УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ НА ШЕРОХОВАТОСТЪ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ОБКАТЫВАНИИ

4.1. Цель работы

Практически ознакомить с одним из современных методов чистовой обработки поверхностей деталей машин и приборов - обкатыванием роликами и шариками.

Определить оптимальные режимы обработки обкатыванием, обеспечивающие наименьшую шероховатость обработанной поверхности.

4.2. Техника безопасности

При выполнении данной работы следует обратить особое внимание на соблюдение следующих требований:

1. Надежно закреплять обрабатываемую деталь на станке;

2. Перед включением станка убедиться в том, что пуск его никому не угрожает опасностью;

3. Быть особенно внимательным при обработке левой ступени образца, расположенной у патрона.

Все правила техники безопасности подлежат безусловному выполнению.

4.3. Подготовка к проведению работы

Предварительно необходимо изучить общие теоретические сведения, изложенные в начале третьего раздела.

Для улучшения качества рабочих поверхностей деталей машин в настоящее время находят широкое применение методы механической упрочняющей технологии.

Поверхностный слой металла, упрочненный холодным пластическим деформированием, обеспечивает увеличение прочности деталей, повышение износостойкости трущихся поверхностей, увеличение прочности соединения деталей при прессовых посадках, а также повышение сопротивления деталей коррозии за счет уменьшения шероховатости обработанной поверхности.

Широко применяемые на заводах методы накатывания рабочих поверхностей деталей роликами или шариками повышают предел выносливости стальных деталей на 25 - 80 % при значительном уменьшении шероховатости поверхности. Обкатывание роликом деталей из высокопрочного магниевого чугуна повышает усталостную прочность более, чем на 50 %.

Обкатыванием можно обрабатывать плоские, криволинейные, наружные и внутренние цилиндрические поверхности деталей.

Качество обкатанной поверхности зависит от механических свойств материала; размеров и формы обрабатываемой детали; режимов упрочнения; геометрии ролика (шарика); качества смазки.

До обработки обкатыванием детали проходят предварительную обработку наружных поверхностей - получистовым или чистовым точением, строганием, шлифованием, а внутренних - сверлением, зенкерованием, развертыванием. Перед обкатыванием шероховатость поверхности детали должна быть не выше R_z = 40 ÷ 10 мкм, так как при более грубой обработке поверхность после обкатки будет иметь неоднородную шероховатость.

Величина радиальной остаточной деформации при обкатывании зависит от шероховатости предварительно обработанной поверхности, обрабатываемого материала и величины приложенной силы на ролик. При максимальном сглаживании радиальная остаточная деформация примерно равняется половине средней высоты гребешков обрабатываемой поверхности.

Шероховатость обработанной поверхности при обкатывании улучшаетcя с увеличением нормального усилия на ролик (шарик). Чрезмерное давление может вызвать перенаклеп поверхности, её шелушение и отслаивание.

Усилие обкатывания  при обработке наружных поверхностей определяется по формуле:

а) при обкатывании роликом

                           (23)

б) при обкатывании шариком

 при                      (24)

где Р - усилие обкатывания,  H;

D - диаметр обкатываемой детали,  мм;

q - максимальное давление обкатывания, Па;

b - ширина контакта ролика с деталью,  мм;

d - диаметр ролика (шарика),  мм;

E - модуль упругости обрабатываемого материала в Па. Значение контактного давления q при ориентировочных расчетах принимается равным (1,8 - 2,1) · σ_Т , где σ_Т - предел текучести обрабатываемого материала.

Подача для роликов с малым радиусом закругления по профилю определяется по формуле:

S = (0,3 - 0,5) · b, мм/об                        (25)

для шариков малого диаметра рекомендуется подача не более 0,1 - 0,2 мм/об.

Скорость обкатывания практически не оказывает влияния на качество обработанной поверхности и выбирается из условия обеспечения производительной работы без вибраций в пределах допустимой прочности системы СПИД. На практике обкатывание осуществляется со скоростями до 200м/мин.

Смазка оказывает благотворное влияние на стойкость роликов против износа, качество обработанной поверхности и затрачиваемую при обкатывании мощность. Обычно применяются в качестве смазок при обкатывании сталей сульфофрезол и индустриальное масло.

