CC BY
5ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
Рис. 2. Поперечный шлиф покрытия на основе порошковой смеси \МС-Со(ВК15)+2%В после жидкофазного спекания на подложке из стали У10
кофазного спекания порошковой смеси в соче~ании с последующей термической обработкой позволяют достичь высоких показателей конструктивной прочности композиции.
Выводы
1. Цементация основного металла до жидкофазного спекания вольфрамокобальтовой порошковой смеси на углеродистых сталях обеспечивает протекание реакций распада сложных карбидов при затвердевании. Поверхностный слой имеет структуру твердого сплава с развитой переходной зоной и без макродефектов.
2. Введение легирующего порошкового боэа в состав спекаемой вольфрамокобальтовой порошковой смеси создает условия для:
Рис. 3. Поперечный шлиф покрьгия на основе порошковой смеси ^С-Со(ВК8) после жидкофазного спекания на подложке
из стали 45 после борирования при температуре 900 °С в течение 6 часов
- формирования развитой переходной зоны,
- исключения образования сложных карбидов, ухудшающих свойства сформированного поверхностного слоя,
- исключения образования макродефектов в виде пор и трещин.
3. Химико-термическое борирование углеродистой стали позволяет управлять структурой покрытия и переходной зонь с исключением образозания макродефектов.
4. Результаты проведенных исследований можно использовать для разработки технологии улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств твердосплавных покрытий, полученных детонационно-га-зовым, плазменным, электроискровым и комбинированным электролитическим методами.
Методы комбинированной обработки резьбовых деталей
А.Н.ПРОКОФЬЕВ, доцент, канд.техн.наук, БГТУ, г.Брянск
Надежность выполнения резьбовым соединением своего функционального назначения зависит от ряда эксплуатационных свойств, все многообразие которых можно выразить посредством двух основных качественных показателей - прочности соединения для неподвижных резьбовых соединений и износостойкости для подвижных резьбовых соединений, которые обеспечиваются различными конструкторскими и технологическими методами. Данные показатели в значительной степени определяются точностью соединения, шероховатостью боковых сторон профиля, физико-механическими свойствами поверхностного слоя, формируемыми на стадии изготовления резьбы. Обеспечение качественных параметров резьбы при изготовлении зависит как от свойств материала, так и от ряда технологических факторов, таких как метод и схема формообразования, конструкция и геометрия инструмента, режимы обработки. Исходя из этого, применяемая технология изготовления резьбовой детали, должна стабильно обеспечивать комплекс ее геометрических параметров и параметров состояния поверхностного слоя, определяющих эксплуатационные показатели соединения исходя из его функционального назначения.
Анализ методов обработки внутренних резьб показы-
12 № 1 (26) 2005
вает, что широко распространенные методы обработки не всегда дают необходимые результаты, особенно при получении точных внутренних резьб (4 степени точности и выше) с шероховатостью поверхности витков Ра < 2,5 мкм. Данная проблема является достаточно острой, т.к. в настоящее время возрастает объем применения резьб указанной точности, которые используются в конструкциях, подверженных вибрациям, в которых по условиям компоновки не удается установка стопорящих элементов, в соединениях шпилька-корпус, в тонкостенных деталях, подвергающихся термической обработке и т.п.
С учётом вышеизложенного, опираясь на теоритичес-кие основы технологии машиностроения и исходя из функционального назначения точных резьбовых соединений [1], разработана новая структурная схема проектирования оптимального варианта технологического процесса изготовления резьбовых отверстий, в которой выбор чистового метода формообразования резьбы производится с учетом сформированного комплекса эксплуатационных показателей резьбового соединения и типа производства. При этом было установлено, что для крепежных резьб основополагающими следует считать такие эксплуатационные свойства, как статическая и усталостная прочность, отсутствие
«
ТЕХНОЛОГИЯ
ORPAROTKA MFTAnnOR
самоотвинчивания и сохранение усилия затяжки. Установлено также, что на эти свойства в соединении основное влияние оказывают точность резьбового отверстия (комплексный параметр, представленный в виде приведенного среднего диаметра и конусности резьбового отверстия), шероховатость и степень упрочнения рабочих поверхностей резьбового соединения.
Этими факторами в значительной степени можно управлять посредством технологических методов (метод формообразования резьбы, параметры резьбового инструмента, режимы обработки). Кроме этого необходимо учи-тыватэ ряд таких условий, как тип производства, механические свойства резьбовых деталей и др. Таким образсм, для выбора оптимагьного технологического метода получения ответственного резьбового отверстия необходимо предварительно организовать комплекс параметров и условий, обеспечивающих основные эксплуатационные требования, исходя из функционального назначения резьбового соединения и учитывающий конкретные условия формообразования.
