ДОРНОВАНИЕ С БОЛЬШИМИ НАТЯГАМИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА В ПОЛЫХ ТОЛСТОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРАХ С ИХ СЖАТИЕМ И РАСТЯЖЕНИЕМ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ДОРНОВАНИЕ С БОЛЬШИМИ НАТЯГАМИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА 0 ПОЛЫХ ТОЛСТОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРАХ С ИХ

СЖАТИЕМ И РАСТЯЖЕНИЕМ

В.Ф. СКВОРЦОВ, канд. техн. наук., доцент, И.С. ОХОТИН, асп., А.Ю. АРЛЯПОВ, канд. техн. наук, ТПУ, г. Томск

Доэнование с большими натягами является эффективным методом отделочно-упрочняющей обработки отверстий малого диаметра (с/0=1...5 мм) в толстостенных заготсвках типа втулок [1, 2]. При натягах (0,05...0,15)сУ0 дорнозание по схеме сжатия заготовок можно выполнять сразу после сверления отверстий (спиральными сверлами), обеспечивая их высокую точность и качество поверхностного слоя [1,2].

Дорнование глубоких отверстий малого диаметэа в заготовках типа полых толстостенных цилиндров может осуществляться по схемам их сжатия или растяжения [3, 4]. В связи с этим значительный интерес представляет сопоставление процессов дорнования отверстий, выполняемых по указанным схемам.

4

Рис. 1. Схемы дорнования отверстий: а - со сжатием образца; б - с растяжением образца. 1 - опора; 2 - образец; 3 - прошивка; 4 - толкатель прошивки; 5 - направляющая втулка для прошивки

Эксперименты проводили на образцах в виде полых толстостенных цилиндров дву< типов, дорнование отверстий в которых производили го схемам сжатия (рис.1, а)

и растяжения (рис.1, б). Образцы были изготовлены из стали Х12М (НБ2200 МПа), имели диаметр отверстия =2,09 мм, наружный диаметр О0=10 мм и длину 10=30 мм. Отверстия получали сверлением спиральным сверлом и затем подвергали дорнованию. После этого образцы отжигали в вакууме при температуре 800 °С в течение часа. Далее наружную поверхность V торцы пбразцоя подвергали тонкому шлифованию. Такая технология обеспечивала высокую точность отверстий и наружных поверхностей (/7"7), малую шероховатость этих поверхностей (Яа й 0,32 мкм) и практически устраняла наклеп и остаточные напэяжения в образцах.

Дорнование отверстий (рис.1) выполняли однозу-быми прошивками из твердого сплава ВК8 на испытательной машине ИР5057-50, оснащенной специальным приспособлением, за один цикл. Углы конусов прошивок составляли 6', ширина соединяющей их цилиндрической ленточки - около 2 мм. Натяги дорнования а/0о доводили до 0,156. Скорость дорнования была 0,05 м/мин. В качестве смазочного материала при дорноЕании использовали смесь жидкости МР-7 с дисульфидом молибдена.

В ходе экспериментов измеряли деформирующие усилия, размеры образцов и погрешности формы их поверхностей. Деформирующие усилия измеряли с помощью динамометрического устройства испытательной машины. Измерения диаметров отверстий и погрешностей их формы выполняли на комгараторе с перф-лектометром фирмы «1_ейг» (Германия) с ценой деления 0,0002 мм, диаметров наружных поверхностей и погрешностей их формы - на вертикальном оптиметре модели ИКВ с ценой деления 0,001 мм. Изменение длины образцов находили по изменению расстояния между нанесенными на их наружную поверхность отпечатками конического индентора. Это расстояние, номинальное значение которого было 26...28 мм, измеряли на микроскопе УИМ-21 с ценой деления 0,001 мм. Измерение погрешностей формы торцов образцов осуществляли при помощи приспособления, состоящего из микрометрического стола и закрепленной на стойке измерительной головки с ценой деления 0,002 мм.

