Обкатывание и раскатывание

Этот способ ППД чаще применяют для поверхностей вращения наружных и внутренних. Инструментом являются шары и ролики обычно из подшипниковой стали диаметром от 0,25 мм до 30 мм (иногда и больше). Отпечаток инструмента во время обкатывания превращается в пластически деформированную канавку, которая при обработке цилиндрических поверхностей с подачей (табл.3) представляет собой винтовую поверхность. Ширина канавки во много раз превышает подачу; при втором и последующих оборотах детали инструмент (шарик или ролик) выходит на уже деформированную поверхность, несколько расширяя ее.

Шаровые устройства (рис. 38) применяют для обработки маложестких и неравножестких деталей, в том числе деталей с высокой твердостью поверхности.  Получаемый в итоге регулярный микрорельеф поверхности с канавками заданного вида (наплывы с обеих сторон канавки могут быть больше высоты исходной шероховатости) обеспечивает удержание смазки и уменьшение изнашивания. Достигаемый параметр шероховатости при обкатывании шаром ( R _а 0,04…0,4 мкм) прямо пропорционален подаче во второй степени и обратно пропорционален радиусу шара. Увеличение твердости при обкатывании зависит не только от давления, но и от других параметров. Так, наибольшее увеличение твердости (от 15 до 25% по отношению к исходной) наблюдается для материалов со структурой мартенсита, не подвергшихся отпуску. От многих параметров зависят и остаточные напряжения, значение которых у поверхности могут достигать 400 МПа (сталь 45).

При обкатывании роликовым инструментом отпечаток может иметь различную форму в зависимости от конфигурации ролика, кривизны поверхности и угла между осью ролика и поверхностью. Пластическое деформирование может протекать неравномерно, что обусловливает образование волнистости на обкатанной поверхности. Неоднородность упрочненной поверхности и шероховатости в значительной степени вызываются неравномерностью микронеровностей исходной поверхности (кроме неравномерности силы обкатывания, вибраций станка, биения роликов и их неточной установкой). Достижимый параметр шероховатости может колебаться в широких пределах: R_a 0,07…0,32 мкм и выше.

Основные параметры обкатывания и раскатывания: сила, подача, скорость.

Поскольку сила обкатывания при завышенной величине может вызвать перенаклеп, ускоряет износ инструмента и ухудшает работу оборудования, ее назначают минимальной, обеспечивающей производительный процесс обкатывания и удовлетворительную глубину наклепанного слоя. Силу обкатывания можно определить по приводимой в справочной литературе номограмме в зависимости от диаметров вала и инструмента.

Рост величины подачи увеличивает производительность процесса, но при значениях, выше допустимых, резко уменьшаются остаточные напряжения, глубина их залегания, ухудшается шероховатость поверхности. При обработке стальных деталей рекомендуется величина подачи 0,06…0,08 мм/об.

Скорость обкатывания почти не оказывает влияния на характеристики поверхностного слоя; обычно она составляет 20…200 м/мин, т.к. при большей скорости сильно растут вибрации и динамические нагрузки на инструмент.

При восстановлении деталей широко используют совмещенные способы – наплавку поверхности, расточку и обкатывание (или раскатывание). Сложность обкатывания таких поверхностей – неоднородная твердость по ширине шага наплавки, приводящая к волнистости после обкатывания.

Обкатыванием обрабатывают не только цилиндрические, но и поверхности сложной формы. Сферические поверхности обрабатывают или двумя симметрично расположенными роликами с радиусом обкатываемой сферы, или роликами обычной конфигурации на станках с копирными устройствами и программным управлением. По последней схеме обкатывают и сложные фасонные поверхности.

Резьбы целесообразно подвергать упрочняющей обкатке, т.к. после нарезания резьбы остаются концентраторы напряжений. Обкатывают их роликами обычно по тем же схемам и на том же оборудовании, что и при накатывании резьбы. Припуск при этом обычно не превышает 0,08…0,2 мм.

Зубчатые колеса обкатывают высокопрочными колесами повышенной точности по окружности или специальными профильными роликами вдоль впадины.

