Дорнование отверстий, труб, стволов

Когда начать делегировать

Ориентируйтесь на свое расписание. Если работа начала отнимать слишком много времени и личных ресурсов и крадет отпускные дни, стоит перераспределить нагрузку. Можно отдать часть задач текущим сотрудникам или нанять личного ассистента, в том числе удаленного.

Определить количество нагрузки поможет закон Миллера. В своей статье «Магическое число семь плюс-минус два» американский психолог Джордж Миллер отмечал, что человек может удерживать в кратковременной памяти не больше 7 ± 2 элемента []. Если в течение дня количество дел, о которых нужно постоянно помнить, приближается к этому значению или превышает его, это сигнал к изменению расписания.

Пять вопросов помогут выбрать задачу, которую следует делегировать

Дорнирование ствола своими руками

Работа механических узлов машин сопровождается серьезной нагрузкой на поверхность деталей, особенно это касается различных отверстий.

Верхний контактный слой металла берет на себя львиную долю механических воздействий и усилий, предотвращая разрушающее влияние на внутренние слои. Чем прочнее будет этот внешний слой, тем общая износостойкость изделия будет выше.

Чтобы искусственно укрепить поверхность отверстий, применяют такой технологический прием, как дорнирование отверстий.

В машиностроении дорнование – это применение процесса укрепления поверхности отверстия методом калибрования или протягивания деформирующего. Кроме этого, дорнирование позволяет получить формообразующую либо чистовую обработку ствола отверстий. Слой, который укрепляется, может быть разной толщины, это зависит от величины натяжения.

Назначение и сферы применения дорнирования

Как вкратце говорилось выше, дорнирование необходимо, чтобы укрепить поверхность стволов отверстий, придать им большую прочность, таким образом повышая износостойкость изделия.

Все это осуществляется за счет возможности пластически деформировать металл на протяжении зоны контакта при помощи дорна. Дорны бывают двух типов: скольжения и качения.

Чаще всего процесс протекает при холодном состоянии заготовки.

Когда инструмент дорн с определенным уровнем натяга движется по стволу, вместе с укреплением стенок решаются и другие задачи:

• подгонка диаметра отверстия под нужные параметры, стволов отверстий прямоугольного сечения до нужных размеров;
• избавление от неровностей, любых шероховатостей, которые были допущены предыдущей обработкой ствола;
• возможность сформировать определенную форму сечения, например, создать шлицы, борозды или оригинальный рисунок на внутренней поверхности.

Дорнирование применяется не только в гражданском машиностроении, но и на оружейном производстве. С его помощью укрепляют оружейные стволы танковых и других машин, используют при изготовлении гильз.

Когда планируется применить дорнирование к тому или иному отверстию, важно, чтобы дорн имел диаметр больший, чем поперечное сечение ствола отверстия на толщину натяжения. Все это очень точно рассчитывается, чтобы не было разрыва заготовки

Разновидности

Под разновидностями дорнирования понимают свободный и несвободный процесс проведения операции. Когда дорнирование свободное, изделие, а именно его поверхность, не ограничивается в возможности деформирования. Приемлем такой вид процесса при объемных работах с трубами электросварными либо при бесшовном литье, где толщина стенки ствола определяется как усредненная величина.

Дорнирование свободное не подходит для таких заготовок, как, например, трубы с тонкими стенками ствола. Здесь применяют несвободное дорнирование, которое позволяет избежать следующих последствий:

• осевого смещения заготовки;
• понижения устойчивости вдоль направления ствола;
• выглаживания металла с недостаточным качеством.

Для реализации операции несвободного дорнирования деталь перед прохождением дорна закрепляют в специальных обоймах жесткой и упругой конструкции.

Использование любого из способов дорнирования требует применения смазочных материалов, чтобы уменьшить трение, ускорить процесс обработки, избежать порчи заготовки или инструмента.

