Способ обработки отверстий

"ф б - Тг-,. БРЕТЕ втулок об чающим у ли по нар упругой о вляют с до КОТОРОГО направле ной завис висимост изменени ов щ па л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Липецкий политехнический институт(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ(57) Использование: обработка металдавлением, в частности дорнование. Сность изобретения; отверстия деталей ти 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 соответст-венно упругое радиальное воздействие на деталь в процессе обработки.Способ направлен на повышение каче. ства 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,рабатывают протягиванием, вклюпругое радиальное обжатие детаужной поверхности посредством боймы. Упругое обжатие осущестполнительным усилием; величинуизменяют в продольном нии и определяют попредложенимости, Дана математическая заь для определения величиныя радиального усилия обжатия. 11 которая зачастую составляет 2/3 поля допуска на размер. Указанная погрешность. есть результатйеодинаковой жесткости детали по длинен 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-первых, поСтоянства жесткостй упругой системы (обоймы) по длине детали и, во-вторых, прямопропорцИЫальной зависимости между силой и упругим перемещением ею вызываемым (по закону Гука).Цель изобретения - повышение качества обработки путем повышения точности профиля продольного сечения обрабатываемого отверстия.Рвах РвЬГ ГК -й х 30 35 40 45 50 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 впродольном направлении иопределяют по формуле где Р - радиальное усилие обжатие детали по наружной поверхности;ЛР - изменение Р на отрезке Ь детали длиной 1;е - величина отклонения реального профиля отверстия от идеального цилиндрического в одном поперечном сечении, Ь е - изменение е на отрезке Л 1;К - коэффициент пропорциональности, определяемый из формулы где Рг"х, Рг " - максимальное и минимальное усилие по длине детали в процессе обработки.На фиг.1 приведена эпюра дополнительного усилия упругого обжатия детали- втулки 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,З - форма детали при обработке известным способом (а) и при обработке предлагаемым способом (б); на фиг.4 и 5 - устройство; на фиг.б - 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 Р (фиг,1 и 2), осуществляют адекватно изменению величины отклонения е (фиг,З а), которое образуется в связи с неравномерной жесткостью втулки по 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,З б). Дополни-, тельное усилие, таким образом, выбирают из соотношения где Р - радиальное усилие обжатия детали по наружной поверхности;Л Р - изменение Р на отрезке Лдетали длиной 1;е - величина отклонения реального профиля отверстия от идеального цилиндрического в одном поперечном сечении; Ь е - изменение е наотрезке Л 1;К - коэффициент пропорциональности, определяемый из формулы где Ргф", 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,П р и м е р. 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 ле0 где д - знак дифференцР г - радиальное усния детали;- координата по натали;5 Рго - сила радиальния при е =0;К- коэффициент, учимеханические свойстваляется по формуле иала;илие деформироваправлению оси деного деформ тывающий ф детали, он о изико- предепестки 6, соединяющие основные планки скольцами, и дополнительные планки 7 переменной вдоль оси приспособления жесткости. Дополнительные планки 7расположены равномерно по окружности 5(фиг,5) с минимально допустимым расстоянием друг от друга, Взаимодействие междусобой дополнительных планок определяется фиксированным, например. посредствомкрепежных винтов 8 расположением последних относительно основных. т,е. планки 5 и 7 скреплены жестко (фиг.4). Дополнительные планки (фиг.б) выполнены сменными. Это создает возможность свободной перенастройки приспособления. Во-первых, 15на различный вид погрешности обработки. детали: а, б, в - для устранения седлоабразности; г, д, е - конусности; ж, з, и -бочкообразности, Дополнительная планкаимеет жесткую часть 1 (фиг.