Прогрессивные методы обработки глубоких отверстий (стр. 2 )

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

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

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 увеличением точности и достижения более низкой шероховатости стоимость обработки резко увеличивается. Наименьшая стоимость соответствует обработке раскатыванием и растачиванием. Одновременно с этим достигается и высокая производительность, а шероховатость при раскатывании соизмерима с шероховатостью достигаемой при суперфинишировании.

«…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 требуемую точность, т. е. превратилась бы в готовую деталь» [36].

Этого можно достичь совмещением резания и холодного пластического деформирования с использованием особенностей и достоинств той и другой схемы обработки. «Совмещение различных способов – одно из основных направлений совершенствования металлообработки как в отношении сокращения цикла обработки и повышения производительности труда, так и повышения качества обрабатываемых деталей» [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 себестоимости обработки, однако при этом существуют проблемы выбора соотношений геометрических параметров раскатников, режущих и деформирующих элементов, а также согласования параметров обработки двух принципиально отличающихся 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. Основным назначением ППД является повышение качества поверхностного слоя.

К настоящему времени в области исследования ППД роликами накоплен значительный теоретический и экспериментальный материал, в котором рассматривается влияние конструктивно-технологических параметров и факторов на производительность и качество обработанной поверхности. В результате этого установлено, что качество поверхностей деталей зависит от большого количества технологических факторов обработки, конструктивных параметров деформирующих элементов и размеров деталей.

Основными факторами и параметрами обработки являются: подача, число проходов, геометрия и размеры деформирующих роликов, углы установки роликов относительно обрабатываемой детали (угол внедрения и угол самозатягивания), усилие деформирования, исходная шероховатость, твердость материала и некоторые другие величины. Характерно, что скорость деформирования в достаточно широких пределах практически не оказывает влияния на качество поверхностного слоя. Это следует рассматривать как возможность повышения производительности обработки. Роль смазки тоже незначительна, а ее применение необходимо для предотвращения перегрева инструмента.

Точность обработки в основном зависит от точности предшествующей обработки резанием и исходной шероховатости. Изменение размера детали равно примерно удвоенной разности высоты исходной шероховатости и шероховатости, достигнутой в процессе пластического деформирования. Следовательно, ее можно учесть заранее расчетным методом при разработке технологического процесса.

Наличие большого количества величин, влияющих на качество поверхностного слоя, затрудняет выбор рационального сочетания их значений. Для систематизации и наглядного представления взаимосвязи конструктивно-технологических параметров обработки и показателей качества при ППД составлена схема (рис. 1.3). Влияние одних параметров на другие определяется на ней только по направлению стрелок, соединяющих соответствующие величины. Стрелки, поставленные на отрезках в противоположных направлениях, указывают на взаимнооднозначное соответствие между величинами, а точки на пересечениях отрезков означают, что в этих местах можно переходить с одного отрезка на другой. Буквой М обозначена малоизученная взаимосвязь или сведения отсутствуют. Из представленной схемы следует также, что значительное число как технологических, так и конструктивных параметров взаимосвязаны между собой, причем они, а также исходные характеристики поверхности, определяют и физико-механические явления, протекающие в зоне контакта. В конечном итоге это определяет эксплуатационные показатели деталей машин. В свою очередь, физико-механические процессы (распределение напряжений и деформаций в зоне обработки, проскальзывание, распределение температур) при ППД, а также их взаимосвязь с показателями качества, слабо изучены, а по некоторым из них сведения отсутствуют.

При выборе и назначении конструктивно-технологических параметров обработки существуют значительные затруднения, связанные с тем, что на окончательные результаты формирования качества поверхностного слоя влияет большое количество различных независимых и взаимосвязанных между собой аргументов. Как правило, любой показатель качества поверхности есть функция многих независимых переменных:

уi = f(Pу, Sо, rпр, Dо, dр, rр(lк), hm, α,ω, HB, Rисх)

где Pу – усилие деформирования; Sо – подача; rпр – профильный радиус ролика; Dо – диаметр детали; dр – начальный диаметр ролика; ,rр(lк) – изменение радиуса ролика по длине контакта; hm – максимальная глубина внедрения ролика в поверхность детали; α, ω – углы внедрения и самозатягивания; HB – твердость обрабатываемого материала; Rисх – исходная шероховатость поверхности от предшествующей обработки.

