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

Не менее эффективно применение метода обкатывания для упроч­

нения и отделки зубьев зубчатых колес. Обкатывание может произ­ водиться одним, двумя или большим числом роликов.

Примером отделочной обработки может служить обкатывание

одним роликом глобоидального червяка руля [69 ] 1 по схеме, показанной на фиг. 174.

Фиг. 173. Способы обкатывания галтелей: а — роликом; б — шари­ ком; в — шариками, установленными в обойме.

Обкатывание производится на специально приспособленном для этой цели притирочном станке. Заготовка 1, получая принудительное вращение трением, вращает свободно сидящий на оси закаленный ролик 2, профиль и размеры кото­

рого соответствуют профилю и раз­ мерам канавки червяка. Под дейст­

вием постоянного груза стол станка с обрабатываемым червяком через

рычажную систему поджимается к ролику. Шпиндель станка вместе с заготовкой червяка совершает ре­

версивные повороты на 4004-500°,

с помощью реле времени в электросхеме приводного двигателя.

Такой способ отделки позволяет весьма производительно дости­ гать чистоты боковых поверхностей витка червяка, характеризуемой высотой шероховатостей Нср = $,1 -4- 1,5 мк (9-го класса). При этом

изменение размеров витка червяка характеризуется уменьшением

1 Опыт московского_автозавода им. Лихачева.

264

Фиг. 176. Схема двухроликового зубообкаточного

станка.

266

постоянное усилие, величина которого определяется положением рычагов, устанавливаемых до начала обкатывания с расчетом на обе­ спечение требуемой степени упруго-пластического вдавливания роли­ ков во впадину зуба (в данном случае эта величина составляла

2,5 мм). Шпиндель 3 с заготовкой 4 совершает возвратно-поступа­ тельное движение в вертикальной плоскости и периодически пово­ рачивается на один шаг. Эти перемещения осуществляются следую­ щим образом.

В отверстии полого шпинделя 3 находятся поршень 5 и шток 6,

состоящий из двух трубок, расположенных одна в другой.

Фиг. 177. Место разрушения шестерен (а):

литая, обкатанная роликом.

Взависимости от положения главного золотника 7 масло попадает

вверхнюю или нижнюю полость цилиндра, перемещая шпиндель

вверх или вниз. Положение главного золотника определяется поло­ жением шпинделя, который в конце каждого хода воздействует скрепленным с ним кулачком на рычаги вспомогательного золотника; последний устанавливает главный золотник в требуемое положение.

Этот же кулачок приводит в движение специальный рычажно­ храповой механизм, который осуществляет поворот шпинделя на вели­ чину шага. Обкатывание шестерен меньшего диаметра производится на том же станке с помощью специального приспособления.

Выбор профиля роликов производился из расчета охвата обка­ тыванием всей переходной поверхности, от ножки зуба к впадине (зоны максимальных изгибающих напряжений); один ролик обка­ тывал впадину зуба, другой — галтель.

Сцелью создания значительных по величине остаточных сжи­

мающих напряжений и большой глубины упрочненного слоя при­

267

При этом во впадинах зуба остаточная деформация распространялась на глубину 0,4 мм.

Проведенные сравнительные испытания литых и кованых обка­ танных и необкатанных шестерен дали следующие результаты:

1) приближение закаленного слоя металла шестерни к основанию зуба, так же как закалка торцов, не приводят к повышению уста­ лостной прочности шестерен;

2)при обкатывании роликами наибольший наклеп получается на галтелях;

3)образование усталостных трещин у шестерен с обкатанным зубом и соответственно разрушение начинаются не во впадине зуба (как у необкатанных), а выше упрочненной зоны, как показано на фиг. 177, а;

4)применение обкатывания значительно повышает предел выно­ сливости шестерен (фиг. 177, б) и в сочетании с наиболее просто

осуществляемой операцией закалки рабочих граней токами высокой

частоты является эффективным способом повышения прочности разного рода шестерен (а также других деталей сложной конфигу­ рации);

5)предел выносливости литых обкатанных роликом шестерен выше, чем у кованых.

Опыт эксплуатации тепловозов ТЭ-3 с пробегом 150 тыс. км подтверждает эффективность применения метода обкатывания роли­ ком с целью упрочнения шестерен.

Таким образом, обкатывание роликами цилиндрических, пло­ ских и профильных поверхностей является эффективным и доста­

точно универсальным средством отделочно-упрочняющей обработки

деталей машин.

21. Обкатывание наружных поверхностей шариками

Основным недостатком метода обкатывания роликами является проскальзывание ролика вдоль оси обрабатываемой заготовки вслед­ ствие возможности вращения ролика лишь в плоскости, перпенди­ кулярной оси. Применение приспособлений типа описанных ра­ нее [71 ], обеспечивающих возможность установки ролика под углом, малоэффективно, так как многообразие и сложная взаимосвязь факторов, от которых зависит величина угла разворота ролика

(свойства обрабатываемого металла, усилие обкатывания, профиль и размеры ролика, подача, диаметр заготовки и т. д.), весьма затруд­ няют определение оптимальных условий обкатывания.

