Авторы: Бафаев Дустмурод Холмуродович, Зарипов Голиб Баходирович

Рубрика: Машиностроение

Опубликовано в Техника. Технологии. Инженерия №2 (4) апрель 2017 г.

Дата публикации: 11.04.2017

Статья просмотрена: 45 раз

Библиографическое описание:

Зарипов Г. Б., Бафаев Д. Х. Технологическое приспособление для поверхностного пластического деформирования деталей машин алмазным выглаживанием // Техника. Технологии. Инженерия. — 2017. — №2. — С. 65-68. — URL https://moluch.ru/th/8/archive/57/2057/ (дата обращения: 20.02.2018).



В данной статье приведены материалы о методах алмазного выглаживания поверхностного слоя деталей машин и применение двухалмазного копирного приспособления при обработки деталей.

Ключевые слова: поверхностно пластическое деформирование, алмазное выглаживание, сила выглаживания, оптимальный режим выглаживания, приспособления

Качество поверхностного слоя деталей машин характеризуется геометрическими и физико-механическими параметрами. Сопротивление усталости, изностойкость, коррозийная стойкость, сопротивление контактной усталости и другие эксплуатационные свойства деталей машин зависят от качества поверхностного слоя. В связи с интенсификацией эксплуатационных процессов, увеличением скоростей перемещения рабочих органов, повышением температур и давлений роль качества поверхностного слоя значительно возрастает.

Оптимальная поверхность должна быть достаточно твердой, должна иметь сжимающие остаточные напряжения, мелкодисперсную структуру, сглаженную форму микронеровностей с большой площадью опорной поверхности. Оптимальное качество поверхностного слоя достигается поверхностным пластическим деформированием, при котором стружка не образуется, а происходит тонкое пластическое деформирование поверхностного слоя. В результате упрочняется поверхностный слой, повышается изностойкость, стойкость к коррозионным воздействиям и т. д.

Поверхностным пластическим деформированием можно обрабатывать наиболее тяжелонагруженные детали машин и механизмов, от работоспособности которых зависят надежность и долговечность изделий в целом. В зависимости от размеров, конфигурации, материала детали, назначения обработки, серийности производства и других факторов в каждом конкретном случае выбирают наиболее оптимальный метод поверхностно пластического деформирования.

Во многих случаях целесообразно применять накатывание, алмазное выглаживание, виброударную обработку и обработку дробью. Эти методы универсальны, они дополняют друг друга и в комплексе обеспечивают упрочнение самых разнообразных деталей.

Цилиндрические, конические и другие наружные и внутренные поверхности правильной геометрической формы твердостью HRC>50 эффективно обрабатывать методом алмазного выглаживания. Алмазное выглаживание обладает большей универсальностью и позволяет обрабатывать маложесткие и неравножесткие детали, так как давление при алмазном выглаживании составляет 100–200 Н.

Наружные и внутренние сферические детали, профильные типа кулачков, фасонные детали, а также поверхности галтелей и радиусных переходов, поверхности резьб, поверхности шлиц и канавок, поверхности зубьев зубчатых колес относятся к сложным поверхностям групп деталей, обрабатываемых алмазным выглаживанием.

Для осуществления алмазного выглаживания сложных поверхностей по сравнению с обработкой простых поверхностей необходимо дополнительно решить ряд технологических и конструкторских задач, связанных с созданием деформирующего инструмента специального профиля, с необходимостью огибать обрабатываемую поверхность по криволинейной образующей и ориентировать инструмент определенным образом, с необходимостью изменять во время обработки диаметр и некоторые другие размеры устройств для алмазного выглаживания.

Алмазное выглаживание заключается в пластическом деформировании обрабатываемой поверхности скользящим по ней инструментом — выглаживателем. Инструмент раздвигает металл, образуя канавку на поверхности. При этом создаются тир вида очагов деформирования в зависимости от соотношения глубин внедрения инструмента и исходных параметров шероховатости (рис.1, а).

Контур контакта передней полусферы наконечника с деталью достаточно точно описывает дуга окружности (рис.1, б), соответствующая углу 𝜶, и парабола . Область контакта задней полусферы наконечника ограничиваетчя дугой , которая может быть аппроксимирована дугой эллипса.

Площадь контакта наконечника сферической формы с деталью равна сумме площадей полуэллипса , сектора окружности и праболического полусегмента минус площадь треугольника .

D:\Notebook\disk D\БАФОЕВ\МАКОЛА\МАКОЛА-2015-16\img002.jpg

Рис. 1. Выглаживание: а — соотношения между глубиной канавки и высотой микронеровностей; б — очаг деформации; в — схема деформирования в направлении подачи; г — схема деформирования в направлении скорости.

После прохождения инструмента по поверхности происходит частичная компенсация деформации на величину (рис.1, в, г). Контакт инструмента с обрабатываемой поверхностью в сечении происходит в направлении подачи по дуге ; в направлении скорости — по дуге . Вследствие того, что перед выглаживателем образуется валик пластически деформированного металла, передняя полуповерхность выглаживателя нагружена гораздо больше (контакт по дугам и ), чем задняя полуповерхность (контакт по дугам и ). По этой же причине, а также вследствие адгезионного взаимодействия между деталью и инструментом в процессе выглаживания возникает осевая сила и тангенциальная составляющая силы .

