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

При применении обкатывания с целью улучшения чистоты поверх­ ности припуск на обработку фактически равен высоте исходных шероховатостей, а диаметр заготовки уменьшается на величину,

равную удвоенной их высоте.

Схема обкатывания и конструкция накатных устройств. Обкаты­

вание может осуществляться одним, двумя или тремя роликами. Однороликовые накатки (фиг. 151), конструктивно весьма простые,

имеют существенный недостаток: значительное по величине одно­

стороннее радиальное усилие неблагоприятно воздействует на отдель­ ные узлы станка, вызывая их быстрый износ. При обработке мало­ жестких деталей давление ролика приводит к деформации заготовки, в результате чего снижается точность обработки.

Двух- и трехроликовые накатки не имеют указанных недостатков и более производительны, однако конструктивно сложнее. Н иболее совершенны трехроликовые накатные устройства, выполняемые механическими или гидравлическими.

На фиг. 152 показано трехроликовое накатное устройство меха­ нического действия, применяемое для обработки валов малого диа­ метра и большой длины, а на фиг. 153 — трехроликовое устройство гидравлического действия, спроектированное специально для упроч­ няющей обкатки штоков молотов.

Почти во всех случаях конструкцией накатных приспособлений предусматривается «нежесткий» пружинный контакт между роли­ ками и заготовкой, обеспечивающий наиболее равномерное усилие

обкатывания по всей обрабатываемой поверхности даже при нали­ чии отклонений от правильной геометрической формы, волнистости и биения вследствие неправильной установки заготовки на станке. При «жестком» контакте все эти дефекты, так же, как неравномерная

твердость металла заготовки (включения, прижоги и т. п.), приводят

к различному по степени и глубине упрочнению и неравномерному сглаживанию шероховатостей поверхности на различных ее участках.

В качестве примера конструктивного оформления на фиг. 154, а

показан чертеж однороликовой \ а на фиг. 154, б — трехроликовой накатки. 2 Оба накатных устройства предназначены для токарного станка; однороликовое закрепляется в суппорте, а трехроликовое,

смонтированное на специальных салазках, устанавливается на напра­

вляющих станка взамен суппорта или рядом с ним. У трехроликовой накатки предусмотрена возможность самоцентрирования и покачи­ вания ее с целью установки роликов по центру относительно заго­ товки.

Трехроликовая накатка имеет следующее устройство. Два накат­ ных ролика 2 (фиг. 154, б) закреплены в корытообразной нижней части корпуса 1, а третий ролик 3 установлен на коромысле 4,

которое с помощью пальца 6 соединяется с нижней частью корпуса.

Такое соединение обеспечивает возможность покачивания всего приспособления. Вращением винта 5 ролик 4 поджимается к обра-

1 Конструкция ленинградского завода «Электросила» им. С. М. Кирова. г Применяется фирмой Крупп (ФРГ).

245

I

I a)

Фиг. 154. Однороликовая накатка (а); трехроликовое накатное устройство (б).

Геометрия накатных роликов. Существенное влияние на все показатели процесса обкатывания (как чистового, так и упрочняю­

щего) оказывает геометрия рабочей части роликов.

Три основных варианта геометрии роликов, нашедших наиболее

ки а ролика определяются величи­ ной давления при накатывании и жесткостью обрабатываемой детали;

продольно перемещаемым роликом. Каплевид­ ную форму отпечатка можно получить при работе роликом, пока­ занным на фиг. 157, у которого на рабочем участке длиной 6 мм

сделан уклон в 5 мк, или же разворотом ролика с цилиндрическим

пояском относительно оси заготовки (фиг. 156).

На фиг. 158 показан график зависимости высоты продольных и поперечных шероховатостей от угла установки ролика при обка­ тывании заготовок из стали 50, а также изменения формы отпечатка от угла установки. Как видно из графика, оптимальным является

248

Фиг. 157. Профиль накатного ролика, создающего каплевидный

отпечаток на обрабатываемой поверхности.

Фиг. 158. Зависимость чистоты поверхности при обкатывании от взаиморасположения ролика и заготовки:

1 — поперечная шероховатость; 2 — продольная шеро­ ховатость.

Фиг. 159. Однороликовая накатка с регулируемой установкой ролика.

249

угол 0°26'. Форма отпечатка выбирается также в зависимости от свойств обрабатываемого металла: отпечаток формы укороченной

капли устанавливается для обкатывания твердых материалов, удли­ ненной — для обкатывания мягких.

На фиг. 159 показана однороликовая накатка с регулируемой установкой ролика относительно оси заготовки. Ролик 2 смонти­ рован на двухрядном шарикоподшипнике 3, установленном на оси 4. Ось вставлена в эксцентрично (с перекосом) расположенное отвер­ стие буксы 5. Поворотом буксы относительно корпуса 1, на котором

нанесены отсчетные деления 6, можно изменять угол наклона ролика.

Такая конструкция роликовой накатки позволяет, используя один и тот же ролик, обкатывать различные металлы и менять условия

обработки.