На рис. 2 приведены зависимости деформирующего усилия и усадки отверстий (разности диаметров прошивки и обработанного ею отверстия) от относительного натяга дорнования. Видно, что при дорновании отверстий по схеме растяжения значения усилий и усадки оказываются в среднем на 10... 15% больше, чем при дорновании их по схеме сжатия. То есть обработка по схеме сжатия является менее энергоемкой, чем обработка по схеме растяжения. Зависимости усадки отверстий от относительного натяга для обеих схем дорнсвания носят экстремальный характер. Если при увеличении натяга а/сЮ с 0,053 до 0,102 усадка возрастает, то при его дальнейшем

№ 3 (36) 2007 5

С^ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

увеличении (до 0,156) она снижается. Очевидно, что это связано с более ощутимым влиянием внеконтактной деформации металла за рабочим конусом прошивки, уменьшающим усадку отверстий.

Р. кН

К . 4

*<1

У

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 а/</0

Ду, мкм

14

12

10

8

/ \

J 1 / ч

4

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 a/d0 б

Рис. 2. Зависимости деформирующего усилия (а) и усадки отверстий (б) от относительного натяга дорнования: 1 - по схеме сжагия; 2- по схеме растяжения

На рис. 3 показаны зависимости относительного изменения размеров образцов от натяга дорнования a/d0 (буквами без индексов обозначены размеры образцов после дорнования). Анализ этих зависимостей показывает следующее. При сравнительно малом натяге [a/dQ=0,053) в обеих схемах дорнования имеет место небольшое удлинение образцов (рис. 3, а). С повышением натяга в схеме сжатия наблюдается все большее укорочение образцов, а при схеме растяжения - все большее их удлинение. Вследствие этого при натяге a/d0 = 0,053 при обеих схемах дорнования относительное увеличение наружного диаметра (рис.3, б) и утонение стенки (рис.3, в) образцов оказываются практически одинаковыми; с увеличением натяга относительное увеличение наружного диаметра образцов по схеме сжатия становится все больше, а утонение их стенки все меньше, чем по схеме растяжения. Причем, если при натяге a/d0=0,053 относительное увеличение наружного диаметра образцов для обеих схем дорнования не превышает 0,002 и, видимо, является упругим, то при больших натягах оно оказывается уже упругопластическим. Таким образом, деформированное состояние образцов при дорновании отверстий по схемам сжатия и растяжения оказывается существенно различным, что может сказаться на формирующихся в них остаточных напряжениях.

L-L о ~Го~

0,001

0,000

-0,001

-0,002

0.04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 a/d%

Р-Рп

D.

0,0075

0.0050

0,0025

0,0000

S2

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 a/d„

'о

-0,014

-0,020

-0,026

-0,032

■ч Ч

Л \ »

\

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 a/d%

Рис. 3. Зависимости изменения высоты (а), увеличения наружного диаметра (б) и уменьшения толщины стенки (в) образцов от относительного натяга при дорновании отверстий: 1 - по схеме сжатия; 2- по схеме растяжения Эксперименты показали, что при дорновании отверстий по обеим схемам вытесняемый из них металл в основном смещается на наружную поверхность образцов; часть этого металла вытесняется на их торцы, где возникают наплывы. На рис.4 показаны зависимости высоты наплывов металла на выходном торце образцов от расстояния от образующей отверстий. Видно, что максимальная высота наплывов имеет место у образующей отверстий. Эта высота (и объем наплывов) увеличивается с повышением натяга дорнования а/сУ0. Обьем наплывов при схеме сжатия (рис.4, а), как показали расчеты, в среднем на 6 % больше, чем по схеме растяжения (рис.4, б). Наплывы на входном торце образцов (по схеме сжатия) были незначительными. На рис. 5 дана зависимость отношения объема металла, вытесненного на наружную поверхность образца, к объему металла, вытесненного из отверстия, от натяга дорнования а/сУ0. Как следует из рис. 5, это

№3(36)2007

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ С^Д

отношение для обеих схем дорнования с увеличением натяга а/с!0 от 0,053 до 0,156 возрастает примерно с 0,92 до 0,97.