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, описывающих геометрические параметры, напряженно-деформированное состояние в контактной зоне и выявления их влияния на показатели качества поверхностного слоя, а также на технические показатели оборудования и обрабатывающего инструмента.

Эти исследования связаны с определенными трудностями, так как качество поверхностного слоя при обработке деталей формируется в результате сложных взаимосвязанных процессов, происходящих в очаге деформирования и прилегающих к нему зонах упругих и пластических деформаций, изменения прочностных и пластических свойств деформируемого металла, трения и тепловых процессов, протекающих 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 наибольшей степени влияет на показатели качества детали. Поэтому определение функциональной связи между силой, приложенной к деформирующему элементу и показателями качества поверхности, является одной из основных задач исследований в области обработки ППД. Для определения усилия деформирования 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 исследованиям. В результате этого в настоящее время накоплен обширный фактический материал, позволяющий в каждом отдельном случае обоснованно выбирать и назначать рациональные режимы обработки, обеспечивающие требуемое качество и производительность. Однако единство подходов в решении задач отсутствует. Характерным при этом является то, что каждый из авторов при исследовании предлагает и использует свои собственные разработки применительно к частным рассматриваемым вопросам. В частности, предложил формулу для расчета среднего напряжения, радиального усилия и площади контакта при обкатывании шаром [65]:

; (1.1)

где Рн – радиальное усилие деформирования; Fк – площадь контакта; R – радиус профиля ролика; Rd – радиус детали; Rp – радиус шарика; W – упругая местная деформация; h – величина обжатия l.

Пластические деформации в контакте возникают по достижении определенного значения угла внедрения φ = φу. При φ < φу связь между радиусом контактной площадки r и силой внедрения сферического деформирующего элемента РH в плоскую поверхность тела описывается уравнением Герца:

, (1.2)

где – упругая постоянная; Е1, Е2, ν1, ν2 – соответственно модули упругости и коэффициенты Пуассона деформирующего элемента и обрабатываемого металла.

Имея в виду, что величина среднего давления , а степень деформации sin φ = r / R, где R – остаточный отпечаток после снятия нагрузки.

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

. (1.3)

Следовательно, среднее давление при упругом внедрении изменяется прямо пропорционально sin φ [3].

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

, (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 контакта мала и нагрузки приложены перпендикулярно к обрабатываемой 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 производительность.

На возможность использования формул, связывающих силу и дефор­мацию при статическом вдавливании деформирующего элемента, для случая движения последнего по поверхности детали указывает . В работе [10] говорится, что ширина и кривизна сечения, образованные при движении инструмента, практически совпадают с шириной и кривизной восстановленного отпечатка. При обкатывании деталей роликом формула для определения усилия деформирования имеет вид

, (1.5)

где Dр, r – диаметр и радиус профиля ролика; , Rd – диаметр и радиус кри­визны обрабатываемой детали; φа – угол внедрения ролика в плоскости подачи; b и а – полуоси эллипса контактной зоны. Значение угла внедрения φа предполагается 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 φа = 3° при НВ до 400 единиц.

Глубокие исследования в рассматриваемом направлении выполнены и [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 последовательных приближений. При определении усилия деформирования необходимо иметь экспериментальные зависимости σi = Φ (ε), где σi и ε – 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 путями. В первом случае предусматривается подстановка в расчетное значение формулы глубины внедрения h, относительная величина которой ε = 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

, ( 1.6)

где Fk – площадь пятна контакта; НV – твердость по Викерсу. Кроме того, предлагается назначать режимы ППД, пользуясь параметром В:

, ( 1.7)

где – число циклов нагружения поверхности; ак – ширина пятна контакта; S – оборотная подача; i – число проходов. Однако, рассмотренная методика расчета обладает громоздкостью [49'].

