авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

Я. Н. Отений, Н. Я. Смольников, Н. В. Ольштынский

ПРОГРЕССИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

4 8

7

1

3

2

9

5 6

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Я. Н. Отений, Н. Я. Смольников, Н. В. Ольштынский ПРОГРЕССИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ Монография РПК «Политехник»

Волгоград 2003 УДК 621.952.002.54 О-82 Рецензенты: заведующий кафедрой «Технология машиностроения и ста ндартизация» Волжского института строительства и техноло гий д. т. н., профессор В. А. Носенко, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Вол гоградского государственного технического университета д. т. н., профессор Ю. Н. Полянчиков, заместитель технического директора ТК ОАО ВГТЗ В. П. Усов.

Отений Я. Н., Смольников Н. Я., Ольштынский Н. В. Прогрес сивные методы обработки глубоких отверстий: Монография / ВолгГТУ.– Волгоград, 2003. 136 с.

ISBN 5-230-04102- Рассматриваются вопросы обеспечения высокопроизводительной и качественной обработки глубоких отверстий наиболее прогрессивными методами, такими как вихревое резание и центробежное раскатывание.

Приводятся теоретические и экспериментальные исследования с матема тическим моделированием, разработкой алгоритмов, программ и расче тов на ЭВМ с целью разработки современных прогрессивных схем обра ботки и инструментов. Предлагается алгоритм и блок-схема автоматизи рованного расчета рациональных параметров центробежного раскатника.

Монография рассчитана на специалистов, конструкторов и техноло гов машиностроительных предприятий, проектирующих и эксплуати рующих инструменты для обработки глубоких отверстий, а также аспи рантов и студентов машиностроительных специальностей.

Илл. 70. Табл. 2. Библиогр.: 101 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета © Я. Н. Отений, ISBN 5-230-04102- © Н. Я. Смольников © Н. В. Ольштынский © Волгоградский государственный технический университет, Научное издание Ярослав Николаевич Отений, Николай Яковлевич Смольников, Николай Васильевич Ольштынский ПРОГРЕССИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ Монография Редактирование, корректура и компьютерная верстка:

Попова Л. В., Просондеев М. И.

Темплан 2003 г. Поз. № 130.

Лицензия ИД № 04790 от 18 мая 2001 г.

Подписано в печать 20. 07. 2004 г. Формат 6084 1/16.

Бумага потребительская. Гарнитура «Times»

Уч.-изд. л. 8,5. Усл. авт. л. 8,31.

Тираж 100 экз. Заказ Волгоградский государственный технический университет.

400131, Волгоград, пр. им. В. И. Ленина, 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета 400131, Волгоград, ул. Советская, 35.

Отпечатано в муниципальном унитарном предприятии «Камышинская типография»

Лицензия ИД № 05440 от 20 июля 2001 г.

493882, Волгоградская обл., г. Камышин, ул. Красная, 14.

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………. ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ…………………………………………. 1.1. Методы обработки глубоких отверстий......................................... 1.2. Общие представления о производительности и качестве при обработке ППД……………………………………................................ 1.3. Обзор работ по усилию деформирования…….............................. 1.4. Шероховатость поверхности, обработанной ППД роликами и глубина упрочнения………………..................

...................................... ГЛАВА 2. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВА НИЕМ РОЛИКАМИ…………………………………………………. 2.1. Бессепараторные инструменты для обработки ППД………….... 2.1.1. Ротационные инструменты сепараторного типа……………. 2.2. Центробежные раскатники…………………………….................. ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА И ПУТИ ПОВЫ ШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ РЕЗАНИИ МЕ ТАЛЛОВ……………………………………………………………….. 3.1. Особенности процесса резания………………………................... 3.2. Пути повышения производительности процесса резания............ 3.3. Особенности обработки, расчет параметров инструмента при вихревом растачивании………….......................................................... 3.4. Резцовые головки для обработки глубоких отверстий………..... ГЛАВА 4. ГЕОМЕТРИЯ КОНТАКТА ПРИ ПОВЕРХНОСТ НОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ………………. 4.1. Постановка задачи и общее решение нахождения геомет рических параметров контактной зоны………………………….... ГЛАВА 5. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ РАСКАТЫВАНИЕ………………. 5.1. Выбор и обоснование рациональной схемы компоновки цен тробежного раскатника……………....................................................... 5.2. Определение конструктивных параметров центробежного рас катника……………………………………….......................................... ГЛАВА 6. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В КОНТАКТНОЙ ЗОНЕ…………………………………………………………………… ГЛАВА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ КОНСТРУК ТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМИРУЮЩИХ РОЛИКОВ, ГЕОМЕТРИИ КОНТАКТНОЙ ЗОНЫ, КОНТАКТНЫХ НА ПРЯЖЕНИЙ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНО СТИ…………………………………………………………………… 7.1. Влияющие факторы и диапазон их изменения.............................. 7.2. Влияние конструктивных параметров деформирующих роли ков и глубины их внедрения на геометрию контактной зоны…….... 7.3. Зависимость глубины упрочнения от параметров деформи рующего ролика и диаметра обрабатываемого отверстия………….. 7.4. Тепловые потоки и температура в зоне контакта при ППД……. ГЛАВА 8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ РАСКАТНИКОВ.............................................. 8.1. Описание экспериментальной установки для исследования геометрии контактной зоны и усилия деформирования…………..... 8.2. Экспериментальное определение площади контактной зоны…. 8.3. Условия испытаний центробежного раскатника..................................... 8.4. Результаты экспериментальных исследований…................................... 8.4.1. Задачи и особенности проводимых исследований…………..... 8.4.2. Зависимости глубины внедрения ролика и максимального напряжения в контакте от усилия деформирования…………............ 8.4.3. Зависимость шероховатости поверхности от величины обо ротов центробежного раскатника…..................................................... 8.4.4. Зависимость глубины упрочнения от частоты вращения цен тробежного раскатника…………………............................................... 8.4.5. Зависимости площади контакта от усилия деформирования и глубины внедрения ролика……............................................................ ГЛАВА 9. ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНО СТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ……........ 9.1. Особенности работы инструментов для обработки ППД роли ками……………………………………………....................................... 9.2. Инструменты, обеспечивающие стабильность обработки от верстий…………………………………………...................................... 9.2.1. Обоснование оптимальной формы опорного конуса в много роликовых ротационных инструментах для обработки деталей ППД……………………........................................................................... 9.3. Констуктивные особенности инструмента для центробежного раскатывания……………………………................................................ 9.4. Разработка блок-схемы автоматизированного расчета опти мальных параметров центробежного раскатника………………….... СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………....... ДЛЯ ЗАМЕТОК ДЛЯ ЗАМЕТОК ДЛЯ ЗАМЕТОК ВВЕДЕНИЕ Многие наиболее распространенные детали, применяе мые в машинах и механизмах различного назначения, содер жат отверстия. Несмотря на достаточно хорошо разработан ную технологию обработки отверстий, вопросы, касающиеся обеспечения качества обработки при высокой производи тельности, еще до конца не решены. В значительной степени это относится к обработке глубоких отверстий. По мере все стороннего развития и интенсификации машиностроительно го производства номенклатура деталей с глубокими отвер стиями увеличивается. Они применяются буквально во всех отраслях промышленности: сельскохозяйственном машино строении, горнодобывающей и газовой отраслях производст ва, цветной и черной металлургии, судостроении и др. Это производство многих деталей экскаваторов, цилиндры прес сов, трубы буровых установок, ряд деталей оборудования атомных электростанций, цилиндры гидравлических и пнев матических устройств.

Трудности обработки возрастают с увеличением длины отверстия. Поэтому для достижения требуемой точности и получения заданного качества поверхностного слоя обработ ку производят за несколько проходов, что снижает произво дительность. На сложность процесса обработки указывает тот факт, что более, чем 10 развитых стран (США, Германия и др.) создали специальную ассоциацию «Boring and Trepan ning Associating» (ВТА), владеющую монополией в области разработки, изготовления и освоения производств специаль ного оборудования, оснастки и технологии для обработки глубоких отверстий. Деятельность ВТА подтверждает целе сообразность ее создания и указывает на широкий рынок сбыта продукции. Публикации по вопросам обработки глу боких отверстий, как в отечественной, так и в зарубежной литературе, сравнительно малочисленны и, в основном, представлены в периодических изданиях и монографиях. По верхности глубоких отверстий, особенно имеющих большие диаметры (свыше 120 мм), как правило, не подвергаются за калке, а их качество обеспечивается в процессе механиче ской обработки.

Формирование качества поверхностного слоя в основном осуществляется на финишных операциях. Одним из таких высокоэкономичных методов обработки является поверхно стное пластическое деформирование (ППД) роликами. По данному виду обработки получено большое количество как теоретических, так и экспериментальных результатов иссле дований. Это позволяет во многих случаях обоснованно на значать режимы обработки и производить выбор конструк тивных параметров деформирующего инструмента. Тем не менее, в виду особенности процесса ППД и большого коли чества факторов, влияющих на качество поверхности, суще ствуют сложности выбора их оптимального сочетания, а в ряде случаев имеются противоречивые сведения.

