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

При указанных выше условиях обработки достигается чистота поверхности 9 -н 10-го классов и высокая ее стабильность. Коле­ бания высоты микронеровностей не превышают 0,002 мм, что гово^

рит о большой опорной поверхности, способствующей повышению из носостойкости.

Отклонения формы отверстия (овальность, конусность, бочко-

образность,-корсетность) не выходят за пределы 2-го класса точности. Выдерживается также прямолинейность образующей отверстия. Увеличение размера отверстия по сравнению с исходным не превы­ шало 5 :-6 мк, что практически позволяет не предусматривать припуска на раскатывание.

Хорошие результаты были получены при испытании раскаты­ вания шариками (вместо применяемого шлифования) и чугунных цилиндров.1 Испытания показали возможность достижения 9-н 10-го класса чистоты поверхности после предварительного чистового растачивания (по 7 -н 8-му классу). Условия раскатывания такие же, как и при обработке стальных деталей, но давление еще меньше (около 15 кг). Экспериментально установлены следующие условия раскатывания отверстия в чугунной отливке с чистотой по 8-му классу; исходная чистота поверхности — 5 -н 6-й класс; давление — 15 кг; скорость раскатывания — 90 м/мин; подача — 0,35 мм/об; число проходов— 1; диаметр шарика— 11 мм.

Машинное время раскатывания цилиндра при длине его 100 мм

и диаметре отверстия 101,6 мм не превышает 1,0 мин.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что при обработке чугуна пластическим деформированием несколько повышается поверхностная твердость, улучшаются условия работы на трение, повышается сопротивление износу.

Проведенные сравнительные испытания работы цилиндров пнев­ матических двигателей со шлифованными и раскатанными отвер­ стиями в течение 200 часов показали их хорошие эксплуатацион­ ные свойства. Особым достоинством методов обработки пластическим деформированием таких деталей, как цилиндры, является отсут­ ствие шаржирования в поверхностный слой металла твердых абра­ зивных частиц, которое имеет место при абразивной обработке шли­

фованием, доводкой, зачисткой и приводит.к ускоренному износу сопрягаемых с цилиндром деталей (поршневых колец, резиновых манжет).

Другие конструктивные варианты шариковых раскаток, при­ меняемых для отделки отверстий как большего, так и меньшего диаметра, приведены на фиг; 195 и 196. На фиг. 195 показана двух­

шариковая раскатка, применяемая при обработке отверстий диа­

метром 300 мм в стальных пневмоцилиндрах к станку С445 для резки арматуры 21 (материал цилиндров — сталь 35 в состоянии поставки,

2 Разработана и внедрена на Ленинградском заводе строительных машин.

293

Каждый из шариков 2 диаметром 20 мм опирается на пару шарикоподшипников 3, установленных в колодках 4. Шарики удер­

живаются в требуемом положении латунными сепараторами 1,

прикрепленными к колодкам 4 винтами 5.

Оригинальным в конструкции описываемой раскатки является способ осуществления упругого контакта шариков с обрабатывае­ мой поверхностью и регулирования давления на шарики.

Вставленные в сборный корпус 7 с хвостовиком 6 колодки с шари­

ками и подшипниками опираются своей хвостовой частью на рези-

Фиг. 195. Многошариковые раскатки для обработки отверстий диаметром 300 мм.

новые прокладки 9 и клинья 10. Клинья 10 распираются в обе стороны центральным клином 8 с помощью винта 12 и гайки И, опирающейся

через шайбу на корпус 7. Достоинством такой конструкции является возможность регулирования давления непосредственно в процессе обработки раскатыванием. Принятый режим обработки отверстия

диаметром 300 мм: число оборотов заготовки 96 в минуту, подача

0,2 мм/об.

За два прохода микрогеометрия поверхности отверстия улуч­ шилась до 8ч-9-го классов; поверхность приобрела зеркальный вид.

Достижение такой чистоты поверхности отверстий большого диа­

метра в деталях из конструкционной стали в состоянии поставки

путем обработки резанием практически неосуществимо.

