Методы отделочной обработки поверхности без снятия стружки

                                                               

          а)                              б)

                                          Рисунок 4

 

Калибрование может выполняться  с различным натягом — большим  или малым. При малом натяге зона пластической деформации распространяется на малую глубину, снижается шероховатость  обработанной поверхности, уменьшается  погрешность формы. Такое калибрование целесообразно вести при обработке  толстостенных заготовок, у которых  отношение толщины стенки к радиусу  калибруемого отверстия больше 0,5. При  калибровании с большими натягами зона пластической деформации может распространиться на всю толщину стенки заготовки. С таким натягом калибруют  гладкие цилиндры и втулки, у которых  отношение толщины стенки к радиусу  калибруемого отверстия не больше 0,2. В этом случае увеличивается диаметр  обрабатываемого отверстия, наружный диаметр и длина детали, т. е. снижается  точность калибрования. Натяг задается в зависимости от диаметра обрабатываемого  отверстия и физико-механических свойств материала заготовки.

Операции калибрования могут  выполняться в один или несколько  проходов инструментов. Однако многократное поверхностное деформирование может  вызвать перенапряжения в поверхностных  слоях материала, сопровождаемое его  шелушением.

 

5 Вибронакатывание

Для повышения износостойкости  деталей машин на поверхностях трения целесообразно выдавливать  слабозаметные, прилегающие друг к другу канавки. В канавках скапливаются смазочный материал и мелкие частицы, образовавшиеся в процессе изнашивания. Канавки образуются вибронакатыванием. Упрочняющему элементу - шару или алмазу, установленному в резцедержателе токарного станка, помимо движения Dsпр (рисунок 5) специальным устройством сообщают дополнительные движения алмаза Da с относительно малой амплитудой. Изменяя Dзаг, Dпр, амплитуду и частоту колебаний, можно на обрабатываемой поверхности получить требуемый рисунок. Распространение получили рисунки с непересекающимися канавками, с не полностью пересекающимися и со сливающимися канавками. Возможно также вибронакатывание внутренних и плоских поверхностей. Канавки одновременно упрочняют поверхность. Важнейшей характеристикой такой поверхности является общая площадь канавок (в процентах от номинальной площади обрабатываемой поверхности). Такие отклонения для каждого типа рисунка определяют аналитически.

 

6 Обкатывание зубчатых колес

Пластическое деформирование     поверхностных слоев повышает работоспособность  зубчатых колес. Микронеровности, оставшиеся от предшествующей обработки, сглаживаются путем смятия специальным инструментом. Обрабатываемое зубчатое колесо вводят в плотное зацепление с тремя  остальными, закаленными эталонными колесами. Последние имеют полированные зубья и располагаются вокруг обкатываемого колеса. Эталонные  колеса прижимаются к обкатываемому  с помощью пружинных устройств. Сила прижима регламентируется. Одно из эталонных колес является ведущим  и приводит во вращение обрабатываемое колесо, а через него - два остальных  эталонных колеса. Движение колес  реверсируется. Колеса обкатывают со смазочными материалами на специальных зубообкатных станках.

Обкатыванием лишь частично исправляют профиль зуба и его  размеры путем сглаживания шероховатостей.

 

7 Накатывание резьб, шлицевых  валов и зубчатых колес

Формообразование фасонных поверхностей в холодном состоянии  методом накатывания имеет ряд  преимуществ. Главные из них - очень  высокая производительность, низкая стоимость обработки, высокое качество обработанных деталей. Накатанные детали имеют более высокое сопротивление  усталости. Это объясняется тем, что при формообразовании накатыванием волокна исходной заготовки не перерезаются, как при обработке резанием. Профиль  накатываемых деталей образуется за счет вдавливания инструмента в  материал заготовки и выдавливания части его во впадины инструмента. Такие методы сочетают в себе функции  черновой, чистовой и отделочной обработок. Их используют для получения резьб, валов с мелкими шлицами и  зубчатых мелкомодульных колес. Резьбы накатывают обычно до термической обработки, хотя точные резьбы можно накатывать и после нее.