В данной работе для решения вопросов обеспечения производительности обработки и качества поверхности от верстий произведен анализ взаимосвязи технологических факторов, геометрических параметров деформирующих ро ликов и качества поверхностного слоя при ППД. Выявлены факторы, влияющие на результаты обработки и определяю щие их, что позволило предложить обоснованные рекомен дации по выбору рациональных конструктивных параметров обрабатывающего инструмента и режимов обработки.

Процессу ППД роликами неизбежно предшествует пред варительная, в том числе и чистовая обработка резанием. По этому в работе рассмотрены также вопросы повышения про изводительности и совершенствования инструмента при об работке отверстий резанием.

Основными направлениями совершенствования металло режущего инструмента являются: его рациональный выбор, определение конструктивных геометрических параметров режущей части, количество режущих элементов одновремен но участвующих в резании, соблюдение условий заточки и доводки поверхностей, выбор наиболее выгодного режима ре зания с учетом физико-механических свойств обрабатываемо го материала.

Производительность обработки резанием при обработке глубоких отверстий на черновых операциях можно достичь увеличением подачи, скорости и глубины резания. Однако назначение повышенных скоростей резания вызывает интен сивный износ режущего лезвия, а увеличение глубины реза ния и подачи приводит к преждевременной поломке инстру мента в силу их недостаточной прочности.

Так как в ближайшее время создание новых инструмен тальных материалов, имеющих повышенную износостойкость и прочность маловероятно, то необходимо применять другие методы повышения производительности. К ним относится выбор новых или применение известных схем резания для технологических операций, где они ранее не применялись.

Одним из таких методов является вихревое нарезание резьбы или некоторые методы внутреннего и наружного про тягивания, а также ротационное точение вращающимися резцами. Эти методы с успехом могут быть применены для высокопроизводительной механической обработки глубоких отверстий.

В монографии приводятся результаты работ по технологическому обеспечению качества поверхно стного слоя и повышению производительности при обработке глубоких отверстий резанием и поверх ностным пластическим деформированием. Для по вышения производительности, качества обработ ки, надежности и долговечности инструмента рас смотрен и обоснован перспективный метод обра ботки отверстий центробежным раскатыванием, а также метод вихревого точения наружных и внутренних цилиндрических поверхностей. Предло жены конструктивные усовершенствования приме няемых в производстве инструментов.

Авторы с благодарностью примут критические замечания и пожелания, которые будут учтены при дальнейшей работе по совершенствованию техно логии и оснастки для обработки глубоких отвер стий.

ГЛАВА ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ 1.1. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ Глубокими считаются отверстия, для которых отношение диаметра к его длине больше десяти. Отсюда вытекают особенности их обработ ки недостаточная жесткость применяемого инструмента и высокая склонность к упругим деформациям под воздействием усилия обработ ки. С увеличением длины отверстия трудности обеспечения высокой производительности, требуемого и стабильного качества резко возраста ют. Как следствие из всех цилиндрических поверхностей деталей различ ного назначения, применяемых в машиностроении, наиболее трудоемки ми и сложными в обработке являются глубокие отверстия.

Выбор того или иного метода обработки отверстия зависит от его размеров и точности, свойств материала заготовки, требований к каче ству поверхностного слоя и производительности.

При черновых опера циях преимущественно используют токарную обработку сверлами, зен керами, развертками, резцовыми головками, а при чистовых операциях тонкое растачивание, абразивную обработку внутреннее шлифование и хонингование. Для повышения качества поверхностного слоя широко применяются методы ППД: выглаживание, обкатывание роликами, дор нование. Для обеспечения требований по качеству, точности и достиже нию заданной шероховатости поверхности необходимо наличие в техно логии как черновой, так и чистовой обработки. На черновых операциях применяются токарно-винторезные, обдирочно-бесцентрово-шлифоваль ные станки, при этом используется инструмент и оснастка, учитывающие особенности обработки отверстий. При черновой обработке возникают нежелательные явления, такие как вибрации, появляющиеся в связи с тем, что инструмент в процессе обработки подвергается большим крутящим и изгибающим моментам, увеличивается податливость технологической сис темы, возникают трудности подвода смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), затруднено удаление стружки из зоны резания, невозможность не посредственного визуального контроля над процессом обработки и др.

Применение люнетов, поддерживающих борштангу и об рабатываемый инструмент, значительно снижает производи тельность из-за большого вспомогательного времени, свя занного с необходимостью их установки, переустановки и подготовкой установочных поверхностей. Повышение про изводительности и приведение равнодействующей сил реза ния, действующих на нежесткую заготовку, к нулю можно достичь применением многорезцовых головок, которые осна щены несколькими режущими элементами, расположенными равномерно по окружности вокруг обрабатываемой поверхно сти. Резцы могут быть настроенными на заданный размер, или с возможностью перемещения в радиальном направлении, причем либо жестко друг относительно друга, либо автоном но. На рис. 1.1 представлена конструкция плавающей двухрез цовой головки, имеющей возможность радиального смещения вследствие радиального биения заготовки.

Рис. 1.1. Плавающая двухрезцовая расточная головка: 1 – оправка, 2 – направляющая шпон ка, 3 – плавающий резец, 4 – штифт, 5 – пружина, 6 – шарик Настройка на размер в такой головке обеспечивается пе ремещением режущих элементов относительно друг друга в радиальном направлении, в том случае, когда он является сборным или заточкой, когда резец является цельным. По скольку плавающий блок резцов обладает большой жестко стью, то обеспечиваемая точность размеров может находить ся в пределах 7...9 квалитета. Однако подобные резцовые го ловки относятся к инструментам без определенности базиро вания. Это означает, что под действием различных факторов, таких как неточность настройки каждого из резцов, различ ной степени их износа, неоднородности материала детали и припуска на обработку, на заготовку действует равнодейст вующая сил резания отличная от нуля и имеющая неопреде ленное направление, что приводит к дополнительным по грешностям и вибрациям. В этом отношении обработка от верстий с подвижными шпонками, установленными на бор штанге соответствующим образом более предпочтительна, т.

к. результирующее усилие резания имеет направление между опорными направляющими шпонками, установленными на корпусе инструмента.

В качестве чистовой обработки для обеспечения низкой шероховатости (Ra = 0,12...0,63 мкм) может применяться различная абразивная обработка или поверхностное пласти ческое деформирование. Обработка длинных отверстий шлифованием возможна только уравновешенным инстру ментом. Суммарная составляющая радиальных сил, дейст вующих на инструмент, в этом случае должна быть равна нулю. К такому виду обработки относится хонингование.

Несмотря на то, что хонингование является одним из точных методов обработки, позволяет достичь низкой шероховато сти, тем не менее по производительности уступает другим методам, в том числе и тонкому растачиванию, а обработка малоуглеродистых незакаленных сталей при хонинговании приводит к быстрому засаливанию абразивных шлифоваль ных кругов, что требует частой правки и вызывает повышен ный расход абразивного материала.

Шероховатость поверхности, получаемая при шлифова нии, достигает значений Rа = 0,32…0,63мкм. С повышением требований к получаемой шероховатости снижается произ водительность в связи с уменьшением продольной подачи, а применение мелкозернистых абразивных инструментов ведет к их более интенсивному засаливанию.

Когда необходимо получить более низкую шерохова тость, применяют дополнительную абразивную обработку мелкозернистыми абразивными кругами, лепестковыми кру гами или полированием войлочными кругами с нанесением на них полировальных паст. Недостаток процесса – низкая стойкость кругов и, связанные с этим, частые остановки обо рудования для их замены, нестабильное качество поверхно сти, плохие санитарные условия труда, шаржирование абра зива в поверхность детали.

Общим недостатком абразивной обработки является эф фект шаржирования инородных абразивных частиц в обраба тываемую поверхность, особенно при обработке мягких ма териалов (низкоуглеродистые стали, медь, алюминий и его сплавы), а также неблагоприятные санитарные условия труда станочников.

В качестве чистовой обработки, взамен абразивной наи более перспективным является применение метода ППД. В процессе обработки происходит интенсивное выглаживание поверхностных неровностей заготовки и сопровождающееся значительным упрочнением поверхностных слоев (повыше нием микротвердости, созданием благоприятных сжимаю щих напряжений), исключается шаржирование инородных абразивных и других частиц в поверхность детали, отсутст вуют прижоги, становится возможным образование частич но или полностью регулярных микрорельефов [2, 6, 36, 48, 52, 69, 90].

При обработке отверстий с нежесткими стенками для уменьшения усилия, воспринимаемого заготовкой, рекомен дуют применять деформирующие элементы, дающие перво начальный точечный контакт (алмазные выглаживатели и шариковые обкатники) [8, 25, 35, 54 ], а для увеличения про изводительности многороликовые обкатники со стержневы ми цилиндрическими и коническими роликами или роликами сильно вытянутой бочкообразной формы [2, 6, 36, 41, 88, 90, 101].

Однако ППД относится не к размерной, а к отделочно упрочняющей обработке без снятия припуска металла. Поэто му для достижения заданного качества поверхностного слоя и, если необходимо, точных размеров детали ему должен предше ствовать один из видов размерной обработки резанием.

На рис. 1.2 показана сравнительная стоимость различных методов обработки деталей и достигаемая при этом шерохо ватость [6].

