Способ обработки отверстий

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР »д„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ I: ."", :;..", :::::::::::1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (21) 4764484/27 (22) 04.12.89 (46) 07.08.92.Бюл.М 29 (71) Липецкий политехнический институт (72).И.И,Щацких (56) Авторское свидетельство СССР Ь

931305, кл. В 23 В 13/00, 1978. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ (57) Использование: обработка металлов давлением, в частности дорнование. Сущность изобретения: отверстия деталей типа

Изобретение относится к металлообработке, в частности для высокоточной обработке деталей типа втулок в условйях серийного и массового производств.

Известен способ обработки отверстий деталей типа втулок (цилиндров) деформированием (дорнованием), реализуемый посредством специального устройства, включающий обработку детали в упругой обойме, обеспечивающей охват уп ругой де-. тали по наружной поверхности и соответственно ynpyree радиальное воздействие на деталь в процессе обработки.

Способ направлен на повышение качества обработки. Точность обработки повышается эа счет уменьшения искривления геометрической оси отверстия детали. Упругая обойма повышает. жесткость детали в целом, что способствует повышению точности. Однако равномерное распределение упругого обжатия по длине детали не позволяет интенсивно устранять погрешность профиля продольного сечения отверстия,,, Я2,, 1752527 Al . (я)5 В 24 В 39/00

2 втулок обрабатывают протягиванием, включающим упругое радиальное обжатие детали по наружной поверхности посредством упругой обоймы. Упругое обжатие осуществляют с дополнительным усилием; величину которого изменяют в продольном направлении и определяют по предложенной зависимости, Дана математическая зависимость для определения величины изменения радиального усилия обжатия. 11 ил. которая зачастую составляет 2/3 поля допуска на размер. Указанная погрешность. есть результат йеод»йнаковой жесткости детали по длине и неодинакового по длине увеличения диаметра отверстия в результате деформирующего воздействия вследствие волновых процессов деформации изгиба стенки детали. Равномерно распределенное изначально, упругое воздействие, хотя и увеличивает упругую усадку в сечении (по сравнению с обычным способом без обоймы), однако не способствует полному ее выравниванию вдоль оси отверстия.

Укаэанное обстоятельство является следствием, во-перийх, поСтоянства жесткостй уп-, ругой системы (обоймы) по длине детали и. во-вторых," прямопропор»ци»о»нальной зависимости между силой и упругим перемещением ею вызываемым (по закону Гука).

Цель изобретения — повышение качества обработки путем повышения точности профиля продольного сечения обрабатываемого отверстия.

1752527

10

hP Ле хг= лт

ЬР Л

Г K ЛТ

pmax pmtn

r r aõ

p max pmin

Г Г

K— х

45

55 указанная цель достигается тем, что согласно способу обработки отверстий деталей типа втулок деформирующим протягиванием, включающему упругое радиальное обжатие детали по наружной поверхности в процессе обработки посредством упругой обоймы, упругое обжатие осуществляют с дополнительным усилием, величину которого изменяют в продольном направлении и определяют по формуле где P — радиальное усилие обжатие детали по наружной поверхности;

Л P — изменение Р на отрезке Л I детали длиной 1; е — величина отклонения реального профиля отверстия от идеального цилиндрического в одном поперечном сечении, Л о — изменение 8 на отрезке Л 1;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый из формулы где Рг" х, Pr " — максимальное и минимальное усилие по длине детали в процессе обработки.

На фиг.1 приведена эпюра дополнительного усилия упругого обжатия деталивтулки при обработке ее отверстия многозубой деформирующей протяжкой; на фиг,2 — суммарная эпюра дополнительного усилия упругого обжатия детали-втулки при обработке ее отверстия однозубой деформирующей протяжкой; на фиг.3 — форма детали при обработке известным способом (а) и при обработке предлагаемым способом (б); на фиг.4 и 5 —; на фиг.6— дополнительная прижимная планка; на фиг.7-9 — схемы деформирования отверстия; на фиг.10-деталь после обработки; на фиг,11 — расчетная схема, Через отверстие детали-втулки 1 (фиг,1 и 2) протягивают деформирующий инструмент 2. Инструмент движется прямолинейно поступательно. Одновременно с этим осуществляют неравномерное упругое обжатие детали по наружной поверхности посредством дополнительного усилия, величину которого изменяют в продольном направлении детали. Изменение усилия, представленное эпюрой P(l) (фиг,1 и 2), осуществляют адекватно изменению величины отклонения е (фиг,3 а), которое образуется в связи с неравномерной жесткостью втулки

rio длине, Малая жесткость обуславливает большее е и, в свою очередь . обуславливает большее дополнительное усилие