б, которой крепится к основной планке, и упругую часть 2,образованную вырезом определенной конфигурации. Дополнительная планка имеетвысоту Н, ширину В, длину , толщинуупругой части Я, длину упругой части Ь, С целью 25расширения диапазона варьирования жесткостью упругой части дополнительной планки, толщину 3 и длину Ь .выбираютпеременными, т,е, Я=р (Ь),где Ь в своюочередь зависит от параметров детали и режима обработки: 1, д, О материал, Во-вторых, на различный диаметр О, чтореализуется размером Н планки,Приспособление работает следующимобразом35К кольцу 4 прикладывается осевое усилие О (фиг.4), Осевое перемещение кольца4 вызывает посредством упругих лепестков6 радиальное перемещение основных планок 5 и соответственно дополнительных упругих планок 7, которые, смещаясь к центру,.равномерно охватывают и обжимают обрабатываемую деталь, установленную наопорном элементе 1,Способ осуществляют следующим образом. Деталь 9 (фиг,4,5 и 7) устанавливаютторцом на опорный элемент 1 (фиг.4). Приэтом, исходя из известного распределенияотклонения е по длине детали 1(фиг,8) иусловия соответствия градиента изменения 5усилия упругого воздействия Р по наружнойповерхности детали вдоль ее оси градиентуизменения е в том же направлении, определен характер распределения усилия Р надеталь в процессе обработки и; соответственно данному распределению, определенвид и геометрия дополнительных планок зажимного элемента приспособления. Далееосуществляют охват обрабатываемой детали до мамейа соприкоснавеййя дополнительных планок с наружнай поверхностью детали, посредством воздействия усилия 0 на зажимной элемент 2 приспособления, Радиальное смещение Ч(фиг.5) по величине не меньше натяга йа деформирующий элемент(Фиг.7). Затем осуществляют деформирующее воздействие инструментом на деталь (фиг,9), Инструмент, совершая поступательное движение;проходит через отверстие с натягом и осевым усилием Т, Эпюра распределения усилия упругого воздействия на деталь в процессе обработки (фиг.9) определяется видом погрешности профиля продольного сеченйя детали и параметрами упругой дополнительной планки; а - устранение седлообразности, б - , конусности., в - бочкообразности (на фиг,9 эпюра Р интегральная по времейи процесса обработки), После прохождения инструмента снимают зажим детали. Поскольку ч1 деталь после снятия зажима оказывается в свободном состоянии, После удаления детали из зоны обработки система готова к следующему циклу обработки, Профиль детали после обработки показан на фиг.10,. Распределение отклонения я по длинедетали, т.е. я = К), устанавливается на основе статистических измерений для условий известного способа обработки. Группе исходных факторов, а именно материал детали, б, О, 1, 1, соответствует определенный вид погрешности профиля продольного сечения детали. Отклонение профиля есть результат неодинакового сопротивления детали в продольном йаправлейии деформирующему воздействию. Неравномерность сопротивлеЙияиорождает неравномерность радйальной силы деформирования Рг (фиг.7) вдоль оси детали. Причем е " (Фиг.8) не всегда определяет Рг " в этом сечении, что является следствием сложно-деформированного состояйия детали.Таким образомРвах Рвьгг3лахГгде Р" Р," - максимальное и минимальфное усилие Рпо длине детали в процессеобработки. Для определения Р существуютразличные методики.Таким образом, функция е(1) отражаетнеравномерность сопротивления детали деформирующему воздействию в продольномнаправлении,Для устранения неравномерности со. противления детали необходимо такое женеравномерное, но обратное по направлению возникающему в процессе обработки,дополнительное воздействие на деталь.Другими словами, необходимо обработкупроизводить с усилием дополнительноговоздействия, градиент изменения которогопрбпорционален градиенту изменения отклонения реального профиля детали от идеального цилиндрического в продольномнаправлении, т,е,(П)где Р - усилие дополнительного упругого 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 К(1) по меньшей м ере на порядок ниже функции е (1)так как К есть частное Р г / е.