Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности (стр. 52 )

Точность обработки. Ожидаемую точность обработки отверстий в тонкостенных деталях рассчитывают, основываясь на теории пластичности материалов. Основные расчетные зависимости для процесса обработки со сжатием детали (см. рис. 16, в) приведены в табл. 13. Если при обработке интенсивность напряжений больше предела текучести, то происходит упругопластическое деформирование детали. В этом случае (рис. 26) зависимость припуска (2zi), характеризующего изменение размера отверстия при обработке от натяга на диаметр (i) имеет вид

2zi = Kd(i-io)

Физический смысл величины i0 состоит в том, что она определяет экстраполиро­ванный натяг, соответствующий наступлению пластической деформации деталей с не­круглым отверстием. Для тонкостенных цилиндров i0 = iо. отнdo (do - диаметр срединной поверхности цилиндра; do = d3+h) определяют по уравнениям табл. 13. Для толстостенных деталей i0 приближенно можно определить по соотношениям

io = (ут/Е)(dз+h) при 2h/dз = 0,2ч1,0;

io = (ут/Е)(2dз-h) при 2h/dз = 1,0ч2,0.

Коэффициент Кd равный тангенсу угла наклона прямой, является коэффициентом изменения размера, или коэффициентом копирования погрешностей. При обработке тонкостенных цилиндров Кd близок к единице. Для толстостенных цилиндров можно принять Кd = А — Bh. Для стальных деталей (ут ≈ 400 МПа) при соотношении размеров 2h/d3 = 0,2 ч 2,0 и диаметре отверстия d3 = 30 мм А = 1,2; В = 0,02.

Самый благоприятный вариант обработки детали с точки зрения ее точности — при Кd = 1,0, так как исходные погрешности при этом не копируются. Поэтому наиболее эффективно повышается точность при обработке тонкостенных цилиндров.

На величину собственной случайной погрешности уi(i-1) определяемой по формулам табл. 13, наибольшее влияние оказывает непостоянство механических свойств материала заготовок. Например, колебания предела текучести в партии заготовок Т(ут) = 200 МПа при диаметре цилиндров do = 40 мм, Е = 2•105 МПа приводят к возникновению случайной погрешности операции (do/E) · T(ут) = 40 мкм. Поэтому для повышение точности целесообразно проводить предварительную термическую обработку, обеспечивающую стабильные механические свойства материала.

Практически калиброванием гладких цилиндров можно обрабатывать отверстия по 8—9-му квалитетам; в отдельных случаях - по 6—7-му квалитетам, за исключением небольших участков около торцов. Из-за неодинаковых условий пластического деформирования отверстия в цилиндрах на расстоянии 2—4 мм от торцов имеют диаметр, отличающийся на 0,02 — 0,1 мм от диаметра на остальной длине цилиндра (у толстостенных деталей диаметр увеличивается, у тонкостенных - уменьшается). Бели такая погрешность недопустима, то после калибрования проводят подрезку торца. Целесообразно в связи с этим длинные заготовки разрезать на отдельные детали после калибрования.

Для деталей массового производства обработку проводят на волочильных станах.

Разностенность заготовок порядка 4 — 6% не оказывает существенного влияния на точность обработки. При обработке со сжатием изогнутость цилиндров, имеющих разностенность более 6%, может превышать 0,02-0,05 мм на длине 100 мм. В этих условиях целесообразно вести обработку с растяжением, причем натяги и число элементов следует принимать минимально необходимыми.

При деформировании тонкостенных цилиндров происходит увеличение наружного диа­метра, уменьшение длины цилиндра и толщины его стенки. Поэтому окончательную обработку наружной поверхности и торцов следует проводить после калибрования. Изме­нение размеров определяют по формулам табл. 13. Размеры после обработки можно определить также по формулам

Здесь d0, D0, t0 L0 - соответственно внутренний и наружный диаметры, толщина стенки цилиндра и его длина до обработки; d, D, t, L— те же величины после обработки. Зависимости получены для случаев, когда обработку отверстия можно выполнить одним деформирующим элементом. В тех случаях, когда в детали размещается одновременно несколько элементов, t и D незначительно возрастают, a L уменьшается. Уравнения используют как для схемы сжатия, так и для схемы растяжения.

Для вновь проектируемого процесса часто возникает необходимость проведения экспериментальной проверки размеров инструмента. С учетом фактических значений размеров отверстий проводится корректирование диаметра последнего деформирующего элемента.

Режим обработки. Назначение режима обработки и конструирование инструмента — две взаимосвязанные задачи, так как основным параметром режима являются натяги на деформирующие элементы. Скорость обработки с учетом возможностей станка назна­чают в пределах 2—25 м/мин. Обработку ведут обычной оправкой с несколькими дефор­мирующими элементами. Наиболее эффективным для получения требуемой точности является первый проход. Точность обработки последующими элементами снижается в геометрической прогрессии. Поэтому с точки зрения точности и шероховатости поверхности обработку следует вести оправкой с двумя — шестью элементами (для целых оправок число элементов можно увеличить до десяти). При излишне большом числе деформирующих элементов и больших натягах из-за нарушения условий смазывания и схватывания поверхностей деформирующих элементов и детали состояние обработанной поверхности может ухудшиться.

При обработке с малыми натягами для получения возможно лучших результатов по точности натяг на элемент следует назначать таким, чтобы обеспечить высокую точность формы, прямолинейность оси и требуемую шероховатость поверхности.

