Режим обработки шариковым инструментом

При отделочно-упрочняющей обработке усилие деформирования поверхности шариком приближенно можно определить по формулам:

• для наружных цилиндрических поверхностей

• для внутренних цилиндрических поверхностей

где q - наибольшее удельное давление; d - диаметр шарика; ? - модуль упругости обрабатываемого материала; D - диаметр обрабатываемой поверхности.

Необходимую величину подачи шарика к обрабатываемой поверхности можно определить, используя представленные зависимости, а для получения требуемой шероховатости поверхности эту величину следует уменьшить на 40-50%.

Точность и качество поверхностей, обработанных роликовым и шариковым инструментом

Обкатывание и раскатывание роликовым и шариковым инструментом жесткой конструкции можно рассматривать как калибрующий процесс, позволяющий уменьшить погрешности геометрической формы поверхностей, сформированных при обработке резанием на предшествующей операции, и сузить поле допуска предварительно обработанной поверхности. Однако жесткие инструменты создают необходимое усилие деформирования в зоне контакта за счет величины натяга, незначительное увеличение которого приводит к заметному изменению качества поверхностного слоя (шероховатость, твердость, остаточные напряжения, микроструктура и т.п.). В связи с этим только для цилиндрических деталей малых диаметров поле допуска меньше величины натяга, и в этом случае можно ожидать значительного сужения допуска после обработки ППД. Во всех других случаях поле допуска предварительно обработанной поверхности будет или близко к величине натяга, или больше его, поэтому сужение для допуска либо происходит на небольшую величину, либо вовсе не происходит.

Практически при обработке цилиндрических поверхностей диаметром 20...80 мм, выполненных по 7-му и 8-му квалите- там точности, происходит их уточнение на 1-2 квалитета. Но изготавливать поверхности по 9-11-му квалитетам точности нельзя, так как поле допуска становится равным или больше величины натяга, в связи с чем после обработки либо оно может быть сужено на небольшую величину, либо этого не произойдет, поскольку часть поверхности деталей не подвергается пластическому деформированию.

Таким образом, точность обработки ППД ротационным инструментом может достичь 6-го или 7-го квалитета (при этом должна быть обеспечена точность поверхностей, обработанных под накатывание, соответственно 7-му и 8-му квалитетам). Обкатывание и раскатывание шариковым и роликовым инструментом упругого действия не может изменить форму поверхности детали, но вследствие остаточной деформации меняется ее размер. В связи с этим упругим инструментом обрабатываются поверхности деталей 8-10-го квалитетов точности практически без уточнения их размеров, а также поверхности 6-8-го квалитетов, требующие отделочной обработки.

На шероховатость поверхностей, обработанных инструментом ротационного действия, влияет много факторов: усилие (натяг) деформирующего элемента, подача, исходная шероховатость, физико-механические свойства обрабатываемого материала и др. Варьируя этими параметрами, можно получить шероховатость обработанной ППД поверхности в широком диапазоне.

Практически обработка ГШД используется для получения шероховатости Ra - 0,63...0,08 мкм для сталей и

Rci = 1,25...0,63 мкм для чугуна. Для получения шероховатости Ra = 0,08...0,16 мкм рекомендуется осуществлять предварительную обработку точением с Rz = 20...40 мкм или шлифованием с Ra - 1,25...0,32 мкм, а для получения шероховатости Ra - 0,16...0,63 мкм предварительную обработку точением следует производить с Rz - 40...80 мкм и шлифованием - с Rz - 20...40 мкм. Закаленные стали должны иметь исходную шероховатость не ниже Ra = 0,63...0,32 мкм. В этом случае можно получить шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,16...0,32 мкм.

Ротационная обработка поверхностей шариковым или роликовым инструментом создает в поверхностном слое напряженное состояние, причем глубина упрочненного слоя может меняться от десятых и даже сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. При отделочной обработке, когда инструмент работает на сглаживающих режимах, твердость поверхности увеличивается на 15-25, а при упрочняющей - на 80-120%.

Глубина наклепа при отделочной обработке сырых сталей достигает десятых, а закаленных сталей - сотых долей миллиметра. Упрочняющая обработка сопровождается проникновением наклепанного слоя на глубину 1...5 мм.

На величину остаточных напряжений и глубину их распространения при обработке шариковым и роликовым инструментом влияют геометрические параметры и размеры деформирующих элементов, их количество, режим обработки, структура и свойства обрабатываемого материала. Для большинства процессов ППД шариковым и роликовым инструментом максимальные окружные остаточные напряжения сжатия меняются в пределах 300...800 МПа, причем, как правило, они минимальны на некотором удалении от поверхности. Остаточные напряжения при обкатывании многошариковым инструментом в 1,5 раза выше, чем при обработке роликовым.

Обеспечение малой шероховатости, получение поверхности с повышенной твердостью, создание сжимающих остаточных напряжений приводит к тому, что при накатывании различных поверхностей шариковым и роликовым ротационным инструментом значительно улучшаются эксплуатационные свойства деталей машин. Обработка поверхностей таким способом существенно повышает их износостойкость по сравнению с топким шлифованием, хонингованием, суперфинишированием, полированием. Период приработки поверхностей в 5-20 раз меньше по сравнению с поверхностями, обработанными абразивным инструментом.

Усталостная прочность деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, чугуна и цветных металлов и обработанных шариковым или роликовым инструментом, значительно повышается. Усталостная прочность при обработке ППД повышается у гладких, ступенчатых деталей, деталей с напрессованными втулками и т.д. Так, упрочнение одношариковой обкаткой (диаметр шарика 15 мм, усилие накатывания 450 Н) повышает усталостную прочность в 1,7 раза по сравнению со шлифованными образцами. Накатывание образцов многошариковой, а также однороликовой головкой (диаметр ролика 80 мм, профильный радиус 2,5 мм, усилие обкатывания 500 Н) незначительно меняет предел выносливости по сравнению с накатыванием одношариковой головкой. Образцы, накатанные торовым роликом, увеличивают предел выносливости в 1,5 раза, а многороликовой головкой - на 27%.

Накатывание и раскатывание сырых и особенно закаленных сталей повышает контактную усталостную прочность поверхности деталей типа колец, подшипников качения, обгонных роликовых муфт, крестовин карданных валов, валков прокатных станов и др.