karter (Проект участка цеха с детальной разработкой единичного технологического процесса изготовления детали Картер), страница 17

Упрочняющая обработка деталей машин, в т. ч. и корпусных делится на следующие основные методы [ ].

рис. 8.1.1.

Для повышения работоспособности корпусных деталей и, следовательно, работоспособности изделия в целом разработаны и реализуются различные технологические методы чистовой и упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД).

Основными положительными особенностями ППД являются:

• высокая эффективность способов ППД, как средства повышения одной из важнейших эксплуатационных характеристик - усталостной прочности. Срок службы многих деталей за счет применения ППД повышается в несколько раз. Одновременно с этим существенно повышается износостойкость деталей стабилизируются показатели шероховатости и прочность неподвижных посадок;

• универсальность способов ППД. Поверхностной чистовой и упрочняющей обработке можно подвергать детали практически из любых конструкционных материалов, любой твердости, детали любых размеров и конфигураций;

• технологичность способов ППД, возможность его применения в различных типах производства, как при изготовлении новых деталей, так и в ремонтной технологии. В большинстве случаев внедрение процессов ППД не требует применения дорогостоящего специального оборудования. Конструкция применяемых приспособлений и оснастки не сложны, надежны в работе, имеют невысокую стоимость. Большинство методов ППД обладает малой трудоемкостью и себестоимостью;

• возможность замены методами ППД традиционных методов абразивной обработки (шлифование, полирование). Как известно, последние методы сопровождаются появлением прижогов, структурной неоднородности, формирование в поверхностном слое неблагоприятных остаточных напряжений, шаржирование поверхности деталей

осколками абразивных зерен.

Теоретически механизм ППД может объяснить теория дислокации. Пластическая деформация есть выражение сдвигов, происходящих в кристаллической решетке материала под действием нагрузки. Решетка искажается, в результате происходящих сдвигов на месте бывших зерен металла образуются продукты их разрушения - вытянутые вдоль приложения силы (нагрузки) обломки зерен материала и блоки. Растет плотность дислокаций, меняется не только взаимное расположение атомов в кристаллической решетке, но многие узлы оказываются незаполненными атомами. Таким образом, на ряду с ростом количества дислокаций, растет и количество вакансий. Все это в комплексе и ведет к упрочнению металла при холодной пластической деформации.

При ППД детали имеются две основные причины упрочнения:

1. Улучшение физико-механических свойств материала за счет различных структурных превращений (измельчение зерен и др.).

2. Формирование в поверхностном слое благоприятных для эксплуатации остаточных напряжений сжатия, возникающих вследствие развития явлений сдвига в кристаллической решетке.

Одновременно с вышеуказанными факторами при ППД формируется определенный микрорельеф рабочих поверхностей деталей - снижается высота микровыступов, они становятся более плавными, увеличивается площадь фактического контактирования деталей, что обуславливает улучшение эксплуатационных свойств.

Все многообразие методов ППД классифицируется в соответствии с ГОСТ 18296-72. Условно их можно подразделить на две основные группы: статические методы и динамические методы.

Статические методы ППД основаны на постоянном взаимодействии деформируемого материала с инструментом, рабочим телом или средой в процессе обработки. Инструментом может быть специальный резец, алмазный наконечник, роликовый, шариковый или дисковый раскатник и т. п.

Динамические метода ППД характеризуются прерывистым взаимодействием деформируемого материала и инструмента, рабочего тела, среды. В качестве инструмента используют бойки, ролики, металлические щетки. Рабочими телами при обработки служат костяная или абразивная крошка, металлические или стеклянные шарики, стальная или чугунная дробь..

Обкатка роликами и шариками позволяет получить наклепанный слой глубиной 3 мм и более, твердость по сравнению с исходной повышается на 20…40 %, предел выносливости гладких образцов - на 20…30 %, а при эксплуатации в агрессивной среде - до 4 раз. Процесс обкатки характеризуется формированием остаточных напряжений сжатия, после, обработки шероховатость поверхности достигает R_a = 0,16 мкм.

Подача при обкатке назначается с учетом обеспечения равномерного пластического деформирования всей поверхности, скорость при накатывании не оказывает существенного влияния на результаты и регламентируется преимущественно размерами и конфигурацией обрабатываемой детали. В большинстве случаев обкатка производится за один проход. Ролики для обкатки изготавливаются из сталей X12М, ХВГ, 5ХНМ, У10, У12, ШХ15, их рабочие поверхности должны иметь твердость не менее НRС_э  58. Обкатка деталей может производиться на токарных, шлифовальных, специальных накатных станках с установкой детали в центрах или патроне. При упрочнении деталей обкаткой в зону обработки может подаваться масло или сульфопрезол, смесь машинного масла 40% и веретенного масла 60%. Машинное время при раскатывании составляет 2…3 мин, что обеспечивает повышение, производительности труда по сравнению с хонингованием до 10 раз. В результате раскатывания деталей роликами, их износостойкость возрастает в 2…5 раз.