В результате, зная закон е(1) и решая (4) относительно Р, получимР(1) РоУ К, ф 1 о где РД - распределение усилия дополнительного упругого воздействия на деталь по длине, Р - усилие Р в сечении,где е = 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 целесообразно определять экспериментально, Видфункции е(1) выбран в качестве основы способа ввиду того, что функция Р(1) гораздотруднее поддается определению,5 Охват детали по наружной поверхностиупругими планками осуществляется до момента соприкосновения последних с поверхностью детали, Это определяетсярасчетным радиальным перемещением ч10 планок от силы О. Размер ч определяется срасчетом на минимальный диаметр партииО- д, где д - допуск, Это объясняетсяследующим, Деталь с максимальным диаметром О в партии имеет максимальную же 15 сткость, что определяет большуюпогрешность обработки, Это характернодля ряда случаев обработки втулок и объясняется волновым характером процесса деформации стенки детали. Деталь диаметром20 О оказывается упруго зажатой, что способствует более сильному упругому воздействию и тем самым уменьшению погрешностиобработки. Размер) выбирают так, что призажиме он больше нуля, с другой стороны.)25 выбирается минимальным с целью обеспечения равномерного по площади охвата детали при зажиме.Способ был реализован при обработкеотверстий деталей типа втулок методом де 30 формирующего протягивания, Параметрыдетали: материал - сталь 45 (Е=210000 х 106МПа), наружный диаметр 0=48-о,1 мм, внутренний 0=30-о,1 мм, длина 1=30 мм, Инстру мент - однозубая деформирующая35 прошивка, Натяг на деформирующий элемент 0,3 мм, смазка - сульфофрезол,После обработки партии деталей обычным способом, статистическим методом наоснове выборки определена усредненная40 функций г (1). Измерения проводились втрех сечениях: в среднем сечении и у торцовна расстоянии 5 мм от торца, Необходимоотметить, что е(1) можно получить и на основе аналитического расчета, однако суще 45 ствующие методики достаточно громоздки ипотому менее надежны,В результате измерений полученое =1,410 1,мм,е "=0,072 мм у входного торца, такимобразом, 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=Р +К 1,4 10 1, ( Н/мм),Р В дЕХ 3 20 р в(ц -Ех 3 5,9 м симальное и мини е детали в процес здесь Р представляет собой удельнуюсилу по окружности, ее размерность Н/мм; рвах рвЬ 5 - 2500 35 10Нlмм ,в ах 0,072 где разность Рг"-Рг " 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 методовсопротивления материалов, можно запи 15сать следующую систему. Решая систему относительно 3, полчим 5= с м,3 1 )В качестве материала выбираем пружинную сталь 50 ХГ, Предел прочности б= 1300 МПа, Подсчитан запас прочности упругого элемента 1,6, Таким образом, геометрия удовлетворяет условиям прочности.В результате геометрия упругих планок; Ь=45 мм; 8=4 мм; В=7 мм.Далее выбран размер ч, Поскольку всег да существует усадка, то ч==0,3 мм. На основе ч и из технологических соображений определен зазор), он равен 0,2 мм, Расчетная схема зажимас усилием О определяется в соответствии с 3).45 Выбранная геометрия упругих планок обеспечивает необходимую эпюру дополнительного воздействия на деталь в процессе обработе 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 посредствог 1 упругой обоймы,отличающийся тем,что,с целью повышения качества обработки путем повышения точностипрофиля 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;ЬР - изменение Р на отрезке Л детали длиной 1;е - величина отклонения реального профиля отверстия от идеального цилиндрического в одном поперечном сечении;Ь я - изменение я на отрезке Ь ;К - коэффициент пропорциональности определяется из формулырмакс РмииК уг гмакс мальное усилие Р по длисе обработки., 1752527 оставитель И.Шацкехред М.Моргентал Редактор Н рняк ректо азаренко Заказ 2722 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5.Гагарина, 10 Производств издательский комбинат "Патент", г, Уж