Р, что и ведет к выравниванию деформации детали по длине. Деталь после обработки приобретает форму, близкую к идеальному цилиндру (фиг,3 б). Дополни-, тельное усилие, таким образом, выбирают из соотношения где P — радиальное усилие обжатия детали по наружной поверхности;

Л P — изменение P на отрезке Л I äåòàли длиной I;

e — величина отклонения реального профиля отверстия от идеального цилиндрического в одном поперечном сечении; Л 8 — изменение E на отрезке Л I;

К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый из формулы где Pr ", Рг " — максимальное и минимальное усилие по длине детали в процессе обработке. Конкретизация соотношений связана с конкретным случаем обработки.

После прохождения инструментом детали дополнительное усилие снимают. Деталь удаляют из зоны обработки.

Инструмент возвращают в исходное положение. Система готова к новому циклу обработки, Пример. Способ реализуется посредством конкретного приспособления (фиг.4).

Реализация способа поясняется фиг,7 — схема деформирования отверстия и геометрические параметры обрабатываемой детали; на фиг.8 — виды погрешности профиля продольного сечения детали; на фиг.9 — схемы обработки детали предлагаемым способом; фиг.10 — профиль детали после обработки.

Приспособление для осуществления способа обработки отверстий деталей типа втулок деформирующим протягиванием, включающее упругий неравномерный (по определенному закону) охват детали по наружной поверхности, содержит опорный элемент 1 (фиг,4), зажимной элемент 2, выполненный в виде втулки и расположенный в корпусе 3. Зажимной элемент включает в себя два кольца 4, установленные с возможностью осевого продольного перемещения, прижимные основные планки 5, упругие ле1752527 пестки 6, соединяющие основные планки с ли до момента соприкосновеййя дополникольцами, и дополнительные планки 7 пере- тельных планок с наружнОй поверхностью менной вдоль оси приспособления жестко- детали, посредством воздействия усилия Q сти. Дополнительные планки 7 на зажимной элемент 2 приспособления, расположены равномерно по окружности 5 Радиальное смещение Ч(фиг.5) по величине (фиг,5) с минимально допустимым расстоя- не меньше натяга йа Деформирующий элениемдругот друга, Взаимодействие между мент (фиг.7). Затем осуществляют дефоробо дополнительных планок определяет- мирующее воздействие инструментом на ся фиксированным, например. посредством деталь(фиг,9). Инструмент, совершая постукрепежных винтов 8 расположением по- 10 пательное движение, проходит через отверследних относительно основных. т.е. план- стие с натягом i и осевым усилием Т. Эпюра ки5 и 7скреплены жестко(фиг.4). Дополни- распределения усилия упругого воздейсттельные планки (фиг.6) выполнены сменны- вия на деталь в процессе обработки (фиг.9) ми. Это создает возможностьсвободной пе- определяется видом погрешности профиля ренастройки приспособления. Во-первых, 15 продольногосеченйядеталии параметрами на различный вид погрешности обработки упругой дополнительной планки; а — устрадетали: а, б, в — для устранения седлооб- нение седлообразности, б †. конусности., в— разности; г, д, е —; ж, з, и — бочкообразности (на фиг,9 эпюра Р интегбочкообразности, Дополнительная планка ральная по временИ процесса обработки). имеет жесткую часть 1 (фиг.б), которой кре- 20 После прохождения инструмента снимают пится к основной планке, и упругую часть 2, зажим детали. Поскольку ч 1деталь после образованную вырезом определенной кон- снятия зажима оказывается в свободном софигурации. Дополнительная планка имеет стоянии, После удаления детали из зоки высоту Н, ширину В, длину L, толщинуупру- обработки система готова к следующему гой части Я, длину упругой части Li, С целью 25 циклу обработки. Профиль детали после обрасширения диапазона варьирования жест- работки показан на фиг.10. костью упругой части дополнительной план- . Распределение отклонения я по длине ки, толщину S и длину Li .выбирают I детали, т.е. я = f(I), устанавливается на переменными, т,е, S=p (1 ) г е L

= p (I), д в свою основе статистических измерений дляусловий очередь зависит от параметров детали и ре- 30 известного способа обработки. Группе исжима обработки: i, d, 0 I. мате иал, Вр:..., материал, Во-вто- ходных факторов, а именно материал детарых, на различный диаметр О, что ли, d, D, I, l, соответствует определенный реализуется размером Н планки. вид погрешности профиля продольного сео разом.