После каждого оборота обрабатываемой детали канавка — след выглаживателя — перемещается в осевом направлении на расстояние, равное подаче S, происходит многократное перекрытие ее при последующих оборотах обрабатываемой детали, так как ширина канавки больше подачи.

В результате пластического деформирования обрабатываемой поверхности сглаживаются исходные неровности и образуется новый микрорельеф поверхности со значительно меньшей высотой неровностей профиля . Размер детали уменьшается на величину остаточной деформации .

Сила выглаживания, подача и радиус рабочей части интрумента являются основными параметрами, влияющими на шероховатость. При оптимальных значениях силы выглаживания исходные неровности полностью сглаживаются и образуется шероховатость, обусловленная самим процессом выглаживания, связанным с подачей. Далнейшее увеличение силы выглаживания увеличивает пластические искажения, высота неровностей возрастает по сравнению с наименьшей, поверхностьные слои могут разрушиться и могут появиться трещины.

Оптимальные значение силы выглаживания определяют по следующим формулам:

‒ для закаленных сталей

‒ для материалов невысокой и средней твердости

где — твердость обрабатываемой поверхности по Виккерсу; — диаметр обрабатываемой поверхности, мм; — радиус рабочей части алмаза, мм.

Сила выглаживания, больше 200–250 Н для деталей из высокопрочных материалов и больше 100–150 Н для деталей из материалов средней твердости, как правило, нецелесообразна.

Основным критерием выбора радиуса сферы инструмента является твердость материала обрабатываемой заготовки: для деталей из мягких сталей и цветных сплавов этот радиус должен составлять 2,5–3,5 мм, для деталей из материалов средней твердости — 1,5–2,5 мм, для деталей из высокопрочных сталей () — 1,0–1,5 мм.

Параметр шероховатости выглаженной поверхности зависит от исходного параметра шероховатости. Детали из закалённых сталей эффективно выглаживать при исходном параметре шероховатости не более , при этом достигается стабильное уменьшение параметра шероховатости в 4–5 раз. Детали из незакалённых сталей, бронзы, алюминия и других аналогичных металлов можно эффективно выглаживать при исходном параметре шероховатости

Большая степень сглаживания достигается при выглаживании точных или шлифованных поверхностей с остроконечным профилем микронеровностей, меньшая — при выглаживании поверхностей, имеющих неровности притупленной формы, например, хонингованных, полированных, обкатанных роликом.

Важнейшие характеристики микрогеометрии поверхности — относительная опорная длина профиля, относительная опорная часть площади и радиус скругления микронеровностей после алмазного выглаживания — более благоприятные, чем после окончательных методов обработки.

Оптимальные режимы выглаживания для достижения максимального упрочнения несколько «жестче», чем для достижения минимального параметра шероховатости. Для максимального упрочнения следует на 15–40 % увеличить силу выглаживания или на 10–30 % уменьшить радиус инструмента, можно одновременно несколько «ужесточить» оба эти параметра. При выглаживании с оптимальными режимами обеспечивается степень упрочнения 25–30 % при глубине упрочненного слоя до 0,4 мм и создаются сжимающие остаточные напряжения до 1,2 ГПа [1].

В зависимости от способа внедрения алмазного инструмента различают жёсткое и упругое выглаживание. При жёстком выглаживании инструмент закрепляют на станке подобно резцу, и он во время оброботки внедряется в поверхность детали на заданную глубину, которая определяеся расчётом и обычно составляется 3–7 мкм. Жёсткое выглаживание не получило широкого распространения вследствие малых допусков на биения и геометрическую форму детали, а также высоких требований к жёсткости системы СПИД.

Упругое выглаживание проще и удобнее для применения в производственных услових.

Основное преимущество устройств с упругим элементом нагружения — постоянство заданной силы выглаживания независимо от погрешностей установки и точности геометрической формы обрабатываемой поверхности. В зависимости от системы нагружения приспособления для выглаживания могут быть механическими, пневматическими, гидравлическими, магнитными, электромагнитными и комбинированными. Приспособления с механической системой нагружения с помощью проволочной или пластинчатой пружины получили наибольшее распространение.

Нагружные и внутренние цилиндрические и торцовые поверхности деталей выглаживают с помощью универсальных и специальных устройств. Их можно разделить на несколько групп.

  1. Державки с упругими элементами типа пластинчатых пружин, являющиеся частью корпуса или основного рычага.
  2. Приспособления с силовыми элементами в виде винтовых проволочных пружин.
  3. Приспособления с силовыми элементами в виде постоянных магнитов и электромагнитов.
  4. Двухалмазные приспособления для обработки деталей типа тонких штоков и приспособления, имеющие два инструмента или более для повышения производительности.
  5. Специальные быстропереналаживаемые приспособления.
  6. Приспособления с дополнительными демпфирующими устройствами; устройствами, компенсирующими биения деталей, и другими противовибрационными элементами.
  7. Комбинированные приспособления для одновременного точения и выглаживания.