4.4. Материальное обеспечение работы

4.4.1. Токарно-винторезный станок.

4.4.2. Образец для исследования (рис.15).

4.4.3. Накатник роликовый (рис.16, а).

4.4.4. Накатник шариковый (рис.16, б).

4.4.5. Двойной микроскоп МИС-11.

4.4.6. Призмы установочные.

4.4.7. Тарировочные графики динамометрического устройства накатников.

Рис. 15  Образец для исследования

Шариковый накатник состоит из корпуса 1, в котором смонтирована державка 2 и динамометрическое устройство 3. В державке 2 установлен накатной шарик 4, удерживаемый накидной гайкой 5 и опирающийся на шарикоподшипник 6. Державка 2 в корпусе накатника устанавливается подвижно в осевом направлении. Ограничение хода в осевом направлении, а также предотвращение проворота державки 2 осуществляется с помощью штифта 7. Державка 2 во время работы опирается на тарированную пружину 8. Величина деформации пружины, а следовательно, усилия нагружения, измеряется индикатором 9.

Роликовый накатник имеет аналогичную конструкцию. Отличие состоит лишь в том, что взамен накатного шарика в державке 2 встраивается накатной ролик 10.

Пружинные динамометры накатников протарированы. На основании полученных результатов построены тарировочные графики, предназначенные для использования при выполнении лабораторной работы.

Рис. 16  Устройство накатников

4.5. Методика проведения исследования

4.5.1. Установить образец в патроне токарно-винторезного станка, подпереть задним центром.

4.5.2. Обточить наружные поверхности образца, подлежащие обкатыванию, при следующих режимах:

V = 60 - 80 м/мин;    S = 0,35 - 0,4 мм/об; t = 0,5 мм.

4.5.3. Установить шариковый накатник в резцедержателе станка и закрепить его винтами резцедержателя. При этом ось державки накатника должна быть перпендикулярна оси центров станка и находиться на высоте центров станка.

4.5.4. Обкатать 4 - 5 ступеней заготовки с разным усилием обкатывания - прижатием инструмента к обкатываемой поверхности (например, Р₁ = 500 Н, Р₂ = 1000 Н и т.д.) при постоянной подаче на оборот (например, S = 0,1 - 0,2 мм/об). Усилие обкатывания устанавливается поперечным перемещением суппорта станка до необходимого показания индикатора динамометрического устройства накатника. Скорость обкатывания постоянна и выбирается в пределах 100 - 150 м/мин. В качестве смазки применять индустриальное масло.

4.5.5. Обкатать 4 - 5 ступеней заготовки с разной подачей (например, S₁ = 0,005 мм/об, S₂ = 0,1 мм/об и т.д.) при постоянном усилии обкатывания (например, Р = 2000 Н). Одну из ступеней заготовка оставить необкатанной для контроля исходной шероховатости.

4.5.6. Снять заготовку, измерить высоту неровностей на микроскопе  МИС-11. Данные измерений занести в таблицу журнала лабораторных работ.

4.5.7. Установить в резцедержателе роликовый накатник и новый образец и повторить п.п. 4.5.2, 4.5.4 - 4.5.6.

4.5.8. На основании полученных результатов построить графики R_z = f(P)  и R_z = f(S).

4.6. Содержание выводов

4.6.1. Указать, как влияет на шероховатость поверхности при обкатывании шариком и роликом увеличение подачи и усилия обкатывания. Записать полученную эмпирическую формулу.

4.6.2. Указать, на сколько понижается шероховатость поверхности после обкатывания по сравнению с исходной.

4.7. Контрольные вопросы

4.7.1. Чем характеризуется качество поверхностей деталей машин?

4.7.2. Параметры для оценки шероховатости по ГОСТ 2789-73?

4.7.3. Какие приборы применяют для измерения величины шероховатости?

4.7.4. На каком действии основано измерение шероховатости поверхности с помощью двойного микроскопа МИС-11?

4.7.5. Как производится измерение высоты неровностей с помощью двойного микроскопа МИС-11?

4.7.6. В чем заключается цель и задача работы?

4.7.7. Какие приборы, инструменты и оборудование используются в работе?

4.7.8. Физическая сущность зависимости шероховатости от усилия обкатывания?

4.7.9. Физическая сущность зависимости шероховатости от подачи?