а у мкм

100

50

А, мкм

0

1

/, мм

б

Рис. 4. Зависимости высоты наплывов металла на выходном , торце образцов от расстояния от образующей отверстий: а) при дорновании по схеме сжатия; б) при дорновании по схеме растяжения. 1 - а/а0 = 0,053; 2 - а/У0 = 0,102; 3 - а/с10 = 0,156

1,0

0,9

0,8

>___ □

0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

Рис. 5. Зависимость отношения объема металла, вытесненного на наружную поверхность образца, к объему металла, вьтесненному из отверстия, от относительного натяга дорнования: ♦ - по схеме сжатия; □ - по схеме растяжения

Установлено, что дорнование с большими натягами глубоких отверстий малого диаметра в полых толстостенных цилиндрах сопровождается образованием некоторых погрешностей фермы их наружных поверхностей. Сказанное иллюстрирует рис 6, из которого видно, что при схеме сжатия у входного торца диаметр наружной поверхности образцов меньше, а при схеме растяжения у выходного торца больше, чем на

остальной их части. Погрешности формы наружной поверхности образцов тем больше, чем больше натяг дорнования а/с/0. Образование этих погрешностей связано с особенностями течения металла у торцов образцов. При входе инструмента в отверстие происходит смещение металла на входной торец образцов и постепенное формирование валика металла перед эго рабочим конусом. При этом доля металла, смещаемого в радиальном направлении, оказывается меньше, чем на остальной части образцов, что и обусловливает уменьшение диаметра их наружной поверхности у входного торца при дорновании отверстий по схеме сжатия. На выходе инструмента из отверстия при обеих схемах дорнования одна часть валика металла (перед рабочим конусом инструмента) смещается на наружную поверхность, а другая - на выходной торец образцов. При схеме растяжения из-за отсутствия сил трения на выходном торце часть валика, смещаемая в радиальном направлении, оказывается больше, чем при схеме сжатия, что и приводит к заметному увеличению наружного диаметра образцов у выходного торца.

ДД мм

0,06

0,04

0,02

0,00

Д-7 / / _ Г-—

-^Г / & У , J L —

У У УНТ □ S 1 <

—^ — ►--

0

10

15

20

25 Lif мм

Рис. 6. Зависимости увеличения наружного диаметра образцов

от расстояния от входного торца (бурта) при дорновании отверстий:---по схеме сжатия;--по схеме растяжения.

1,4- a/d0 = С,053; 2,5- a/dQ = 0,102; 3,6- a/dQ = 0,156

В заключение отметим, что дорнование отверстий по обеим схемам дает примерно одинаковую их точность. Овальность отверстий в условиях выполненных экспериментов не превышала 0,001 мм, а отклонение профиля продольного сечения - 0,0025 мм. Значительно бтлыиая точность формы отверстий может быть обеспечена при дорновании их за два цикла, когда второй цикл выполняется с натягом 0,01...0,03 мм [1].

Список литературы

1. Скворцов В.Ф., Арляпов А.Ю. Дорнование глубоких отверстий малого диаметра. -Томск: Изд-во'ПУ, 2005. -92 с.

2. Скворцов Б.Ф., Арляпов А.Ю., Охотич И.С. Особенности процесса дорнования отверстий малого диаметра в толстостенных втулках, выполняемого с большими натягами // Обработка металлов. -2006. -№4. -С. 15-17.

3. Проскуряков Ю.Г., Романов В.Н., Исаев А.Н. Объемное дорнование отверстий. -М.:Машиностроение, 1984. -223 с.

4. Розенберг A.M., Розенберг O.A., Посвятенко Э.К. и др. Расчет и проектирование твердосплавньх деформирующих протяжек и процесса протягивания. -Киев: Наукова думка, 1978. -255 с.