При формировании резьбы плашками (рисунок 6, а) заготовку 2 помещают между неподвижной 1 и подвижной 3 плашками, имеющими на рабочих поверхностях рифления, профиль и расположение которых соответствуют профилю и шагу накатываемой резьбы. При перемещении подвижной плашки заготовка катится между инструментами, а на ее поверхности образуется резьба.

При формировании резьбы роликами (рисунок 6, б) ролики 4 и 5 получают принудительное вращение, заготовка 2 свободно обкатывается между ними. Ролику 5 придается радиальное движение для вдавливания в металл заготовки на необходимую глубину. Обработка роликами требует меньших сил, с их помощью накатывают резьбы с более крупным шагом. При накатывании мелких шлицев на валах (рисунок 6, в) накатный ролик имеет профиль шлицев. Он внедряется в поверхность заготовки при вращении и поступательном продольном перемещении вдоль вала.

Накатывание цилиндрических (рисунок 6, г) и конических мелкомодульных колес в 15 ... 20 раз производительнее зубонарезания. Процесс можно осуществлять на токарных станках накатниками 6 и 7, которые закреплены на суппорте и перемещаются, совершая движение Dsпр . Каждый накатник имеет заборную часть для постепенного образования накатываемых зубьев на заготовке 2.

Для накатывания применяют универсальное  специальное оборудование. Для образования  резьб служат резьбонакатные станки, обеспечивающие силы до 2000 кН. Эти станки автоматизированы и имеют горизонтальное, наклонное или вертикальное движение ползуна с плашкой. Резьбы роликами накатывают на автоматах. Рабочие усилия создаются мощными гидравлическими устройствами. Зубчатые колеса накатывают на специальных станках. Получает распространение комбинированное накатывание (горячее накатывание с последующей холодной калибровкой).

 

8 Накатывание рифлений  и клейм

Методом холодного накатывания  на отдельных элементах деталей  наносят рифления, маркировочные  клейма, знаки. Производительность метода весьма велика. В основе накатывания  лежит способность металла получать местные деформации под действием  накатных роликов или накатников.

На рисунке 7, а приведена схема накатывания рифленой поверхности. Заготовку закрепляют на токарном станке, на суппорте которого установлена державка с одним или двумя накатными роликами. Ролики внедряются в поверхность заготовки (Dsп) и перемещаются вдоль заготовки с движением Dsпр. Вид рифлений (рисунок 7, б) определяется характером зубчиков на роликах. Крестовое рифление производят двумя роликами, один из которых имеет правое направление отпечатывающих зубчиков, а другой - левое. Оба ролика вращаются на осях самоустанавливающейся державки. Для накатывания клейм (рисунок 7, в) на накатнике 1 располагают негативно выступающие знаки. Заготовку 2 устанавливают на ролики для более легкого перемещения в момент накатывания.

 

           

                                                                                                                     в)

Рисунок 7. Схемы накатывания рифлений и клей

 

9 Снижение стоимости

В США до второй мировой  войны мало уделялось внимания прецизионному  формообразованию металла давлением  вследствие быстрого развития процесса обработки резанием и относительно низкой стоимости металла, а также  довольно хорошего снабжения металлами. Однако непрерывный рост стоимости  материалов и рабочей силы, а также  повышение требований к качеству продукции и темпам производства приводят к значительному повышению  стоимости изделий, если не применять  прогрессивные технологические  процессы. Повышение стоимости рабочей  силы в известной мере компенсируется за счет более широкой автоматизации  производства. Очевидно, лучшим противопоставлением  росту цен на материалы является уменьшение расхода последних, которое  может быть достигнуто за счет использования  процессов обработки металла  без снятия стружки, обеспечивающих значительную экономию потребляемого  материала и сокращение объема механической обработки. Экономичность обработки заключается не в удалении металла в виде стружки, а в придании изделию требуемой формы путем соответствующей пластической деформации заготовки.