Притирка Хонингование Полирование Сравнительная стоимость обработки Тонкое шлифование Обкатывание Обтачивание Шлифование Тонкое обтачивание 3 1 2 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Высота микронеровностей, мкм Рис. 1.2. Сравнительная стоимость различных методов чистовой обработки и достигаемой при этом шероховатости поверхности (по данным фирмы «Hegenscheide») Как следует из представленной диаграммы с увеличени ем точности и достижения более низкой шероховатости стоимость обработки резко увеличивается. Наименьшая стоимость соответствует обработке раскатыванием и раста чиванием. Одновременно с этим достигается и высокая про изводительность, а шероховатость при раскатывании соиз мерима с шероховатостью достигаемой при суперфиниширо вании.

«…Идеальной, с точки зрения достижения требуемой точности обрабатываемых деталей, была бы такая система станок–приспособление–инструмент–деталь (СПИД), пройдя которую заготовка сразу за один проход получила бы тре буемую точность, т. е. превратилась бы в готовую деталь»

[36].

Этого можно достичь совмещением резания и холодного пластического деформирования с использованием особенно стей и достоинств той и другой схемы обработки. «Совме щение различных способов – одно из основных направлений совершенствования металлообработки как в отношении со кращения цикла обработки и повышения производительно сти труда, так и повышения качества обрабатываемых дета лей» [36].

Убедительно подтверждают эти положения и работы, проведенные в НПО «НИИтракторсельхозмаш» [4].

Таким образом, совмещенная обработка резанием и ППД роликами позволяет решить вопрос обеспечения высокой производительности при заданном качестве и низкой себе стоимости обработки, однако при этом существуют пробле мы выбора соотношений геометрических параметров раскат ников, режущих и деформирующих элементов, а также со гласования параметров обработки двух принципиально отли чающихся друг от друга методов.

При совмещении обработки резанием и ППД общая стоимость обработки на 40 % меньше, чем при применении чистовых методов абразивной обработки: хонинговании, притирке и доводке.

1.2. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ ППД В настоящее время поверхностное пластическое деформирование (ППД) нашло широкое применение в машиностроении при изготовлении деталей выполненных из стали, чугуна, а также цветных металлов. Основ ным назначением ППД является повышение качества поверхностного слоя.

К настоящему времени в области исследования ППД ро ликами накоплен значительный теоретический и эксперимен тальный материал, в котором рассматривается влияние конст руктивно-технологических параметров и факторов на произ водительность и качество обработанной поверхности. В ре зультате этого установлено, что качество поверхностей дета лей зависит от большого количества технологических факто ров обработки, конструктивных параметров деформирующих элементов и размеров деталей.

Основными факторами и параметрами обработки явля ются: подача, число проходов, геометрия и размеры дефор мирующих роликов, углы установки роликов относительно обрабатываемой детали (угол внедрения и угол самозатяги вания), усилие деформирования, исходная шероховатость, твердость материала и некоторые другие величины. Харак терно, что скорость деформирования в достаточно широких пределах практически не оказывает влияния на качество по верхностного слоя. Это следует рассматривать как возмож ность повышения производительности обработки. Роль смаз ки тоже незначительна, а ее применение необходимо для предотвращения перегрева инструмента.

Точность обработки в основном зависит от точности предшест вующей обработки резанием и исходной шероховатости. Изменение размера детали равно примерно удвоенной разности высоты исходной шероховатости и шероховатости, достигнутой в процессе пластиче ского деформирования. Следовательно, ее можно учесть заранее рас четным методом при разработке технологического процесса.

Наличие большого количества величин, влияющих на ка чество поверхностного слоя, затрудняет выбор рационально го сочетания их значений. Для систематизации и наглядного представления взаимосвязи конструктивно-технологических параметров обработки и показателей качества при ППД со ставлена схема (рис. 1.3). Влияние одних параметров на дру гие определяется на ней только по направлению стрелок, со единяющих соответствующие величины. Стрелки, постав ленные на отрезках в противоположных направлениях, ука зывают на взаимнооднозначное соответствие между величи нами, а точки на пересечениях отрезков означают, что в этих местах можно переходить с одного отрезка на другой. Бук вой М обозначена малоизученная взаимосвязь или сведения отсутствуют. Из представленной схемы следует также, что значительное число как технологических, так и конструктив ных параметров взаимосвязаны между собой, причем они, а также исходные характеристики поверхности, определяют и физико-механические явления, протекающие в зоне контак та. В конечном итоге это определяет эксплуатационные по казатели деталей машин. В свою очередь, физико механические процессы (распределение напряжений и дефор маций в зоне обработки, проскальзывание, распределение тем ператур) при ППД, а также их взаимосвязь с показателями ка чества, слабо изучены, а по некоторым из них сведения отсут ствуют.

При выборе и назначении конструктивно-технологических парамет ров обработки существуют значительные затруднения, связанные с тем, что на окончательные результаты формирования качества поверхностно го слоя влияет большое количество различных независимых и взаимосвя занных между собой аргументов. Как правило, любой показатель качест ва поверхности есть функция многих независимых переменных:

уi = f(Pу,Sо,rпр,Dо,dр,rр(lк), hm,,, HB, Rисх) где Pу – усилие деформирования;

Sо – подача;

rпр – про фильный радиус ролика;

Dо – диаметр детали;

dр – началь ный диаметр ролика;

,rр(lк) – изменение радиуса ролика по длине контакта;

hm – максимальная глубина внедрения ро лика в поверхность детали;

, – углы внедрения и самоза тягивания;

HB – твердость обрабатываемого материала;

Rисх – исходная шероховатость поверхности от предшествующей обработки.

Технологические параметры Исходное Конструктивные состояние параметры ролика поверхности и размеры детали ro Rg rp y, в Rисх S hм Pyp V Геометрия контакта Sk Lk Snk Vk hk zk Физико-механические явления M Vnp М Показатели качества поверхности tyn ост HB микроструктура Ra Д износостойкость Рис. 1.3. Схема взаимосвязи между конструктивно-технологическими параметрами и факторами обработки, физико-механическими явлениями в зоне контакта и показателями качества при обработке ППД роликами Теоретические исследования процесса поверхностного пластического деформирования, как правило, осуществляются на основе разработки и анализа математических моделей, опи сывающих геометрические параметры, напряженно деформированное состояние в контактной зоне и выявления их влияния на показатели качества поверхностного слоя, а также на технические показатели оборудования и обрабаты вающего инструмента.

Эти исследования связаны с определенными трудностя ми, так как качество поверхностного слоя при обработке де талей формируется в результате сложных взаимосвязанных процессов, происходящих в очаге деформирования и приле гающих к нему зонах упругих и пластических деформаций, изменения прочностных и пластических свойств деформи руемого металла, трения и тепловых процессов, протекаю щих в зоне контакта, изменения макро- и микроструктуры поверхностного слоя, микрогеометрии самой поверхности и других явлений.

1.3. ОБЗОР РАБОТ ПО УСИЛИЮ ДЕФОРМИРОВАНИЯ Установлено, что сила, действующая на обрабатываемую поверхность со стороны деформирующего элемента, в наи большей степени влияет на показатели качества детали. Поэто му определение функциональной связи между силой, прило женной к деформирующему элементу и показателями качества поверхности, является одной из основных задач исследований в области обработки ППД. Для определения усилия деформиро вания различными авторами предлагается ряд аналитических зависимостей. В связи с тем, что при обработке ППД роликами в области контакта возникают сложные физикомеханические процессы, для которых трудно найти точные оценки, то в большинстве случаев прибегают к экспериментальным иссле дованиям. В результате этого в настоящее время накоплен об ширный фактический материал, позволяющий в каждом от дельном случае обоснованно выбирать и назначать рациональ ные режимы обработки, обеспечивающие требуемое качество и производительность. Однако единство подходов в решении за дач отсутствует. Характерным при этом является то, что каж дый из авторов при исследовании предлагает и использует свои собственные разработки применительно к частным рассматри ваемым вопросам. В частности, Д. Д. Папшев предложил фор мулу для расчета среднего напряжения, радиального усилия и площади контакта при обкатывании шаром [65]:

p = PН / Fk ;

(1.1) 8 Rd R p R (h + W ) W + W + W h, Fk = Rd ± R p 3 где Рн – радиальное усилие деформирования;

Fк – пло щадь контакта;

R – радиус профиля ролика;

Rd – радиус де тали;

Rp – радиус шарика;

W – упругая местная деформация;

h – величина обжатия l.

Пластические деформации в контакте возникают по дости жении определенного значения угла внедрения = у. При у связь между радиусом контактной площадки r и силой вне дрения сферического деформирующего элемента РH в плоскую поверхность тела описывается уравнением Герца:

3 r = P R, (1.2) 4 1 v12 1 v где – упругая постоянная;

Е1, Е2, 1, 2 – = E1 E соответственно модули упругости и коэффициенты Пуассона деформирующего элемента и обрабатываемого металла.

Имея в виду, что величина среднего давления q = P, а r степень деформации sin = r / R, где R – остаточный отпе чаток после снятия нагрузки.

