Обкатування та розкатування

Обкатуванням та розкатуванням оброблюються циліндричні зовнішні та внутрішні, наскрізні та глухі поверхні, плоскі поверхні, галтелі ступінчастих, колінчастих та шліцьових валів, бокові поверхні черв’яків.

Обкатуються деталі машин, виготовлені із сирих і загартованих сталей, чавунів і кольорових сплавів. Операція здійснюється за допомогою роликів, кульок або інших деформуючих інструментів, закріплених у пристроях токарних, свердлильних, зубообробних та інших універсальних або спеціальних верстатах.

При обкатуванні поверхня ролика чи кульки переміщується по оброблюваній поверхні під певним тиском (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 — Зміцнення обкатуванням: а — обкатування роликом; б — обкатування кулькою

Існують зміцнюючі і зміцнюючо-згладжувальні режими обкатування. При зміцнюючому обкатуванні спостерігається інтенсивний наклеп поверхні на значну глибину і значні залишкові напруження стиснення у зміцненому поверхневому шарі, що різко підвищує опір деталей втомленості (шорсткість при цьому зростає). Обкатування здійснюють при високих питомих тисках.

Зміцнюючо-згладжувальне обкатування, поряд з підвищенням опору втомленості, забезпечує зниження вихідної шорсткості, що дозволяє в окремих випадках виключити шліфування.

Деформація металу при обкатуванні починається із втискування ролика в поверхню деталі. Вихідний контакт ролика з деталлю може бути точковим чи лінійним, залежно від конфігурації контактуючих тіл. Під дією прикладеного зусилля ролик втискується в деталь, утворюючи на її поверхні відбиток (рисунок 4.4), форма якого відіграє важливу роль у наступному процесі пластичного деформування.

Глибину H розповсюдження пластичної деформації у функції сили Р втискування ролика і межі текучості σ_т матеріалу, який деформується, можна визначити за формулою

h = . (4.2)

Рисунок 4.4 — Схема контакту роликів із деталлю: а — перед початком втискування; б — під деформуючим навантаженням; в — після навантаження

Після завершення пластичної деформації ролик і деталь знаходяться у пружно-напруженому стані, який врівноважує прикладне зовнішнє зусилля (рисунок 4.4, б). Напружений стан деталі в контакті з роликом визначається не вихідною (рисунок 4.4, а), а пластично-деформованою в результаті втискування формою її поверхні. Після зняття навантаження ролик набуває вихідної форми, а на деталі залишається відбиток (рисунок 4.4, в), форма і розміри якого залежать від конфігурації контактуючих тіл до втискування і твердості матеріалу деталі.

Ролики колового профілю широко застосовуються при чистовій обробці і є основним інструментом для зміцнення. Прямокутний відбиток утворюється при лінійному вихідному контакті ролика з деталлю. Умовою утворення лінійного контакту є рівність абсолютних величин кривизни профілю ролику і деталі вздовж лінії контакту. Наприклад, лінійний контакт має циліндрична деталь із роликом прямокутного профілю в осьовому перерізі.

Ролики виготовляють як прохідні (рисунок 4.5 а, б) — для обробки поверхонь циліндричних деталей із вільним виходом інструмента (ширина циліндричного пояска дорівнює 2…5 мм при обробці невеликих деталей і 12…15 мм — крупних), так і спеціальні — для обробки галтелей і канавок (рисунок 4.5 в, г). При обробці галтелей застосовують також клиновидний ролик (рисунок 4.5 д). Ролики виготовляють із сталі Х12М, ХВГ, 5ХНМ, У10, Х12 і ХШ15; їх робочі поверхні мають твердість не менше, ніж 59…63 НRC. Довговічність роликів можна підвищити наплавленням твердого сплаву.

Рисунок 4.5 — Форма роликів обкатування: а, б — прохідні ролики; в, г — спеціальні ролики для обробки галтелей і канавок; д — ролики клиновидної форми

Твердість поверхні при обкатуванні підвищується для всіх матеріалів, і чим вища міцність оброблюваного матеріалу, тим більший оптимальний тиск обкатування. Твердість збільшується до глибини 2 мм, однак на глибині 1…1,5 мм збільшення твердості стає незначним.