В работах делается попытка определения законов рас­пределения давлений, деформаций и напряжений по определенной форме и размерам поверхности контакта. При решении используется метод переменных параметров упругости без учета изменения формы пятна контакта в результате подачи и перекрытия следов деформирующего элемента [37, 38, 39, 40].

Отличительной особенностью работы [94] является решение кон­тактной задачи при ППД, устанавливающей связь между силой, приложенной к инструменту, средним давлением и деформацией в зоне контакта. Это решение выполнено на основании аналитического определения соотношения между силами, действующими на переднюю (упругопластическую) и заднюю (упругую) зоны контактной площади. Сила внедрения деформирующего элемента различной формы с учетом размеров заготовки имеет вид

, ( 1.8)

где F – площадь проекции лунки контакта на плоскость; q – среднее давление в пластической зоне контакта; е = Ру / Рн.

предложено выражение для назначения усилия деформирования в зависимости от диаметра обрабатываемого вала [53]:

, ( 1.9)

где DB1 – диаметр обрабатываемого вала.

в качестве расчётной формулы предлагает использовать зависимость [58]:

( 1.10)

где d – диаметр ролика; q – среднее давление, Е – модуль упругости, а величина q принималась равной .

Следующая зависимость по определению усилия предложена и [2]:

, (1.11)

где – коэффициент, учитывающий влияние заднего угла деформирования; kRz – коэффициент, учитывающий исходные неровности; kS – коэффициент, учитывающий подачу; kσ – коэффициент, учитывающий твердость материала; kd – коэффициент, учитывающий диаметр ролика; kD – коэффициент, учитывающий диаметр обрабатываемой детали.

В работе [10] предлагает использовать формулу , (1.12)

где Dш – диаметр шарика; φ – средний угол вдавливания ролика; φa – угол вдавливания ролика; m, n – постоянные, характеризующие свойства обрабатываемого материала; r – радиус ролика.

Ниже приведены зависимости полученные и [5,6, 90]:

, (1.13)

где – радиус детали; Rp – радиус ролика; Rпр – радиус профиля ролика; μ – коэффициент Пуассона; ∆h – величина обжатия; σТ – предел текучести; hH – коэффициент, учитывающий наклёп; ε – местная упругая деформация и ,

(1.14)

где Fк – площадь поверхности контакта; q – среднее давление; 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 соотношений контактной зоны при обработке роликами произвольных размеров, конфигурации и положения относительно детали в зависимости от конструктивно-технологических параметров обработки в качестве обобщающего параметра предлагается 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 перемещения точек деформируемой поверхности:

, (1.15)

где εу – относительная деформация точек поверхности детали,

m – вычисляется по формуле

, (1.16)

где σТ – предел текучести; σВ – 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, начальную высоту неровности, удельное давление, профильный радиус ролика, упругую деформацию. Так, например, [54] предложена зависимость для определения высоты микронеровности после поверхностного деформирования:

. (1.17)

k, kζ, kp - экспериментально определяемые коэффициенты

В формуле учитывается начальная высота неровностей и физико-механические свойства обрабатываемого материала:

, (1.18)

где Rzо – начальная высота неровностей, КМ – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала; β – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала; Fk – площадь контакта, которая рассчитывается по формуле

, (1.19)

где Rd– радиус обрабатываемой детали; Rпр – профильный радиус ролика; ε – величина упругой деформации; ∆h – полная деформация в зоне контакта.

В расчётной формуле, предлагаемой [10], величина Rz связана с величиной подачи и кривизной деформирующего элемента:

, (1.20)

где Rz – высота неровностей по 10 точкам; Rпр – радиус кривизны профиля ролика; S0 – подача.

Более сложная связь установлена :

, (1.21)

где Rzо – начальная высота неровностей, Кс – коэффициент, зависящий от способа обработки, λ – коэффициент, зависящий от характера распределения напряжений в очаге деформации, σТ – предел текучести, Р – нагрузка.