Взаимосвязь показателей качества поверхности и эксплуатационных свойств детали.

рис. 8.1.2.

8.2. Применение устройств ППД отверстий при обработке «корпусов»

Одним из главных узлов, обеспечивающих работоспособность изделий является сопряжение "корпус-подшипник-вал", схема которого представлена на рис. 8.2.1. Известно, что в результате чистовой обработки деталей резанием (например, шлифованием) обработанная поверхность имеет островершинный характер. В процессе этапа приработки микро выступы шероховатости деформируются до 60-75 % по высоте, в результате чего ухудшаются показатели контактной жесткости прессового соединения "деталь-подшипник".

Для чистовой и упрочняющей обработки отверстий под подшипник в корпусных деталях с одновременным обеспечением плосковершинного характера профиля поверхности применяют роликовые и шариковые раскатники. Конструкция шарикового обкатника для отверстий 50...150 мм показана на рис. 8.2.2. Для обкатки используют горизонтально-расточные станки, на столе которых можно закрепить корпусную деталь. Конструкции роликовых и шариковых раскатников для ППД отверстий корпусов в настоящее время нормализованы (ГОСТ 17573-72). Мелкими партиями они выпускаются промышленностью.

Необходимо особо подчеркнуть, что для обработки корпусов из цветных металлов (например, алюминия), чугуна способ ППД отверстий является практически единственным для повышения работоспособности узла. Такие традиционные мероприятия, как нанесение поверхностных твердых износостойких покрытий, термическая или химико-термическая обработка и т. п. часто вообще неприемлемы.

При обеспечении положительных результатов известные роликовые и шариковые раскатники не лишены определенных недостатков. Часто они сложны по конструкции, трудоемки в изготовлении, ограничены по типоразмерам обрабатываемых поверхностей. Тем не менее, многие известные фирмы в настоящее время включают обкатники и раскатники в штатное обеспечение оборудования с ЧПУ (SANDVIK Coromant и др.).

Двух роликовый раскатник (рис. 8.2.3), с упругими элементами, для отделочно-упрочняющей обработки детали включает в себя рычаг (1), ролики (2), стакан для регулирования усилия (5), распорный клин (6), опорные сухари (7). [ ]

С помощью стакана для регулирования усилия осуществляется необходимое силовое воздействие ролика на обрабатываемую поверхность детали.

Рис. 8.2.1. Упрощенная схема узла сопряжения корпус-подшип­ник-вал:

а - островершинная поверхность после чистовой обработки резанием;

б - плосковершинная поверхность после чистовой обработки ППД

рис. 8.2.2. Роликовые раскатники фирмы «SANDVIC Coromant» для ППД отверстий (исходная шероховатость поверхности R_a = 2,5 мкм, после обработки R_a = 0,2 мкм)

Рис. 8.2.3. Эскиз приспособления.

Раскатывание глубоких отверстий выполняют на токарных станках или станках для глубокого сверления. Для разгрузки роликов от силы тяжести раскаток и борштанг на раскатках монтируют деревянные, резиновые пластмассовые направляющие.

Производительность процесса обкатывания или раскатывания определяют радиусом профиля R_пр ролика. Ролики с большим радиусом профиля позволяют вести обработку с большей подачей, однако в этом случае для получен высокого качества поверхности необходимо создавать большие рабочие усилия. От значения допустимого рабочего усилия зависят параметры ролика.

Ролики с цилиндрическим пояском позволяют работать с большей подаче. Чем больше ширина цилиндрического пояска, тем больше может быть подача.

Материал изготовления ролика - ШХ15, ГОСТ 4543-73.

Для обработки внутренней поверхности детали можно использовать приспособление показанное на рисунке 8.2.4, разработанное в МГАПИ [ ].

Результаты чистового и упрочняющего раскатывания роликами отверстий изложены в работе [ ].

рис. 8.2.4. Приспособление для обработки внутренних поверхностей
(патент RU 1156864) с планетарным движением инструмента

1. державка; 2. алмазные наконечники; 3. упругое кольцо; 4. штифты; 5. деталь

В мелкосерийном производстве тяжелого машиностроения глу­бокие отверстия в деталях из легированных сталей марок 9X4, 9X2, 9Х2Г, 9Х2МФ, ЗОХМ1А, 38ХМЗА, 34ХН1М, 34ХНЗМ получают на станках глубокого сверления сплошным сверлением диаметром до 90 мм, свыше 90 мм - кольцевым сверлением. С целью выпрямления оси отверстия производят предчистовое растачивание однорезцовыми го­ловками, а чистовое растачивание выполняют плавающими твердо­сплавными пластинами. С целью снижения шероховатости поверх­ности и ее упрочнения отверстия раскатывают двухроликовыми рас­катками. Однако при необходимости повышения степени деформа­ции в процессе раскатывания на обрабатываемой поверхности возни­кает волнистость, шаг которой превышает подачу обкатывания в не­сколько раз. [ ]