Можно установить связь между этими параметрами для внедрения стальными шарами в сталь:

P. (1.3) q= r Следовательно, среднее давление при упругом внедрении изменяется прямо пропорционально sin [3].

Зависимость между диаметром отпечатка d и нагрузкой РН на шар при его внедрении в упругой и пластической об ластях описывается также уравнением Мейера:

P = adn, (1.4) где а и n – константы пластичности.

Вышеприведенные формулы справедливы для условий деформирования без учета трения, когда контактирующие тела изотропны и подчиняются закону Гука, площадь кон такта мала и нагрузки приложены перпендикулярно к обра батываемой поверхности.

Рассматриваемые процессы реально протекают в более сложных условиях, поэтому приведенные формулы имеют ограниченное применение. Несмотря на это, они показывают основные силовые зависимости при ППД. Существенным недостатком при обработке шариками является низкая про изводительность.

На возможность использования формул, связывающих силу и деформацию при статическом вдавливании деформи рующего элемента, для случая движения последнего по по верхности детали указывает В. М. Браславский. В работе [10] говорится, что ширина и кривизна сечения, образован ные при движении инструмента, практически совпадают с шириной и кривизной восстановленного отпечатка. При об катывании деталей роликом формула для определения уси лия деформирования имеет вид 0,, (1.5) b 1 1 b 2 + 1, 2,3 sin 2,3 a P = 1,475 HB + + a r R d a D p Dд где Dр, r – диаметр и радиус профиля ролика;

Dд, Rd – диаметр и радиус кривизны обрабатываемой детали;

а – угол внедрения ролика в плоскости подачи;

b и а – полуоси эллипса контактной зоны. Значение угла внедрения а пред полагается устанавливать для сталей с твердостью по шкале Бринелля НВ 140 равным 2° 30', а для более твердых сталей указывает на необходимость постепенного увеличения угла внедрения до а = 3° при НВ до 400 единиц.

Глубокие исследования в рассматриваемом направлении выполнены В. М. Торбило и А. С. Донсковым [83]. За основу решения берутся положения теории упругости, где упругие характеристики материала принимаются изменяющимися в зависимости от степени деформации. При этом используется сложная система уравнений, решаемая методом последова тельных приближений. При определении усилия деформиро вания необходимо иметь экспериментальные зависимости i = (), где i и – обобщенные напряжения и деформации, которые не всегда известны для определенных сталей.

Поэтому в работах [5, 55] предлагаются методы расчета напряжений на основании учета твердости металла HV. При этом связь усилия деформирования с параметрами качества обработанной ППД поверхности осуществляется двумя пу тями. В первом случае предусматривается подстановка в расчетное значение формулы глубины внедрения h, относи тельная величина которой = h / R ( R – радиус отпечатка) определяет степень упрочнения и снижение шероховатости.

Второй путь предполагает непосредственную связь между шероховатостью обработанной ППД поверхностности и усилием деформирования.

В некоторых работах предлагается назначать режимы пластического деформирования на основе безразмерного давления P, ( 1.6) q= Fk HV где Fk – площадь пятна контакта;

НV – твердость по Ви керсу. Кроме того, предлагается назначать режимы ППД, пользуясь параметром В:

B = q N m, ( 1.7) где aK – число циклов нагружения поверхности;

ак – N= i S ширина пятна контакта;

S – оборотная подача;

i – число про ходов. Однако, рассмотренная методика расчета обладает громоздкостью [49'].

В работах Н. Н. Жасимова делается попытка определе ния законов распределения давлений, деформаций и напря жений по определенной форме и размерам поверхности контакта. При решении используется метод переменных па раметров упругости без учета изменения формы пятна кон такта в результате подачи и перекрытия следов деформи рующего элемента [37, 38, 39, 40].

Отличительной особенностью работы О. С. Черненко [94] является решение контактной задачи при ППД, устанав ливающей связь между силой, приложенной к инструменту, средним давлением и деформацией в зоне контакта. Это ре шение выполнено на основании аналитического определения соотношения между силами, действующими на переднюю (упругопластическую) и заднюю (упругую) зоны контактной площади. Сила внедрения деформирующего элемента раз личной формы с учетом размеров заготовки имеет вид P = 0,5 (1 e) F q, ( 1.8) где F – площадь проекции лунки контакта на плоскость;

q – среднее давление в пластической зоне контакта;

е = Ру / Рн.

Кудрявцевым И. В. предложено выражение для назначе ния усилия деформирования в зависимости от диаметра об рабатываемого вала [53]:

DB1, ( 1.9) P = 50 + где DB1 – диаметр обрабатываемого вала.

Проскуряков Ю. Г. в качестве расчётной формулы пред лагает использовать зависимость [58]:

( 1.10) DB1 q P=, D 0,12 E B1 + d где d – диаметр ролика;

q – среднее давление, Е – модуль упругости, а величина q принималась равной q = (1,8 2,1) T.

Следующая зависимость по определению усилия пред ложена Азаревичем Г. М. и Бернштейном Г. Ш.[2]:

P = P0 k 0 k R z k S k kd k D, (1.11) где k 0 – коэффициент, учитывающий влияние заднего угла деформирования;

kRz – коэффициент, учитывающий ис ходные неровности;

kS – коэффициент, учитывающий пода чу;

k – коэффициент, учитывающий твердость материала;

kd – коэффициент, учитывающий диаметр ролика;

kD – коэффи циент, учитывающий диаметр обрабатываемой детали.

В работе [10] Браславский В. М. предлагает использовать формулу P = 4 m Dш2 (sin )n2 sin a b0 r 2, (1.12) n a где Dш – диаметр шарика;

– средний угол вдавлива ния ролика;

a – угол вдавливания ролика;

m, n – постоян ные, характеризующие свойства обрабатываемого материала;

r – радиус ролика.

Ниже приведены зависимости полученные Алексеевым П. Г. и Шнейдером Ю. С. [5,6, 90]:

( (h + ) ), Rд R p Rпр 7,65 hH T (1.13) (h + ) + P= 1 + tg m Rд ± R p где Rд – радиус детали;

Rp – радиус ролика;

Rпр – радиус профиля ролика;

– коэффициент Пуассона;

h – величина обжатия;

Т – предел текучести;

hH – коэффициент, учиты вающий наклёп;

– местная упругая деформация и P = FK q, S 2 (i 1) 4S (1.14) n/ d ш (Rисх R ) i FK = 2 i, 3 Rисх dш i =2 где Fк – площадь поверхности контакта;

q – среднее дав ление;

Si – шаг исходных неровностей;

dш – диаметр шарика;

n – постоянная, характеризующая свойства обрабатываемого материала. Rисх, R- исходная и достигнутая в результате ППД шероховатости. Одним из авторов данной работы, в которой в результате теоретических исследований геометрических соот ношений контактной зоны при обработке роликами произволь ных размеров, конфигурации и положения относительно дета ли в зависимости от конструктивно-технологических парамет ров обработки в качестве обобщающего параметра предлагает ся принять объем контактной зоны [52]. Кроме того, в работе приводятся теоретические исследования пластического течения металла в очаге деформации, в результате которых получена зависимость напряженного состояния в зоне контакта через пе ремещения точек деформируемой поверхности:

т y (1 + 1,4 y, 6 + C y ), (1.15) н = n m m где у – относительная деформация точек поверхности детали, m – вычисляется по формуле T, (1.16) m = ln B где Т – предел текучести;

В – предел прочности, Су – коэффициент упругого восстановления (Су = 0,3... 0,45).

1.4. ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ППД РОЛИКАМИ И ГЛУБИНА УПРОЧНЕНИЯ Для определения высоты микронеровностей, полученной после обработки ППД, рядом авторов получены зависимости, связывающие величину подачи, радиус кривизны ролика, на чальную высоту неровности, удельное давление, профильный радиус ролика, упругую деформацию. Так, например, Папше вым Д. Д. [54] предложена зависимость для определения вы соты микронеровности после поверхностного деформирова ния:

S 02 k k k p. (1.17) RZ = 8 R k k, k, kp - экспериментально определяемые коэффициенты В формуле Меньшакова В. И. учитывается начальная вы сота неровностей и физико-механические свойства обраба тываемого материала:

, P (1.18) RZ = RZ 0 1 K C K M lg Fk где Rzо – начальная высота неровностей, КМ – коэффи циент, учитывающий физико-механические свойства обра батываемого материала;

– коэффициент, зависящий от об рабатываемого материала;

Fk – площадь контакта, которая рассчитывается по формуле ( (h + ) ), Rd Rпр R (1.19) h + + Fk = 2, Rd + R где Rd– радиус обрабатываемой детали;

Rпр – профиль ный радиус ролика;

– величина упругой деформации;

h – полная деформация в зоне контакта.

В расчётной формуле, предлагаемой Браславским В. М.

[10], величина Rz связана с величиной подачи и кривизной де формирующего элемента:

4 Rпр S, (1.20) RZ = Rпр где Rz – высота неровностей по 10 точкам;

Rпр – радиус кривизны профиля ролика;

S0 – подача.

Более сложная связь установлена Барацем Я. И.:

P, RZ = RZ 0 (1 K c (104 T )) lg (1.21) где Rzо – начальная высота неровностей, Кс – коэффици ент, зависящий от способа обработки, – коэффициент, зави сящий от характера распределения напряжений в очаге де формации, Т – предел текучести, Р – нагрузка.