Разновидности

Под разновидностями дорнирования понимают свободный и несвободный процесс проведения операции. Когда дорнирование свободное, изделие, а именно его поверхность, не ограничивается в возможности деформирования. Приемлем такой вид процесса при объемных работах с трубами электросварными либо при бесшовном литье, где толщина стенки ствола определяется как усредненная величина.

Дорнирование свободное не подходит для таких заготовок, как, например, трубы с тонкими стенками ствола. Здесь применяют несвободное дорнирование, которое позволяет избежать следующих последствий:

• осевого смещения заготовки;
• понижения устойчивости вдоль направления ствола;
• выглаживания металла с недостаточным качеством.

Для реализации операции несвободного дорнирования деталь перед прохождением дорна закрепляют в специальных обоймах жесткой и упругой конструкции.

Использование любого из способов дорнирования требует применения смазочных материалов, чтобы уменьшить трение, ускорить процесс обработки, избежать порчи заготовки или инструмента.

Объемное и поверхностное дорнование

Дорнирование как способ обработки ствола отверстия, когда отсутствует процесс удаления стружки, можно выполнить поверхностным образом либо объемно. При объемном методе операция захватывает всю заготовку (имеется в виду поперечное сечение). Совершая один проход инструментом, рабочая часть которого оснащена несколькими зубьями, добиваются фактической шероховатости в пределах 0.63–0.04 микрон с большой точностью отверстия.

Объемное дорнирование ввиду своей эффективности призвано заменять менее эффективный метод, когда заготовки подвергают растачиванию черновому. Применяют объемную деформацию для обработки любых типов труб, цилиндров с длинным стволом, при этом прямолинейность изделий сохраняется в нужных границах.

Применение поверхностного дорнирования позволяет получить в канале ствола шероховатость в пределах 0.32–0.04 микрон. Основное назначение метода – упрочнить поверхностный слой и, возможно, избежать сложных технологических приемов: развертывания, шлифования, выглаживания и хонингования металла.

Пластическое деформирование и калибровка

Суть пластического деформирования заключается в том, что дорн с диаметром рабочей части больше, чем ствол отверстия, вдавливается в последний под воздействием силы станка. Калибровка же внутренней поверхности труб протекает при воздействии на обрабатываемый участок источника тепловой энергии для разогрева и последующего внедрения в область инструмента дорна. Недостаток калибровки – в возможном изменении параметров заготовки и в большей сложности процесса относительно пластической деформации.

Метод ударных импульсов

Способ, при котором подача инструмента дорна по каналу отверстия ствола проходит не в постоянном поступательном режиме, а толчками с одинаковой частотой, называется методом ударных импульсов. Такой процесс очень эффективен, так как снижает нагрузку на инструмент, на канал и позволяет достичь максимальной точности обработки.

Объемное и поверхностное дорнование

Существует два вида дорнирования стволов и труб, при котором не образуется стружка, – объемное или поверхностное. При выполнении объемного дорнования обработка осуществляется по всему поперечному сечению заготовки. В результате такой технологической операции, выполняемой при помощи инструмента, оснащенного несколькими зубьями, можно сформировать поверхность, шероховатость которой будет находиться в интервале 0,04–0,63 мкм, а точность – соответствовать 11 единицам по шкале IT.

Схема объемного дорнования отверстий малого диаметра

При помощи объемного дорнования обрабатываются отверстия большой длины, трубные заготовки или изделия, выполненные в виде гильз. Такая операция, которой можно подвергать отверстия практически любой длины, сохраняя их прямолинейность, является хорошей альтернативой черновому растачиванию.

Схема обработки детали поверхностным дорнованием

При выполнении поверхностного дорнования можно получить внутреннюю поверхность, шероховатость которой будет находиться в пределах 0,04–0,32 мкм, а точность – соответствовать 6–9 единицам. При поверхностном дорновании отверстия на внутренней поверхности последнего создается упрочненный слой металла, поэтому эту технологию обработки с успехом можно применять в качестве альтернативы таким сложным операциям, как:

• шлифование;
• хонингование;
• развертывание;
• выглаживание.