Проскальзывание ролика и трение его об обрабатываемую поверх­ ность, вызывающие осевые нагрузки на ролик, приводят к необ­ ходимости работать с повышенными усилиями обкатывания, что ограничивает применение этого метода обработкой достаточно жест­ ких деталей или требует использования сложных двух- и трехроли­ ковых накатных устройств. Кроме того, сопровождающееся трением проскальзывание ролика приводит к повышению нагрева обрабаты­ ваемого металла, ухудшению чистоты поверхности и преждевремен­ ному разрушению поверхностного слоя металла.

268

Фиг. 179. Накатки: а — одношариковая с опорой шарика на два подшип­ ника; б—одношариковая с опорой шарика на один подшипник; в — трех­ шариковая; г — шестишариковая.

270

закрепляемого в суппорте токарного станка с двумя шариковыми

оправками, и откидного рычага 6 с одной шариковой оправкой. Шариковые оправки состоят из корпуса 8, шарикоподшипника 3, опирающегося на него шарика 1 и колпачка 2. После установки заготовки в шпиндель станка рычаг 6 накидывается на нее, и через пружину 5 гайкой 7 осуществляется и регулируется давление обка­ тывания.

Применение трехшариковых накаток целесообразно лишь при работе с большими давлениями и при обкатывании маложестких деталей типа осей и валов большой длины и малого сечения.

Многошариковые накатки (фиг. 179, г) еще не нашли широкого применения и испытаны лишь для отделки труб большой длины.

Накатка представляет собой конструкцию, выполненную в виде втулки 5, в которую вставлена обойма, состоящая из неподвижной стальной закаленной опоры 3 и подвижной опоры 1. Между ними

расположены шесть шариков 2 диаметром 25,4 мм. Шарики разде­ лены бронзовым сепаратором 4. Поворотом гайки 6 подвижная опора обоймы приближается к неподвижной, шарики сближаются к центру и диаметр обкатываемой ими поверхности уменьшается; таким образом регулируется давление обкатывания.

Накатка крепится в патроне или на планшайбе токарного станка

иполучает вращение от шпинделя станка, а заготовка, закрепленная

всуппорте, вместе с ним перемещается в продольном направлении.

Особенностью процесса обкатывания шари­ ками по сравнению с обкатыванием роликами являются: отсут­ ствие принудительной оси вращения шарика, самоустанавливаемость шарика относительно обрабатываемой поверхности и, как следствие,

отсутствие проскальзывания. Это создает лучшие условия пласти­ ческого деформирования металла, позволяет работать с меньшими

давлениями и достигать более высокой чистоты поверхности, отда­ ляет момент перенапряжения поверхностного слоя металла, сопро­

вождающегося его разрушением.

Как показали проведенные нами исследования, опасения о воз­ можности надламывания металла выступов гребешков исходной поверхности и закатывания металла во впадины в результате одно­

сторонней подачи шарика (или ролика) неосновательны.

Характер деформации микронеровностей при обкатывании шари­

ком и роликом иллюстрируется фиг. 180 (увеличение 50х), на которой показан профиль исходной поверхности образца из стали 45, про­ точенной резцом типа резьбового (угол при вершине 25°, подача

0,4 мм/об, глубина резания 0,5 мм), и той же поверхности, обка­ танной шариком и роликом при различном давлении Р. Как видно

из фигуры, под действием давления шарика и ролика металл высту­ пов микронеровностей «течет» равномерно во все стороны от места контакта с инструментом, заполняя впадины микропрофиля, в ре­ зультате чего в зависимости от величины давления в той или иной

271

степени улучшается микрогеометрия поверхности по схеме, пока­ занной на фиг. 150.

Такой характер деформации приводит не только к улучшению

чистоты поверхности, но (в сочетании с создаваемым наклепом и на­ пряжениями сжатия) способствует повышению эксплуатационных свойств (износостойкости, усталостной прочности) металла.

Сопоставление профилограмм поверхностей, обкатанных роли­ ком и шариком, показывает, что при одинаковых условиях обра-

Исходная поверхность

После накатывания шариком После накатывания роликом i \ I \ J \ Г\Р=10кг Г\ Г\ Г\ Г'

\Р=48кг

хР=82кг Р =95кг

Р=1Л0кг Р =180 кг Р=220 кг

Фиг. 180. Профиль поверхностей, обкатанных шариком и роликом при различном давлении Р.

ботки обкатывание шариком обеспечивает более высокую чистоту поверхности, т. е. один и тот же класс чистоты может быть получен обкатыванием шариком при значительно меньших давлениях, чем обкатыванием роликом. Это объясняется не только лучшими усло­ виями пластического деформирования металла (отсутствие про­ скальзывания шарика относительно обрабатываемой поверхности в направлении подачи), но и значительно большими удельными давле­ ниями, создаваемыми шариком по сравнению с роликом, при прочих равных условиях обкатывания. Поскольку в производственных усло­ виях применяются ролики значительно большего диаметра, чем шарики, площадь контакта шарика с обрабатываемой поверхностью при одинаковом нормальном давлении даже при обкатывании роли­ ком, радиус контура которго равен радиусу шарика, получается

272