Одним из главных показателей качества поверхностного слоя достигаемого в процессе ППД является глубина упроч ненного слоя. Решение задачи определения глубины рас пространения пластической деформации в тело детали было осуществлено Хейфецем С. Г. Им предложена зависимость, связывающая глубину упрочнения, усилие деформирования и предел текучести материала [85] P, (1.22) hy = 2 Т где P – усилие деформирования;

Т – предел текучести обрабатываемого материала.

Эллиптическая поверхность контакта в данном случае принимается в виде равновеликого круга. Однако, как пока зали дальнейшие экспериментальные исследования, факти ческая глубина распространения пластической деформации оказалась меньше расчетной, причем, чем больше размеры ролика и детали, тем больше отклонения (до 50 %). В этой связи Кудрявцевым И. В. была предложена модифицирован ная зависимость формулы (1.22), учитывающая влияние на глубину упрочнения размеров детали и ролика [41] 1 P, где = 1 + 0,07 R, (1.23) hy = пр 2 Т где – коэффициент, учитывающий влияние размеров ин струмента и детали;

Rпр – приведенные радиусы кривизны роли ка и детали в месте контакта.

Папшев Д. Д. показал, что толщина наклёпанного слоя за висит от площади контакта деформирующего элемента с обра батываемой деталью [54].

= k Fк, (1.24) где k – коэффициент, зависящий от размеров и материала детали;

Fк – площадь контакта;

– толщина наклёпанного слоя.

В исследованиях Ярославцева В. М. приводится следующая формула [102]:

23,6 T R p, R = R1 R2, (1.25) hy p R1 + R E где R1, R2 – радиусы сопряжённых цилиндров;

E – модуль упругости.

Дрозд М. С., Фёдоров А. В., Сидякин Ю. И. для расчёта толщины наклёпанного слоя предлагают использовать зави симость [36] h у = 2,8 Dпр h, (1.26) где Dпр – приведенный диаметр. Величины Dпр и h рас считываются по формулам:

1 0, Dпр =, (1.27) A P h= H D где H – пластическая твёрдость или контактный модуль упрочения образца;

P – усилие;

Таким образом, на основе анализа литературных источни ков можно сделать вывод, что основными факторами, от кото рых зависит качество поверхностного слоя, являются усилие деформирования и площадь контакта.

Большое разнообразие формул, предложенных различными авторами, позволяет провести глубокий анализ и осмысление физики процесса обработки ППД. Однако приведенные выше зависимости отражают частные особенности рассматриваемых процессов и включают экспериментальные коэффициенты, подлежащие определению при изменении условий деформиро вания. Кроме того, усилие деформирования в рассмотренных методиках определяется применительно к деформирующим элементам, имеющим форму тора и шара, в то время как не ме нее распространенным является конический ролик, при обра ботке которым образуется каплевидный контакт. Возможны и другие типы роликов, поверхность которых образуется враще нием произвольной выпуклой кривой. Это не позволяет произ водить углубленный анализ полученных результатов и их срав нение на основе единой методики. Решение данной проблемы возможно за счет создания универсальной математической мо дели определения геометрических параметров контактной зоны для всех типоразмеров роликов и размеров детали с последую щим определением взаимосвязи геометрии контакта с распре деленным напряженным состоянием.

Шероховатость поверхности зависит от усилия деформи рования профильного радиуса и подачи инструмента.

Имеющийся в литературе материал достаточен для обосно ванного назначения значений перечисленных факторов, влияющих на шероховатость.

Таким образом, дальнейшее изучение поставленного во проса определения взаимосвязи конструктивно технологических параметров с показателями качества при обработке деталей ППД деформирующими роликами произ вольной формы представляется необходимым и актуальным.

ГЛАВА ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ РОЛИКАМИ 2.1. БЕССЕПАРАТОРНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ППД Широкое применение в промышленности методов ППД привело к созданию многочисленных конструкций инстру мента и схем обработки.

Выбор рациональной схемы обработки и оптимальной конструкции инструмента определяет технико-экономические показатели процесса и зависит от различных факторов, важ нейшими из которых являются: тип производства, жесткость технологической системы, размеры и конструкция обрабаты ваемой детали, точность её изготовления, силовые характери стики, качество поверхности, производительность и другие факторы [43].

Конструктивно инструменты для обработки ППД можно разделить на две группы: инструменты бессепараторного и се параторного типов. Особенностью инструмента бессепаратор ного типа является то, что деформирующие ролики устанавли ваются на подшипники качения. Для создания усилия дефор мирования, деформирующие ролики нагружаются в радиаль ном направлении к обрабатываемой поверхности. По характеру нагружения деформирующих элементов инструменты подраз деляются на: механические с упругим контактом – пружинные, пневматические, гидравлические и комбинированные;

с жест ким контактом, настраиваемые строго на определённый размер [10, 51, 90]. Недостатком этих конструкций инструмента явля ется расположение деформирующих роликов на подшипниках качения. Поскольку диаметры роликов должны быть больше наружного диаметра подшипников, на которые они установле ны, то их диаметральные размеры возрастают, следовательно, увеличиваются размеры контактной зоны, что снижает техно логические и деформирующие возможности. Этот инструмент, кроме того, не может применяться для обработки глухих отвер стий. Для уменьшения размеров контактной зоны и необходи мого усилия деформирования при обеспечении равнозначного качества поверхностного слоя применяют установку деформи рующих роликов на опорные катки. К одному из таких инстру ментов относится роликовая раскатная головка конструкции Могилевского завода Строймашина, показанная на рис. 2. [98].

5 2 3 Рис. 2.1. Жесткая роликовая раскатная головка для обработки отверстий диаметром от 200 до 360 мм:

1 – ролик;

2 – шарикоподшипник;

3 – ось;

4 – опорный шарик;

5 – опора;

6 – диаметральная ползушка;

7 – корпус головки;

8 – регулировочный винт;

9 – болт;

10 – хвостовик;

11 – планка;

12 – шайба удерживающая Головка состоит из роликов 1, шарикоподшипников 2, осей 3, опорных шариков 4, установленных на опорах 5, диа метральных ползушек 6, корпуса головки 7, регулировочных винтов 8, болтов 9, хвостовика 10, планок 11 и удерживаю щих шайб 12. Корпус головки 7 крепится к хвостовику болтами 9. В пазах корпуса размещены две диаметрально расположенные ползушки 6, в которых на осях 3 установле ны шарикоподшипники 2, служащие опорой для роликов 1.

Осевая нагрузка на ролик воспринимается шариком 4 и опо рой 5. С противоположной стороны ролики удерживаются шайбами 12. Планки 11 исключают возможность выпадения ползушек 6 из пазов корпуса. Регулировка диаметрального размера головки осуществляется винтом 8. Характерной осо бенностью рассмотренного инструмента является то, что в процессе обработки, если не учитывать контактные дефор мации ролика и его опор, диаметр инструмента остается по стоянным и не имеет возможности поднастройки на действи тельный размер. Настройка на фиксированный требуемый размер осуществляется один раз перед началом обработки партии деталей. Это является недостатком, т. к. при измене нии размеров в партии деталей, поступивших на обработку, глубина внедрения ролика в обрабатываемую поверхность будет меняться. На изменение усилия деформирования будет также оказывать влияние и первоначальная точность на стройки диаметра описываемой роликами окружности. Глу бина внедрения роликов в поверхность детали оказывается соизмеримой с допуском на размер обрабатываемого отвер стия. Все это не обеспечивает стабильность процесса, так как с изменением действительного размера детали изменяется существенно и усилие деформирования.

На рис. 2.2 показана двухроликовая упругая головка для обработки глубоких отверстий [98], состоящая из корпуса 1, рычагов 2, роликов 3, сухарей 4, клина 5, пружины 6, гаек 7 и 8. Необходимое усилие деформирования при ППД обеспечи вается винтовой пружиной 6, а его регулирование произво дится гайкой 7. Ролики 3 расположены в рычагах 2 на иголь чатых подшипниках. Для восприятия осевых нагрузок с обо их торцов каждого деформирующего ролика установлены упорные шарикоподшипники. Усилие от пружины 6 к роли кам 3 передаётся через клин 5 и сухари 4. Натяг между роли ками и обрабатываемым отверстием устанавливается гайка ми 8. В момент входа инструмента в обрабатываемое отвер стие пружина 6 сжимается, создавая на роликах требуемое усилие деформирования. Головка устанавливается на бор штангу расточного станка хвостовиком 1.

4 5 6 Рис. 2.2. Двухроликовая упругая раскатная головка:

1 – корпус;

2 – рычаг;

3 – ролик;

4 – сухарь;

5 – клин;

6 – пружина;

7, 8 – гайки Описанные выше конструкции относятся к раскатникам для ППД отверстий с механической системой нагружения де формирующих элементов. Применение пружины увеличивает податливость инструмента, но, тем не менее, полностью не обеспечивает стабильность процесса обработки в связи с тем, что смещение пружины пропорционально её усилию сжатия, поэтому будет меняться одновременно величина натяга ро ликов. Для устранения вышеназванных недостатков применяют пневматический и гидравлический приводы для нагружения де формирующих элементов.