Метод ударных импульсов

Широко применяется способ, при котором поступление осевой вибрации на изделие осуществляется при помощи ударных импульсов. Данный метод снижает усилия дорнования и повышает точность размеров отверстия, импульсы делают продвижение инструмента внутри детали более легким, особенно в трубах большой длины.

Суть метода заключается в том, что процесс обработки изделия происходит при нанесении на внутренние стенки трубы смазочного материала:

Датчики ударных импульсов

• заготовка циклически перемещается пульсирующими движениями;
• при использовании ударных импульсов смазка подается не постоянно, а небольшими порциями;
• одновременно в противоположное направление движения дорна действует дополнительная сила в тот момент, когда слой смазки на локальном отрезке обрабатываемой детали уменьшается.

Если заранее нанести смазку на стенки изделия, то перемещающийся инструмент будет вытеснять смазочный материал и произойдет трение контактных поверхностей в сухую. Это приведет к появлению ненужных наростов на инструменте и царапин, что существенно снизит качественные характеристики заготовки после обработки.

Стоит отметить, что предлагаемый способ дорнирования отверстия значительно улучшает качество внутренней поверхности заготовки и снижает возможность деформации образца за счет подачи смазочной жидкости на контактирующие элементы. В результате на поверхности создается защитная пленка, которая обеспечивает прочность и надежность детали.

Схемы выполнения дорнования

Различают следующие схемы металлообработки заготовок дорнированием:

• при помощи растяжения;
• способ сжатия;
• совместное применение растяжения и сжимания образца.

Важно подойти правильно к выбору схемы обработки заготовки. Схема определит значения осевого напряжения изделия. Объемное обрабатывание детали выполняется по другим схемам:

Объемное обрабатывание детали выполняется по другим схемам:

• пассивная;
• нейтральная;
• активная.

Перечисленные схемы дорнования оказывают влияние на значение осевого напряжения и требуют специальных механизмов – подвижных опор, позволяющих ограничивать укорачивание детали при воздействии на нее дорна. При увеличении значения натяга степень шероховатости внутренней поверхности заготовки будет уменьшаться. Данная методика предусматривает предварительную механическую обработку отверстия перед использованием дорна.

Дорны используют двух видов движение:

• покачивания;
• скольжения.

Инструмент движется внутри заготовки с заданным показателем натяжения, используя смазку. Чтобы улучшить результат обработки и уменьшить усилие дорнования, смазочный материал подают внутрь отверстия навстречу движения дорну путем распыления.

Приспособление для выполнения виброобработки металлических изделий состоит из:

• дорна;
• вибрационного суппорта, который позволяет закреплять на нем образец;
• гидропривода;
• поршня.

Дорн — устройство С помощью устройства эффективно обрабатывают внутренние стенки втулок, гильз и цилиндров.

Черчение

Дорнование — прогрессивный бесстружечный точный метод обра­ботки металлов. Он основан на способности пластичных металлов приобре­тать под действием внутреннего давления большие остаточные деформации без разрушения металла заготовки, но со значительным изменением их первоначальных размеров. Кроме того, такой метод снижает расход метал­ла, количество операций, объем обработки резанием.

С помощью дорнования (рис. 91) можно обрабатывать отверстия в деталях типа втулок и гильз, изготовляемых из бесшовных труб. Обработка состоит в следующем: через пустотелую заготовку 2 с внутренней поверхностью, пред­варительно очищенной от коррозии, протягивают дорн 1 с увеличивающими­ся диаметрами рабочих и калибрующих зубьев. Под влиянием внутреннего давления деталь пластически деформируется до нужного размера.

Рис. 91

Этот метод исключает предварительную обработку. За один-два про­хода можно получить весьма точные и чистые отверстия. Одновременно происходит упрочение металла

Это дает дорнованию важное технико-экономическое преимущество перед другими технологичес­кими процессами

Дорнование снижает трудоемкость обработ­ки отверстий примерно в 2 … 4 раза, уменьша­ет расход материала (бесшовных труб) на 15 … 30%, повышает долговечность обработанных деталей.

