Обработка поверхностей деталей без снятия стружки обеспечивает сглаживание шероховатости поверхности, ее упрочнение, образование новой геометрической формы поверхности, стабилизацию остаточных напряжений в поверхностном слое.
Обработка поверхностей без снятия стружки, калибрование, дорнование, обкатывание, раскатывание, алмазное выглаживание, центробежно-ударный наклеп поверхностей без снятия стружки.
Без снятия стружки можно восстанавливать детали из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов, обладающих достаточной пластичностью. В процессе такой обработки кристаллы сплющиваются в направлении деформации. Образуется упорядоченная структура (текстура) волокнистого характера. Упрочнение металла в незакаленных сталях происходит за счет структурных изменений и минимизации несовершенств (рыхлость, дробление зерен, уменьшение дислокаций и т.д.).
При упрочнении закаленных сталей, кроме того, остаточный аустенит частично превращается в мартенсит. То есть происходит наклеп (изменение структуры и свойств металла), интенсивность которого тем выше, чем мягче сталь. В результате повышается долговечность и износостойкость поверхности.
Схемы основных и наиболее распространенных процессов обработки без снятия стружки.
Простейшие способы обработки без снятия стружки — калибрование и дорнование. Перемещение (проталкивание) с натягом закаленного стального инструмента (шарика или ролика) штоком пресса через обрабатываемое отверстие. Инструмент сглаживает микронеровности, упрочняет поверхность, повышает размерную точность.
Основным параметром оценки процесса является натяг, обусловленный разницей размеров калибрующего инструмента и отверстия, подлежащего калиброванию, размер калибрующего инструмента больше. Процесс может выполняться с большим или малым натягом. В зависимости от толщины стенок обрабатываемой детали, от диаметра обрабатываемого отверстия и физико-механических свойств материала детали.
При малом натяге зона пластической деформации распространяется на малую глубину, снижается шероховатость обработанной поверхности. Уменьшается погрешность формы и разброс размеров отверстий на 30-35 %.
Калибрование с малым натягом обычно используется при обработке толстостенных деталей, у которых соотношение толщины стенки и радиуса калибруемого отверстия более 0,5. Калибрование с большим натягом более известно как процесс раздачи, применяемый при восстановительном ремонте для увеличения наружного диаметра пустотелых деталей (втулок, поршневых пальцев и др.).
Примерные величины натяга при диаметре отверстия 10-120 мм следующие:
— 0,03-0,90 мм для стальных деталей.
— 0,05…0,20 мм для чугунных.
— 0,03…0,35 мм для деталей из цветных металлов и сплавов.
Калибрование деталей из стали и цветных сплавов выполняется при обильном охлаждении на скоростях:
— 2-6 м/мин для стальных деталей.
— 5-12 м/мин для чугунных.
— 2-6 м/мин для деталей из цветных сплавов.
В качестве охлаждающей жидкости применяется керосин, сульфофрезол и специальные смазки. В зависимости от обрабатываемого металла. Точность обработки в значительной степени зависит от жесткости детали и величины натяга. Она снижается при увеличении натяга. Толстостенные детали могут быть обработаны по 6-5-му квалитетам точности.
Шероховатость поверхности после обработки без снятия стружки зависит от:
— Жесткости детали и ее материала.
— От свойств материала инструмента.
— Состава охлаждающей жидкости.
— Скорости относительного перемещения инструмента и детали.
Калиброванием без снятия стружки можно уменьшить шероховатость на 2-4 класса.
Обкатывание и раскатывание поверхностей без снятия стружки.
Обкатывание и раскатывание поверхностей без снятия стружки представляют собой процессы устранения микронеровностей на обрабатываемой поверхности с помощью твердосплавных или закаленных роликов (шариков). Давление осуществляется только в зоне контакта инструмента с деталью. За счет вращения детали и поступательного движения инструмента пятно контакта перемещается вдоль обрабатываемой поверхности.
Для уменьшения трения и исключения задиров в зону обработки подается машинное масло. Наиболее совершенным является обкатывание (раскатывание) несколькими роликами. Наименее производительно обкатывание шариком.
Инструмент для обкатывания и раскатывания устанавливается в резцедержатель токарного станка, доводится до соприкосновения с обрабатываемой поверхностью, а затем перемещается на 0,5-0,8 мм для создания натяга. Скорость обкатывания (раскатывания) принимается в зависимости от условий обработки в пределах 30-150 м/мин, давление обкатника на обрабатываемую поверхность — в зависимости от размеров и физико-механических свойств детали. В пределах от нескольких килограммов до нескольких тонн.
Инструмент для обкатывания и раскатывания поверхностей без снятия стружки.
Подача инструмента устанавливается в зависимости от конструкции инструмента и требований к шероховатости поверхности. Например, при обработке детали роликами подача принимается равной 0,3 ширины ролика. Ввиду того, что процесс обкатывания (раскатывания) осуществляется только в границах гребешков микронеровностей поверхности, он не очень эффективно (на 5-10%) повышает точность обработки.
Практически установлено, что этот процесс можно эффективно использовать в тех случаях, когда поверхность предварительно обработана по 6—10-му квалитетам точности. Кроме того, этот вид обработки малопригоден для деталей, подвергающихся в дальнейшем термической обработке, после которой упрочненная поверхность приходит в исходное состояние.
Алмазное выглаживание поверхностей без снятия стружки.
Алмазное выглаживание поверхностей без снятия стружки обеспечивает смятие гребешков микронеровностей и появление наклепа на обрабатываемой поверхности путем скольжения по ней алмазного инструмента под определенным давлением. Полученные поверхности обладают высокой износоустойчивостью при образовании пар трения и высокой усталостной прочностью.