 

10 Дополнительная экономия 

В США ежегодно уходит в  стружку более 15 млн. тонн металла, что  обходится стране в 10 млрд. долл.  Стоимость металла, ежегодно переводимого в стружку, оценивается в 15 млрд. долл. Эта оценка основана на том, что  ежегодно в металлообрабатывающей  промышленности 10% промышленных расходов составляют потери металла в стружку, стоимость которой в 10 раз меньше стоимости исходного металла. Другим путем было установлено, что ежегодно превращается в стружку 20% перерабатываемого  металла.

Для обработки металлов без  снятия стружки требуется сравнительно меньшее количество машин, чем при  резании металлов, в результате чего получается дополнительная экономия средств  на капитальных вложениях на оборудование.

Экономия, получаемая за счет полного или  частичного устранения снятия стружки, может быть больше, если обработке подлежат изделия сложной формы, не считая экономии на инструменте, который при изготовлении этих изделий резанием работает в более, тяжелых условиях. Преимуществом холодной пластической деформации металла является также и то, что улучшаются физические свойства последнего и в некоторых случаях становится ненужной последующая термообработка; кроме того, можно использовать более дешевые исходные материалы: углеродистую или малолегированную сталь вместо термически обработанной высоколегированной стали. Также может быть получена высокая размерная точность и чистота поверхности изделия. Часто достигается более высокая производительность процесса обработки и затрачивается меньше труда на изготовление изделий. В отдельных случаях стоимость изделия становится даже ниже стоимости исходных материалов, используемых при прежних методах обработки.

Оборудование, на котором  можно осуществить высокие давления в процессе пластической деформации металлов, и надлежащая смазка поверхности  обрабатываемого металла позволяют  осуществлять значительные деформации стали без предварительного нагрева. Дальнейшее развитие этих процессов, вероятно, приведет к более частому применению «полугорячего» формообразования, представляющего  собой комбинацию процесса снятия напряжений и пластического деформирования при слегка повышенной температуре.

Каждое металлообрабатывающее  предприятие будет тщательно  рассматривать технологичность  изделий еще на стадии их проектирования с точки зрения возможности применения методов обработки без снятия, стружки. Если результаты такого анализа  благоприятны, будет приниматься  решение делать эти детали самим  или покупать их готовыми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Методы обработки металла без снятия стружки основаны на использовании пластических свойств металлов, Т.е. способности металлических заготовок принимать остаточные деформации без нарушения целостности металла. Отделочная обработка методами пластического деформирования сопровождается упрочнением поверхностного слоя, что очень важно для повышения надежности работы деталей. Детали становятся менее чувствительными к усталостному разрушению, повышаются их коррозионная стойкость и износостойкость сопряжений, удаляются риски и микротрещины, оставшиеся от предшествующей обработки. В ходе обработки шаровидная форма кристаллитов поверхности металла может измениться, кристаллиты сплющиваются в направлении деформации, образуется упорядоченная структура волокнистого характера. Поверхность заготовки принимает требуемые формы и размеры в результате перераспределения элементарных объемов под воздействием инструмента. Исходный объем заготовки остается постоянным. В зоне обработки не возникает высокая температура, поэтому в поверхностных слоях фазовые превращения не происходят.

Обработку без снятия стружки  выполняют на многих металлорежущих станках и установках, используя  специальные инструменты. Созданы  также особые станки, на которых  наряду с резанием заготовки обрабатывают пластическим деформированием. Ожидается, что эти методы все больше будут  применяться для высокоточной обработки  и использоваться для деталей, размеры  которых будут иметь точность в долях микрометра.

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1 Обработка конструкционных материалов/ под ред. А.М. Дальского. М.: Машиностроение, 2004. - 420 с.

2 Маталин А.А. Технология механической обработки и проектирование технологических процессов./ А.А. Маталин. М.: Машиностроение, 1970. - 350 с.

3 Егоров М.Е. Технология машиностроения./ М.Е. Егоров. М.: Высш.шк., 1976. - 380 с.

4 Романовский В.П. Справочник по холодной листовой штамповке./ В.П. Романовский. Л.: Машиностроение, 1970. - 320 с.