Технологическая оснастка для обкатывания и раскатывания очень разнообразна: однороликовые и многороликовые устройства, бессепараторные и сепараторные, с механическими (пружинными), пневматическими и гидравлическими нажимными устройствами. Созданы специальные инструменты и устройства для обкатывания фасок, кольцевых и винтовых канавок.

В качестве оборудования в большинстве случаев используют универсальные металлорежущие станки.

Кроме этого используют ударное раскатывание специальным инструментом, в котором ролики в сепараторе вращаются между обрабатываемой поверхностью и кулачковой оправкой (рис.39). Деталь испытывает двойное воздействие: вследствие раскатывания и приложения ударной нагрузки. Кратковременное приложение нагрузки позволяет обрабатывать отверстия в деталях малой и неравномерной жесткости.

Ударное раскатывание вызывает локальное, неоднородное в точке контакта пластическое деформирование. Однако большое число ударов и их равномерное распределение по обрабатываемой поверхности как бы «усредняет» воздействие – в результате создается равномерный упрочненный слой. Ударное раскатывание ведут при подаче смазочно-охлаждающих жидкостей. Припуск на обработку стальных деталей обычно не превышает 0,015 мм.

Выглаживание

Выглаживание (2 на табл.3) – пластическое деформирование поверхности скользящим по ней инструментом, обладающим низким коэффициентом трения по металлу и высокой твердостью (алмазы и другие сверхтвердые материалы). Инструмент как бы раздвигает металл, образуя на поверхности канавку, ширина которой больше подачи, поэтому новый микрорельеф имеет высоту неровностей меньше исходной.

Выглаживание проводится в условиях трения скольжения (в отличие от процесса обкатывания), вследствие этого решающее значение для качества поверхности имеет коэффициент трения между инструментом и обрабатываемой деталью. Он наиболее существенно зависит от силы выглаживания и твердости обрабатываемой детали: с увеличением силы (до оптимального значения) коэффициент трения увеличивается, а с возрастанием твердости металла - уменьшается. Обычно коэффициент трения m = 0,05…0,08.

Температура в очаге деформирования на глубине до 0,1 мм не превышает 200…400° С при скорости выглаживания до 100 м /мин. Процесс проводят с подачей СОТС, что способствует повышению стойкости инструмента.

Благодаря малым радиусам рабочей части инструмента (1…3 мм) при сравнительно небольших нагрузках можно упрочнять детали с малой жесткостью. Размер детали после выглаживания может уменьшаться на 3…5 мкм. Шероховатость – R_a 0,16…0,02 мкм.

Интересно, что выглаживание может применяться в качестве контрольной операции при восстановлении особо ответственных деталей, т.к. после выглаживания выявляются микротрещины шириной до 1…3 мкм и другие дефекты, невидимые на шлифованной и полированной поверхности.

При выглаживании оптимальными режимами обеспечивается степень упрочнения 25…40% при глубине упрочненного слоя до 0,4 мм и создаются сжимающие остаточные напряжения до 1,2 ГПа. Существенно при этом, что радиус скругления микронеровностей может достичь 1000…3500 мкм, в то время, как при тонком шлифовании этот радиус составляет 70…100 мкм. А с увеличением радиуса впадин микрорельефа повышаются и усталостная прочность и коррозионная стойкость.

Инструмент для выглаживания – закрепленный в оправке алмаз или синтетический сверхтвердый материал обычно с механической системой поджатия к детали проволочной или пластинчатой пружиной.

Оборудование для выглаживания – обычно универсальные металлорежущие станки.

 

Поверхностное дорнование

Кроме объемного дорнования, рассмотренного в параграфе 2.2, применяется поверхностное дорнование (3 на табл. 3) для уменьшения шероховатости, повышения точности и упрочнения поверхности отверстий.

Основными параметрами процесса, как и при объемном дорновании, являются абсолютный и относительный натяг. Но при поверхностном дорновании величина относительного натяга примерно на порядок меньше, чем при объемном дорновании.

Для нормального протекания процесса дорнования половина натяга, определяемого по минимальному размеру отверстия, должна быть в несколько раз больше допуска на размеры отверстия:

                                     I_max / 2 / (3…5)d,

где d - допуск на размер отверстия.