Одним из главных показателей качества поверхностного слоя достигаемого в процессе ППД является глубина упрочненного слоя. Решение задачи определения глубины распространения пластической деформации в тело детали было осуществлено Им предложена зависимость, связывающая глубину упрочнения, усилие деформирования и предел текучести материала [85]

, (1.22)

где P – усилие деформирования; σТ – предел текучести обрабатываемого материала.

Эллиптическая поверхность контакта в данном случае принимается в виде равновеликого круга. Однако, как показали дальнейшие экспериментальные исследования, фактическая глубина распространения пластической деформации оказалась меньше расчетной, причем, чем больше размеры ролика и детали, тем больше отклонения (до 50 %). В этой связи была предложена модифицированная зависимость формулы (1.22), учитывающая влияние на глубину упрочнения размеров детали и ролика [41]

, где , (1.23)

где ω – коэффициент, учитывающий влияние размеров инструмента и детали; Rпр – приведенные радиусы кривизны ролика и детали в месте контакта.

показал, что толщина наклёпанного слоя зависит от площади контакта деформирующего элемента с обрабатываемой деталью [54].

, (1.24)

где k – коэффициент, зависящий от размеров и материала детали;

Fк – площадь контакта; ∆ – толщина наклёпанного слоя.

В исследованиях приводится следующая формула [102]:

, , (1.25)

где R1 , R2 – радиусы сопряжённых цилиндров; E – модуль упругости.

, В., для расчёта толщины наклёпанного слоя предлагают использовать зависимость [36]

, (1.26)

где Dпр – приведенный диаметр. Величины Dпр и h рассчитываются по формулам:

, (1.27)

где H – пластическая твёрдость или контактный модуль упрочения образца; P – усилие;

Таким образом, на основе анализа литературных источников можно сделать вывод, что основными факторами, от которых 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 деформирования. Кроме того, усилие деформирования в рассмотренных методиках определяется применительно к деформирующим элементам, имеющим форму тора и шара, в то время как не менее распространенным является конический ролик, при обработке которым образуется каплевидный контакт. Возможны и другие типы роликов, поверхность которых образуется вращением произвольной выпуклой кривой. Это не позволяет производить углубленный анализ полученных результатов и их сравнение на основе единой методики. Решение данной проблемы возможно за счет создания универсальной математической модели определения геометрических параметров контактной зоны для всех типоразмеров роликов и размеров детали с последующим определением взаимосвязи геометрии контакта с распределенным напряженным состоянием.

Шероховатость поверхности зависит от усилия деформирования профильного радиуса и подачи инструмента. Имеющийся в литературе материал достаточен для обоснованного назначения значений перечисленных факторов, влияющих на шероховатость.

Таким образом, дальнейшее изучение поставленного вопроса определения взаимосвязи конструктивно-технологических параметров с показателями качества при обработке деталей ППД деформирующими роликами произвольной формы представляется необходимым и актуальным.

Г л а в а 2

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 инструмента и схем обработки.

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

Конструктивно инструменты для обработки ППД можно разделить на две группы: инструменты бессепараторного и сепараторного типов. Особенностью инструмента бессепараторного типа является то, что деформирующие ролики устанавливаются на подшипники качения. Для создания усилия деформирования, деформирующие ролики нагружаются в радиальном направлении к обрабатываемой поверхности. По характеру нагружения деформирующих элементов инструменты подразделяются на: механические с упругим контактом – пружинные, пневматические, гидравлические и комбинированные; с жестким контактом, настраиваемые строго на определённый размер [10, 51, 90]. Недостатком этих конструкций инструмента является расположение деформирующих роликов на подшипниках качения. Поскольку диаметры роликов должны быть больше наружного диаметра подшипников, на которые они установлены, то их диаметральные размеры возрастают, следовательно, увеличиваются размеры контактной зоны, что снижает технологические и деформирующие возможности. Этот инструмент, кроме того, не может применяться для обработки глухих отверстий. Для уменьшения размеров контактной зоны и необходимого усилия деформирования при обеспечении равнозначного качества поверхностного слоя применяют установку деформирующих роликов на опорные катки. К одному из таких инструментов относится роликовая раскатная головка конструкции Могилевского завода Строймашина, показанная на рис. 2.1 [98].