Приспособление работает следующим чения детали. Отклонение профиля есть ре35 зультат неодинакового сопротивления

К кольцу 4 прикладывается осевое уси- детали в продольном направлейии дефорлие Q.(ôèã.4), Осевое перемещение кольца мирующему воздействию. Неравномер6 а и

4 вызывает посредством упругих лепестков ность сопротивле и нок5исоотв т радиальное перемещение основных пла- неравномерность радйально ф нои силы дефортветственно дополнительных уп- 40 мирования Pr (фиг.7) вдоль оси детали. П иругих планок 7, которые, смещаясь к центру,. чем e " (фиг.8) не всегда определяет Рг " равномерно охватывают и обжимают обра- в этом сечении, что является сФеДствием батываем ю еталь ст н у д таль, установленную на сложно-деформированногосостояйиядетаопорном элементе 1.

Способ осуществляют следующим об- 45 Таким образом разом. Деталь 9 (фиг,4,5 и 7) устанавливают торцом на опорный элемент 1 (фиг.4). При о Рг Рго+К f. этом, исходя из известного распределения d I d I отклонения е по длине детали 1 (фиг,8) и условия соответствия градиента изменения 50 где d — знак диффе енциала; усилия упругого воздействия Р по наружной p — радиальное усилие д ф поверхности детали вдоль ее оси градиенту ния детали

А +1 изменения е в том же направлении, опре- i — координата по направлению оси деделен характер распределения усилия P на тали; деталь в процессе обработки и; соответст- 55 Рго — сила радиального деформировавенно данному распределению, определен ния при е =0; вид и геометрия дополнительных планок за- К вЂ” коэффициент, учитывающий физикожимного элемента приспособления. Далее механические свойства детали, он опредеосуществляют охват обрабатываемой дета- ляется по формуле

1752527

Рвах Рт! и г

KJ ,гпах

E бР бее сИ (4) где Р— усилие дополнительного ynpyroro воздействия на деталь, в продольном направлении изменяющееся по величине, Из технологических соображений целесообразно дополнительное воздействие осуществлять упругой силой, применяя, например, упругую обойму. Выражение (4) приведено к виду (1)>где коэффициент К вынесен за знак дифференциала с учетом того обстоятельства, что функция K(l) по меньшей м ере на порядок ниже функции е (1)„так как

К есть частное Р r / е.

В результате, зная закон е(1) и решая (4) относительно Р, получим

Р(1) Ро„У К, 1(1) 1 о где РД вЂ” распределение усилия дополнительного упругого воздействия на деталь по длине, P — усилие Р в сечении,где e = О, К— коэффициент пропорциональности (один из вариантов его определения рассматривается ниже), е (1) — производная функция е (1) по координате 1, На основе (5) рассчитываются геометрические и физико-механические параметры упругих дополнительных планок приспособления. В некоторых случаях параметры дополнительных планок целесообгде P„ж pã " - максимальное и минимальt ное усилие Р„по длине детали в процессе обработки. Для определения Р существуют различные методики.

Таким образом, функция е(1) отражает неравномерность сопротивления детали деформирующему воздействию в продольном направлении, Для устранения неравномерности со. противления детали необходимо такое же неравномерное, но обратное по направлению возникающему в процессе обработки, дополнительное воздействие на деталь.

Другими словами, необходимо обработку производить с усилием дополнительного воздействия, градиент изменения которого прбпорционален градиенту изменения отклонения реального профиля детали от идеального цилиндрического в продольном направлении, т.е. разно определять экспериментально, Вид функции e(I) выбран в качестве основы способа ввиду того, что функция Р (1) гораздо труднее поддается определению, 5 Охват детали по наружной поверхности упругими планками осуществляется до момента соприкосновения последних с поверхностью детали, Это определяется расчетным радиальным перемещением ч

10 планок от силы Q. Размер ч определяется с расчетом на минимальный диаметр партии

0- д, где д — допуск. Это объясняется следующим, Деталь с максимальным диаметром 0 в партии имеет максимальную же15 сткость, что определяет большую погрешность обработки, Это характерно для ряда случаев обработки втулок и объясняется волновым характером процесса деформации стенки детали. Деталь диаметром

20 D оказывается упруго зажатой, что способствует более сильному упругому воздействию и тем самым уменьшению погрешности обработки. Размер ) выбирают так, что при зажиме он больше нуля, с другой стороны.)

