Формообразование без снятия стружки

Все большее распространение в технике находят способы обработки поверхности без снятия стружки благодаря их высокой производительности, способности получать поверхности с низкой шероховатостью и высокими физико-механическими свойствами. Оптимальным с точки зрения обеспечения высокой эффективности производства является получение заготовки с формой, максимально приближенной к форме готовой детали. Путем обработки материалов без снятия стружки удается получать поверхности, сопряженными с поверхностями других деталей.

Данные способы базируются на использовании способности металлических заготовок воспринимать под действием силы остаточные деформации без разрушения. При поверхностном пластическом деформировании происходит упрочнение поверхностного слоя, что обеспечивает увеличения надежности работы изделия за счет повышения его физико-механических свойств. В частности, повышается усталостная прочность, увеличивается коррозионная стойкость, трещиностойкость и износостойкость деталей.

В серийном и массовом производстве значительное место занимают способы формообразования роликовым или шариковым инструментом. При помощи обкатывания и раскатывания осуществляют отделку и упрочнение цилиндрических, конических, плоских и фасонных внутренних и наружных поверхностей. Сущность данных способов заключается в обкатывании и раскатывании обрабатываемой поверхности под определенным давлением шариком или роликом и сглаживании микронеровностей предшествующей обработки за счет их пластической деформации. В процессе обкатывания и раскатывания значительно уменьшается высота микронеровностей, а профиль поверхности имеет более плавную форму неровностей с большим отношением шага неровностей к их высоте. За счет этого фактическая несущая площадь поверхности увеличивается и удельное давление сопрягаемых пар существенно уменьшается. Преимущества чистовой отделки поверхности обкатыванием и раскатыванием по сравнению с другими методами обработки: а) не требуются операции доводки и полировки; б) происходит повышение усталостной прочности и износостойкости, а также контактной выносливости.

Обкатке подвергают наружные поверхности, а раскатке подвергают цилиндрические и фасонные поверхности. Обкатка выполняется главным образом на универсальных металлорежущих станках, чаще всего токарных или карусельных. Обкатыванию подвергают детали из материалов, которые пластически деформируются в холодном состоянии, например, стали, чугуна, цветных металлов и сплавов. Наиболее эффективны данные способы обработки для металлов с твердостью до 280 НВ. Эффективность операций обкатывания зависит от многих факторов, в частности, от используемого способа и схемы обработки, конструкции используемого инструмента, его параметров, режимов обработки и т.д.

Под давлением инструмента на обрабатываемую поверхность ее наружные слои подвергаются остаточной пластической деформации. Величина пластической деформации, определяющая степень упрочнения, зависит от следующих факторов: а) давления инструмента на поверхность; б) геометрии инструмента, его формы и размеров; в) физико-механические свойства обрабатываемой поверхности; г) исходной шероховатости обрабатываемой поверхности; д) величины подачи; е) скорости обкатывания.

Направление и величина усилия при обкатывании зависят от характера распределения контактных нормальных напряжений. Таким образом, одной из основных задач анализа силовых параметров является определение удельного давления при поверхностной обработке пластической деформацией. На величину силы обкатывания влияют физико-механические свойства материала, состояние обкатываемой поверхности, ее микрогеометрия, форма и размеры детали и деформирующего инструмента.

Существенное влияние на качество поверхности оказывает величина подачи. Величина подачи при обкатывании выбирается в соответствии с требуемой шероховатостью. С ростом величины подачи расстояние между вершинами выступов обрабатываемого профиля возрастает, что ведет к увеличению шероховатости поверхности и снижению глубины наклепа. На шероховатость обработанной поверхности при заданной подаче также влияют материал, радиус профиля инструмента и число проходов. Рациональной величиной подачи считается 0,05 мм/шарик при обработке стали 45, 0,2 мм/шарик при обработке чугуна.

При увеличении радиуса профиля инструмента шероховатость обрабатываемой поверхности и глубина наклепа уменьшаются. Это связано с тем, что при постоянной подаче и удельном давлении с ростом радиуса профиля увеличивается кратность воздействия инструмента на единицу площади обрабатываемой поверхности.