Дорнование глубоких отверстий малого диаметра (стр. 6 )

, (4.3)

где: Р – усилие дорнования; dc – диаметр рабочего конуса посреди ширины контакта; – фактическая ширина контакта рабочего конуса с заготовкой; a – половина угла рабочего конуса; f – коэффициент трения.

Правомерность использования этой формулы (в части приравнивания усилия дорнования усилию на рабочем конусе) подтверждают результаты измерения усилия дорнования в зависимости от ширины цилиндрической ленточки инструмента (рис. 4.6). Как видно из рис. 4.6, влияние ширины ленточки (в) на усилие дорнования является слабым и при ее ширине до 1 мм не превышает 5%. Поэтому силами трения на ленточке при в ≤ 1 мм можно пренебречь, приняв действующее на рабочем конусе усилие равным усилию дорнования.

Экспериментально установленные зависимости усилий дорнования от натяга, которые использовали при расчете контактных давлений по формуле (4.3), аппроксимировали степенными функциями. Фактическую ширину контакта рабочего конуса с заготовкой определяли по естественному следу контакта, формирующемуся в процессе дорнования стальных заготовок стальным инструментом на этом конусе. Измерение ширины контакта осуществляли с помощью микроскопа УИМ – 21. Значения коэффициента трения f в соответствии с данными [7] было принято равным 0,07.

Эксперименты показали, что фактическая ширина контакта определяется, главным образом, натягом и почти не зависит от материала заготовок, диаметра отверстия и числа циклов дорнования. В диапазоне исследованных натягов (до 0,11мм) фактическая ширина контакта совпадает с геометрической шириной .

Результаты исследования средних контактных давлений при одноцикловом дорновании приведены на рис.4.7 и 4.8. Из них следует, что средние контактные давления определяются величиной натяга и механическими свойствами материала заготовок и практически не зависят от диаметра отверстия (см. рис. 4.8).

При малых натягах контактные давления достигают очень высоких значений, равных 6...9 пределам текучести материала заготовки. С увеличением натяга контактные давления падают, причем наиболее интенсивно в области малых натягов. Так, при увеличении натяга с 0,03 до 0,09 мм контактные давления при дорновании отверстий в заготовках из стали 20 снижаются примерно в 1,8 раза (рис 4.8, а). Это объясняется тем, что с повышением натяга фактическая ширина контакта рабочего конуса инструмента с заготовкой растет быстрее, чем усилие дорнования.

Необходимо подчеркнуть, что ранее подобная зависимость контактных давлений от натяга была установлена для случая дорнования отверстий в тонкостенных заготовках [28].

Основываясь на результатах исследований средних контактных давлений, можно сформулировать следующие общие рекомендации по режиму дорнования глубоких отверстий малого диаметра в толстостенных заготовках. Дорнование отверстий необходимо осуществлять не менее чем за два цикла (двумя прошивками возрастающего диаметра). Причем на первую прошивку целесообразно переносить 70…90% суммарного натяга дорнования. Тогда последующие прошивки будут работать с малыми натягами, что позволит обеспечить высокий уровень контактных давлений и даст возможность получить высокое качество обработанной поверхности.

4.4. Усадка отверстий

Знание усадки отверстий, возникающей при дорновании, необходимо для назначения диаметра инструмента. Кроме того, зависимость «усадка отверстий – натяг» позволяет обоснованно выбрать режим дорнования, обеспечивающий требуемую точность диаметра отверстия [43].

На рис. 4.9 показаны зависимости усадки отверстий от натяга при одноцикловом дорновании, полученные при обработке заготовок из различных материалов с диаметрами отверстий 1,2 и 3 мм.

Анализ этих зависимостей показывает, что при прочих равных условиях усадка отверстий в целом тем больше, чем больше упругое восстановление материала заготовок, которое в свою очередь, приближенно определяется отношением предела текучести к модулю нормальной упругости материала. Именно в соответствии со значениями отношения σ0,2/Е (см. табл. 4.5) и располагаются графики зависимостей на рис. 4.9 для различных материалов. Так, заготовки из сплава Д16Т и М1, имеющие соответственно наибольшие и наименьшие значения σ0,2/Е, обнаруживают после дорнования наибольшие и наименьшие значения усадок отверстия. Заготовки из стали 20 и сурьмянистого свинца, материалы которых резко (более чем на порядок) отличаются по твердости, пределу текучести и модулю упругости (см. табл. 4.1 и 4.4), но обладают близкими отношениями σ0,2/Е, имеют почти одинаковые усадки отверстий (рис. 4.9, б).

Таблица 4.5

Значения отношений условного предела текучести к модулю
упругости материала заготовок

Рассмотрим более детально влияние свойств материала заготовки, натяга дорнования и диаметра обрабатываемого отверстия на усадку. Для этого сначала обратимся к рис. 4.9, а, на котором приведены зависимости усадки отверстий от натяга дорнования для заготовок с диаметром отверстий 1,2 мм. В этом случае деформацией инструмента вообще можно пренебречь, так как его диаметр очень мал. Это подтверждают результаты сопоставления усадок в заготовках из стали 45, отверстия в которых обрабатывали твердосплавными и стальными инструментами (рис. 4.10). Видно, что усадки отверстий практически совпадают, несмотря на то, что модуль упругости твердого сплава ВК8 почти в три раза больше, чем у стали ШХ15. Следовательно, в рассматриваемом случае (рис. 4.9, а) усадка отверстий определяется только конкурирующим влиянием внеконтактной деформации за рабочим конусом инструмента и упругого восстановления материала заготовки.

При этом для заготовок из стали 10880 и меди М1, характеризующихся меньшим (по сравнению со сталью 45 и сурьмянистым свинцом) отношением σ0,2/Е, внеконтактная деформация превышает упругое восстановление и усадка отверстий во всем диапазоне натягов (а=0,003…0,085 мм) оказывается отрицательной, т. е. имеет место разбивка отверстий. Таким образом, сформулированное в работе [28] положение о том, что усадка при дорновании отверстий в заготовках с D/d ≥ 3 всегда положительна, носит частный характер и справедливо лишь при дорновании отверстий относительно большого диаметра (d > 6 мм) с натягами 0,01…0,05 мм.

Как следует из рис. 4.9, а, усадка отверстий в заготовках из стали 10880 и меди М1, являясь отрицательной, почти не зависит от натяга дорнования. Это, очевидно, обусловлено тем, что с увеличением натяга из-за увеличения объема очага пластических деформаций и упрочнения материала происходит рост упругого восстановления, влияние которого на усадку отверстий нивелируется одновременным ростом внеконтактной деформации. Для заготовок из стали 45 и сурьмянистого свинца упругое восстановление преобладает над внеконтактной деформацией. Усадка отверстия становится положительной и возрастает с ростом натяга.

С увеличением диаметра отверстий заготовок (при постоянном натяге) возрастает объем очага пластических деформаций в процессе дорнования и упругое восстановление материала, вследствие чего усадка повышается. Например, если при натяге 0,06 мм для заготовок из стали 45 и меди М1 с d = 1,2 мм усадки соответственно составляют 0,005 мм и -0,0024 мм (рис. 4.9, а), то при d = 3 мм – 0,0174 мм и 0,001 мм (рис. 4.9, б).

На рис. 4.11 приведены зависимости усадки отверстий от суммарного натяга ∑а при многоцикловом дорновании (МЦД); для сравнения здесь же даны зависимости усадки отверстий от натяга при одноцикловом дорновании (ОЦД). Как видно из рис. 4.11, по мере увеличения натягов (∑а; а) усадка отверстий при многоцикловом дорновании становится все больше, чем при одноцикловом (при условии ∑а=а). Это, по-видимому, в основном является следствием меньшей при многоцикловом дорновании (по сравнению с одноцикловой обработкой) внеконтактной деформации. Влияние свойств материалов на усадку отверстий при многоцикловом дорновании остается столь же значительным (рис. 4.11), как и при одноцикловой обработке.

В связи с этим, выдвинутое авторами работы [28] положение о существовании единой для всех материалов и диаметров отверстий (для заготовок с D/d ≥ 3) зависимости «относительная усадка – относительный натяг» представляется необоснованным. Очевидно, что такие зависимости существуют лишь для конкретных материалов или групп материалов с очень близкими механическими свойствами.

5. Точность и качество поверхностного слоя при дорновании глубоких отверстий малого диаметра

5.1. Точность и шероховатость поверхности отверстий

Исследования проводили при обработке отверстий диаметром 1,2 мм в заготовках типа пластин толщиной 5 мм, изготовленных из сталей 10880 (НВ = 1200 МПа) и 45 (НВ = 2070 МПа), а также отверстий диаметром 2 мм глубиной 100 и 200 мм, которые выполняли в цилиндрических заготовках из сталей 20Х (НВ = 1500 МПа) и 40Х (НВ = 2200 МПа) с наружным диаметром 40 мм. Таким образом, во всех случаях использовали заготовки с D/d > 3. Отверстия диаметром 1,2 мм (L/d ≈ 4) получали сверлением стандартными спиральными сверлами на вертикально-сверлильном станке модели 2Г106П. Сверление выполняли при скорости резания ~ 20 м/мин с ручной подачей инструмента, которая составляла примерно 5…10 мм/мин. Отверстия диаметром 2 мм (L/d=50…100) сверлили специальными спиральными сверлами на токарно-винторезном станке модели 16Б05АФ10. Для уменьшения увода оси отверстия заготовки зацентровывали, а сверление осуществляли с последовательным увеличением вылета сверла [49] при скорости резания 20 м/мин с ручной подачей, равной 4…8 мм/мин. Для смазки и охлаждения сверла использовали жидкость МР-7.

