Обкатывание и раскатывание поверхностей

Обкатыванием и раскатыванием отделывают и упрочняют цилиндрические, конические, плоские и фасонные наружные и вну­тренние поверхности.

Сущность этих методов состоит в том, что в результате давления поверхностные слои металла, контактируя с инструментом высокой твердости, оказываются в состоянии всестороннего сжатия и пласти­чески деформируются. Инструментом являются ролики и шарики, перемещающиеся относительно заготовки. Микронеровности обра­батываемой поверхности сглаживаются путем смятия микро­выступов и заполнения микровпадин.

Обкатывают, как правило, наружные поверхности, а раскаты­вают внутренние цилиндрические и фасонные поверхности. При обкатывании роликами основными параметрами режима упрочнения являются давление в зоне контакта с роликом, число его проходов, подача и скорость обкатывания. Глубину деформированного слоя определяет давление.

Рис. 92. Схемы обкатывания и раскатывания поверхностей

На рис. 92 показаны распространенные схемы обкатывания и раскатывания поверхностей. К вращающейся цилиндрической заготовке подводят закаленный гладкий ролик — обкатку (рис. 92, а), который под действием рабочего давления деформи­рует поверхность. Продольная подача позволяет обрабатывать всю заготовку. Аналогичным инструментом обрабатывают элементы за­готовок, но с поперечной подачей (рис. 92, б). При раскатывании ролик-раскатку закрепляют на консольной оправке (рис. 92, в). Более совершенна конструкция инструмента с несколькими ро­ликами (рис. 92, г).

Для обеспечения значительной однородности форм микронеровностей исполь­зуют разнообразные конструкции инструментов, различающихся числом и формой деформирующих частей (роликов, шариков). Наилучшие результаты обеспечивают инструменты, на которые усилие передается через упругие элементы. Этим дости­гается постоянное усилие обработки в любой точке обрабатываемой поверхности. Усилие может регулироваться.

Для обработки поверхностей обкатыванием и раскатыванием чаще всего используют токарные или карусельные станки, приме­няя вместо режущего инструмента обкатки и раскатки. Суппорты обеспечивают необходимую подачу. Раскатки можно устанавливать в пиноли задних бабок. Глубокие отверстия раскатывают на станках для глубокого сверления.

Так как нагрев заготовок в местах контакта с инструментом не­значителен, охлаждения не требуется. Для уменьшения трения ис­пользуют смазывание веретенным маслом или керосином.

Обкатыванием и раскатыванием лишь в незначительной степени исправляют погрешности предшествующей обработки. Поэтому пред­варительная обработка заготовок должна быть точной с учетом смя­тия микронеровностей и изменения окончательного размера детали. Решающее значение в достижении необходимого качества поверхностного слоя имеет давление на поверхность. Чрезмерно большое давление так же, как и большое число проходов инструмента, разру­шает поверхность и может привести к отслаиванию ее отдельных участков.

Алмазное выглаживание

Малой шероховатости поверхности и ее упрочнения можно достичь алмазным выглаживанием. Сущность этого метода состоит в том, что оставшиеся после обработки резанием неровности поверх­ности выглаживаются перемещающимся по ней прижатым алмазным инструментом. Алмаз, закрепленный в державке, не вращается, а скользит с весьма малым коэффициентом трения. Рабочая часть инструмента выполнена в виде полусферы, цилиндра или конуса. Чем тверже обрабатываемый металл, тем меньше радиус скругления рабочей части алмаза.

Преимущества алмазного выглаживания состоят в повышении эксплуатационных свойств обработанных поверхностей, снижении шероховатости поверхности, отсутствии переноса на обрабатываемую поверхность посторонних частиц, возможности обработки тонко­стенных деталей и деталей сложной конфигурации, простоте кон­струкции выглаживателей.

Заготовки обрабатывают на токарных станках. Державку с под­пружиненным наконечником с алмазом устанавливают в резце­держателе вместо резца. Движения заготовки и инструмента аналогичны движениям заготовки и инструмента при обтачивании.

Силы прижатия алмаза к обрабатываемой поверхности сравни­тельно малы и колеблются в интервале 50—300 Н. Процесс выглажи­вания ведут со смазыванием веретенным маслом, что примерно в 5 раз уменьшает износ алмаза по сравнению с износом при выгла­живании всухую. Применение керосина или эмульсии приводит к интенсивному износу алмаза. Число проходов инструмента не должно быть более двух.

Калибровка отверстий

Калибровкой повышают точность отверстий и получают поверхности высокого качества. Метод характеризуется высокой производительностью.

Сущность калибровки сводится к перемещению в отверстии с на­тягом жесткого инструмента. Размеры поперечного сечения инстру­мента несколько больше размеров поперечного сечения отверстия. При этом инструмент сглаживает неровности, исправляет погреш­ности, упрочняет поверхность.

Простейшим инструментом служит шарик, который проталки­вается штоком (рис. 93, а). Роль инструмента может выполнять также оправка — дорн (рис. 93,б), к которому прикладывается сжимающая или растягивающая (рис. 93, в) сила. Заготовки обра­батывают за один или несколько ходов инструмента.

Рис. 93. Схемы калибровки отверстий.

Заготовки обрабатывают с малыми или большими натягами. В первом случае зона пластической деформации не распространяется на всю толщину детали. Так обрабатывают толстостенные заготовки. Во втором случае зона пластической деформации охватывает всю деталь. Этот вариант обработки используют для тонкостенных деталей, что существенно повышает их точность.

Шарики, как инструмент, не обеспечивают оптимальных усло­вий деформирования и имеют малую стойкость. Калибрующие оп­равки выполняют одноэлементными, многоэлементными или сбор­ными. Каждый из элементов — поясков имеет свой размер. Дефор­мирующие элементы изготовляют из твердого сплава или стали, закаленных до высокой твердости.

В качестве смазочного материала для сталей и бронз применяют сульфофрезол. для чугунов – керосин. Разработаны специальные смазочные материалы, обеспечивающие жидкостное трение. Они снижают рабочее усилие, способствуют повы­шению качества поверхности, увеличивают точность обработки и стойкость ин­струмента.

Отверстия калибруют на прессах (рис. 93, а, б) или горизон­тально-протяжных станках (рис. 93, в). Для правильного взаим­ного расположения инструмента и заготовки обычно применяют самоустанавливающиеся приспособления с шаровой опорой. Заго­товку не закрепляют.

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 обычного движения sпp (рис. 94) специальным устройством сообщают дополнительные движения Δs с относительно малой ампли­тудой. Изменяя v, sпp, амплитуду и частоту колебаний, можно на обрабатываемой поверхности получить требуемый рисунок. Распро­странение получили рисунки с непересекающимися канавками, с неполностью пересекающимися и со сливающимися канавками. Возможно также вибронакатывание внутренних и плоских поверхностей.

Рис. 94. Схема вибронакатывания

Канавки одновременно упрочняют поверхность. Важнейшей характеристикой такой поверхности является общая площадь канавок (в процентах от номинальной площади обрабатывающей поверхности). Такие отклонения для каждого типа рисунка опреде­ляют аналитически.

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 стальными, 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.