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, диаметральных ползушек 6, корпуса головки 7, регулировочных винтов 8, болтов 9, хвостовика 10, планок 11 и удерживающих шайб 12. Корпус головки 7 крепится к хвостовику 10 болтами 9. В пазах корпуса размещены две диаметрально расположенные ползушки 6, в которых на осях 3 установлены шарикоподшипники 2, служащие опорой для роликов 1. Осевая нагрузка на ролик воспринимается шариком 4 и опорой 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 особенностью рассмотренного инструмента является то, что в процессе обработки, если не учитывать контактные деформации ролика и его опор, диаметр инструмента остается постоянным и не имеет возможности поднастройки на действительный размер. Настройка на фиксированный требуемый размер осуществляется один раз перед началом обработки партии деталей. Это является недостатком, т. к. при изменении 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 настройки диаметра описываемой роликами окружности. Глубина внедрения роликов в поверхность детали оказывается соизмеримой с допуском на размер обрабатываемого отверстия. 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 обеспечивается винтовой пружиной 6, а его регулирование производится гайкой 7. Ролики 3 расположены в рычагах 2 на игольчатых подшипниках. Для восприятия осевых нагрузок с обоих торцов каждого деформирующего ролика установлены упорные шарикоподшипники. Усилие от пружины 6 к роликам 3 передаётся через клин 5 и сухари 4. Натяг между роликами и обрабатываемым отверстием устанавливается гайками 8. В момент входа инструмента в обрабатываемое отверстие пружина 6 сжимается, создавая на роликах требуемое усилие деформирования. Головка устанавливается на борштангу расточного станка хвостовиком 1.

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 деформирующих 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 роликов. Для устранения вышеназванных недостатков применяют пневматический и гидравлический приводы для нагружения деформирующих элементов.

На рис. 2.3 показана одна из конструкций раскатной головки с гидравлическим нагружением деформирующих роликов [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 гидроприводе постоянное давление рабочей жидкости и компенсирует некоторые её утечки.

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 гидравлическим приводом стабилизирует усилие на деформирующих элементах, однако обладает громоздкостью, сложностью и ненадежностью в эксплуатации. Следует также иметь в виду, что для уплотнений в гидравлических и пневматических устройствах применяются манжеты, при трении которых по поверхности цилиндра теряется до 30 % от усилия развиваемого штоком. При страгивании с места или при изменении направления перемещения штока усилие резко изменяется, что также не обеспечивает стабильности процесса. Кроме того, деформирующие элементы головки установлены на подшипниках качения, что ведёт к увеличению их диаметральных размеров и большим по площади контактным зонам деформации, что также снижает технологические возможности инструмента и качество обработанной поверхности.

2.1.1. РОТАЦИОННЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ СЕПАРАТОРНОГО ТИПА

Ротационные инструменты сепараторного типа выполняются по схеме планетарного обкатывания. Планетарное обкатывание осуществляется инструментом, деформирующие 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 располагаются 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 усилие при раскатывании [98]. С противоположной от поверхности детали стороны ролики контактируют с опорным конусом, величина конусности которого обеспечивает необходимый задний угол и возможность настройки роликов на требуемую величину натяга.

Широкое применение получили многороликовые, жёсткие дифференциальные раскатники для обработки отверстий диаметров 25…250 мм. Наибольшее распространение, как в России, 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 подшипника 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 поверхностями пазов сепаратора 3 по форме и размерам, совпадающим с формой и размерами деформирующих роликов. Необходимый задний угол деформирующих роликов определяется соотношением конусности роликов 1 и опорного конуса 2. При этом диаметральный размер регулируется в пределах нескольких десятых миллиметра перемещением сепаратора 3 с деформирующими роликами 1 вдоль опорного конуса 2. Положение упорного подшипника 4, соответствующее заданному диаметру обработки, фиксируется гайкой 5.