Следует учитывать, что качество обработки деформирующим инструментом зависит не только от режима обработки, но и (существенно) от точности размера отверстий, состояния поверхности и механических свойств деталей.

Для достижения точности по 11 —13-му квалитетам можно принять обработку с боль­шими и одинаковыми для всех деформирующих элементов натягами и небольшим числом элементов на инструменте. Относительная деформация, осуществляемая каждым элементом, может достигать 2 — 4%. Для достижения точности по 8-11-му квалитетам при обработке отверстий в жестких деталях с постоянной по их длине жесткостью следует применять средние натяги (0,5-1,0 мм), одинаковые для всех деформирующих элементов. Для достижения точности, соответствующей 8—9-му квалитетам, детали, изготовляемые из горячекатаных трубных заготовок, необходимо предварительно обрабатывать резанием. При обработке отверстий с точностью по 8-11-му квалитетам в деталях с переменной толщиной стенки следует применять инструменты с уменьшающимися натягами от первого к последнему деформирующему элементу (натяги на последних элементах 0,1-0,02 мм). Для этой группы деталей при резко изменяющейся поперечной жесткости (бурты, приливы) целесообразна схема деформирование — резание — тонкое деформирование. Для получения точности по 5—6-му квалитетам необходима предварительная точная обработка резанием, после чего деформирование проводят с малыми натягами и с суммарной деформацией 0,5 -1,0 %.

Осевое усилие определяют расчетом или опытным путем. В сравнимых условиях осевое усилие меньше при обработке отверстий в чугунной детали на 30 — 35%, а в бронзовой и алюминиевой деталях — на 60 —65 %, чем при обработке стальной детали.

Прилагая к инструменту или детали осевые вибрации и ударные импульсы с частотой порядка 20 Гц и амплитудой 0,3-1,5 мм, осевое усилие можно существенно снизить. Усилие снижается также при оптимальном подборе СОТС и его подводе к каждому деформирующему элементу. Осевую силу определяют по эмпирическому уравнению (при t0/d0 < 0,3 ч 0,4):

где С — коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого металла, угла рабочего конуса деформирующего элемента и применяемого СОТС; tо — исходная толщина стенки детали, мм; d0 — диаметр отверстия до обработки, мм; HВ — твердость (по Бринеллю) обрабатываемого металла; i — натяг на элемент, мм;  — суммарная деформация отверстия, мм, осуществляемая n элементами;  — суммарная деформация отверстия (мм), осуществляемая n — 1 элементами; Q — осевая сила, Н, на одном деформирующем элементе в зоне установившейся нагрузки.

Значения величин С, х, у, r, m приведены в табл. 14.

Если в обрабатываемом отверстии будут одновременно находиться несколько деформирующих элементов, силы, действующие на них, нужно суммировать с учетом неполной нагрузки в зонах входа и выхода, а также с учетом эффекта совмещения зон внеконтактной деформации соседних элементов [1].

При большой толщине стенки (t0/d0 ≥ 1) силы определяют по уравнению

где Q — сила, Н, на одном деформирующем элементе;  — соответственно суммарные натяги на n и (n-1)-м деформирующих элементах, мм; значения С, у, r, m приведены в табл. 15. Натяг на деформирующий элемент может изменяться в пределах до 0,1 мм.

Уравнения (9) и (10) даны для случаев применения углов рабочего конуса деформирующих элементов ц = 3 ч 6°, определяющих минимум осевой силы.

Стойкость деформирующих элементов из твердого сплава при обработке стальных деталей составляет 50—100 км суммарной длины обработки.

Приспособления для обработки. Деталь при обработке обычно устанавливают на торец и не закрепляют. Правильное взаимное расположение инструмента и детали обеспечивают с помощью плавающих (самоустанавливающихся) приспособлений на шаровой опоре (по типу приспособлений для протягивания, рис. 27). Планшайба 1 установлена на плите 2 протяжного ставка и имеет шаровую поверхность, на которую опирается вкладыш 3, удерживаемый крышкой 4. Обрабатываемая деталь 5 упирается при обработке во вкладыш 3. Эта конструкция непригодна для тех случаев, когда при обработке внутренний диаметр детали становится равным или превышает наружный диаметр заготовки до протягивания, что часто встречается при обработке тонкостенных изделий с большим натягом. В этом случае элементы, на которые опирается деталь, должны перемешаться при увеличении диаметра опорного торна детали. В конструкции элементов с подпружиненными кулачками, перемещающимися по пазам, есть общий недостаток — значительное сопротивление перемещению этих кулачков, вызывающее увеличение осевой силы. Опоры, в которых перемещение опорных элементов связано не с трением скольжения их в пазах, а с упругими деформациями хвостовиков, показаны на рис. 28. Опора выполнена в виде стакана и состоит из корпуса 1 и опорных элементов 2. Корпус представляет собой жесткое кольцо с фланцем, а опорные элементы, составляющие одно целое с корпусом, являются отдельными лепестками, разделенными между собой продольными пазами 5, доходящими до корпуса. Опорные лепестки имеют малую поперечную жесткость и при увеличении диаметра обрабатываемой детали 3, центрируемой конической и цилиндрической поверхностями лепестков, упруго изгибаются, не вызывая заметного увеличения силы протягивания. Эта конструкция позволяет осуществить обработку и по схеме растяжения. В этом случае опорные эле­менты входят в кольцевую технологическую канавку на наружной поверхности детали. Другие конструкции опор, а также устройство для обработки в жестком корпусе с принудительным извлечением детали, устройство для протягивания по схеме осевого заневоливания описаны в работе [2].