294

На фиг. 196 сверху показана двухшариковая раскатка для чистовой обработки отверстий диаметром 50А и длиной 800 мм

вгидроцилиндре (сталь 45) плоскошлифовального станка.1 Раскатка состоит из корпуса 7, навинчиваемого на скалку,

установленную в револьверной головке станка, шарнирно закреплен­ ного в корпусе наконечника 1 и также шарнирно закрепленного на наконечнике рычага 6. Верхний шарик 4 вращается (от трения о заготовку) на двух шарикоподшипниках 9, которые установлены на осях, запрессованных в рычаге 6. Нижний шарик 12 вращается на двух таких же подшипниках 11, установленных в наконечнике 1. Давление шариков на стенки обрабатываемой заготовки осуще­ ствляется спиральной пружиной 2, сжимаемой винтом 3. Поворот рычага 6 с шариком под действием пружины ограничен винтом 5. Выпадение шариков предотвращается латунными сепараторами 10,

классам чистоты) раскатывается за один проход при следующем режиме: скорость раскатывания около 80 м/мин, подача 0,2 мм/об, давление 30н-40 кг, диаметр шарика 11 мм. При этих условиях за один проход достигается улучшение чистоты поверхности на два-

три класса по сравнению с исходной.

в шайбу 7, вторая свободно скользит по оправке и находится под постоянным воздействием пружины 5. Три шарика 3, являющиеся рабочим инструментом, от трения о поверхность заготовки вращаются катясь по образующим конусов втулок 2. Угловое расстояние между шариками (120°) обеспечивается сепаратором 8, удерживающим шарики от выпадания, когда раскатка находится в нерабочем

положении. Давление шариков на обрабатываемую поверхность

Раскатка может быть использована на сверлильных, токарных, расточных и фрезерных станках. Испытания ее, в частности, при обработке чугунных (СЧ18-36) и стальных (сталь 45) образцов дали следующие результаты. При раскатывании отверстий диамет­ ром 22 мм в чугунных образцах (давление 60 кг-, подача 0,04 мм/об',

число оборотов 600 в мин.; число проходов 1; смазка веретенным маслом) достигалась чистота поверхности 10 11-го классов [77]. При обработке таких же отверстий в образцах из стали 45 были получены аналогичные результаты; пришлось лишь увеличить давление с 60 до 80 кг.

1 Спроектирована и испытана на ленинградском станкостроительном заводе «Ильич».

296

Фактором, наиболее существенно влияющим на выбор вели­ чины давления (особенно при обработке чугуна), как и при обработке наружных поверхностей, является чистота поверхности

(фиг. 197).

Максимальная эффективность раскатывания в отношении степени улучшения микрогеометрии получается при обработке предвари­ тельно грубо расточенных или развернутых отверстий (4 -н 5-й классы). Однако наиболее высокая чистота поверхности достигается

при отделке отверстий, предварительно чисто обработанных

(7 -н 8-й классы).

Во всех случаях при правильном ведении процесса раскатывания форма исходного отверст как в осевом, так и в радиальном

направлении не искажается.

Исходными для выбора режима раскатывания могут служить данные, приведен­ ные в табл. 36.

Основные рекомендации, которые должны быть учтены при освоении этого нового

состояния поверхности шариков и опорных поверхностей подшипников;

3)биение опор (шарикоподшипников, конусных втулок и т. п.) должно быть минимальным;

4)сепаратор должен быть изготовлен из бронзы;

5)выбранный режим обкатывания или раскатывания должен быть проверен опытным путем;

6)необходимо стремиться производить обработку при мини­ мальных давлениях, необходимых для достижения требуемой чистоты

поверхности, степени и глубины наклепа;

7)малопрочные детали должны обкатываться шариками малого диаметра при соответственно малых давлениях и подачах; высоко­ прочные и жесткие детали необходимо обрабатывать шариками возможно большего диаметра при соответственно больших давле­ ниях и подачах;

8)число проходов свыше двух нецелесообразно;

9)при качественном выполнении накаток и раскаток и надеж­ ном закреплении заготовки скорость обкатывания можно доводить

до 300 -н 400 м/мин-,

10)во всех случаях необходимо работать со смазкой;

297

11) когда обработка шариками производится с целью отделки или упрочнения деталей, работающих в тяжелых эксплуатацион­ ных условиях (износ-трения, знакопеременные циклические нагрузки, воздействие коррозионных сред), необходимо произво­ дить испытание деталей, обкатанных шариками (или роликами),

на износ, усталостную прочность, коррозионную стойкость и т. д.

