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

значительно меньшей, а удельное давление — соответственно боль­ шим, чем у ролика. Эта особенность позволяет применять метод обработки шариками при отделке и упрочнении малопрочных и не­ жестких деталей, используя конструктивно наиболее простые накатки одностороннего действия (фиг. 179, а) и не опасаясь неблагоприят­ ного влияния незначительных по величине радиальных усилий на под­ шипники шпинделя станка.

Основные факторы, определяющие технико-экономические пока­ затели процесса обкатывания шариками, те же, что и при обра-

Фиг. 181. Профилограммы поверхностей после точения (слева) и обкатывания шариком (справа): а — сталь 3X13; б — красная медь. Вертикальное увеличение 1000х; горизонтальное 50х.

ботке роликами: свойства обрабатываемого металла, состояние исходной поверхности и режим обкатывания.

Влияние физик о-м еханических свойств ме­

талла на условия и результаты обкатывания шариками такое же,

как при обработке роликами. Чем более тверд и менее пластичен обрабатываемый металл, тем большим должно быть усилие обкаты­ вания и тем труднее достичь улучшения микрогеометрии поверх­ ности (фиг. 173, а и б). В этом отношении характерны профилограммы,

снятые с поверхностей образцов из стали марки 3X13 и красной меди

(фиг. 181), предварительно проточенных и обкатанных шариком при одинаковых условиях.

При одном и том же давлении на предварительно более чисто проточенном образце из стали 3X13 (\7 7) после обкатывания получается 10-й класс чистоты, а на более грубо проточенном образце

из красной меди (\7 6) — 11-й класс.

Весьма существенно сказывается на степени улучшения микро­

геометрии при обкатывании и предварительная обра­ ботка. Не только высота шероховатостей исходной поверхности,

но и их шаг, и особенно такой трудно определяемый параметр

микрогеометрии, как опорная поверхность, в значительной мере

определяют выбор условий обработки (в первую очередь величину давления), обеспечивающих получение требуемой чистоты поверх­ ности и степени упрочнения.

Чем грубее обработка поверхности под обкатывание, тем легче вначале добиться резкого улучшения чистоты поверхности, —• напри­ мер, с 3-го до 7-го класса (за счет больших удельных давлений);

Исходная поверхность После накатывания

Фиг. 182. Соотношение высоты шероховатостей исходных и обкатанных шариком поверхностей.

однако дальнейшее улучшение микрогеометрии потребует прило­ жения к шарику значительных усилий, так как шероховатости боль­ шой высоты и шага (при точении) после сглаживания образуют поверхность с большой опорной площадью.

На фиг. 182 показаны различные соотношения высоты шерохо­

ватостей исходной поверхности и поверхности, получающейся после обкатывания шариком, за 1 проход при одном и том же давлении.

Так же, как при обкатывании роликом, наилучшие результаты при обработке шариком достигаются в том случае, когда исходная поверхность характеризуется равномерными по высоте шерохова­

тостями 5ч-6-го классов и отсутствием надиров, рисок и волнистости. В этом случае обкатанная поверхность получается однородной,

274

Фиг. 184. Зависимость чистоты поверхности от давления и подачи (я); зависи­ мость твердости поверхностного слоя от давления и подачи (6); зависимость твердости поверхностного слоя от давления и диаметра шарика (в).

Фиг. 185. Схема образования микронеровностей при обкатывании: а — роликом; б — шариком.

276

биения и люфтов в опорных подшипниках) скорость может быть доведена до 300 -н 500 м/мин, однако необходимо учитывать, что

сувеличением скорости обжатие несколько уменьшается (фиг. 186);

4)основным параметром режима обкатывания, наиболее суще­ ственно влияющим на качественные показатели процесса (улучшение

микрогеометрии, повышение твердости) является давление,

с увеличением которого до определенного для каждого металла зна­ чения чистота и микротвердость обрабатываемой поверхности повы­ шаются (фиг. 184, а, б, в и табл. 37);

5)ухудшение чистоты поверхности и разрушение поверхност­

ного слоя металла наступают тем раньше, чем больше величина давления, чем меньше диаметр шарика и подача (фиг. 184, бив);