Выбор оптимального технологического метода обработки резьбы является сложной многофакторной задачей. При его назначении, наряду с эксплуатационными и точностными характеристиками, предусмотренными техническим заданием, необходимо учитывать возможности производства, уровень технологии, наличие оборудования и инструменте, серийность, экономические показатели и т.п. Уменьшить влияние субъективного подхода к выбору технологического метода позволяет метод оптимизации параметров. При неполной информации этот метод также предполагает применение вогевых решений, основанных на инженерной интуиции, опыте, однако преимущества того или иного технологического метода представляются с большей определенностью.
Оп~имизация заключается в выборе технологического метода с параметрами, при которых достигается максимальный эффект при заданных затратах, либо заданный эффект при минимальных затратах. Математическая модель оптимизации, описывающая функционирование рассматриваемого объекта, состоит из целевой функции и ограничений, под которыми понимаются условия изготовления и эксплуатации резьбового соединения.
Такой системный подход позволяет на основе анализа уже на стадии проектирования и оснащения технологического процесса выявить условия гарантированного обеспечения требуемой точности обработки, определить оптимальные технические требования на параметры точности элементов технологической системы (станка, приспособления, инструмента) для конкретных условий обработки. В этом случае может решаться и так называемая "обратная задача", которая заключается в исследовании возможности обработки заданной поверхности уже известным инструментом по параметрам точности.
Среди трех основных методов изготовления резьбовых деталей: резание, деформирование и комбинированная обработка, два последних обладают рядом преимуществ г. точки зрения обеспечения основных качественных показателей неподвижных и подвижных резьбовых соединений. Это объясняется более высокой степенью твердости поверхностного слоя витков резьбы, положительным влиянием остаточных сжимающих напряжений, стабильно высокой точностью и чистотой поверхности.
В настоящее время деформирование и комбинированная обработка наружных резьб получили достаточно широкое распространение, а для ряда крепежных резьбовых деталей являются преобладающими. Однако для изготов-
ления внутренних резьб, отличающихся меньшей технологичностью, данные способы резьбоформирования, несмотря на очевидные преимущества, применяются недостаточно широко.
На основании разработанной структурной.схемы, исходя из условия обеспечения равномерного распределения нагрузки по виткам резьбового соединения, разработана технология обработки точных резьбовых отверстий комбинированными метчиками. Исследование процесса резьбо-обработки комбинированным режуще-деформирующим инструментом позволило получить зависимость для расчета оптимальной величины припуска, суммарных усилий и крутящих моментов, установить значения параметров, регламентирующих соотношение режущих и деформирующих элементов комбинированных инструментов для принятого диапазона размеров резьб и обрабатываемых материалов [2].
Свое место в вопросах технологического обеспечения качества резьбовых соединений заняли бесстружечные метчики и одинарные комбинированные метчики для резьб М6...М36 с шагем до 2,5 мм в корпусных деталях из алюминиевых и магниевых сплавов для серийного производства при обработке на агрегатных и сверлильных станках с ЧПУ. Наличие в конструкции метчика режущих и деформирующих зубьев позволяет стабильно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ra до 0,32 мкм.
Помимо этого, с целью повышения качественных показателей резьбовых соединений рекомендуются следующие методы:
- технология обработки и конструкция комбинированных метчиков с бинтовым затылованием по профилю резьбы (из быстрорежущей стали и оснащенных твердосплавными пластинками) для резьб М6...М36 в материалах средней пластичности при обработке их как на универсальном оборудовании, так и на автоматах;
- технология обработки и конструкция комбинированных метчиков- протяжек для резьб диаметром свыше 40 мм с крупным шагом в различных материалах при обработке их на универсальных станках в условиях мелкосерийного и серийного производства. Засчет наличия в конструкции режущей и режущедеформирующей секции таким инструментом можно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ra=0,5...0,8MKM.
Особое место в вопросе повышения прочности неразъемных резьбовых соединений дает применение гладкорезь-бовых соединений [4] в корпусных деталях из легких (алюминиевых или машиеыых) сплавов, i.e. соединений, полученных ввертыванием шпильки в гладкое цилиндрическое отверстие. Данный метод изготовления резьбовых соединений поззоляет, наряду с простой технологией изготовления, добиться существенных преимуществ по сравнению с традиционными способами посадок шпилек в корпусные детали. А именно - надежными стопорящим свойствами как в статике, так и их стабильностью после воздействия циклических нагрузок. Это определяется технологией их изготовления посредством пластического деформирования и переносом пластических деформаций из эксплуатации в технологию.