На рис. 2.3 показана одна из конструкций раскатной го ловки с гидравлическим нагружением деформирующих ро ликов [98]. Головка имеет три деформирующих ролика 1, расположенных на рычагах 2, которые шарнирно закреплены в корпусе 3. Нагружение рычагов передаётся от поршня 4, расположенного в корпусе 3. Привод имеет насос 5. Пружина 6 является компенсатором и позволяет поддерживать в гидро приводе постоянное давление рабочей жидкости и компенси рует некоторые её утечки.


1 2 Рис. 2.3. Трехроликовая раскатная головка с гидравлическим нагружением роликов:

1 – деформирующий элемент;

2 – рычаг;

3 – корпус;

4 – поршень;

5 – насос;

6 – пружина Рассмотренная конструкция раскатной головки с гидравли ческим приводом стабилизирует усилие на деформирующих элементах, однако обладает громоздкостью, сложностью и не надежностью в эксплуатации. Следует также иметь в виду, что для уплотнений в гидравлических и пневматических устройст вах применяются манжеты, при трении которых по поверхно сти цилиндра теряется до 30 % от усилия развиваемого што ком. При страгивании с места или при изменении направления перемещения штока усилие резко изменяется, что также не обеспечивает стабильности процесса. Кроме того, деформи рующие элементы головки установлены на подшипниках каче ния, что ведёт к увеличению их диаметральных размеров и большим по площади контактным зонам деформации, что так же снижает технологические возможности инструмента и каче ство обработанной поверхности.

2.1.1. РОТАЦИОННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ СЕПАРАТОРНОГО ТИПА Ротационные инструменты сепараторного типа выпол няются по схеме планетарного обкатывания. Планетарное обкатывание осуществляется инструментом, деформирую щие элементы которого под действием вращающейся детали или оправки совершают сложное движение: вращение вокруг собственной оси и планетарное движение вокруг оси детали.

Для создания самоподачи и ориентации относительно обрабатываемой поверхности деформирующие ролики рас полагаются в гнёздах сепаратора таким образом, что их оси составляют с осью инструмента угол 0,5°…2° в зависимости от назначаемой подачи. Это позволяет устранить осевое уси лие при раскатывании [98]. С противоположной от поверх ности детали стороны ролики контактируют с опорным ко нусом, величина конусности которого обеспечивает необхо димый задний угол и возможность настройки роликов на требуемую величину натяга.

Широкое применение получили многороликовые, жёсткие дифференциальные раскатники для обработки отверстий диа метров 25…250 мм. Наибольшее распространение, как в Рос сии, так и за рубежом получили инструменты отечественного производства, а также фирм “Медисон” “Паркер” и другие [98]. Широкое распространение указанных инструментов связано с простотой их конструкции.

На рис. 2.4 показан жесткий дифференциальный раскатник НИИ тракторостроения [98], состоящий из деформирующих роликов 1, опорного конуса 2, оправки 3, упорного подшипни ка 4, штифта 5, сепаратора 6. Ролики 1, находясь в процессе раскатывания внедренными в обрабатываемую поверхность на величину 0,05…0,3 мм, катятся по обрабатываемой детали, опираясь на конус 2, воспринимающий реактивное усилие. Не имея принудительной оси вращения, деформирующие ролики фиксируются в требуемом положении относительно детали по верхностями пазов сепаратора 3 по форме и размерам, совпа дающим с формой и размерами деформирующих роликов. Не обходимый задний угол деформирующих роликов определяет ся соотношением конусности роликов 1 и опорного конуса 2.

При этом диаметральный размер регулируется в пределах не скольких десятых миллиметра перемещением сепаратора 3 с деформирующими роликами 1 вдоль опорного конуса 2. Поло жение упорного подшипника 4, соответствующее заданному диаметру обработки, фиксируется гайкой 5.

1 Рис. 2.4. Жесткий дифференциальный раскатник:

1 – ролик;

2 – опорный конус;

3 – оправка;

4 – упорный подшипник;

5 – штифт;

6 – сепаратор Более совершенными по сравнению с вышеописанными инструментами являются сепараторные копирующие рас катники пониженной жёсткости. При изменении размеров отверстия заготовки по длине, погрешности геометрической формы (конусности, овальности и др.), биения детали и ин струмента, величина натяга в процессе ППД изменяется.

Преднамеренно созданная увеличенная податливость опорных элементов, на которые опираются деформирующие ролики, позволяет автоматически варьировать усилие деформирова ния, воздействующее на ролики. Поэтому при раскатывании деталей, точность которых не выше 3…5 класса, рекоменду ется применять копирующие инструменты, конструкция ко торых отличается поджимом деформирующих роликов к об рабатываемой поверхности с помощью упругих элементов.

На рис. 2.5 показан копирующий раскатник для обработки отверстий НИИТракторосельхозмаша, состоящий из оправки 1, сепаратора 2, деформирующих роликов 3, опорного конуса 4, упорного подшипника 5, пружины 6 и гайки 7. При раскатыва нии деформирующими роликами 3 детали 8 усилие раскатыва ния, действующее на каждый ролик остаётся близким к посто янному, так как опорный конус 4 за счёт пружины 6 имеет воз можность перемещаться в осевом направлении, изменяя в свою очередь диаметральный размер окружности, описываемой ро ликами, а, следовательно, сохраняет величину натяга. Копи рующие инструменты обеспечивают получение качественной поверхности, но не исправляют погрешности её размеров.

4 3 6 Рис. 2.5. Копирующий раскатник для обработки отверстий:

1 – оправка;

2 – сепаратор;

3 – деформирующий ролик;

4 – опорный конус;

5 – упорный подшипник;

6 – пружина;

7 – гайка;

8 – обрабатываемая деталь Сепараторные многороликовые раскатники как жест кого типа, так и копирующие, имеют преимущества, позво ляющие использовать ролики малого диаметра (10…20 мм) и тем самым существенно снизить необходимые усилия де формирования. Кроме того, ролики создают удлиненный контакт, чем обеспечивается возможность увеличения пода чи и снижения волнистости.

Одним из возможных решений повышения долговечно сти инструмента в целом является более равномерное рас пределение напряжений в контактных зонах между дефор мирующими роликами, опорным конусом и обрабатываемой деталью. В частности этого можно добиться применением конструкции раскатника представленной на рис. 2.6.

11 5 Рис. 2.6. Раскатник постоянного усилия с двумя опорными катками:

1 – оправка;

2,3 – опорные конусы;

4 – деформирующий ролик;

5 – сепаратор;

6 –заглушка;

7 – пружина;

8 – пластина;

9 – палец;

10 – толкатель;

11 – шпонка;

12 – подпятник;

13 – втулка;

14 – крышка;

15 – винт Деформирующие ролики 4 опираются в процессе обра ботки на два опорных конуса 3 и 2 при помощи специально предусмотренных конических поверхностей, а усилие дефор мирования, действующее со стороны обрабатываемой детали, воздействует на среднюю часть роликов. За счет этого проис ходит перераспределение нагрузки по разным участкам роли ков. Постоянное усилие деформирования создается устройст вом (на чертеже не показанном) расположенным на противо положном от инструмента конце борштанги. В качестве тако го устройства может быть пневмо- или гидроцилиндр, приме нение пружины или груза и т. п. Постоянное усилие прикла дывается к штоку 10 и через палец 9 передается опорному ко нусу 2. При смещении опорного конуса под воздействием приложенного осевого усилия влево ролики 4 перемещаются в радиальном направлении. Если конусность заднего конуса будет отличаться от конусности переднего конуса, то этим самым можно изменять задний угол внедрения ролика. Пру жина 7 предназначена для возврата конуса 2 в исходное по ложение после снятия нагрузки в конце обработки.

Известен другой раскатник (а. с. СССР № 403540) с опорным конусом, имеющим обратную конусность, в кото ром осевое перемещение сепаратора с роликами в рабочее положение осуществляется пружиной, воздействующей на сепаратор в направлении к большому основанию опорного конуса и упора, установленного на станке. Вывод роликов из контакта с обрабатываемой поверхностью осуществляется при упоре упорного подшипника раскатника в торец обраба тываемой детали и продольном перемещении опорного ко нуса относительно сепаратора до момента фиксации штока с сепаратором с помощью шариков. После чего раскатник вы водят из обрабатываемого отверстия.

Известный раскатник имеет сложную конструкцию ме ханизма ввода и вывода, состоящую из большого количества точных деталей, предназначенных для осевого перемещения сепаратора с роликами при вводе и выводе раскатника из об рабатываемого отверстия.

Цель изобретения – упрощение конструкции механизма ввода и вывода раскатника из обрабатываемого отверстия и повышение качества обрабатываемой поверхности. Указан ная цель достигается тем, что механизм ввода и вывода вы полнен в виде угольника, одна сторона которого, предназна ченная для закрепления на суппорте станка, связана с оправ кой, а другая соединена с введенной в устройство скобой, ус тановленной на задней бабке станка. На рис. 2.7. изображено предлагаемое устройство.