Дорнование отверстий выполняли однозубыми прошивками описанной выше конструкции, изготовленными из твердого сплава ВК8. Обработку производили с помощью приспособления, показанного на рис. 3.1, на испытательных машинах ИР 5057-50 и УМЭ – 10Т. Скорость дорнования составляла 0,1 м/мин. В качестве смазочного материала при дорновании использовали жидкость МР-7.

Натяги дорнования были приняты на основе результатов предварительных экспериментов и обеспечивали точность отверстий, близкую к предельно достижимой.

Точность отверстий диаметром 1,2 мм изучали методом больших выборок, объем которых был не менее 50 отверстий. Для установления зависимостей между погрешностями на входе и выходе операции дорнования этих отверстий использовали корреляционный анализ. При изучении точности отверстий диаметром 2 мм ограничились использованием метода малых выборок, объем которых был принят равным 10 отверстиям.

Для измерения параметров точности отверстий диаметром 1,2 мм после сверления применяли нутромер фирмы «Mitutoja», оснащенный измерительной головкой с ценой деления 0,001 мм, а после дорнования – компаратор 200 с перфлектометром фирмы «Leitz» с ценой деления 0,0002 мм. Измерения выполняли в двух поперечных сечениях отверстий, расположенных на расстоянии около 1 мм от их краев. В каждом из этих сечений фиксировали предельные значения диаметра. Точность отверстий оценивали по параметрам распределения среднего диаметра dср (среднего арифметического из четырех измеренных указанным образом значений диаметра), овальности и конусообразности. Комплексную оценку точности отверстий производили по величине суммарного поля рассеивания диаметров [15]

(5.1)

где – средние значения максимальных и минимальных диаметров отверстий в выборке; – их средние квадратические отклонения. Кроме этого для измерения отклонений от круглости отверстий использовали кругломер «Taylorond 200» (Великобритания) , который был оснащен специальным щупом.

Измерения параметров точности отверстий диаметром 2 мм выполняли с помощью нутромера фирмы «Carl Zeiss Jena» (Германия), снабженного измерительной головкой с ценой деления 0,002 мм. Для измерения отклонений от круглости этих отверстий также применяли кругломер указанной выше модели. Диаметр отверстий и их отклонение от круглости фиксировали как на цельных заготовках (на расстоянии до 10 мм от торцов), так и после их разрезки по глубине отверстия. Увод оси отверстий и их отклонения от прямолинейности определяли по известной методике [23].

Измерения параметров шероховатости поверхности отверстий производили на профилографе – профилометре «Talysarf 5 – 120» (Великобритания) после разрезки заготовок.

Результаты исследований точности обработки отверстий диаметром 1,2 мм приведены на рис 5.1 и 5.2 и в табл. 5.1, в которой также указаны некоторые условия выполнения операций и даны результаты измерения параметра шероховатости поверхности отверстий .

Установлено, что распределения средних диаметров, а также минимальных и максимальных диаметров отверстий (см. рис. 5.1 и 5.2) после сверления и дорнования находятся в удовлетворительном соответствии с нормальным законом. Следовательно, оценка точности отверстий по величине D∑ является правомерной, а аппарат корреляционного анализа может быть использован для установления зависимостей между диаметрами отверстий и их дисперсиями на смежных операциях.

Из табл. 5.1 видно, что при двухцикловом дорновании точность просверленных отверстий по параметру D∑ возрастает в 7...11 раз – с 11...12 до 6...7 квалитетов. Причем овальность отверстий снижается в 5...10 раз, а их конусообразность – в 7...14 раз. При одноцикловом дорновании точность отверстий оказывается примерно в 1,24 раза ниже, чем при двухцикловом.

Как и следовало ожидать (основываясь на результатах изучения усадки отверстий от натяга), если в заготовках из стали 45 при дорновании отверстий имеет место их значительная усадка, то в заготовках из стали 10880 она становится близкой к нулю, а точность отверстий в заготовках из этой стали оказывается примерно на один квалитет выше, чем в заготовках из более прочной стали 45 [36].

В табл. 5.2 приведены значения коэффициентов корреляции между средними диаметрами отверстий после сверления и дорнования. На рис. 5.3 и 5.4 показаны соответствующие корреляционные зависимости (обозначения средних диаметров отверстий после различных операций даны в табл. 5.2). Из этой таблицы и рис. 5.3 и 5.4 видно, что если для заготовок из стали 10880 корреляционная связь между средними диаметрами отсутствует, то для заготовок из стали 45 такая связь оказывается достаточно тесной.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8