6)с уменьшением диаметра шарика возрастают сте­

пень и глубина наклепа, улучшается микрогеометрия — при одном и том же нормальном давлении, за счет увеличения удельного давле­ ния; однако раньше наступает перенапряжение металла и его разру­ шение (фиг. 184, в);

7) эффективность отделки и упрочнения путем обкатывания шариком, а также экономичность этого процесса можно характери­

Эффект упрочнения, характеризующийся повышением предела

выносливости образцов из стали марки 45 диаметром 10,25 мм

в зависимости от давления шарика и, соответственно, глубины наклепанного слоя, иллюстрируется данными табл. 35 [73]. Теоре­ тический расчет этих зависимостей пока не дает достаточно точных для практики результатов. Поэтому оптимальные условия обкаты­ вания приходится устанавливать опытным путем. Исходными дан­ ными в этом случае могут служить рекомендации, приведенные в табл. 36, составленной нами по результатам экспериментальных

один и тот же класс чистоты (соответственно и микротвердость)

может быть достигнут при варьировании условий обработки.

Так, например, если по тем или иным причинам нельзя осущест­ вить обкатывание со значительными нормальными давлениями (вслед*

ствие недостаточной жесткости и прочности заготовки или ненадеж* ности ее крепления), требуемого улучшения микрогеометрии можно добиться, уменьшив диаметр шарика и его подачу, а соответ*

ственно и давление. Для достижения 9-го класса чистоты поверхности

на дуралюминовых кольцах со стенкой толщиной 1 мм (наружный

277

Таблица 33

Микротвердость образцов из нержавеющей стали после точения, шлифования и обкатывания шариком

Микротвердость в кг/мм?

Таблица 34

Улучшение качества поверхности углеродистых сталей при обкатывании шариками

278

Таблица 36

Режимы обкатывания шариками черных и цветных металлов (данные получены экспериментально)

Примечания: 1. В таблице приняты следующие обозначения: Нисх — исходная чистота поверхности; р — давление в кг', dM — диаметр шарика в мм; v — скорость накатывания в м/мин; s — подача в мм/об.

ю2. Условия обработки относятся к накатыванию наружных цилиндрических поверхностей одним шариком за один проход. 3. Условия обработки чугуна относятся к раскатыванию отверстий диаметром ПО мм двухшариковой раскаткой.

о

s — 0,06 мм/об). Однако тот же класс чистоты для более жестких колец или сплошных заготовок может быть получен в два раза про­ изводительнее при обкатывании шариком диаметром 8 мм, с давле­ нием 20 кг и подачей 0,12 мм/об. При этом исходная поверхность может быть на один класс грубее (V 6).

Таким образом, назначение режима обкатывания должно быть обусловлено как технологическими требованиями, так и соображе­ ниями экономики.

Для выявления точностных характеристик метода обкатывания шариком автором было проведено исследование с целью установить

Фиг. 186. Изменение формы и размеров заготовки при обкатывании шари­ ком с различной скоростью.

возможности применения данного метода обработки в точном маши­ ностроении и приборостроении, где высокое качество поверхности

деталей сочетается с высокой точностью.

В машиностроении обкатывание роликами и шариками приме­ няется в большинстве случаев как отделочно-упрочняющая опера­ ция, фактически не изменяющая форму и размеры заготовки, и чаще всего припуск на обкатывание не предусматривается. Причина этого кроется в больших полях допусков на обработку и относительно малой пластической деформации, в результате которой изменение размеров незначительно. При обработке же точных деталей, особенно

малых размеров, искажение формы и размеров в пределах несколь­ ких микрон в результате обкатывания роликом или шариком пол­ ностью исключило бы возможность практического использования

этих способов обработки. При чрезвычайно малых полях допусков незначительные по абсолютной величине изменения размеров могли бы привести к браку почти окончательно готовых деталей. Исследова­ ние точности при обкатывании производилось путем измерения диаметров цилиндрических заготовок в различных сечениях вдоль

одной образующей до и после обкатывания.

На фиг. 186 графически изображено изменение формы и размеров (в одном и том же сечении) заготовок из стали марки У10А диамет­ ром 40 мм в результате накатывания пружинящим шариком с раз­ личной скоростью. По горизонтали сверху отложены значения диаметров образцов в трех точках через каждые 120° (/, II, III)

280

до накатывания, а внизу — размеры в тех же трех точках (/', 1Г, III'} после накатывания.