С увеличением натяга параметр шероховатости поверхности до определенного значения падает, а затем возрастает (рис.40), имея значения R_a 0, 32…0,05 мкм. Суммарный натяг при поверхностном дорновании отверстий до 80 мм обычно не превышает 0,1…0,2 мм.

Оснастка при поверхностном дорновании: дорны однозубые и многозубые, устройства для центрирования и поддержания детали и дорна; патроны.

Оборудование – протяжные станки и прессы.

 

Обработка дробью

Поверхностную обработку дробью (8 в тал. 4) разделяют на два основных способа: дробеударный или сухой дробью (дробеструйный, дробеметный, пневмодинамический) и гидродробеударный или со смазочно-охлаждающей жидкостью (гидродробеструйная, гидродробемётная). Дробь диаметром до 2 мм разгоняют либо лопастями вращающегося колеса, либо давлением воздуха или жидкости.

Характер пластического деформирования и отпечатки на поверхности от дроби в этих способах отличаются. При сухой обработке наплыв металла вокруг отпечатка с более острым гребнем; в тонких приповерхностных слоях остаточные напряжения растягивающие, а в более глубоких слоях – сжимающие. При обработке со смазочно-охлаждающей жидкостью отпечаток имеет более плавные, округлые границы; остаточные напряжения – равномерные, сжимающие.

Кроме того при дробеударной обработке жесткий удар дробинок при значительных скоростях их полета вызывает локальное увеличение температуры (до 650° С для улучшенной стали); параметр шероховатости ухудшается; режим упрочнения носит нестабильный характер из-за заметного разброса диаметра дроби (энергия удара пропорциональна диаметру дроби в третьей степени).

Вместе с этими недостатками обработка сухой дробью имеет и существенные преимущества – простоту конструкции дробеметных и дробеструйных установок, возможность получения высоких скоростей полета, отсутствие необходимости промывать деталь после обработки, более высокую степень и глубину упрочнения.

Основные параметры обработки дробью: рабочая среда (дробь и смазочно-охлаждающая жидкость); расстояние от среза сопла до упрочняемой поверхности; угол и диаметр факела дроби; скорость движения рабочей среды; продолжительность процесса.

Режим необходимого упрочнения оценивают и подбирают экспериментально, обрабатывая партию образцов на настроенной на конкретной детали установке. Упрочняют образцы партиями по 4…5 штук при одном давлении, но разном времени обработки и измеряют стрелу прогиба образца f. Затем строят кривую зависимости прогиба в функции времени обработки. По этим кривым (при разных давлениях) определяют время, после которого прогиб не увеличивается (рис.41).

Кроме обработки дробью динамическое воздействие может сказываться при других схемах ускорения рабочих тел другого вида. Так, при виброударной обработке ( 6 в табл. 4) рабочей камере сообщаются низкочастотные колебания в различных направлениях, вследствие чего между деталями и рабочими телами возникают соударении. Поскольку степень упрочнения прямо связана с амплитудой колебания, которая ограничена (обычно 1,5…6 мм) возможностями используемых вибромашин, при виброударной обработке практически исключен перенаклеп.

Ударная обработка ( 7 в табл. 4) включает способы динамического упрочнения, при которых в отличие от виброударной обработки движение деформирующих тел (шаров, роликов, бойков различной формы) носит не хаотичный, а закономерный, направленный характер. Поскольку скорость и масса инструмента могут при этом варьироваться в широких пределах, ударная обработка – чеканка обеспечивает значительные глубину и степень упрочнения.

Обработку проволочным инструментом (9 в табл.4) можно разделить на съем металла иглофрезами (коэффициент заполнения более 0,7) и зачистку – упрочнение щетками (коэффициент заполнения менее 0,7). Ударные элементы щеток могут быть выполнены в виде прядей троса со скрепленными концами или в виде пружинной проволоки с утолщениями на конце. При обработке деталей из сталей различных марок длинноворсовыми щетками микротвердость поверхности повышается на 70…150 %, а в некоторых случаях – в 2,5…3,5 раза, однако толщина упрочненного слоя не превышает 0,1 мм.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: