СПОСОБ РАСКАТЫВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ШАРОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
METHOD OF PARTS FLARING BY BALL TOOL

Изобретение относится к отделочно-упрочняющей обработке деталей методами поверхностного пластического деформирования (ППД), в частности к раскатыванию отверстий в деталях, валов, втулок и пр., и может быть использовано в авиадвигателестроении, турбостроении, судостроении, автомобилестроении и других областях техники при изготовлении и ремонте цилиндрических полых деталей и деталей с отверстиями.
Под раскатыванием понимается качение инструмента (шара) по внутренней обрабатываемой поверхности [Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, с.13].
к
н
Известен способ раскатывания деталей шаровым инструментом, включающий внедрение деформирующего элемента в обрабатываемую поверхность с контактным давлением Р, обеспечивающим необходимую глубину внедрения, и его перемещение по обрабатываемой поверхности, при этом величину нормальной силы Р определяют по формуле
где
к
Р - контактное давление;
R - радиус деформирующего инструмента;
α - угол вдавливания, зависящий от свойств материала, размеров детали и инструмента (см. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 14, 15, 147 с.).
к
Известно, что от правильно заданного контактного давления Р зависят эксплуатационные свойства; неудачный выбор данного параметра может вызвать частичное разрушение поверхности (отслаивание) и понизить долговечность детали (изделия) в целом (см. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 14, 15 с.).
к
к
Величину контактного давления Р, входящую в формулу (1), для каждого конкретного изделия определяют экспериментальным путем, используя несколько партий опытных образцов, несмотря на это величина контактного давления Р является приблизительной, что снижает качество поверхностного слоя и, как следствие, отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах детали (изделия) в целом.
Технический результат заявленного изобретения - повышение эксплуатационных свойств путем повышения качества поверхностного слоя детали.
Под качеством поверхностного слоя понимают шероховатость, глубину и степень наклепа, характер и величину остаточных напряжений (см. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978, 144 с.).
к
к
Указанный результат достигается тем, что в способе раскатывания деталей шаровым инструментом, включающем внедрение деформирующего элемента в обрабатываемую поверхность с контактным давлением Р, обеспечивающим необходимую глубину внедрения, и его перемещение по обрабатываемой поверхности, согласно изобретению, величину контактного давления Р определяют по формуле
где
s
σ - предел текучести;
D - диаметр шара;
у
h - упругая деформация;
п
h - пластическая деформация.
Данная формула учитывает физико-механические свойства материала деталей и параметры обработки, что позволяет ее использовать для каждого конкретного случая, исключая при этом проведение эксперимента.
На чертеже изображена схема внедрения деформирующего элемента в виде шара в поверхность детали.
отп.
у
п
На чертеже обозначены: шар 1, обрабатываемая деталь - вал 2, d - диаметр отпечатка, h - величина упругой деформации; h - величина пластической деформации.
н
Реализация способа рассмотрена на примере раскатки внутреннего диаметра вала компрессора авиационного газотурбинного двигателя при необходимой глубине деформированного слоя δ=1 мм из материала ЭИ961Ш.
к
к
В качестве шарового инструмента выбирают упругий одношаровой раскатник. Устройство для раскатывания (раскатник) и способ его работы стандартны (см., например, Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, с.57). В зависимости от заданной глубины деформированного слоя выбирают размер деформирующего устройства - шар с диметром D, равным 15 мм, назначают режим обработки, рассчитывают контактное давление Р по формуле (2) и в зависимости от величины контактного давления Р определяют величину нормальной силы.
к
Величину контактного давления Р рассчитывают следующим образом.
По известной формуле
где
н
δ - заданная глубина деформированного слоя;
отп.
d - диаметр отпечатка.
(Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, с.18) определяют диаметр отпечатка:
отп.
н
d=δ:1,5=1,0:1,5=0,666≈0,7 мм
По известным формулам определяют:
y
величину упругой деформации h
где
D - диаметр шара;
s
s
2
σ - предел текучести; в конкретном примере σ=85 кГс/ммE - модуль упругости;
2
в конкретном примере Е=20000 кГс/мм
у
s
2
2
h=2,4(D:2)(2σ:E)=2,4×(15:2)×(2×85:20000)=0,0013 мм=1,3 мкм
п
- величину пластической деформации h
где
отп.
r - радиус отпечатка;
D - диаметр шара.
п
отп.
2
2
h=(r):D=(0,35):15=0,008 мм=8,0 мкм
Вычисляют по формуле (2) величину контактного давления:
к
s
y
п
Р=9σD (h+h)=9×85×15(0,0013+0,008)-106 кГс
н
По величине контактного давления либо рассчитывают величину нормальной силы Р, либо данную величину определяют по табличным данным.
Далее осуществляют операцию раскатывания.
н
к
н
н
н
Деталь 2 (вал) закрепляют в шпинделе горизонтального токарного станка и придают ей вращательное движение. С помощью вспомогательных элементов раскатника (шток, пружина, передаточные шарики, поворотная гайка) и деформирующего устройства - шара 1 (изготовленного, например, из подшипниковых сталей ШХ15, ШХ20СТ и др.) устанавливают величину нормальной силы Р в соответствии с расчетной величиной контактного давления Р. Затем раскатник с шаром 1 подводят к вращающейся детали 2, шар 1 внедряют в обрабатываемую поверхность детали 2 (вала) на глубину внедрения Н=0,009 мм для обеспечения требуемой глубины деформированного слоя δ=1 мм и осуществляют продольное перемещение шара по обрабатываемой поверхности. При этом, при перемещении деформирующего элемента - шара - по обрабатываемой поверхности контролируют величину нормальной силы в пределах Р±5% (Р плюс или минус 5%), не допуская выхода за этот предел с помощью изменения.
В противном случае невозможно обеспечить должного качества обрабатываемой поверхности.
По окончании процесса раскатывания раскатник отводят в исходное положение, а деталь снимают со станка.