Схемы выглаживания поверхностей без снятия стружки с поступательным и возвратно-поступательным движением инструмента.
При обычном выглаживании с поступательным движением инструмента после каждого оборота обрабатываемой детали след от инструмента перемещается в осевом направлении на величину подачи S. Так как ширина канавки от инструмента больше подачи, то происходит многократное перекрытие следов от инструмента. В случае выглаживания с наложением на инструмент возвратно-поступательных перемещений на поверхности детали образуется синусоидальный след.
Такой вид обработки, называемый вибрационным выглаживанием, повышает износоустойчивость деталей за счет неглубоких канавок на обработанной поверхности, в которых размещается смазка. Изменяя амплитуду и частоту колебаний вибратора, можно получить требуемый рисунок на обработанной поверхности.
Плотность расположения следов сетки на поверхности детали зависит от соотношения к = n/S, где п — число двойных ходов инструмента; S — подача. С увеличением к плотность следов увеличивается. Соотношение числа двойных ходов инструмента и частоты вращения детали влияет на совпадение следов по фазе. Обеспечить совпадение следов по фазе или направление их навстречу друг другу можно только при целых значениях этого соотношения.
Следы на поверхности после вибрационного выглаживания без снятия стружки.
Алмазное выглаживание поверхностей без снятия стружки применяется при обработке деталей из сталей средней твердости и цветных сплавов, предварительно обработанных шлифованием, тонким точением и другими методами, обеспечивающими заданную точность. Исходная шероховатость поверхности детали не должна превышать Ra 2,5-3,0 мкм. Можно обрабатывать также детали из закаленных сталей с исходной шероховатостью Ra 0,8-1,2 мкм.
На точность обработки алмазное выглаживание без снятия стружки влияет слабо. Шероховатость поверхности в результате процесса может улучшиться на 2-3 класса с доведением ее до Ra 0,160-0,025 мкм. На качество поверхности влияет в основном усилие выглаживания и подача. Микротвердость поверхности повышается на 50-60 %. Скорость алмазного выглаживания без снятия стружки принимается в зависимости от обрабатываемого материала:
— Для цветных сплавов и мягких сталей — в пределах 10-80 м/мин.
— Для закаленных сталей — 200-250 м/мин.
При работе в этом диапазоне скоростей необходима обильная подача охлаждающей жидкости в зону выглаживания. При обработке черных металлов применяют масло индустриальное И-20А, цветных сплавов — керосин. Алмазный инструмент представляет собой кристаллический алмаз, закрепленный в специальной державке и отшлифованный по сфере радиусом 0,6-4,0 мм (выбирают в зависимости от твердости обрабатываемого материала):
— Для обработки деталей из мягких сталей и цветных сплавов — в пределах 2,5-3,5 мм.
— Для сталей средней твердости — 1,5-2,5 мм.
— А для закаленных сталей (твердостью не ниже 60 HRC) — 1,0-1,5 мм.
Силу прижима алмазного инструмента к обрабатываемой детали также выбирают в зависимости от обрабатываемого материала:
— Для материалов средней твердости не более 100-150 Н.
— Для закаленных сталей — не более 200-250 Н.
Увеличение силы выглаживания выше указанных пределов снижает стойкость инструмента и может вызвать ухудшение качества поверхности. На качество поверхности оказывает влияние и подача. С изменением ее от 0,02 до 0,10 мм/об шероховатость поверхности увеличивается, при этом остаточная пластическая деформация уменьшается. Наименьшее значение шероховатости достигается при подачах 0,02-0,04 мм/об.
Устройство для вибрационного выглаживания без снятия стружки.
Для вибрационного выглаживания используются устройства с виброприводом для создания возвратно-поступательного перемещения инструмента. Вращательное движение от электродвигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение штанги с помощью эксцентрика на валу электродвигателя. На штанге закреплен инструмент с цангой и гайкой.
Штанга перемещается вместе с втулкой, к которой крепится корпус с силовой пружиной и шкалой. Устройство крепится на суппорте станка с помощью угольника. Выглаживающая сила задается натягом, в результате которого сила предварительного сжатия пружины передается на инструмент.
Центробежно-ударный наклеп поверхностей без снятия стружки.
Центробежно-ударный наклеп поверхностей без снятия стружки позволяет уменьшить шероховатость поверхности на 1-2 класса и повысить твердость на 30-80 % с образованием на поверхности напряжений сжатия до 400-800 МПа. Суть процесса заключается в том, что шарики или ролики, находящиеся в радиальных пазах быстро вращающегося диска, наносят многочисленные удары по обрабатываемой поверхности, деформируя ее на определенную глубину.
Шарики могут перемещаться в радиальном направлении и после нанесения удара отскакивают от поверхности детали. Эффективность наклепа во многом зависит от величины натяга инструмента (прямо пропорционально). Однако шероховатость обработанной поверхности при увеличении натяга ухудшается.
Этот способ обработки без снятия стружки можно использовать для упрочнения поверхностей вращения, плоских и фасонных поверхностей деталей из черных и цветных металлов и их сплавов. Предварительной обработкой может быть шлифование, чистое точение и другие методы, обеспечивающие шероховатость Ra 5,00-0,63 мкм.
Скорость при центробежно-ударном наклепе без снятия стружки выбирается исходя из обрабатываемого металла и его физико-механических свойств. Окружная скорость инструмента составляет 8-40 м/с, детали — 0,5-1,5 м/с. Натяг выбирается в пределах 0,010-0,025 мм, подача инструмента — 0,02-0,20 мм/об. В качестве охлаждающей жидкости используются керосин и машинное масло.
По материалам книги «Технологические процессы ремонта автомобилей».
Виноградов В. М.