Технические науки/8.Обработка материалов в машинстроении

Д.т.н., проф. Жетесова Г.С., Никонова Т.Ю.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Выбор оптимальной конструкции дорна

Рабочим инструментом процесса дорнования отверстий являются дорны. По конструктивному оформлению дорны бывают самых различных типов (рисунок 1).

а – однозубый с хвостовиком для работы на протяжном станке; б – однозубый без хвостовика для работы на прессе; в – однозубый без хвостовика с направляющим пояском; г – многозубый дорн с направляющим пояском; д – наборный дорн; е – режущая протяжка с дорнующими зубьями

Рисунок 1 – Виды дорнов

Можно выделить две основные категории – однозубые и многозубые дорны. Для анализа влияния тех или иных условий дорнования на процесс в целом и на результат, как уже отмечалось ранее, целесообразнее классифицировать все основные характеристики на 4 условные группы и рассмотреть их влияние на процесс дорнования в отдельности [1]. Угол заборного конуса α, ширина цилиндрической ленточки b, угол обратного конуса α₁, число дорнующих элементов z – это параметры, которые относятся к геометрической группе показателей процесса дорнования.

Вышеперечисленные показатели напрямую характеризуют конструкцию применяемого инструмента. Задача заключается в том, чтобы определить оптимальную форму дорна с точки зрения влияния его на весь процесс дорнования, качественные и эксплуатационные свойства отверстия после дорнования.

Важную роль в конструкции дорна имеет угол заборного конуса, т.к. на него приходиться основная часть деформации в начальный момент соприкосновения инструмента с заготовкой (рисунок 2).

α – угол заборного конуса; α₁ – угол обратного конуса; b – ширина цилиндрической ленточки

1 – заборная часть; 2 – калибрующая часть (цилиндрическая ленточка);

3 – задняя часть

Рисунок 2 – Элементы дорна

Т.к. от угла α напрямую зависит величина прилагаемого тягового усилия и последующая чистота поверхности необходимо выбирать его с особой тщательностью. При неудачном выборе этого угла в сторону уменьшения необходимо приложить большую силу дорнования, что вызывает значительный сдвиг поверхностных слоев металла, разрывает масляную подушку и создает царапины и надиры на обрабатываемой поверхности. Значительное увеличение угла может привести к тому, что заборная часть дорна проскользнет в отверстии и ею не будет выполнена основная часть работы, которая приходиться на рабочий конус. В результате чего дорн может повести в отверстии, т.к. вся деформация будет происходить в зоне цилиндрической ленточки и как следствие выход инструмента из строя.

Теоретические и экспериментальные исследования показали [2], что при дорновании сталей и чугуна наиболее целесообразно применять дорны с конусообразным профилем заборной и задней части. Они просты в изготовлении и позволяют на всех участках заборной части подобрать единый оптимальный угол α.. На рисунке 3 представлены зависимости величины оптимального заборного конуса от относительного натяга.

При конструировании и изготовлении дорна необходимо соблюдать следующие условия:

- угол заборного конуса дорна для конкретных условий должен определятся по формуле:

, (1)

где αопт – оптимальный угол заборного конуса дорна, радиан;

- относительный натяг при дорновании;

D – наружний диаметр заготовки, мм;

d - диаметр отверстия, мм;

μ – коэффициент трения;

- величина, характеризующая зону металла, в которой происходят дополнительные сдвиги металла;

р – истинное сопротивление деформированию, определяемое для заданной степени деформации по диаграмме истинных напряжений;

Dм - модуль упрочнения, определяемый отдельно для каждого материала на основании диаграмм истинных напряжений.

Рисунок 3 – Зависимость величины оптимального угла заборного конуса от относительного натяга

Анализ графиков показывает, что в зависимости от изменения некоторых параметров процесса дорнования оптимальный угол заборного конуса дорна будет изменяться в довольно широких пределах. Значительное увеличение этого угла вызывается увеличением коэффициента трения и относительного натяга. На его величину большое влияние также оказывают механические свойства материала обрабатываемой детали. В зоне очень маленьких относительных натягов (до 0,003 мм) перед точкой перегиба кривой угол ά увеличивается. Это объясняется тем, что исходные расчетные формулы тягового усилия были выведены для условий упруго-пластического деформирования. В зоне же очень малых относительных натягов деформации чисто упругие, в пределах которых формулы не дают достаточно точных результатов. Однако режим упругого формоизменения при дорновании применять нецелесообразно, так как при этом не будет обеспечена эффективная обработка отверстий.

- угол обратного конуса α₁ при дорновании сталей целесообразно принимать равным 4-50;

- при выборе ширины цилиндрической ленточки b рекомендуется пользоваться следующей формулой:

, (2)

где d – диаметр дорна по цилиндрической ленточке, мм.

- при дорновании образцов из конструкционных углеродистых сталей (типа 35, 45, 50), некоторых легированных сталей средней пластичности особенно эффективно применение дорнов с двойной заточкой заборного конуса, обеспечивающих понижение тягового усилия и значительное улучшение чистоты обрабатываемой поверхности. Для этих дорнов рекомендуется принимать α=4-50 и α₁=10. Величину b₁ (определяющую длину участка по конусу α₁=10) можно рассчитать по следующей эмпирической формуле:

, (3)

где i – натяг при дорновании.

- рабочая поверхность дорна должна быть обработана с чистотой не ниже Rz 0,63;

- особое внимание при разработке процессов дорнования следует уделять подбору смазочных материалов. До последнего времени считалось, что активированные (т. е. с добавками поверхностно-активных веществ) смазки лишь предотвращают непосредственный контакт и уменьшают внешнее трение между металлом и инструментом. Работами академика П. А. Ребидера [3] доказано, что такие смазки не только уменьшают внешнее трение, но и значительно облегчают упругие и пластические деформации металла. Это особое, как бы смягчающее влияние смазки на металл обуславливается проникновением адсорбционных слоев поверхностно-активных веществ в поры и микротрещины металла.

Для повышения стойкости дорнов, кроме того, рекомендуется:

- в месте перехода конической части дорна в цилиндрическую образующийся острый угол плавно скруглять до R=0,1-0,2 мм при помощи притира;

- применять для изготовления дорнов износостойкие материалы (твердые сплавы, металлокерамику и т.п.);

- производить дорнование деталей с возможно малыми натягами.

Литература:

1. Мендебаев Т.М., Никонова Т.Ю., Взаимосвязь качественных характеристик поверхностного слоя отверстий с условиями их дорнования. Труды Университета. Выпуск 2. - Караганда: Изд-во КарГТУ, 2008, с.25-27

2. Проскуряков Ю.Г., Объемное дорнование отверстий. – М.: Машиностроение, 1984. – 224с.

3. Ребиндер П.А., Щукин Е. Д., Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения. – М.: Наука, 1976. – 212с.