Анализ графиков на фиг. 186 и результатов большого числа измерений, произведенных на образцах из различных материалов при разных условиях обкатывания шариком, позволяет сделать сле­ дующие выводы.

1. Метод обкатывания пружинящим шариком, основанный на упругом контакте шарика с обрабатываемой поверхностью, более совершенен, чем накатывание роликом и шариком при «жестком» их контакте с поверхностью заготовки — не только в отношении качества, но и по точности обработки. При упругом контакте траек­ тория перемещения шарика относительно заготовки полностью опре­ деляется формой исходной поверхности, предварительно с требуемой точностью обработанной точением или шлифованием. В результате этого исходная форма заготовки практически сохраняется неизмен­ ной, а уменьшение размера происходит равномерно как по перифе­ рии, так и вдоль оси заготовки; наблюдаемое иногда изменение

в центрах или в патроне, которое при «жестком» накатывании при­ водит к искажению формы и снижению однородности микрогеомет­ рии и микротвердости обрабатываемой поверхности, при обкатыва­ нии шариком почти не сказывается ни на качестве поверхности, ни на точности обработки.

3.Наибольшее влияние на изменение размера при обкатывании шариком оказывает давление: с увеличением давления степень обжа­ тия металла возрастает, с увеличением скорости обкатывания — несколько уменьшается (фиг. 186); соответственно изменяются и раз­ меры обрабатываемых заготовок.

4.При оптимальных в отношении качества поверхности условиях обработки среднее уменьшение диаметра стальных заготовок соста­

вляет: после первого прохода 10 15 мк, после второго и третьего проходов 3 -н 5 мк. Последующие проходы практически не влияют на изменение диаметра.

5; При одинаковых условиях обработки различных металлов

изменение размеров колеблется в значительных пределах (фиг. 187).

6. Обработка пружинящим шариком может быть применена как отделочный процесс, обеспечивающий точность 2-го и даже 1-го класса при условии предварительной обработки под обкатывание с точностью, соответствующей этим классам. Этот вывод был под­

твержден позднее практикой раскатывания точных отверстий шари­

ками (описано в последующем разделе).

Таким образом, если шлифование, хонингование, ручная и меха­ ническая доводка относятся к размерным процессам, обеспечиваю­ щим исправление формы и достижение требуемых размеров, а супер­ финиширование и полирование — к неразмерным процессам, то

обкатывание шариками и роликами следует отнести к «полуразмерным» отделочным методам обработки, обеспечивающим высокое

281

качество и эксплуатационные свойства обрабатываемых поверх­ ностей.

Область применения способа обкатывания шариками, как показал опыт последних лет, весьма широка.

Обработка наружных цилиндрических поверх­ ностей заготовок сравнительно небольшой длины производится чаще всего одношариковыми накатками типа показанной на фиг. 179, а.

Длинные валы или трубы производительнее обкатывать многошари­ ковыми накатками типа показанных на фиг. 179, виг.

/,о

| as

jaff I 0,5

Однако во всех этих случаях обкатывание осуществляется как самостоятельная дополнительная операция после предварительного точения или шлифования, что не всегда экономически целесо­ образно.

Проведенные испытания показали, что совмещение операций предварительной обработки точением с обкатыванием вполне воз­ можно и экономически весьма эффективно, особенно при обработке

длинных труб и валов. Одновременное точение и обкатывание может

быть осуществлено с помощью специальной несложной в изгото­ влении оправки, показанной на фиг. 188, а, или обычной одношари­ ковой накаткой по схеме, приведенной на фиг. 188, б.

Оправка (фиг. 188, а) состоит из корпуса 1, в прямоугольный паз хвостовика которого устанавливается резец 2; таким образом,

резец и корпус накатки одновременно закрепляются в резцедержа­ теле токарного станка. С противоположной стороны резца и обра­ батываемой заготовки 3 в утолщенной части корпуса 1 расточено отверстие, в которое с небольшим зазором входит втулка 5. Втулка имеет только продольное перемещение; за провертывание предотвра-

282