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

система подается до упора с торцом гайки 7, и рабочий размер раскатки проверяется калибром-кольцом. После установки на раз­

мер контрится гайка 1 и стопорится винт 11. Во всех случаях шарики должны свободно вращаться от руки как вокруг своей оси, так и вместе с сепаратором относительно упорных подшипников.

При раскатывании заготовка совершает вращательное движение, а раскатка движется лишь поступательно в направлении подачи.

Охлаждающе-смазывающая жидкость подается по отверстию

в хвостовике оправки и по наружным канавкам к шарикам.

При продольной подаче раскатки, входящей в отверстие заго­ товки с некоторым натягом, шарики, осуществляя пластическую деформацию, раскатывают металл выступов шероховатостей, кото­

Величина натяга и припуск на калибрование под размер опре­

деляются состоянием исходной поверхности, точностью предвари­ тельной обработки, свойствами обрабатываемого металла, а также диаметром шариков раскатки.

Припуск должен быть во всех случаях минимальным, обеспечи­ вающим получение требуемого размера и качества поверхности.

Установленные опытным путем оптимальные значения при­ пуска [58 ] при калибровании мало- и среднеуглеродистых сталей составляют 0,08-4-0,10 мм (диаметр шариков х/2-н 1")- При этом

чистота исходной поверхности должна быть не ниже 5 -г- 6-го класса для среднеуглеродистых и 4 н- 5-го класса — для малоуглеродистых сталей.

Оптимальные значения величины подачи при работе шариками диаметром У 2 н- 1" составляют 0,06-н 0,1 мм на 1 шарик, а для шариков меньшего диаметра (3/8", 7/16", 20/61") — 0,01 — 0,03 мм

на 1 шарик. С увеличением числа шариков в раскатке подача может быть увеличена.

Скорость раскатывания 75 -н 150 м/мин.

При правильно подобранном размере раскатки наилучшие резуль­ таты в отношении качества поверхности и производительности полу­ чаются при раскатывании за один проход и с одной установки после

предварительного растачивания отверстия в заготовке. Выполнение указанных условий позволяет осуществлять калибрование отвер­ стий диаметром от 50 мм с точностью до 2-го класса и чистотой поверхности 9-го класса.

Чрезмерные по величине натяги и соответственно усилия раска­ тывания, большое число проходов, излишне большая или малая подача приводят к перенапряжению поверхностных слоев обраба­

тываемого металла, которое первоначально сказывается в снижении микротвердости, а затем — в ухудшении микрогеометрии поверх­ ности и ее разрушении.

Основной органический недостаток метода калибрования «жест­ кими» роликовыми и шариковыми инструментами — неоднородность

233

(«пятнистость») вновь создаваемого поверхностного слоя металла вследствие неравномерности усилия калибрования, вызванной по­ грешностью формы, непрямолинейностыо образующей исходной поверхности, неоднородностью металла. Методы калибрования инстру­ ментами, создающими «жесткий» контакт между роликами или шари­ ками и обрабатываемой поверхностью, требует серьезного исследо­ вания и изучения.

18. Обкатывание резьбы и зуба зубчатых колес роликами

Холодная обработка пластическим деформированием эффективно применяется не только для формообразования резьбы и профиля зубчатых колес, но также и с целью калибрования витков, резьбы

изуба зубчатых колес, предварительно обработанных инструментом

сметаллическим лезвием.

Здесь так же, как при калибровании цилиндрических поверх­ ностей, припуски на обработку, усилия и соответственно объем пластической деформации значительно меньше, чем при формообра­

зовании резьбы или зуба зубчатых колес.

Калибрование наружных цилиндрических и конических резьб производится обычно накатыванием роликами по тем же схемам, что и. накатывание резьбы, и ставит целью повышение точности, чистоты поверхности и упрочнение резьбы, предварительно нарезанной резцом, фрезой или резьбона­

резной головкой.

Калиброванием достигаются точность и чистота поверхности, близкие к получаемым при накатывании резьбы роликами, т. е. 2 -н 1-й классов точности и 8-н10-й классов чистоты. Однако степень и глубина наклепа, а также величина напряжений, создаваемых в поверхностном слое металла калибруемых деталей, будут значи­

тельно меньшими, чем при накатывании.

Калибрование наружных резьб чаще всего производится на тех же резьбонакатных станках, что и накатывание. Величина припуска под калибрование определяется точностью и чистотой предвари­ тельной обработки, размерами резьбы, механическими свойствами

применение этого метода обработки в промышленности.