Процесс обработки осуществляется либо на протяжных станках, либо на гидропрессах.

Тех. процесс дорнования

Этот процесс стал называться благодаря инструменту, оно называется дорном. Конструктивно он сделан в форме стержня с одним или несколькими зубьями. В зависимости от способа использования дорны делятся на инструменты скольжения и качения.

Технологический процесс состоит в холодном деформировании (уплотнении) поверхности детали при помощи движения дорна. В большинстве случаев этой технологией делают дорнование отверстий. В данном случае инструмент передвигается вдоль канала ствола. За счёт сделанного усилия он обеспечивает:

• уплотнение внутреннего слоя поверхности вдоль всего отверстия;
• увеличение качества отделываемой детали (убираются оставшиеся шероховатости);
• возрастает диаметр отверстия с повышением его класса точности.

Оценка качества тех. процесса выполняется за счёт контроля следующих показателей:

• величины создаваемого натяга;
• скорости движения инструмента в середине отверстия;
• значения созданной силы;
• показателей возникающей деформации.

Величина первого параметра проявляется на качестве получившейся поверхности. Он рассчитывается как разница между внутренним диаметром отделываемой детали и диаметром используемого дорна. Если разница будет очень большой – это не даст возможность получить хорошее уплотнение и освободится от шероховатости.

Очень маленькая величина натяга уменьшает скорость выполнения работ, приводит к ненужной деформации поверхности которая обрабатывается, возникновению излишних внутренних стрессов. По этому величина данного параметра рассчитывается с учитыванием критериев пластичности детали и дорна.

Сила, которая нужна для выполнения работ, разделяется на две составляющие:

• осевую (направленную вдоль линии движения);
• радиальную (действует перпендикулярно осевой).

Первая обеспечивает движение инструмента вдоль отверстия, и благодаря этому повышает диаметр внутри. Вторая определяет качество поучаемой поверхности (класс точности после обработки)

В некоторых случаях для уменьшения силы трения, тем более в зоне неконтактной деформации применяют дорнование с противодавлением смазки.

Методом дорнования делают доводку шовных труб

Во время обработки швов сварки очень важно понимать физические свойства металла и толщину стенок. Подобные трубы используются, к примеру, для гидроцилиндров. По этому в результате проведения дорнования в первую очередь проводят проверки на крепость

В качестве критерия можно применять критерий предельной прочности или степень экспандирования

По этому в результате проведения дорнования в первую очередь проводят проверки на крепость. В качестве критерия можно применять критерий предельной прочности или степень экспандирования.

Это интересно: Доводка и притирка — технология, инструменты, материалы

4.2. Усилия дорнования

Измерение усилий дорнования производили с помощью динамометрического устройства испытательной машины ИР 5057-50. Кроме этого ряд экспериментов был выполнен с использованием однокомпонентного упругого динамометра с фольговыми тензорезисторами. Запись электрических сигналов, поступающих от динамометра, выполняли через усилитель ТА-5 шлейфовым осциллографом НО71.5М. Точность измерений усилий дорнования во всех случаях была не ниже ±1%.

Экспериментально установленные зависимости усилий дорнования отверстий от величины натяга приведены на рис. 4.1. Из него видно, что возникающие при дорновании глубоких отверстий малого диаметра в толстостенных заготовках усилия невелики. Процесс дорнования отверстий может быть осуществлен практически на любом прессе или даже вручную, например, на вертикально – сверлильном станке. Т. е., с позиции выбора мощности оборудования эти усилия особого интереса не представляют, однако их необходимо знать для оценки устойчивости толкателя прошивки, расчета толкателя и прошивки на прочность и некоторых других целей.