Необходимо учитывать, что разупрочнение поверхностного слоя

металла в результате неправильного ведения процесса пластиче­ ского деформирования (чрезмерно большое давление или число проходов, слишком малая подача и т. п.) может произойти до появле­ ния внешних признаков разрушения поверхностных слоев металла (шелушения). Экспериментальная проверка эффекта упрочнения

должна производиться еще и потому, что степень упрочнения зависит не только от технологических, но и от таких факторов, как абсолют­ ные размеры обрабатываемых' деталей, механические свойства

металла, распределение рабочих напряжений, связанное с видом напряженного состояния, концентрацией напряжений и т. д.

23. Упрочнение дробеструйной обработкой, динамическим

наклепом, шариками и бойками

Помимо рассмотренных в предыдущем параграфе способов обра­ ботки металлов пластическим деформированием, применяемых с целью отделки или отделки в сочетании с упрочнением, все более

широкое применение в промышленности начинают получать чисто

упрочняющие методы обработки — такие, как дробеструйный наклеп, динамический наклеп шариками и бойками. Все эти методы упрочнения отличаются от ранее рассмотренных ударным действием инструмента на обрабатываемую поверхность.

Так же, как при обкатывании роликами, и шариками, основным

фактором, определяющим эффект упрочнения при дробеструйной обработке и наклепе шариками и бойками, является распределение механических свойств и остаточных и рабочих напряжений по сече­ нию детали.

Динамический характер воздействия инструмента на обраба­ тываемый металл, малые поверхности их контакта, а соответственно и большие удельные давления позволяют создавать весьма значи­ тельные по величине напряжения сжатия и наклеп, распространяю­

щийся на большую глубину.

Положительное влияние остаточных напряжений сжатия и на­ клепа, в частности на предел выносливости (при асимметричном цикле), объясняется тем, что наложение средних сжимающих напряжений цикла (остаточные напряжения сжатия на поверхности) на пере­ менные рабочие напряжения приводит к повышению предельной амплитуды цикла, причем тем больше, чем более твердым и хруп­ ким является поверхностный слой [78, 79; 80].

Дробеструйная обработка. Сущность процесса дробеструйной обработки заключается в том, что деталь, прошедшая полностью механическую и термическую обработку, подвергается действию

298

С повышением степени наклепа и твердости металл теряет свои пластические свойства. Слишком интенсивный наклеп способствует появлению микроскопических трещин, которые могут понизить усталостную прочность металла.

При наклепе часть энергии, затрачиваемой на пластическую деформацию, аккумулируется металлом и не выделяется в виде тепла. Исследования [8] показывают, что именно за счет той доли поглощенной энергии, которая затрачивается на деформацию решетки в масштабе атома, и благодаря внутренним напряжениям, появление которых связано с этими искажениями, повышается

сопротивление металла пластической деформации. Напряжения

второго рода, связанные с деформацией решетки на более значитель­ ных по величине участках и имеющие зоны влияния, охватывающие

все зерно, служат причиной анизотропии свойств наклепанного

металла, а также появления в нем микроскопических трещин.

Вредное влияние этих трещин особенно заметно проявляется при больших степенях пластической деформации не только при дробе­

что определяется универсальностью и высокими технико-экономи­ ческими показателями этого метода упрочнения. Возможность упроч­

нения самых разнообразных по форме и размерам деталей, включая и детали сложной формы, обработка которых методами резания

и давления затруднительна, высокая производительность, сравни­ тельная простота используемого оборудования в сочетании с высокой эффективностью упрочнения предопределили быстрое развитие и широкое применение метода дробеструйного наклепа в различных отраслях промышленности.

Данные табл. 37 [8] свидетельствуют как об универсальности дробеструйной обработки, так и о высокой степени достигаемого упрочнения. Исследования и опыт работы последних лет свидетель­ ствуют также о возможности успешного применения дробеструй­ ной обработки с целью повышения предела выносливости буровых

штанг, венцов дисков и лопаток турбин, полуосей заднего моста автомобилей, пуансонов и матриц штапмов [78], зубчатых колес [82], внутренних колец подшипников, торсионных валов [83],

сварных швов [85].

