Пособие надежность. Ч1

Дорнованием можно обрабатывать детали из стали, латуни, алюминия. Чем прочнее сталь, тем меньше, при одинаковом натяге, получается остаточная деформация; у стали 20 она больше, чем у стали 45. Выглаживание деталей из алюминия сопровождается снятием небольшой стружки, в результате фактический натяг оказывается меньше расчетного. Иногда дорны изготовляют из стали 38ХМЮА с азотированной поверхностью. Применение многозубых дорнов при обработке отверстий небольшого диаметра, имеющих сопряжения с перпендикулярными им другими отверстиями, позволяет исключить прогиб инструмента, обычный, если в качестве последнего используется режущая прошивка.

Дорнование с большими натягами характерно для изготовления деталей типа втулок из бесшовных труб. Величина натяга при таком дорновании может достигать нескольких миллиметров. Процесс сопровождается значительным увеличением не только внутреннего, но наружного диаметра заготовки. С учетом этого заготовки можно нарезать из трубы, диаметр которой меньше диаметра изготовляемой из нее втулки. Устройство дорнов и распределение натяга между отдельными зубьями в данном случае такое же, как и при дорновании отверстий с небольшими натягами.

Заготовки перед обработкой необходимо подвергать травлению. Для очистки от окалины и ржавчины. В отверстии предварительно снимаются заходные фаски под углом 15...30°. Особое внимание обращается на перпендикулярность упорного торца обрабатываемому отверстию. Обработка производится на прессах или протяжных станках с применением СОЖ; если деталь изготовляют из горячекатаной трубы с отношением диаметров 1,1...1,3, рекомендуются в качестве СОЖ веретенное масло, олеиновая кислота или сульфофрезол. При натягах более 0,5 мм обработка сопровождается образованием наплывов на торцах, которые приходится подрезать. При повышенных требованиях к точности диаметра после дорнования рекомендуется применять калибрующую прошивку, а для уменьшения шероховатости (до 10-го класса) – роликовый раскатник. Они могут быть заменены чистовым тонким растачиванием. Дорно-

210

вание с большими натягами позволяет не только уменьшить трудоемкость изготовления деталей, но и упрочнить материал и поднять коэффициент его использования с 0,7...0,8 до 0,9...0,95. Полученные дорнованием размеры и фор-

верстий под призонные болты или установочные штифты в отливках из алюминиевых сплавов.

Раскатывание отверстий роликовыми раскатниками (ротационными дорнами) применимо для отверстий практически любого диаметра и длины. Калибрование отверстий с целью повышения точности не только размера, но и формы, возможно лишь жесткими раскатниками. Они могут быть нерегулируемыми (рис. 4.21, а) и регулируемыми (рис. 4.21, б). Основным недостатком первых является необходимость точной предварительной обработки заготовок, сортировки их на группы или изготовления комплекта раскатников. Применяются они для обработки отверстий малого диаметра. Регулируемые

211

рифления под ролики. Длина ее в 2...3 раза превышает длину роликов, что позволяет переставлять их при износе оправки на новый участок. При работе вращается деталь или раскатник. В момент прохождения вершин многогранника ролики наносят по поверхности упрочняемого отверстия частые удары. Плавность работы инструмента повышается с увеличением количества граней, число их берется кратным двум и не менее шести. Чем больше граней, тем меньше энергия ударов. Ширина дуги Н между гранями (рифлениями) обычно не превышает 2 мм, иначе увеличивается время контакта ролика с обрабатываемой поверхностью, что особенно нежелательно для тонкостенных деталей (толщина стенок у них должна быть не менее 0,1d0). Длину роликов принимают на 1...2 мм больше длины отверстия, так что осевое перемещение раскатника или детали во время обработки отсутствует. Диаметр роликов влияет на величину удельного давления, степень деформации, точность и шероховатость обработки. Отверстие под раскатывание обрабатывается чистовым резцом с точностью не ниже 8-ого квалитета. Инструмент настраивается для работы с натягом. Он определяется как разность между максимальным размером раскатника (диаметр многогранника по выступам плюс два диаметра роликов) и диаметром отверстия под раскатывание. Если инструмент работает с недостаточным натягом, то происходит лишь смятие микронеровностей. Рекомендуется натяг примерно 0,02...0,03 мм, он берется тем больше, чем выше пластичность материала и грубее шероховатость. Припуск на раскатывание 3...6 мкм. Продолжительность обработки одного отверстия составляет 3...10 с при п = 450...600 об/мин; применяется СОЖ. В результате раскатывания шероховатость поверхности улучшается на 3...4 класса, микротвердость поверхности повышается на 20...30%, некруглость и конусообразность отверстия уменьшаются на 1...3 мкм.

На рис. 4.23 показан однороликовый раскатник. Отличаясь простотой устройства, он позволяет получать поверхности 9...11-го класса шероховатости. Рабочим элементом в данном раскатнике является ролик 3, устанавливаемый под углом α к оси оправки 1 во втулке 2 или на игольчатых подшипниках. Штуцер

213

Разновидностью конструкций раскатывающего инструмента является ротационная протяжка (рис. 4.24). При поступательном перемещении инструмента ролики 7, установленные в сепараторе 6 под углом к оси оправки, заклиниваясь между оправкой 5 и обрабатываемым отверстием, начнут вращаться, увлекая за собой и оправку, которая соединена с хвостовиком инструмента 1 с помощью винта 3, втулки 2 и упорного шарикоподшипника 4. Помимо вращательного, сепаратор получает поступательное перемещение вдоль шлифованной поверхности оправки 5 со скоростью, в 2 раза меньшей, чем скорость перемещения инструмента. Преимуществом ротационных протяжек по сравнению с обычными выглаживающими является большой срок службы, так как износ вращающихся роликов менее интенсивен, чем износ колец (зубьев) многозубых дорнов или прошивок; усилие протягивания также меньше.