25 выбирается минимальным с целью обеспечения равномерного по площади охвата детали при зажиме.

Способ был реализован при обработке отверстий деталей типа втулок методом де30 формирующего протягивания. Параметры детали: материал — сталь 45 (Е=210000х10

МПа), наружный диаметр D=48-î,1 мм, внутренний d=30-0,1 мм, длина 1=30 мм. Инстру мент — однозубая деформирующая

35 прошивка, Натяг на деформирующий элемент 0,3 мм, смазка — сульфофрезол, После обработки партии деталей обычным способом, статистическим методом на основе выборки определена усредненная

40 функция с (1). Измерения проводились в трех сечениях: в среднем сечении и у торцов на расстоянии 5 мм от торца, Необходимо отметить, что е(1) можно получить и на основе аналитического расчета, однако суще45 ствующие методики достаточно громоздки и потому менее надежны, В результате измерений получено е =1,410 1,мм, е " "=0,072 мм у входного торца, таким образом, погрешность профиля продольного сечения отверстия — конусность. Тот же вид кривизны наблюдается и по наружной поверхности, Далее на основе (5) рассчитывается геометрия дополнительной планки (фиг,3/г)

Р=РО+К 1,4 10 1, (Н/мм) 10

1752527,/2 1.Р В а

Et 3

20 р в (ц —

Ех 3

В 3

Рмакс Рмии

К р

r r макс здесь Р представляет собой удельную силу по окружности, ее размерность Н/мм; рвах РвЬ 5

-Р" 2500 =35 10 ОН/мм ) ,в ах 0,072 где разность Pr "-Pr " определена расчетным путем и уточнена экспериментально (косвенно по усилию Т), Жесткость упругого элемента дополнительной планки рассчитана на основе схемы, приведенной на фиг.11, .; Исходя из схемы, на основе методов сопротивления материалов, можно запи15 сать следующую систему.

Решая систему относительно $, получим

5=- --5.9мм, 30 (.)

В качестве материала выбираем пружинную сталь 50ХГ, Предел прочности

6 = 1300 МПа. Подсчитан запас прочности упругого элемента 1,6. Таким образом. геометрия удовлетворяет условиям прочности.

В результате геометрия упругих планок;

4=45 мм; $=4мм; В=7 мм.

Далее выбран размер v, Поскольку всег- 40 да существует усадка, то v=i=0,3 мм. На основе v и из технологических соображений определен зазор j, он равен 0,2 мм, Расчетная схема зажима с усилием Q определяется в соответствии c(3).

Выбранная геометрия упругих планок обеспечивает необходимую эпюру дополнительного воздействия на деталь в процессе обработке и, тем самым, обеспечивает реализацию способа обработки.

Результаты обработки приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ обработки отверстий деталей типа втулок деформирующим протягиванием, включающий упругое радиальное обжатие детали по наружной поверхности в процессе обработки посредствол упругой обоймы,отличающийся тем,что,с целью повышения качества обработки путем повышения точности профиля продольного сечения обрабатываемого отверстия, упругое обжатие осуществляют с дополнительным усилием, величину которого изменяют в продольном направлении и определяют по формуле где Р— радиальное усилие обжатия детали по наружной поверхности;

Д,Р— изменение Р на отрезке Л! детали длиной I; е — величина отклонения реального профиля отверстия от идеального цилиндрического в одном поперечном сечении, Л я — изменение я на отрезке Л 1;

К вЂ” коэффициент пропорциональности определяется из формулы где Р„", Р„м"" - максимальное и минимальное усилие Р по длине детали в процессе обработки.

1752527

A-4

ФР2. Ф

1752527 г) 1752527

2, 1752527

4.

Составитель И.Шацких

Редактор Н,Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор B.Ãè íÿê

Заказ 2722 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101