а	б
Рис. 4.1. Зависимости усилий дорнования отверстий в заготовках из стали 45 (а ) и стали 20 (б ) при использовании стальных и твердосплавных инструментов: –d = 1,2 мм, инструмент – ВК8; –d = 1,2 мм, инструмент – ШХ15; –d = 3 мм, инструмент – ВК8; –d = 3 мм, инструмент – ШХ15

Результаты экспериментов (рис. 4.1) показали, что усилия дорнования стальными инструментами в целом несколько (примерно на 10%) меньше, чем твердосплавными. Это, очевидно, является следствием меньшего для стальных инструментов коэффициента трения

На рис. 4.2 и рис. 4.3 результаты экспериментальных исследований усилий дорнования при использовании твердосплавных инструментов сопоставлены с результатами расчетов, которые выполнены по эмпирической зависимости, полученной в Институте сверхтвердых материалов НАН Украины . Как следует из рис. 4.2 и 4.3, в области малых натягов (а ≤ 0,03 мм) наблюдается удовлетворительное соответствие между расчетными и экспериментальными значениями усилий дорнования. С увеличением натягов погрешность расчетов возрастает и при натяге а

=0,09 мм она становится более 100% (см. рис. 4.2 и 4.3).

а	б
Рис. 4.2. Зависимости усилий дорнования отверстий (d = 1,2 мм) твердосплавными (ВК8) инструментами от натяга:а – сталь 45;б – сталь 20; — экспериментальные данные; — расчет по уравнению
а	б
Рис. 4.3 Зависимости усилий дорнования отверстий (d =3 мм) твердосплавными (ВК8) инструментами от натяга:а – сталь 45;б – сталь 20; — экспериментальные данные; — расчет по уравнению

На основе обработки результатов однофакторных экспериментов получены следующие эмпирические зависимости для расчета усилий дорнования:

при использовании стальных инструментов

; (4.1)

при использовании твердосплавных инструментов

. (4.2)

В уравнениях (4.1) и (4.2): Р

– усилие дорнования (Н);НВ – твердость по Бринеллю (МПа);d – диаметр отверстия (мм);а – натяг дорнования (мм).

На рис. 4.4 и 4.5 дано сопоставление результатов экспериментов и расчетов, выполненных по формулам (4.1) и (4.2). Как видно, наибольшая погрешность определения усилий дорнования по этим формулам для стальных заготовок не превышает 20%. Для заготовок из меди она возрастает до 30%.

а	б
в	г
Рис. 4.4. Зависимости усилий дорнования стальными инструментами от натяга: а – cталь 45,d = 1,2 мм;б – сталь 45,d = 3 мм;в – сталь 20,d = 1,2 мм;г – сталь 20,d = 3 мм; – экспериментальные данные; – расчет по уравнению (4.1)

а	б
в	г
д	е
ж	Рис. 4.5. Зависимости усилий дорнования твердосплавными инструментами от натяга: а – сталь 45,d = 1,2 мм;б – сталь 45,d = 3 мм;в – сталь 20,d = 1,2 мм;г – сталь 20,d = 3 мм;д – сталь 10880,d = 1,2 мм;е – медь М1,d = 1,2 мм;ж – медь М1,d = 3 мм; — экспериментальные данные; — расчет по уравнению (4.2)

Механические параметры и основные схемы

Рабочий должен учесть множество технологических параметров операции, поскольку при случайном отклонении от нормы могут значительно измениться технические параметры обработки, что приведет к нарушению точности процедуры.

Натяг

Один из главных параметров — это натяг. С технической точки зрения натяг — это разница между размерами исходного отверстия и инструмента-дорна (обычно этот показатель измеряют в миллиметрах, а в качестве объекта измерений используют диаметр трубы и диаметр дорна). Если натяг слишком большой (то есть дорн и отверстие сильно отличаются по размерам), то будет проблематично сделать гладкую твердую поверхность. Также при обработке нужно учесть некоторые особенности материала, из которого сделана труба — пластичность, твердость и так далее.