Помимо указанных устройств, используют устройства, обеспечивающие дополнительные воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность в результате ультразвуковых колебаний, вращения или качания инструмента и т. д.

Эти приспособления обычно устанавливают в резцедержателе токарного станка или размещают на суппорте станка вместо резцедержателя. Технология выглаживания деталей с помощью этих приспособлений включает несколько типовых переходов: 1) установку и закрепление обрабатываемой детали с обеспечением биения поверхности не более допустимого; 2) подвод приспособления к обрабатываемой поверхности до соприкосновения с ней инструмента; 3) включение привода вращения детали; 4) создание натяга 0,1–0,5 мм, что даёт возможность силовому элементу начать работать, т. е. обеспечивает передачу заданной силы выглаживания на инструмент; натяг должен превышать биение детали не менее чем в 2,5 раза; 5) включение подачи станка и выполнение выглаживания; 6) отвод приспособления с инструментом; 7) остановку станка; раскрепление и снятие детали. В процессе выглаживания на деталь в зону обработки обильно подают СОЖ. Приспособление следует оттарировать, отрегулировать, выставить и настроить на выглаживание определённой детали с заданной силой.

Упругие державки просты и компактны, однако обладают повышенной чувствительностью к биению обрабатываемой поверхности, вызывающему значительные колебания силю выглаживания и снижающему стабильность процесса. Весь диапазон изменения силы выглаживания (0–250 Н) соответствует перемещению в несколько миллиметров, поэтому точность установки и контролирования силы небольшая.

Приспособления с силовыми элементами в виде винтовых проволочных пружин лишены указанных недостатков, поэтому их широко применяют в промышленности. Пружины в этих приспособлениях работают обычно на сжатие, т. е. их предварительно поджимают с заданной силой выглаживания при настройке приспособления и фиксируют в таком состоянии. При создании натяга 0,1–0,5 мм пружина дополнительно поджимается на эту же длину. При этом инструмент уже не упирается в корпус, а свободно плавает, опираясь на пружину, и полностью воспринимая силу предварительно поджатой пружины.

Двухалмазное копирное приспособление (рис. 2) выполняет обработку деталей, имеющих конусный или криволинейный профиль (диаметр может изменяться до 1,5 раз), с постоянной силой. Приспособление состоит из корпуса 1, имеющего вертикальные окна 2 для подвижных осей 3, несущих рычаги 4, на одних концах которых установлены деформирующие элементы 5, а другие концы связаны с силовой пружиной 6 через оси 7 и толкатели 8 и 9. На переднем конце штока 10 размещён взаимодействующий с обрабатываемой поверхностью 13 копирный ролик 12, а задний конец упирается в пружину 11, установленную в корпусе 1.

F:\Новая папка\img606.jpg

Рис. 2. Двухалмазное копирное устройство: 1 — корпус; 2 — вертикальные окна; 3 — подвижные оси; 4 — несущие рычаги; 5 — деформирующие элементы; 6 — силовые пружины; 7 — ось; 8,9 — толкатели; 10 — шток; 11 — пружина; 12 — копирный ролик; 13 — обрабатываемая поверхность

Устройства для алмазного выглаживания деталей предназначены для обработки либо цилиндрических, либо торцовых поверхностей. На перестановку устройств при переходе с одной обработки на другую необходимо затрачивать много времени. Как правило, время перестановки превышает время, необходимое непосредственно для обработки детали. Имеется большое число деталей типа пробок, втулок, муфт, коленчатых и кулачковых валов, у которых необходимо с одного установа обрабатыват цилиндрические и торцовые поверхности, поверхности шеек и галтелей, обрабатывать поверхности с разными силами и т. д. Поэтому созданы быстродействующие и самонастраивающиеся приспособления [2].

Литература:

  1. Д. Х. Бафаев. Алмазное выглаживание поверхностного слоя деталей машин и выбор оптимального режима выглаживания. «Молодой ученый». Международный научный журнал. № 5(109)/2016, стр. 16.
  2. Л. Г. Одинцов. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник., М.: Машиностроение, 1987, 328 с.
Основные термины (генерируются автоматически): поверхностного слоя, алмазного выглаживания, силы выглаживания, поверхностного слоя деталей, деталей машин, слоя деталей машин, пластического деформирования, выглаживания деталей, параметра шероховатости, качества поверхностного слоя, торцовые поверхности, алмазного выглаживания поверхностного, торцовые поверхности деталей, обработки деталей, пластического деформирования деталей, алмазного выглаживания деталей, Алмазное выглаживание, исходном параметре шероховатости, поверхностным пластическим деформированием, деталей типа.

Ключевые слова

поверхностно пластическое деформирование, алмазное выглаживание, сила выглаживания, оптимальный режим выглаживания, приспособления

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Посетите сайты наших проектов

Задать вопрос