Особо эффективной оказалась дробеструйная обработка автомо­

бильных рессор, наклепанных в напряженном состоянии; их долго­ вечность повысилась в 8-:14 раз [84].

По ГОСТ 1452—53 дробеструйная обработка винтовых пружин

ударно-тяговых приборов и тележек подвижного состава желез­ ных дорог предусматривается как обязательная операция; при ее

300

Таблица 37

Результаты стендовых испытаний упрочненных дробью деталей

Увеличение

применении гарантийный срок увеличивается с 1 года до 3 лет. Проч­ ность наклепанных дробью зубчатых колес повышается на 20 -н35%. На Горьковском автозаводе дробеструйная обработка зубчатых колес коробок передач автомобиля М-20 повысила их долговечность более чем в 10 раз [86].

Проведенные на Челябинском тракторном заводе испытания крупногабаритных колес, предварительно подвергнутых поверх­

ность внутренних колец подвергалась дробеструйной обработке, выявили повышение долговечности в 2,3 н- 2,4 раза.

Весьма значителен эффект упрочнения торсионных валов, пре­ дел выносливости которых в результате дробеструйного наклепа

повышается на 75%, а долговечность — в десятки раз [83]. Приведенные данные наглядно иллюстрируют большие возмож­

ности широкого применения дробеструйной обработки для упрочне­ ния многих деталей в различных отраслях промышленности.

В тех случаях, когда дробеструйная обработка неосуществима

(высокие требования к чистоте поверхности, малые габариты дета­ лей, отсутствие дробеметных устройств и т. п.), могут быть приме­

нены, помимо ранее рассмотренных методов упрочнения накаты­ ванием роликами и шариками, такие упрочняющие процессы, как динамический наклеп шариками или специальными бойками. Эти способы упрочнения поверхностей еще не нашли широкого приме­ нения, однако проведенные исследования и испытания, а также

301

некоторый опыт промышленного применения свидетельствуют о воз­ можности и целесообразности их использования для обработки некоторых деталей машин.

Динамический наклеп шариками. Этот метод основан на прин­

ципе динамического удара шариков об обрабатываемую поверх­ ность, причем для удара используется центробежная сила шари­ ков, свободно сидящих в концентрично расположенных отвер­ стиях быстро вращающегося диска, закрепляемого на шпинделе шлифовального или другого металлообрабатывающего станка.

Принципиальная схема обработки наружной цилиндрической поверхности показана на фиг. 199, а, а конструкция шарикового упрочнителя — на фиг. 199, б. При внедрении в производство метода упрочнения поверхностей шариками особое внимание должно быть уделено конструкции и изготовлению упрочнителя. Некоторые его детали, и в первую очередь сепаратор, подвергаются большому ударному воздействию шариков, приводящему к быстрому износу и выходу из строя упрочнителя. Экспериментальная работа, прове­ денная с целью выявления рациональной конструкции инструмента, привела к созданию упрочнителя, показанного на фиг. 199, б [88] К

Выявилась также необходимость применения сепараторов различ­ ной конструкции в зависимости от величины натяга и соответственно

энергии ударов, с которыми производится обработка (фиг. 199, в и г).

Весьма ответственными деталями упрочнителя оказались отража­

тели, изготовляемые из стали марки ШХ-15 или 9ХС и закаливае­ мые до твердости RC — 56 н- 60. Корпус упрочнителя изготовляется

по сравнению с исходной и упрочняет поверхностный слой металла.

в большинстве случаев может не учитываться. Не требуется и спе­ циального припуска на обработку путем наклепывания шариком.

Описанный метод повышения усталостной прочности деталей успешно применен на Киевском мотоциклетном заводе для упроч­

нения деталей мотоцикла: торсионного вала, оси колеса коляски и полуоси колес.

Для внедрения метода наклепа шариками рабочие поверхности вала и осей с целью устранения очагов возникновения усталостных

трещин тонко шлифовались и полировались до 9 -н 10-го класса

чистоты. Наклепывание шариками производилось после шлифо­ вания по 7-му классу чистоты.

Сравнительные испытания на усталостную прочность полиро­ ванных, наклепанных дробью и наклепанных шариками деталей

302