Рис. 2.7. Устройство для обработки отверстий пластическим деформированием:

1 – оправка;

2 – опорный конус;

3 – сепаратор;

4 – деформирующие ролики;

5 – гайка с фланцем;

6 – гайка;

7 – пружина;

8 – вертикальная полка;

9 – угольник;

10 – горизон тальная полка;

11 – скоба;

12 – разбрызгиватель СОЖ На оправке 1 устройства, закрепленного в задней бабке то карного станка, установлен опорный конус 2, имеющий обрат ную конусность, с которым взаимодействуют расположенные в сепараторе 3 деформирующие ролики 4. Между гайкой с флан цем 5, соединенной с сепаратором 3, и гайкой 6, установленной на оправке 1, расположена пружина 7. Фланец 5 гайки упирает ся в вертикальную полку 8 угольника 9, закрепленного на суп порте станка, а горизонтальная полка 10 угольника 9 соединена со скобой 11, установленной на задней бабке. Расстояние меж ду правым и левым выступами скобы 11 обеспечивает переме щение суппорта относительно задней бабки на расстояние, равное длине рабочей части опорного конуса 2. С левого торца устройства расположен разбрызгиватель 12 для подачи СОЖ в зону обработки. При продольном перемещении суппорта то карного станка влево вместе с ним перемещается гайка с фланцем 5, постоянно поджимаемая к вертикальной полке угольника 9 пружиной 7;


гайка с фланцем 5 перемещается до тех пор, пока выступ горизонтальной полки 10 угольника не коснется скобы 11. После чего устройство подводят вме сте с задней бабкой станка к обрабатываемой детали и де формирующие ролики 4 своей заборной частью входят в об рабатываемое отверстие. Под действием усилия подачи, и преодолевая усилие пружины 7, сепаратор 3 перемещается относительно конуса 2 вправо до тех пор, пока диаметр опи сываемой роликами окружности не достигает величины на тяга, при этом между гайкой с фланцем 5 и вертикальной полкой 8 угольника 9 образуется зазор. После этого происхо дит обработка отверстия. Через отверстие в оправке и раз брызгиватель 12 в зону обработки подается СОЖ. В конце рабочего хода суппорта сообщается перемещение, обратное первоначальному, при этом вертикальная полка 8 угольника 9 за гайку с фланцем 5 перемещает сепаратор 3 с роликами к меньшему диаметру опорного конуса до тех пор, пока го ризонтальная полка 10 угольника 9 своим выступом не уп рется в правую часть скобы 11 (на чертеже показано пункти ром). Устройство свободно выводится из отверстия. Предла гаемый раскатник проще по конструкции и более надежен в работе, в результате чего увеличивается срок его службы, а также уменьшаются затраты на его изготовление, ремонт и эксплуатацию.

На рис 2.8. представлено устройство по авторскому сви детельству № 6700427, предназначенное для обработки от верстий с неравномерным припуском, содержащее раскатник постоянного усилия. Деформирующие ролики раскатника расположены в сепараторе 4 и взаимодействуют с опорным конусом 2, имеющим обратную конусность. На сепаратор 2 с целью создания постоянного усилия, действующего на роли ки и обрабатываемую поверхность, через шток воздействует усилие груза, расположенного на г-образном рычаге. Только применение груза для создания усилия деформирования по зволяет обеспечить его постоянное значение, так как, напри мер, применение пружины создает переменное усилие про порциональное ее деформации. Приведенная конструкция раскатного устройства была успешно внедрена в объедине нии Каргормаш при обработке отверстий гидроцилиндров, использующихся в шахтных гидростойках. Ее внедрение по зволило повысить долговечность инструмента в 2,4 раза, при увеличении производительности в 1,8 раза и одновремен ном стабильном качестве обработанной поверхности.

Рис. 2.8. Устройство для раскатывания глубоких гидроцилиндров с постоянным усилием деформирования (а. с. СССР № 6700427):

1 – оправка;

2 – опорный конус;

3 – ролик;

4 – сепаратор;

5 – рычаг;

6 – груз;

7 – толка тель;

8 – палец;

9 – втулка;

10 – ограничитель;

11 – упор;

12 – основание;

13 – захват Одним из методов повышения производительности явля ется совмещение операций. Процессу раскатывания, как пра вило, предшествует чистовая обработка растачиванием. При совмещении растачивания и раскатывания возникает пробле ма не допустить проникновение стружки в зону обработки по верхностным пластическим деформированием. Одно из реше ний возможно на основе применения конструкции комбини рованного инструмента по а. с. №780971 (рис. 2.9). Недостат ком конструкций с применением многорезцовых расточных головок является необходимость предварительной настройки резцов на требуемый размер, причем каждый из резцов равно расположенных по окружности отверстия настраивается на размер независимо от других. Это ведет к снижению точности и производительности обработки. Повышение точности и производительности достигается тем, что резцовая головка выполнена в виде набора круглых резцов и установлена на оправке совместно с раскатником посредством упорных под шипников.

Недостатком указанной конструкции является возникно вение больших усилий резания. В этой связи в производство была внедрена конструкция с одним разрезным режущим рез цом, контактирующим с предварительно обработанной по верхностью резцовой головкой, установленной впереди круг лого резца. Роль круглого резца предназначена для тонкой за чистки предварительно обработанной резанием поверхности с целью снижения шероховатости и предотвращения попадания стружки в зону деформирования роликами.

Рис. 2.9. Комбинированный раскатник (а. с. СССР № 780971):

1 – оправка;

2 – подшипник;

3 – оправка;

4 – резец круглый;

5 – направляющее кольцо;

6 – конус оправки;

7 – ролик;

8 – крышка 2.2. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ РАСКАТНИКИ Всем вышерассмотренным конструкциям в той или иной степени свойственны недостатки: раскатывающие головки не универсальны, предназначены для обработки одного размера детали;

конструкции сепаратора сложны и трудоёмки в изго товлении;

в местах контакта рабочей поверхности деформи рующих роликов со стенками сухарей или гнёзд сепараторов возникает значительное трение скольжения, что вызывает повышенный износ конструктивных элементов инструмента;

в области упругого контакта между роликами и опорным ко нусом действуют большие контактные напряжения, приво дящие к быстрому выходу из строя деформирующих роликов и опорного конуса. За счёт установки роликов под углом са мозатягивания площадь упругого контакта с опорным кону сом резко уменьшается, при одновременном значительном увеличении контактных напряжений.

Более предпочтительными по сравнению с рассмотрен ными выглядят центробежные раскатывающие инструменты, усилие деформирования которых обеспечивается за счет центробежных сил, возникающих при вращении инструмен та. Одними из таких инструментов являются центробежные шариковые раскатники с применением рабочего агента – воздуха, для соз дания дополнительного усилия деформирования, действующего на шарики [108].

На рис. 2.10 представ лен центробежный раскат ник Могилевского ма шиностроительного ин ститута, предназначенный для раскатывания труб Рис. 2.10. Центробежный раскатник для обработки труб гидроцилиндров:

1 – корпус;

2 – диск;

3 – винт;

4 – кольцо;

5 – гнездо;

6 – деформирующий шар;

7 – лопатка;

8 – обрабатываемая деталь гидроцилиндров. Раскатник состоит из корпуса 1, соединен ного с диском 2 винтами 3. Обращенные навстречу друг к другу торцы корпуса 1 и диска 2 образуют камеру расшире ния, в которой установлено кольцо 4, в котором с внешней стороны выполнены сферические гнезда 5 для размещения деформирующих элементов – шаров 6. С внутренней стороны кольцо имеет лопатки 7. При работе сжатый воздух поступает в камеру расширения, где воздействует на лопатки 7, приво дит во вращение кольцо 4 с размещенным в его гнездах 5 де формирующих элементов – шаров 6, обеспечивая ППД по верхности отверстия детали 8. Как видно из описания, рас смотренная выше конструкция обладает существенными не достатками. Для достижения необходимого усилия воздейст вия деформирующих элементов на обрабатываемую поверх ность 8, развиваемого центробежными силами, необходима окружная скорость 25…50 м/с, при которой в процессе пла стического деформирования, как полагает ряд авторов [10, 65] резко повышается температура, как на поверхности обрабаты ваемого материала, так и на деформирующих элементах. Для создания высоких скоростей вращения необходимо специаль ное оборудование и технологическая оснастка.

Центробежный раскатник иной конструкции, применяе мый в настоящее время на Московском автомобильном заводе им. Лихачева и Горьковском автомобильным заводе состоит из (рис 2.11) механического привода, включающего электро двигатель 1, шкивы 2 и 3. Шарики свободно размещаются в радиально расположенных пазах, которые по высоте смещены относительно друг друга на 0,001 м. Выпадение шариков пре дотвращается развальцованными краями отверстия, выпол ненными таким образом, что шарики выступают из корпуса не более чем на 0,5 мм. При обработке угловая скорость инерци онного раскатника достигает 50 сек.-1, при которой развивает ся центробежная сила в пределах 140...150 Н на шарик. При помощи ременной передачи осуществляется вращение шпинделя 4 шариковой головки, на которой закреплен с по мощью болта 6 сменный корпус 5 шариковой головки с тре мя шариками 7. В описанных выше инерционных раскатниках применяются шары, что не позволяет осуществлять выбор их параметров, формы и размеров для достижения требуемого качества при ППД. Кроме того, как показывает опыт и приве денные выше цифры, усилия деформирования, получаемые за счет центробежных сил, в рассмотренных конструкциях не достаточны для обеспечения высокого качества получаемой поверхности и заданной величины упрочненного слоя. Следо вательно, технологические возможности рассмотренных ша риковых инструментов ограничены.