Резьбы малого и среднего диаметра (до 20 мм и от 20 до 50 мм) могут калиброваться раскатыванием по тем же схемам и теми же

инструментами, которые применяются при раскатывании таких резьб и описаны в гл. II (п. 10).

Калибрование внутренних резьб большого диаметра технологи­ чески легче осуществимо и оказывается эффективным средством получения высококачественной резьбы; при обычных условиях реза­ ния, особенно в крупногабаритных деталях машин, получение такой резьбы связано с большими трудностями. Это подтверждается опытом

234

калибрования резьб диаметром свыше 100 мм в различных деталях турбин. 1 Нарезание таких резьб метчиками — одна из наиболее сложных и несовершенных операций. При этом качество резьбы неудовлетворительно: получается недостаточная точность, образуются

роликами обеспечило повышение ее качества по всем параметрам. Раскатывание осуществляется на радиально-сверлильных и рас­ точных станках с помощью трехроликовых головок, закрепляемых

6)

Фиг. 145. Трехроликовая головка для калибрования внутренней резьбы.

в тех же патронах с предохранительным устройством фрикционного действия, в которых закрепляются метчики.

Резьбораскатная роликовая головка (фиг. 145, а) состоит из кор­

пуса 4, крышки 2 с запрессованными в ней тремя осями 3 и трех роликов 1, свободно вращающихся на игольчатых подшипниках.

Крышка скрепляется с корпусом винтами 5. Ролики имеют кольце­ вые канавки, шаг и профиль которых соответствуют шагу и про­ филю калибруемой резьбы; как показано на схеме (фиг. 145, б), оси роликов развернуты под углом, равным углу подъема резьбы 7, и расположены вдоль оси головки на расстоянии равном V3 шага один от другого. Первые витки роликов занижены по диаметру и обра­ зуют заборную часть. Остальные витки, имеющие полный профиль, — калибрующие. Ролики могут перемещаться вдоль оси в пределах

0,3 мм.

Раскатывание производится после нарезания резьбы вторым метчиком. Диаметр отверстия под нарезание вторым метчиком с после­ дующим раскатыванием делается несколько большим, чем при наре­

на Ленинградском металлическом заводе.

235

под накатывание сверлится отверстие диаметром 156,1+0-1 мм; этот размер может быть принят с условием окончательной отработки экспериментальным путем. Припуск под раскатывание по среднему

диаметру равен — 0,3 мм. Пластическая деформация металла при раскатывании распространяется по боковым сторонам резьбы. Вер­ шина резьбы не должна оформляться раскатыванием. Описанный способ калибрования резьбы был применен для обработки сквозной резьбы 1М160Х4 длиной 200 мм в рычагах лопастей рабочего колеса

ирасточном станках.

Впаротурбинном производстве метод раскатывания применяется

для калибрования резьб М120Х6 и М140Х6 в деталях из жаропроч­ ных сталей. Таким образом были обработаны резьбовые отверстия

на плоскостях разъема цилиндров высокого давления турбин В К-100

и ВПТ-50-3. Диаметр отверстий под раскатывание брался равным 114 мм (для резьбы M12QX6) и 134 мм (для резьбы Ml 40 X 6). Скорость

раскатывания равнялась 15 -г- 20 м/мин; смазка — сульфофрезол или машинное масло. Перед раскатыванием обязательна тщательная очистка отверстия от стружки и металлической пыли (продувка воздухом и промывка керосином).

Исследования и опыт применения калибрования внутренних резьб раскатыванием выявили следующие его особенности и достоинства:

1) надиры и надрывы, образующиеся при нарезании резьбы мет­ чиком, почти полностью закатываются; чистота боковых поверх­ ностей резьбы получается не ниже 8-го класса;

3)структура металла улучшается, твердость на боковых поверх­ ностях резьбы возрастает на 30 -н 40%, глубина наклепа достигает

0,1 -н 0,12 мм;

4)песчаные включения и раковины на раскатывание влияния не оказывают;

Проведенные испытания показали, что образовавшиеся при раскатывании микроструктура и наклеп (сталь 20ХМА) сохраняются при нагреве до 550°.

Калибрование зубчатых колес так же, как и резьбы, производится с целью повышения точности профиля и раз­ меров и улучшения качества поверхности зубьев, предварительно обработанных резанием или горячим накатыванием.

Калибрование цилиндрических, конических и червячных зубча­ тых колес осуществляется по принципу обкатывания сырой заго­ товки колеса закаленными эталонными колесами или, значительно реже, специальными роликами (одним или' двумя).

Калибрование обкатыванием цилиндрических зубчатых колес может осуществляться по одной из трех схем, показанных на фиг. 146,

т. е. одним (фиг. 146, а), двумя (фиг. 146, б) или тремя (фиг. 146, в)

эталонными зубчатыми колесами. Наиболее совершенным и произ­ водительным является последний метод.

236

Закаленные зубчатые колеса 1, 2 и 3, расположенные под углом 120° один к другому, с определенным усилием прижимаются к сырой заготовке обрабатываемого зубчатого колеса 4 и обкатываются с ним. Эталонное колесо 1 является ведущим и имеет принудительное

вращение. Заготовка получает вращение от колеса 1, а два других эталонных колеса 2 и 3 — от заготовки.

В процессе обкатывания происходит сглаживание шероховато­ стей — следов обработки зуба заготовки резанием и упрочнение

поверхностного слоя металла по всему профилю зуба. При этом твердозакаленные, тщательно отделанные с высокой точностью зубья эталонных колес калибруют зубья заготовки по профилю и размерам.

Исправление профиля и размеров зуба заготовки осуществляется в небольших пределах, главным образом за счет снятия шерохова­ тостей исходной поверхности и выравнивания микропрофиля. Поэтому

(т = 1,5), предварительно нарезанного червячной фрезой с чистотой

Для обеспечения равномерности калибрования профиля, сглажи­ вания шероховатостей и упрочнения обеих сторон зуба заготовки

237

процесс обкатывания ведут с периодическим изменением направле­

ния вращения заготовки и эталонных зубчатых колес. Обкатывание

производится в масляной ванне или при обильной смазке, подаваемой с помощью насоса. Примеры обкатывания зубчатых колес роликами, основным назначением которого является улучшение чистоты поверх­ ности и упрочнение зуба, приведены в гл. IV.

19. Обкатывание сферических поверхностей шариками

Надежность и долговечность работы таких ответственных дета­

лей, как кольца, чашки, корпусы и оси с шариковыми ходами, в зна­ чительной степени зависят от точности и качества поверхности

радиусных канавок под шарики.

Выполнение высоких требований, предъявляемых к точности формы и размеров и качеству поверхностей шариковых ходов, свя­ зано с весьма трудоемкой окончательной их обработкой — шлифо­ ванием и полированием или доводкой по 9-^-11-му классам чистоты.

На многих заводах шлифование поверхностей радиусных канавок

после термической обработки неосуществимо. Поэтому особо высокие

требования предъявляются к качеству механической обработки,

предшествующей закалке; после закалки производится зачистка полированием рабочих поверхностей. Применяемая же почти всегда обработка профильными резцами позволяет в лучшем случае достичь 6н-7-го классов чистоты, не обеспечивая при этом требуемой точности формы радиусных канавок. Полирование после термической обра­ ботки предварительно грубо обработанных профильных поверх­ ностей в свою очередь неизбежно приводит к искажению профиля канавок.

Одним из наиболее эффективных методов калибрования профиль­ ных поверхностей оказалось обкатывание их шариками на токарных или револьверных станках непосредственно после обработки. Калиб­ рование может осуществляться и как самостоятельная операция,

выполняемая на других металлорежущих станках (сверлильных, фрезерных, расточных) или на специальных приспособлениях.

Схема обкатывания и конструкция обкаточного приспособления выбираются в зависимости от конструкции обкатываемой детали.

На фиг. 147, а показаны детали (конус и ось велосипедной педали) с наружными шариковыми ходами, предварительная обработка которых производится на многошпиндельных токарных автоматах профильными резцами. 1

Калибрование конуса путем обкатывания шариками осущест­ вляется непосредственно после проточки, с помощью специальной

многошариковой накатки (фиг. 147, б), закрепляемой в одном из гнезд револьверной головки токарного автомата. Накатка состоит из кор­ пуса 5 (в корпус вставлена чашка 4 с четырьмя шариками 3 и сепа­ ратором 7), крышки 2, втулки 7, шайбы 8 и гайки 9. Втулка 7 вста­

238

Револьверная головка с накаткой подводится к вращающейся заго­

товке до контакта с обрабатываемой поверхностью. При этом давление

шариков может регулироваться как за счет величины подачи накатки, так и путем предварительного сжатия пружины 6 гайкой 9 до степени, соответствующей требуемому давлению накатывания. Упругий кон­ такт между обрабатываемой поверхностью и обкатывающими шари­ ками обеспечивает равномерность обжатия даже при условиях биения заготовки или искажения ее формы в результате предварительной обработки. Обкатывание производится за время 15 -ч- 20 оборотов

Фиг. 147. Детали, калибруемые обкатыванием шариками — конус и ось велосипедной педали (а); шариковая накатка для калибрования

конуса (б).