7. Упрочнениедеталейалмазнымвыглаживаниемивибрационным обкатыванием

Алмазное выглаживание является весьма эффективным процессом отделки и поверхностного упрочнения деталей. Шероховатость поверхности при выглаживании улучшается на 2...3 класса и легко доводится до 9...12-го классов. Изменяется сам характер шероховатости: вместо микронеровностей с острыми вершинами и впадинами, которые характерны для поверхностей после точения

ишлифования, создается микрорельеф поверхности с округлыми вершинами и впадинами микронеровностей (рис. 4.25). Многократно увеличивается опорная поверхность деталей, облегчается и ускоряется их приработка при трении. По сравнению со шлифованными износ деталей после выглаживания уменьшается на 20...40 %; поверхности лучше противостоят коррозии.

При алмазном выглаживании глубина наклепанного слоя обычно невелика

иредко превышает 0,2...0,3 мм, однако степень наклепа, оцениваемая по увеличению микротвердости, значительна (20...40 %). В поверхностном слое создаются остаточные напряжения сжатия, которые порой достигают 75...1050 Н/мм2. В сочетании с благоприятной шероховатостью, все это позволяет суще-

215

ственно повысить износостойкость и усталостную прочность деталей. По данным ряда исследователей эксплуатационные показатели деталей увеличиваются также на 20...40%.

прикладываемые к детали, не соизмеримы с силами при обкатывании и дорновании и не превышают 200...300 Н, вследствие чего данный метод может быть применен для тонкостенных и нежестких деталей.

Процесс выглаживания представляет собой пластическое деформирование поверхностного слоя, прежде всего – микронеровностей поверхности, при котором впадины микронеровностей заполняются металлом гребешков (рис. 4.26). Кристалл алмаза, закрепленный в оправе приспособления, перемещается вместе с суппортом станка. Применению алмаза для выглаживания благоприятствует ряд факторов: он легко полируется до высокой степени (обычно это 11-й класс шероховатости); как бы самосмазывается в работе; имеет малый коэффициент трения (при обработке стали при скорости 14,5 м/мин и усилии вдавливания 0,035 Н коэффициент трения 0,05, при обработке алюминия – 0,09, тогда как твердый сплав имеет коэффициент трения соответственно 0,26 и 0,44); отличается хорошей теплопроводностью, термостойкостью (600°...800°С) и износостойкостью. Наибольшей универсальностью отличается инструмент со сферической огранкой алмаза, но для обра-

216

ботки наружных поверхностей выпускают также цилиндрические алмазные наконечники (рис. 4.27), которые по мере износа могут периодически проворачиваться, вследствие чего обеспечивается большая стабильность процесса и больший период стойкости. Для их изготовления, однако, необходимы более крупные алмазы.

S, ìì/îá

Рис. 4.26. Схема течения металла при алмазном выглаживании

2

а

б

Рис. 4.27. Инструмент для алмазного выглаживания: а – со сферической формой рабочей поверхности алмаза, б – с цилиндрической формой, в – крепление алмаза в деоржавке;

1 – кристалл алмаза, 2 – припой, 3 – державка

Наконечники для выглаживания можно изготовлять из синтетических алмазов типа баллас и карбонадо, представляющих собой непрозрачные (черные) поликристаллы размером 5...6 мм. Трудоемкость изготовления выглаживателей из синтетических алмазов примерно такая же, как и из природных. Их применение облегчается еще тем, что они не обладают, анизотропией свойств. Природный алмаз анизотропен и требует правильной ориентировки

217

в державке, неправильная установка может привести к значительному увеличению износа. Обычно на стальной державке заводом-изготовителем наносится риска, по которой и определяется правильное положение алмаза в работе. Синтетические алмазы обладают электропроводностью и электросопротивлением, что позволяет применить электрохимические методы их шлифования и доводки.

Для выглаживания применяют различные приспособления. Наиболее отработаны конструкции, в которых поджим алмазного наконечника осуществляется пружиной. На рис. 4.28 представлены два таких приспособления: для выглаживания наружных цилиндрических поверхностей и отверстий. Упор 6 (рис. 4.28, а) ограничивает перемещение стержня 2, в котором закреплен алмазный наконечник. Обычно в пружине заранее создается определенный натяг, при касании алмаза с деталью поперечной подачей суппорта производится дополнительное поджатие до требуемого усилия. К недостаткам конструкций с пружинным поджимом следует отнести склонность их к вибрациям при больших скоростях вращения детали. Они копируют волнистость и другие погрешности формы детали, не исправляя их. Точность установки силы выглаживания в приспособлениях такого рода снижается вследствие потерь на трение в подвижных сопряжениях.

В ряде конструкций сила выглаживания создается за счет упругости самой державки, в которой крепится наконечник с алмазом (рис. 4.29). Жесткость системы здесь определяется толщиной а перемычки, которая равна 2...4 мм. Державку при этом рекомендуется изготовлять из стали У7 или У8, закаливая на твердость HRC 44...48. Контроль силы, с которой ведется выглаживание, производится по индикатору. Конструкции данного вида отличаются меньшей чувствительностью к вибрациям, в них более точно выдерживается усилие выглаживания, поскольку отсутствуют потери в подвижных сопряжениях.

218