Технологическое обеспечение качества деталей типа колец, втулок, гильз

Типовые технологические процессы изготовления колец, втулок и гильз схожи между собой. Указанные детали отличаются друг от друга соотноше­нием размеров, но основными технологическими трудностями изготовления всех этих деталей является обеспечение требований по малым отклонениям формы наружных и внутренних поверхностей, малым отклонениям от цилиндричности, биению поверхностей. Преодоление этих трудностей на фоне типовой технологии осуществляют следующими мерами:

1. Конструктивные элементы деталей в виде лысок, отверстий, пазов по­рождают отклонения формы на ответственных поверхностях. Если, например, обрабатывают гильзу, на цилиндрической поверхности которой имеется рейка или лыска, то при вращении гильзы и постоянной силе резания упругие перемещения ее в каждый момент окажутся различными. Этот эффект будет действовать вне зависимости от качества станка и инструмента. На заготовке возникнут отклонения формы, определенным образом связанные с расположением рейки. Такие отклонения следует преодолевать на основе расчета возникающих упругих перемещений под действием сил резания. Последние выбирают исходя из соображения того, что перемещения должны быть меньше допуска на отклонение формы. Нельзя признать удовлетворительным такое решение, когда без должного анализа физической картины явления технологический процесс продолжают до тех пор, пока отклонение формы не достигнет необходимого значения. В этом случае отдельные операции оказываются просто лишними.

2. В деталях указанного типа, изготовленных по неизменным технологи­ческим маршрутам, одного и того же химического состава, но из заготовок, полученных разными методами, получается в итоге различный уровень остаточных напряжений. Это обстоятельство может оказать решающее влияние на высокоточные маложесткие конструкции. Различия в напряжениях можно объяснить специфическими условиями производства заготовок. Из трех видов заготовок: проката, поковки и трубы для деталей типа гильз наименьший уровень напряжений оказывается у гильз, выполненных из трубы, а наибольший - из по­ковки. Термическая обработка, естественно, меняет уровень напряжений, даже изменяется их знак, но общий вывод остается неизменным и должен приниматься в расчет при технологическом обеспечении качества.

3. Эффект технологического наследования особенно следует учитывать при изготовлении деталей типа колец. Заготовки колец, изготовленные на гори­зонтально-ковочных машинах, неизменно получают отклонение формы наружной поверхности в виде овала. При закреплении по овальной наружной поверхности кольца в патроне полуавтомата внутренняя поверхность оказывается тоже овальной. Обработка отверстий колец с высокой точностью в итоге оказывается безрезультатной, так как при раскреплении колец отверстия вновь приобретают овальную форму. Указанная погрешность оказывается исключительно устойчивой, на всех операциях технологического процесса она хотя и уменьшается, но оси овала своего положения не меняют, вплоть до готовой продукции. Ставя задачу повышения качества, нельзя игнорировать форму заготовки. Для качественных колец необходимо ограничивать отклонение формы заготовок. Основой для этого является количественная оценка наследственных явлений. Вторым условием повышения качества следует считать использование зажимных устройств с закреплением заготовок по торцам. Этими мероприятиями вполне можно предотвратить передачу вредных наследственных свойств.

4. Проблема обеспечения качества деталей типа колец, втулок и гильз непосредственно связана с особенностями закрепления их при обработке резанием. Наружная установочная поверхность всегда имеет отклонения формы. Даже при закреплении заготовок распределенными нагрузками передача погрешностей с наружной поверхности на внутреннюю оказывается ощутимой. Например, у втулок с диаметром наружной поверхности 30мм, диаметром отверстия 16мм и длиной 25мм, установленных в зажимных приспособлениях для рас­тачивания, погрешности наружной поверхности переносятся на отверстие с коэффициентом (в среднем) 0,5, а число граней установочной поверхности переносится полностью. Поэтому крайне важно обеспечить малые отклонения формы установочных поверхностей, в том числе для торцовых поверхностей гильз, так как следствием закрепления по торцам, имеющим отклонение от плоскостности, являются искажения цилиндрических наружных поверхностей.

5. Так как указанные детали часто работают в условиях изнашивания, то в связи с этим в поверхностных слоях предпочтительнее напряжения сжатия. Однако вследствие разнообразия методов обработки, различных сочетаний силовых и тепловых факторов воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность возникают остаточные тангенциальные напряжения, различные по величине и по знаку. Даже в пределах одного метода обработки напряжения существенно изменяются. Так, при тонком точении они изменяются до 3,3 раза, при тонком шлифовании - до 6 раз, при суперфинише - до 2 раз, при виброобкатывании - также до 2 раз, что следует учитывать при технологическом фор­мировании такого показателя качества, как износостойкость.

Вопрос о напряжениях непосредственно связан с отклонениями формы поверхностей колец, втулок, гильз. Реальные поверхности всегда имеют волнистость (гранность). После токарной обработки заготовок диаметром 50…80мм под такой поверхностью возникает слой со структурой, отличной от структуры основного материала. Глубина этого слоя составляет 25…50мкм. После термической обработки на операции шлифования можно достичь очень малых отклонений формы. Однако установлено, что на глубине 10…12мкм от поверхности прошлифованного образца располагается пояс аустенитных зерен. Толщина этого пояса оказывается различной и периодически повторяющейся в соот­ветствии с расположениями тех волн, которые имелись на заготовке до шли­фования. С течением времени нестабильный по структуре слой аустенита превращается в мартенсит. При этом, естественно, изменяется (увеличивается) объем материала. В тех местах, где слой аустенита был шире, происходит большее изменение объема (увеличение), и наоборот. Поэтому деталь, имевшая после шлифования весьма малые отклонения формы, получает наследственную волнистость с числом волн, равным их числу после токарной обработки. Для уменьшения технологическими методами отклонений формы необходимо рассматриваемую поверхность обработать дополнительно с помощью методов, создающих сжимающие напряжения, так как они замедляют процесс превра­щения аустенита в мартенсит. Одним из таких методов является алмазное выглаживание. В результате такой обработки отклонение формы за один и тот же промежуток времени оказывается почти в 3 раза меньшим, чем после шлифования эльбором. Одновременно следует уменьшать волнистость поверхностей после токарной обработки, а если этого допускает деталь - применять стабилизацию, т. е. выдержку в нагретом состоянии в течение заданного времени.