструктивно проста, состоит из кор­ пуса 3, винта 1 с закаленной конусной частью и пяти шариков 2. Ввинчивая винт / в резьбовую часть корпуса, можно регулировать

положение шариков и тем самым размер раскатки. Положение регу­

лирующего винта фиксируется стопорным винтом (на чертеже не показан).

1 Конструкция инструмента и описание процесса приведены в гл. III.

231

Более совершенной, хотя конструктивно и более сложной, яв­ ляется регулируемая ша р и ковая раскатка1, показанная на фиг. 144 [58]. Раскатка работает по такому же прин­ ципу и применяется для обработки отверстия диаметром 100 мм.

Семь шариков 4 диаметром 1" располагаются вокруг закаленной

втулки 12, выполненной на конус (угол конусности 2 -г- 3°) и плотно сидящей на оправке 8. С боковых сторон положение шариков огра­ ничено наружными кольцами двух упорных подшипников 3, сидя-

Фиг. 143. Регулируемая шариковая раскатка.

щих на гайке 2 и муфте 5. Шарики отделены один от другого стен­ ками сепаратора 9. Гайка и муфты соединены между собой тягой 6 и штифтом 10 (гайка 2 навинчена на резьбовой конец тяги, а штифт запрессован в тягу и в муфту 5) и могут перемещаться вдоль оси

Фиг. 144. Регулируемая шариковая раскатка для калибрования отверстия диаметром 100 мм.

оправки 8. Таким образом, шарики 4, подшипники 3, гайка 2 и муфта 5 образуют подвижную относительно оправки 8 и втулки 12 систему, перемещение которой вправо вдоль оси оправки ограни­ чивается упорной гайкой 7 со стопорным винтом 11. Гайка 1 пред­ отвращает возможное самоотвинчивание тайки 2. Регулирование (в небольших пределах) рабочего размера раскатки производится следующим образом: отпускаются гайка 1 и стопорный винт 11, гайка 7 перемещается вправо, если надо увеличить размер, и влево — если надо его уменьшить (конусная втулка 12, на которую опираются шарики, обращена большим диаметром к оправке 8). Подвижная

232