шпинделя с заготовкой без продольной подачи накатки. Это обеспе­ чивается выполнением соответствующего участка кривой кулачка

револьверной головки по радиусу.

Время обкатывания не превышает нескольких секунд.

В результате обкатывания шариками описанным способом чистота сферической поверхности конуса педали улучшается с 6-го (после обтачивания) до 9-го класса. При этом за счет калибрования мерным шариком повышается и точность профиля сферической поверхности.

При Обкатывании используются шарики от шарикоподшипников. Аналогичным способом на том же заводе обрабатывается поверх­ ность шарикового пути оси педали на четырехшпиндельном токарном автомате. В этом случае корпус накатки делается удлиненным, с отвер­

стием под ступицу оси.

Механическая обработка сферических поверхностей, так назы­ ваемого закрытого типа (различного рода опоры, чашки и т. д.),

еще более затруднительна. Калибрование таких поверхностей путем

обкатывания шариками может быть осуществлено на сверлильных

239

Г Л А В A IV

ОТДЕЛКА И УПРОЧНЕНИЕ

Современное машиностроение характеризуется резким снижением удельного веса обдирочных работ и все более возрастающим значе­

нием чистовой обработки в технологическом процессе изготовления деталей машин и приборов. Именно этим объясняется большое вни­ мание, которое уделяется во всех промышленных странах совер­ шенствованию чистовой обработки металлов и внедрению в про­

перед обработкой резанием.

Сочетание высокой степени чистоты поверхности с упрочнением поверхностного слоя (не всегда достигаемым при чистовой обработке резанием) обеспечивает высокие эксплуатационные свойства деталей,

обработанных давлением: повышение твердости поверхностного слоя

металла, его износостойкости, предела текучести и особенно предела усталости. Важно при этом, что поверхность даже таких мягких пластичных металлов, как медь и алюминий, остается чистой, не шар­ жированной осколками абразивных зерен, как это может иметь место при чистовой абразивной обработке.

Отделка поверхностей пластическим деформированием характе­ ризуется меньшими усилиями и деформациями, чем при калибро­ вании; соответственно мал и объем пластической деформации, кото­ рая при правильном ведении процесса не распространяется за пре­ делы микропрофиля обрабатываемой поверхности. В этих случаях

чаще всего припуск на отделку специально не предусматривается.

Если же чистовая обработка сочетается с задачей упрочнения поверх­ ностного слоя металла, притом на значительную глубину, то давление на обрабатываемую поверхность и соответственно деформация и изме­ нение размеров заготовки могут быть весьма большими, значительно

превышающими давления при калибровании. Методы обработки,

применяемые только с целью упрочнения (исключая способы дина­ мического наклепа шариками), не могут быть отнесены к отделочным

операциям.

Ниже рассматриваются основные наиболее эффективно приме­ няемые в промышленности методы отделки и упрочнения пласти­ ческим деформированием цилиндрических, плоских и профильных поверхностей.

20. Обкатывание наружных поверхностей роликами

Обкатывание наружных цилиндрических поверхностей роли­ ками — метод отделочно-упрочняющей обработки, давно приме­ няемый в различных отраслях промышленности. Сущность этого

трение, обеспечение прочности прессовых посадок, замена абра­ зивной зачистки, шлифования, полирования и в отдельных слу­ чаях —термической обработки.

Несмотря на то, что метод обкатывания роликами давно приме­ няется в промышленности и довольно широко освещен в техниче­

ской литературе, многообразные условия его использования недо­ статочно изучены, что зачастую делает его применение малоэффек­ тивным в отношении как качественных, так и экономических пока­

зателей.

Эффективность обкатывания роликами определяют следующие факторы (и их сочетания):

1)свойства обрабатываемого металла (структура, твердость,

пластичность);

2)состояние подвергающейся обкатыванию поверхности (чистота, волнистость, микротвердость);

3)схема обкатывания и конструкция приспособления;

4)конструкция и геометрия ролика, а также расположение его относительно заготовки;

5)режим обкатывания (давление, подача, скорость, число про­ ходов).

242