Способ механической обработки конструкционных сталей резанием

Способ относится к области комбинированной обработки резанием и пластическим деформированием и включает нагрев обрабатываемой детали внешним источником тепла с регулируемой температурой до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения. Для повышения микротвердости обработанной поверхности и улучшения параметров ее шероховатости используют водоохлаждаемый режущий инструмент, непосредственно после завершения операции резания осуществляют поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности роликовым накатником при охлаждении его смазочно-охлаждающей жидкостью, которую подают на ролики и деталь в зоне давления роликов. 1 ил.

 

Изобретение относится к металлообрабатывающей промышленности, в частности к способам резания металла на металлорежущих станках.

Известен способ отделочно-упрочняющей обработки поверхности резанием (патент РФ № 2240206, В23В 1/00, 1999.07.20), согласно которому проводят упрочняюще-чистовую обработку поверхности металла инструментом и осуществляют последующее поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности вспомогательной поверхностью инструмента. Реализация процесса отбора тепла инструментом с одновременной подачей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) обеспечивает не только протекание процесса закалки, кристаллизации или частичной аморфизации, но и поверхностно-пластического деформирования охлаждаемого материала вспомогательной поверхностью инструмента, которое позволяет получить высокий класс шероховатости (до R_a<0,04 мкм). Изобретение может быть использовано на металлорежущих станках, на которых осуществляются операции точения, строгания, сверления и фрезерования.

Однако в данном случае процесс пластического деформирования невозможен, т.к. при обработке инструментом с режущей кромкой меньше диаметра уплотняющей кромки инструмента приведет к заклиниванию инструмента в начальный момент резания, либо к выкрашиванию кромки при заглублении. Процесс пластического деформирования в этом случае не происходит, т.к. поверхность обрабатываемой детали охлаждается СОЖ, на ней не развиваются температуры нагрева, близкие к температурам кристаллизации и аморфизации поверхностного слоя. В результате уплотнение поверхности вспомогательной поверхностью инструмента фактически невозможно, ибо вспомогательный угол в плане ϕ в диапазоне 0°<ϕ<5° не снимает припуск, а только выдавливает поверхностный слой, что и приводит к заклиниванию инструмента.

В качестве прототипа принят способ механической обработки конструкционных сталей резанием (патент РФ №2188747, В23В 1/00, 10.09.2002), включающий нагрев обрабатываемой поверхности ацетиленкислородной горелкой с регулируемой температурой пламени так, чтобы факел пламени в точках касания с поверхностью детали имел температуру 800-1000°С, а расстояние от центра пятна нагрева до начала резания металла выдерживают до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения Т_ср 550-600°С, при этом горелку располагают тангенциально к поверхности нагреваемой детали.

Данный способ характеризуется повышенной производительностью, снижением усилия резания, улучшением параметров точности и повышением качества обработки за счет снижения шероховатости поверхности (Ra=1,0-1,25 мкм; Нв=2320-1081 МПа). Однако этот способ имеет недостаток: на поверхности обработанной с нагревом детали отсутствует поверхностный наклеп, который в ряде случаев необходим для повышения эксплуатационных параметров деталей, в частности, при работе трущейся пары.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Решаемая задача - совершенствование способа механической обработки конструкционной стали резанием с нагревом.

Технический результат - повышение микротвердости за счет создания наклепа на поверхности детали после механической обработки с нагревом внешним источником тепла, улучшение параметров шероховатости.

Этот технический результат достигается тем, что в способе механической обработки конструкционных сталей резанием, включающем нагрев обрабатываемой детали внешним источником тепла с регулируемой температурой до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения, непосредственно после завершения операции резания осуществляют поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности роликовым накатником с охлаждением СОЖ.

Сущность изобретения состоит в том, что разогретый внешним теплоисточником металл срезается водоохлаждаемым режущим инструментом, формообразуя конфигурацию детали, а роликовый накатник, расположенный сразу за режущим инструментом, осуществляет поверхностно-пластическое деформирование, причем для снижения температуры нагрева рабочих частей головки от нагретой детали на ролики и деталь в зоне давления роликов подается СОЖ обливом.

При направлении тепла внешнего теплоисточника на заготовку перед режущим инструментом металл заготовки разупрочняется, в силу этого усилие резания резко снижается, уменьшается величина отжатая резца и детали, снижается уровень вибрации. Вследствие этого точность обработки детали повышается, снижаются величины параметров шероховатости, а накатники обжимной головки еще более снижают этот параметр, вдавливаясь в материал детали, уплотняют поверхностный слой. Таким образом, технический результат обеспечивается за счет того, что в способе совмещенного резания с нагревом добавление упрочняющей чистовой обработки поверхностно-пластическим деформированием с помощью роликового накатника последовательно снимается припуск режущим инструментом и уплотняется поверхностный слой детали обжимными роликами.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где:

1 - обрабатываемая деталь,

2 - ацетиленкислородная горелка,

3 - инструмент - токарный резец,

4 - роликовый накатник.

Пример осуществления способа.

Обрабатывали точением гладкий вал 1 диметром ⊘ 45 мм, длиной L=636 мм из ст.40 х, на токарно-винторезном станке резцом с пластиной Т15К10. Скорость резания Vp=10 м/с, глубина резания t=8-12 мм, подача s=0,05 мм/об.

Горелку 2, нагревающую деталь 1, в ходе резания перемещали синхронно резцу 3 на расстоянии L, величину которого рассчитывали таким образом, чтобы на глубине резания снимаемый слой металла был нагрет до температуры разупрочнения T₁=500°С, при нагреве поверхности детали до Т₂=800°С пламенем горелки, температура которого в точках касания с поверхностью детали равнялась Т₃=1000°С.

В результате резания структура стали осталась неизменной. При резании с нагревом у обработанной детали явление наклепа поверхности не обнаружено, а само резание осуществлялось за один проход с глубиной резания, в три раза превышающей режим обычного резания. Шероховатость поверхности после обычного резания черновым проходом не превышает Ra=10-25 мкм, а в случае резания с нагревом шероховатость поверхности соответствовала чистовой обработке металла резанием Ra=1,0-1,25 мкм.

Непосредственно после обработки резанием осуществляли поверхностно-пластическое деформирование нагретой поверхности роликовым накатником 4. При этом расстояние L₁ упреждающего перемещения горелки 2 вдоль поверхности детали 1 от начала резания и проведения поверхностно-пластического деформирования роликовым накатником 4 устанавливалось в зависимости от температуры пламени, режима резания и габаритов детали. Величина усилия давления Р на ролик также зависит от температуры на поверхности. Ролики накатника охлаждали водой для предотвращения диффузионного проникновения и налипания частиц металла с поверхности детали на ролик.

По результатам экспериментов структура металла не изменилась. Микротвердость Нв - 5000 МПа, шероховатость Ra=0,4-0,8 мкм, глубина проникновения деформации накатывания до 0,5 мм при водяном охлаждении роликов повысилась на 50-80% по сравнению с прототипом.

Способ механической обработки деталей из конструкционных сталей резанием, включающий нагрев обрабатываемой детали внешним источником тепла с регулируемой температурой до достижения в срезаемом слое температуры разупрочнения, отличающийся тем, что используют водоохлаждаемый режущий инструмент, а непосредственно после завершения операции резания осуществляют поверхностно-пластическое деформирование обработанной поверхности роликовым накатником при охлаждении его смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ), которую подают на ролики и деталь в зоне давления роликов.