Современный инструмент для обработки отверстий ППД роликами имеет достаточно большую номенклатуру и делит ся на сепараторные и бессепараторные, ротационные, жест кие, упругого действия, центробежные. Из перечисленных центробежный инструмент более предпочтителен для обес печения высокой производительности при заданном качестве и стабильности процесса обработки. Однако, как показывает предварительный анализ, применение центробежного раска тывания позволяет осуществить не только чистовую, но и упрочняюще-чистовую обработку, а также заданную по форме и размерам контактную зону. При этом обеспечивает ся конструктивная простота и технологичность изготовления инструмента. Тем не менее, для решения вопросов создания оптимальной конструкции инструмента необходимы теоре тические и экспериментальные исследования, которые в на стоящее время отсутствуют.

50Н N 48Сз 46Н Dш 1, Do Рис. 2.11. Многошариковый центробежный раскатник упругого действия со сменными шариковыми головками и приводом вращения:

1 – электродвигатель;

2, 3 – шкивы;

4 – шпиндель;

5 – сменный корпус;

6 – болт;

7 – шарик ГЛАВА ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ 3.1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ Резание металлов – очень сложный процесс, часто про текающий при высоких скоростях, температурах и давлени ях, действующих на резец. Снимаемый слой металла под вергается значительным упругопластическим деформациям в результате взаимодействия его с режущим лезвием инст румента. Это сопровождается структурными изменениями в поверхностном слое детали, распространяющимися на зна чительную глубину, течением и разрушением снимаемого слоя, трением, большой усадкой стружки, наростом на ре жущем инструменте и другими явлениями. С другой сторо ны, большие изменения претерпевает обработанная поверх ность изделия и подповерхностный слой, где возникают ос таточные напряжения различных знаков и интенсивности, а также наклеп, определяющие физико-механические и экс плуатационные свойства обработанной поверхности и, тем самым, ресурс изготовляемых деталей машин, надежность и безотказность работы.

Попытки одностороннего объяснения чрезвычайно сложного процесса резания элементарными механическими схемами или на основе математической теории пластичности нельзя признать удачными. Здесь имеется еще достаточно нерешенного и неясного, хотя в последнее время получены многочисленные данные на основе теоретических расчетов.

Однако грамотный технический анализ явлений на базе фи зики твердого тела поможет специалистам правильно ориен тироваться в вопросах повышения производительности и обеспечения качества при резании.

Основой процесса резания является представление о ре жущем клине, внедряющемся в обрабатываемую поверхность под действием силы резания при одновременном наличии главного движения и движения подачи. Для обеспечения про цесса резания необходимо, чтобы режущий клин обладал оп ределенной геометрией, т. е. наличием переднего и заднего углов, угла в плане, угла наклона режущей кромки, достаточ ной твердостью инструментального материала, прочностью и другими параметрами. В процессе развития теории резания усилия многих ученых были направлены на то, чтобы обес печить оптимальные соотношения между перечисленными выше параметрами, прочностью инструмента, производи тельностью обработки и качеством обработанной поверхно сти. Эта задача во многих случаях не может быть однозначно решена, так как улучшение одних параметров приводит к ухудшению других. Однако в настоящее время получены многочисленные результаты, приведенные в виде рекомен дации в справочных и нормативных данных, по выбору ин струментального материала, геометрических параметров ре жущего инструмента и режимов резания.

Выбор конструктивных параметров резцовой головки (диаметр, количество зубьев и длина их режущих кромок в осевом направлении) максимально возможная производи тельность, предельно допустимая сила резания или мощность резания, а также шероховатость обработанной поверхности являются взаимосвязанными между собой величинами. На практике основной задачей, решаемой в процессе резания, является повышение производительности при обеспечении прочностных свойств режущего клина и качества поверхно сти детали. Эта задача может решаться различными метода ми. Одним из наиболее доступных и простых методов повы шения производительности является правильный выбор ин струментального материала, основное свойство которого за ключается в соблюдении неравенства Ни Нд, указывающе го, что твердость инструментального материала (Ни) должна быть во много раз больше твердости материала обрабаты ваемой детали (Нд). Это условие не всегда удается удовле творить по двум основным причинам:

• с дальнейшим повышением научно-технического про гресса появляются новые материалы, применяемые при изго товлении деталей машин, например, жаропрочные и другие, обладающие повышенной твердостью и механическими свойствами, в то время как создание новых сверхтвердых ин струментальных материалов маловероятно;

• с увеличением твердости инструментального материала возрастает его хрупкость, что ведет к вынужденному сниже нию производительности в силу ограничения величины по дачи из-за возможного выкрашивания и поломки режущего лезвия;

• повышение скорости резания для увеличения произво дительности не дает удовлетворительных результатов в силу существенной интенсификации износа режущей части инст румента.

Большие перспективы могут появиться за счет примене ния износостойких покрытий, наносимых на режущую часть инструмента, что фактически равносильно применению новых инструментальных материалов с повышенными прочностны ми свойствами, т. к. сердцевина режущего клина может быть более мягкой а, следовательно, и более прочной при изгибе.

При непрерывном процессе резания, когда поверхности режущего клина соприкасаются со сбегающей стружкой и задней поверхностью детали на всем протяжении обработки, например, при токарной обработке, в зоне резания образует ся высокая температура, действующая со стороны сбегаю щей стружки и обрабатываемой детали на режущий клин.

Так как стружка и обработанная поверхность взаимодейству ют непрерывно с передней и задней поверхностями режущего клина под действием значительных давлений, то это затруд няет подвод смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) не посредственно к поверхностям режущего клина. При этом в основном охлаждается деталь и удаляемая стружка. Трение стружки и обработанной поверхности детали по поверхностям режущего клина происходит в условиях практически сухого трения, что в сочетании с высокой температурой приводит к интенсивному износу.

Предлагаемые решения для более интенсивного охлаж дения инструмента в основном сводятся к подаче СОЖ в зо ну резания под большим давлением, либо непосредственно между задней поверхностью резца и обрабатываемой дета лью. Также предлагается подавать СОЖ через каналы, вы полненные в теле инструмента, что не всегда возможно по технологическим соображениям изготовления инструмента и из-за особенностей его конструктивного исполнения.

Еще одним недостатком, присущим непрерывному реза нию, является в ряде случаев наличие сливной стружки, ко торая наматывается на инструмент и деталь. Это требует ос тановки процесса резания для удаления стружки из зоны об работки, за счет чего снижается производительность. Раз личные способы стружколомания вызывают усложнения конструкции инструмента и снижают прочность режущей части.

Из всех разновидностей обработки деталей резанием наи более сложной и трудоемкой является расточка глубоких от верстий. Трудоемкость обработки заключается в недостаточ ной жесткости системы инструмент–деталь, невозможности контроля над процессом резания и низкой производительно сти. Но одним из самых проблемных вопросов является необ ходимость дробления стружки и ее удаление из зоны резания и отверстия.

3.2. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ Стремление избавиться от перечисленных в предыдущем разделе недостатков привело к созданию кинематических методов повышения производительности, прочности инструмента и повышения износостой кости, а также за счет применения многозубых лезвийных инструментов.

Кинематический метод основан на создании определен ной кинематики движения инструмента, при которой режу щая кромка перемещается относительно поверхностей реза ния, из-за чего отдельные участки режущей кромки то вхо дят, то выходят из зоны обработки. К этим методам относят ся инструменты, работающие по принципу огибания, много зубые, а также ротационные инструменты. Особенностью ротационных инструментов является наличие резцов, имею щих возможность вращения вокруг фиксированной оси.

Вращение происходит принудительно или под действием сил резания. Режущая кромка этих резцов является дугой окруж ности или дугой фасонной поверхности. К настоящему вре мени накоплен определенный опыт в использовании такого инструмента, разработано большое количество различного вида инструментов, от простых резцов до торцовых фрез, ра ботающих по принципу протягивания.

Однако, широкое внедрение этих инструментов в про мышленное производство сдерживается тем, что режущие ротационные элементы устанавливаются на подшипники ка чения, что существенно усложняет конструкцию и увеличи вает ее габаритные размеры. Главным недостатком является возникновение вибраций (подшипники качения имеют зазо ры между шариками и беговыми дорожками). Кроме того, нельзя обрабатывать поверхности, имеющие буртики или пе репады диаметров.

Заметное повышение производительности произошло, когда стали применяться многозубые инструменты такие, как протяжки, зенкеры, развертки, фрезы. Это связано с тем, что увеличение подачи оказалось возможным за счет распреде ления припуска между зубьями, в связи с чем усилие реза ния, приходящееся на один зуб, может быть уменьшено. Так как минутная подача равна произведению числа зубьев и по дачи на зуб, то результирующая производительность за счет большого количества зубьев значительно увеличивается. Не смотря на то, что многозубые инструменты являются слож ными по конструкции и дорогостоящими в изготовлении, ра ботают с неравномерными нагрузками, они нашли широкое применение в производственной практике.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.