Режим обкатывания. Режим обкатывания влияет на качествен­ ные и экономические показатели процесса. От выбранных значений давления, подачи, скорости обкатывания и числа проходов зависят как производительность процесса, так и чистота поверхности, сте­ пень и глубина наклепа, величина напряжений, а следовательно, и эксплуатационные свойства обрабатываемых деталей. Основным параметром режима, наиболее существенно влияющим на технико­ экономические показатели обкатывания роликами, является давле­ ние. Выбор оптимальной величины давления до настоящего времени производится опытным путем в лабораторных или цеховых условиях. Нормальное давление обкатывания определяют в кг, а удельное, отнесенное к единице эффективной ширины ролика, — в кг/мм. В накатных устройствах механического действия требуемое давление устанавливается с помощью тарированных пружин или динамометров,

а в гидравлических приспособлениях — манометрами или специаль­ ными измерительными приспособлениями.

При отделочном обкатывании величина давления должна выби­ раться минимальная, при которой достигается требуемая чистота поверхности, а при упрочняющем — минимальная, при которой

обеспечивается требуемое упрочнение, характеризуемое степенью и глубиной наклепа и величиной напряжений, создаваемых в поверх­ ностном слое обрабатываемого металла.

Во всех случаях чрезмерно большое давление, даже если оно не приводит к перенапряжению и разрушению металла, неблаго­ приятно сказывается на станке, накатном приспособлении, ролике и может привести к деформации заготовки.

Можно установить следующие качественные зависимости между величиной давления и различными условиями процесса обкаты­ вания. Требуемое давление обкатывания тем больше, чем более

тверд и менее пластичен обрабатываемый металл, чем грубее исход­ ная поверхность и выше требования к отделке, чем больше радиус или ширина плоской площадки накатного ролика, чем меньше допустимых проходов. С повышением давления до некоторой, опре­

деленной для данного металла и данных условий обкатывания вели­

чины улучшается микрогеометрия и повышается упрочнение поверх­ ности, что приводит к улучшению ее служебных свойств, Определение

250

предельной величины давления, превышение которой приводит к разупрочнению поверхности — необходимая и весьма ответствен­ ная задача, особенно когда обкатыванием обрабатываются детали

Расстояние от поверхностным

и усталостной прочности — от величины давления и радиуса контура накатного ролика [62; 60].

251

Анализ приведенных на графиках зависимостей, так же как результаты ранее проведенных исследований [8; 9; 63; 64], показы­ вают, что обкатывание роликами — эффективный способ улучшения всех характеристик качества поверхности деталей машин.

Как видно из графиков на фиг. 160 и 161, вначале с увеличе­ нием давления чистота поверхности резко улучшается; при этом, чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем более высокая достигается чистота поверхности. Начиная с определенной величины давления, улучшение чистоты поверхности становится малоощутимым и микрогеометрия может даже ухудшаться за счет разрушения

поверхностного слоя металла.

В отдельных случаях при упрочняющем обкатывании, когда необходимо достичь значительного по глубине наклепа, распростра­ няющегося на 5ч-7 мм и более от поверхности, пренебрегают раз­

нии интересен опыт Харьковского завода транспортного машино­ строения по упрочняющему обкатыванию штоков крупных молотов и шеек осей тепловозов [62].

Штоки штамповочных молотов, работающие в тяжелых условиях при воздействии изгибающих переменных напряжений и динами­ ческих нагрузок, имели весьма короткий срок службы, исчисляв­ шийся неделями и даже днями. Разрушение штоков обычно проис­ ходило в месте их сопряжения с бабой на уровне верхнего торца. Вид излома свидетельствовал об усталостном характере разрушения.

Штоки изготовляются из стали марки 45ХН и после термиче­ ской обработки имеют твердость НВ = 241ч-285. С целью повы­

шения износостойкости штоки шести- и десятитонных молотов начали

подвергать обкатыванию в трехроликовом гидравлическом приспо­ соблении, устанавливаемом на токарном станке (фиг. 153). Накаты­

ванию подвергаются конусная посадочная часть и переходный уча­

сток цилиндрической поверхности на длине 500 мм. Эксперимен­ тально установлен следующий режим накатывания: давление 3300 ч- ч- 4400 кг, подача 0,4 мм/об, число оборотов заготовки штока в ми­ нуту 45, число проходов 1, радиус рабочей части профиля ролика 15 мм, диаметр ролика 110 мм. При таком режиме глубина наклепа составляла 6 ч 7 мм, а твердость поверхностного слоя металла повысилась на 50 единиц по Виккерсу. Уменьшение диаметра штока

достигло 0,05 ч- 0,1 мм. В результате обкатывания стойкость штоков

повышается в 2,5 ч- 22 раза.

Создание наклепа на большую глубину осуществляется за счет приложения к роликам больших усилий и повторных проходов. При этом самые верхние слои металла деформируются — разрых­ ляются. Распределение твердости по глубине поверхностного слоя металла в штоке при различном давлении обкатывания иллюстри­ руется графиком на фиг. 162. Удаление перенаклепанного слоя металла производится шлифованием. Обкатывание не только повы­

сило стойкость штоков, но и снизило затраты на их изготов­ ление.

252