Сила

Помимо натяга большое значение имеет сила дорнования, а означает этот параметр интенсивность обработки отверстия

Обратите внимание, что различают два вида силы дорнования — радиальная и осевая. Под радиальной силой подразумевают степень воздействия дорна в перпендикулярном направлении. Этот показатель отражает степень расширения диаметра трубы при обработке

Этот показатель отражает степень расширения диаметра трубы при обработке.

Под осевой силой подразумевают воздействие инструмента вдоль своей оси. Чем выше этот показатель будет, тем легче дорн будет срезать различные шероховатости

Также обратите внимание, что при обработке нужно учитывать относительную деформацию. Этот показатель отражает степень увеличения наружной части детали

Выбор схемы

Также перед обработкой необходимо выбрать схему дорнования — методом растяжения, методом сжатия или комбинированным методом. Каждая технология имеет свои плюсы и минусы.

Самый популярный — комбинированный метод по схеме растяжения-сжатия. В чем причина его популярности? Он не создает избыточную осевую нагрузку, характерную для методов обычного растяжения или сжатия. Благодаря этому обработка осуществляется плавно, что позволяет избежать появления механических повреждений.

Однако нужно помнить, что схема комбинированного метода требует специальной техники, которая стоит достаточно дорого. Для дорнование трубы в домашних условиях, следует выбирать альтернативный метод.

Виды дорнования

Для обработки отверстий методом дорнования применяются специальные инструменты-дорны. Подобные инструменты могут отличаться по массе параметров.

Примеры основных дорнов — в виде шара, с однозубой прошивкой (в различных конфигурациях), с многозубой прошивкой (в различных конфигурациях), наборные установки, в виде режущей поверхности с дорн-зубьями.

Технология объемного дорнования

При таком сценарии обработка осуществляется по всей поверхности сечения детали с отверстием. Для обработки обычно используются дорны с одним или несколькими зубцов — так достигается равномерная зачистка поверхности металла от различных шероховатостей.

Главный плюс подобной технологии — высокое качество зачистки и универсальность. Объемное дорнование подходит для обработки труб любой длины, различных сквозных деталей, а также различных заготовок в виде гильз. Точность технологии — 11 единиц (по IT-шкале), финальная шероховатость — 0,1-0,6 микрометров.

Поверхностное

При таком сценарии происходит обработка сечения или отверстий только в определенных пределах. Для поверхностного дорнования применяются дорны в виде шара, а также специальные зубчатые дорны.

Главное преимущество поверхностного дорнования — в результате операции на поверхности создается слой из утолщенного металла, который будет надежность защищать от повреждений и коррозии (при объемном дорновании такой слой тоже создается, однако он более тонкий). Точность технологии — 7 единиц (пот IT-шкале), финальная шероховатость — 0,05-0,3 микрометра.

Что представляет собой дорнование?

Во время эксплуатации поверхности металлических деталей испытывают серьезные нагрузки, которые практически не воспринимаются внутренними слоями изделий. Именно слои, находящиеся сверху, противодействуют разнообразным негативным влияниям, начиная от теплового воздействия и коррозии, и заканчивая изнашиванием деталей.

Дорнование, как процесс эффективной обработки поверхностей, как раз и был создан для того, чтобы нивелировать все указанные проявления, увеличивая тем самым уровень износостойкости и надежности изделий из металла.

Дорнирование представляет собой инновационный вариант обработки отверстий деталей методом локального холодного деформирования, выполняемого по пластической технологии. Его суть следующая: дорн (специальное рабочее приспособление) передвигается внутри ствола изделия и за счет натяга обеспечивает:

• модификацию геометрических параметров и форм детали в целом и ее поперечного сечения в частности;
• качественное нивелирование имеющихся шероховатостей;
• упрочнение поверхностного слоя металла.

Величина поперечного диаметра отверстия обрабатываемой детали всегда меньше показателя сечения дорна на показатель натяга.