Актуальной проблемой машиностроения в настоящее время является также повышение качества резьбовых изделий с крупным шагом, к которым относятся ходовые винты скольжения и качения и ряд других изделий, работающих в сложных условиях эксплуатации. С целью повышения износостойкости винтов и гаек с промежуточными телами качения (шариковинтовые передачи) необходима оптими-
№ 1 (26) 2005 1 3
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
TEXIЮЛОГИЯ
зацияформы винтовых канавок. Для изготовления резьб с крупным шагом используют самые различные технологические операции. Выбор конкретных операций обработки зависит от типа производства, размеров изделия, номенклатуры и др. Традиционными методами получения таких резьб являются: нарезание резцом, фрезерование дисковыми фрезами, нарезание вихревыми головками, шлифование. Как правило, резьбы с шагом от 4 мм обрабатывают фрезерованием дисковыми фрезами или вихревыми головками. Во многом качество изготовленной резьбы определяется точностью резэбообрабатывающего инструмента. Для повышения износостойкости деталей после предварительного формирования винтовой поверхности их подвергают термической обработке, после которой следуют операции чистовой обэаботки. На этих операциях окончательно формируются размеры и качество винтовых поверхностей. Однако при термической обработке изделий с винтовыми канавками возникают деформации, которые впоследствии необходимо устранить на чистовых операциях технологического процесса или вводить дополнитель-ные операции. Все это увеличивает трудоемкость и себестоимость изготовления деталей. Применяя электромеханическую обработку можно придать требуемым участкам винтовой поверхности необходимые физико-механические и геометрические свойства, исключить дополнительные чистовые операции и термическую обработку.
Для электромеханической обработки винтовых поверхностей ходового винта спроектировано и изготовлено спе-
циальное приспособление, устанавливаемое в резцедержателе токарного станка [3]. Для сообщения требуемого усилия накатывания при электромеханической обработке в державке приспособления установлена пружина, под действием которой ролик прижимается к детали. Также само приспособление в державке поворачивается на угол подъема винтовой канавки для более точного контакта ролика и обрабатываемой поверхности.
Литература
1. Суслов А.Г., Стешков А.Е., Прокофьев А.Н. Разработка научных основ технологии обработки высокоточных внутренних резьб. //Актуальные проблемы повышения качества машиностроительной продукции. Тез. Долк. Всероссийской научно-технической конференции. Владимир, 1999, с.128-129.
? Прокофьев А.Н. Прогрессивные технологические методы изготовления резьбовых соединений. «Справочник. Инженерный журнал», 2000, №2(35), с.9-12.
3. Дарковский Ю.В., Прокофьев А.Н., Хандожко A.B. Повышение качества винтовых канавок путем профилирования инструмента и электромеханической обработки. «Материалы. Технологии. Инструмент» №3,1999, Могилев, с.101-104.
4. Прокофьев А.Н. Технология гладкорезьбовых соединений. «Обработка металлов», Новосибирск, 2002, №2(15), с.12-14.
Особенности формирования волнистости поверхностей деталей при обработке абразивными брусками
С.Г. БИШУТИН, доцент, канд. техн. наук, БГТУ, г.Брянск
Традиционные метсды финишной обработки поверхностей деталей, как правило, приводят к образованию на них волнистости, которая з большинстве случаев негативно отражается на эксплуатационных показателях деталей машин. Значительно снизить волнистость обрабатываемой поверхности можно, еспи подвергнуть ее дополнительной обработке абразивными брусками, которая из-за невысоких скоростей резания не вызывает прижогов и способствует формированию в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений [1, 2, 3]. Рабочая поверхность абразивного бруска контактирует с несколькими вершинами волн обрабатываемой поверхности. В связи с этим съем металла происходит только по вершинам волн, что в конечном итоге может привести к практически полному исчезновению волнистости на обрабатываемой детали, в поверхностном слое которой будут сформированы остаточные напряжения сжатия. Поэтому исследования формирования волнистости говерхностей деталей гри данном методе их обработки являются актуальными.
В основу исследования данного процесса может быть положено соотношение, полученное М.М. Хрущевым и М.А. Бабичевым при изучении абразивного изнашивания путем трения испытуемого образца по абразивной шкурке [4]:
т
61 (1) где Ол - износ образца (линейный съем металла); I. -путь трения (длина контакта рассматриваемого участка
поверхности заготовки с абразивным инструментом); С -коэффиииент пропорциональности, р - контактное давление:
(2)
здесь Рс - сила прижатия абразивного инструмен-а (бруска) к обрабатываемой поверхности; - площадь рабочей поверхности бруска.
Уравнение (1) можно представить несколько иначе, учитывая, что сИ = \/с!т, где V - скорость перемещения абразивного инструмента относительно обрабатываемой поверхности, дт - промежуток времени, в течение которого происходит перемещение с!1_:
= о)
где \/с - скорость съема металла при установившемся процессе обработки (при отсутствии волн на обрабатываемой поверхности).
При наличии волнистости на обрабатываемой поверхности уравнение (3) будет выглядеть следующим образом: сЮ*
ж=<4>
где О* - линейный съем металла при наличии волнистости поверхности; р*-давление бруска на вершины волн: Р.
Р =
SJQTWmaxJ'
(5)
14
№ 1(26)2005
«
