metod416

19 Лабораторная работа № 19

Изучение металлосберегающей технологии радиального обжатия и накатки

19.1 Цель работы

19.1.1 Изучить технологические возможности и область применения радиального обжатия и накатки;

19.1.2 Ознакомиться с устройством и работой применяемого оборудования и инструмента.

19.2 Основные сведения

19.2.1 Радиальное обжатие

Сущность процесса радиального обжатия состоит в пластическом деформировании осесимметричной заготовки путем приложения пульсирующей нагрузки со стороны двух или более бойков, в результате чего площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, а ее длина увеличивается. После каждого обжатия заготовку перемещают вдоль ее оси на определенную величину, называемую подачей.

В качестве оборудования применяют ротационно-обжимные и ради- ально-обжимные машины. На ротационно-обжимных машинах происходит вращение (ротация) бойков вокруг оси круглой заготовки (рисунок 19.1), а на радиально-обжимных бойки не вращаются (рисунок 19.2).

1 – обойма, 2 – шпиндель, 3 – ролики обоймы, 4 – ролики ползунов, 5 – ползуны, 6 – штампы

Рисунок 19.1 – Схема работы ротационно-ковочной машины

Радиальное обжатие осуществляют с нагревом или без нагрева заготовки. Характер деформирования близок к всестороннему сжатию, поэтому радиальному обжатию можно подвергать труднодеформируемые малопластич-

231

ные материалы (инструментальные стали). При относительно малой деформации от единичного обжатия заготовка не может иметь достаточно высокую суммарную степень деформации за весь цикл обжатия.

1 – заготовка; 2 – бойки

Рисунок 19.2 – Схема радиального обжатия

По сравнению с обработкой резанием метод радиального обжатия имеет следующие преимущества: более высокая ( в 3 - 10 раз) производительность, существенная (до 30 – 60 %) экономия металлов, высокая точность обработки (7 - 9 квалитеты) и низкая шероховатость поверхности (Ra = 1,25 - 0,63 мкм).

Как недостаток следует отметить высокий уровень производственного шума при работе ротационно-обжимных машин. Указанный недостаток устранён у радиально-обжимных машин. Холодное обжатие на ротационнообжимных машинах применяют для обработки прутков диаметром до 60 мм и полых заготовок диаметром до 150 мм. На небольших машинах обрабатывают такие миниатюрные детали, как например, швейные иглы диаметром 0,3 мм, а на крупных – стальные трубы диаметром до 320 мм и сплошные ступенчатые валы диаметров до 250 мм.

Таким образом, радиальное обжатие является прогрессивным металлосберегающим способом серийного изготовления ступенчатых валов, получения шлицев, резьбы, деталей со сложной конфигурацией полости, выполнения некоторых сборочных операций (закрепление троса в наконечнике, соединение трубок и т.д.). Типовые детали, полученные обжатием, изображены на рисунке 19.3.

В комплект инструмента обжимных машин входят бойки и применяемые для получения полых изделий оправки. Материалом для изготовления бойков и оправок служат инструментальные стали (У10, ХВГ, Х12Ф1) и твердые сплавы (ВК15, ВК20).

232

l KВ = l0 ,

(19.4)

где l - длина обжатого участка поковки (задается чертежом), l0 - длина обжимного участка исходной заготовки.

19.2.2 Накатка

Накаткой называется непрерывная обработка заготовки поверхностным пластическим деформированием для образования резьбы, рифлений, шлицев, зубьев и других профилей при помощи плоского или круглого накатного инструмента. В современном машиностроении и других отраслях промышленности соединения деталей в большинстве случаев выполняют разъёмными с помощью резьбы.

Сущность метода накатки резьбы заключается в том, что она образуется в результате пластической деформации вращающейся вокруг своей оси цилиндрической заготовки при ее радиальном обжатии резьбонакатными инструментами, имеющими негативный профиль резьбы.

Процесс накатки резьбы имеет ряд преимуществ по сравнению с изготовлением ее резанием: а) при резьбонарезании волокна металла неизбежно перерезаются, а при накатке они изгибаются, повторяя контур профиля резьбы, обеспечивают оптимальную макроструктуру (рисунок 19.4); б) образующийся при накатке наклеп поверхностного слоя в сочетании с волокнистой макроструктурой обеспечивает более высокую (на 24 – 40 %) прочность резьбы на срез и повышение в 1,5 - 3 раза усталостной прочности деталей с накатанной резьбой; повышенную прочность и износостойкость.

Рисунок 19.4 – Характер расположения волокон металла (ВМ) при нарезании (а) и накатке (б) резьбы

Качество накатанной резьбы во многом определяется правильным выбором марки материала и диаметра заготовки, необходимой шероховатости ее поверхности. При накатке резьбы треугольного профиля номинальный диаметр заготовки d0 можно определять по формуле

234

(19.5)

где р – шаг резьбы, мм;

d, d2 – соответственно наружный и средний диаметры резьбы, мм. Наиболее пригодными при накатке резьбы материалами являются углеродистые стали марок 25, 40, 45, низколегированные стали 40Х, 40ХН, не-

ржавеющие стали и цветные металлы.

Наибольшее распространение получила схема накатки резьб двумя приводными роликами при радиальной подаче одного из них (рисунок 19.5). Схему применяют для получения метрической резьбы повышенной точности диаметром 3 - 68 мм с шагом 0,5 - 6,0 мм и длиной 100 - 120 мм.

а – плоскими плашками; б – двумя роликами; в – роликом и сегментной плашкой

1 и 3 – накатные ролики; 2 – заготовка; 4 – ножевая опора

Рисунок 19.5 – Схема накатки резьбы

Заготовка 2 перед накаткой устанавливается на ножевой опоре 4. Ролики 1 и 3 имеют равный диаметр и принудительно вращаются в одном направлении, причем ролик 3 при своем вращении получает радиальную подачу и прижимает заготовку к ролику 1. Оси накатных роликов и заготовки параллельны и лежат в одной плоскости. Резьба накатных роликов вдавливается в заготовку и оставляет на ней негативный отпечаток.

Резьба роликов: для правых резьб – левая многозаходная, для левых резьб – правая многозаходная. При достижении требуемой глубины резьбового отпечатка ролик 3 после небольшой выдержки быстро отводится в первоначальное положение. Готовая деталь удаляется и вводится следующая заготовка.

Резьбонакатные ролики изготовляют из стали марок Х12М, Х6ВФ и др. Число заходов резьбы роликов составляет Кр = 2 - 52; большее число заходов соответствует меньшим диаметрам резьб и меньшим шагам.

235

Наружный диаметр роликов Dн для метрических резьб рекомендуется рассчитывать по формуле

Частоту вращения роликов nр определяют по формуле

где скорость накатки vнак в зависимости от материала заготовки составляет, м/с: для латуни 1,7 – 2 (100 – 120 м/мин), стали средней твердости

0,7 – 1 (40 – 60 м/мин).

19.3 Описание лабораторного оборудования

19.3.1 Ротационно-обжимная машина модели В-203

Основными сборочными единицами машины являются рабочая головка с механизмом обжатия, чугунный корпус (станина) и привод. Механизм обжатия имеет пустотелый шпиндель с направляющим пазом для двух бойков и двух ползунов. Головка шпинделя охватывается соосным с ним сепаратором, в гнездах которого установлены 12 штук цилиндрических роликов. Для предохранения бойков от выпадения механизм обжатия закрывается водоохлаждаемой заслонкой, удерживаемой во время работы защелкой. Сепаратор, ползуны, ролики, бойки и заготовка омываются и охлаждаются машинным маслом, подаваемым от шестеренного насоса через шпиндель.

Техническая характеристика ротационно-обжимной машины модели В-203:

продольные размеры диаметра исходной заготовки ………………………..............7,3 - 17,5мм

число бойков………………………………...............2 шт ход бойков…………………………………...............1 мм частота вращения шпинделя……………….............550 мин-1

установленная мощность электропривода ………..I x 2,8 кВт

19.3.2 Резьбонакатный полуавтомат модели РНП – 1

В соответствии с технологией накатки резьбы полуавтомат состоит из двух органов: механизма, обеспечивающего вращение накатных роликов в одном направлении, и копирного устройства, создающего усилие накатки, необходимое для пластической деформации заготовки и образования на ней резьбы (рисунок 19.6).

Технические характеристики полуавтомата РНП-1:

236

диаметр накатываемой резьбы ……………………………..5 - 33 мм шаг накатываемой резьбы ………………………………….0,5 - 3,5 мм наибольшая длина резьбы:

при диаметре 33 мм………………………………...20 мм при диаметре 5 мм …………………………………32 мм наибольший ход подвижной головки ……………………..20 мм

предельные значения скорости накатки…0,7 - 2 м/с (40 – 120 м/мин) мощность электродвигателя………………………………..1 х 2,8 кВт

1 – ножевая опора; 2 – неподвижная бабка; 3 – подвижная бабка; 4 – подвод СОЖ; 5 – ролик бабки упора; 6 – станина

Рисунок 19.6 - Резьбонакатной полуавтомат РНП – 1

Вращение к накатному ролику (рисунок 19.7) сообщается от электродвигателя М через клиноремённую передачу 100/375, сменные зубчатые колёса a/b, зубчатую передачу 18/55.

Уравнение кинематического баланса

237

Заготовка: d0 =…….мм, ℓ0 = …….мм

19.5.4 Выводы.

19.6 Контрольные вопросы

19.6.1В чем сущность радиального обжатия?

19.6.2Каковы достоинства и недостатки метода радиального обжатия?

19.6.3Расскажите о принципе работы ротационно-обжимной машины.

19.6.4Какими преимуществами обладает резьба, полученная методом

накатки?

19.6.5Нарисуйте и объясните схему накатки резьбы двумя приведенными роликами.

19.6.6Как определить диаметр заготовки для накатки резьбы М12?

239

20 Лабораторная работа № 20

Исследование процесса осадки

20.1 Цель работы

Изучить характер пластического формоизменения и влияние трения при осадке цилиндрических заготовок, рассчитать энергосиловые параметры процесса и оценить точность экспериментально-расчетного метода исследования.

20.2 Основные сведения

Осадкой называется процесс обработки металла давлением, в результате которого уменьшается высота заготовки и одновременно увеличиваются ее поперечные размеры (рисунок 20.1).

Осадка является одной из основных операций технологического процесса ковки и одним из важнейших этапов процесса объемной штамповки. Эту операцию применяют в следующих случаях: для получения поковок с относительно большими поперечными размерами из заготовок меньшего поперечного сечения (поковки фланцев, дисков шестерен и т.п.); как предварительную операцию перед прошивкой для выравнивания торцов и увеличения диаметра при изготовлении поковок типа колец, барабанов, муфт; при объемной штамповке в заготовительном ручье – осадка в торец; для улучшения механических свойств и обеспечения благоприятной макроструктуры деформируемого металла.

Рисунок 20.1 – Схема осадки

По схеме деформации осадка представляет собой сжатие – компонент деформации в направлении приложения усилия отрицателен, а два других компонента положительны. В частных случаях возможно равенство послед-

240