Технологический процесс дорнования
Такой процесс получил название благодаря инструменту, которое называется дорном. Конструктивно он выполнен в форме стержня с одним или несколькими зубьями. В зависимости от способа применения дорны подразделяются на инструменты скольжения и качения.
Технологический процесс заключается в холодном деформировании (уплотнении) поверхности детали посредством движения дорна. Обычно такой технологией производят дорнование отверстий. В этом случае инструмент перемещается вдоль канала ствола. За счёт созданного усилия он обеспечивает:
- уплотнение внутреннего поверхностного слоя вдоль всего отверстия;
- повышение качества обрабатываемой детали (удаляются оставшиеся шероховатости);
- увеличивается диаметр отверстия с повышением его класса точности.
Назначение и технологические особенности
В процессе эксплуатации любого изделия, в том числе и изготовленного из металла, основную нагрузку воспринимает его наружная поверхность, в то время как внутренние слои остаются практически нетронутыми. В качестве такой нагрузки, в частности, может выступать термическое воздействие, а также внешние факторы, приводящие к коррозии или интенсивному износу металла.
Основная задача, которую решает дорнование, являющееся методом обработки металлического изделия, заключается в том, чтобы обеспечить его надежную защиту от вышеуказанных негативных факторов. Дорнование – это инновационная технология, суть которой заключается в том, что внутреннюю поверхность отверстий, выполненных в металлических деталях, подвергают пластической деформации в холодном состоянии, за счет чего на них и формируется слой, отличающийся исключительными механическими характеристиками.
Дорн – инструмент для дорнования. Различают дорны качения и дорны скольжения
Дорнование, выполняемое при помощи специального инструмента, который передвигается по внутренней поверхности отверстия с определенной степенью натяга, позволяет решить следующие задачи:
- приведение размеров внутреннего сечения обрабатываемого изделия в соответствие с требуемыми значениями;
- устранение шероховатостей, имеющихся на внутренней поверхности обрабатываемого отверстия;
- улучшение прочностных характеристик металла, формирующего внутреннюю поверхность отверстия.
Если вы планируете выполнить дорнование, следует иметь в виду, что диаметр обрабатываемого отверстия должен быть всегда меньше поперечного сечения используемого инструмента на величину натяга.
Примеры деталей после дорнования
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.
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.
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.
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.
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.
Чем смазывать обрабатываемы детали
Веретенное масло
В качестве смазочной жидкости используют веретенное масло с добавлением олеиновой кислоты. Состав имеет хорошие эксплуатационные характеристики, такие как текучесть и проникающая способность, необходимые для контактирующих поверхностей. Олеиновая кислота является разновидностью поверхностно-активных веществ и при воздействии на металлическое покрытие, снижает твердость металла, силу трения, возникающую при контакте дорна и поверхности отверстия.
Температура нагрева контактирующих тел уменьшается, в результате обрабатываемая покрытие получается менее шероховатым и на кромке деформирующего дорна не остается никаких наростов.
Количество кислоты в составе смазочного средства не должно превышать 10 процентов. Прекрасные качественные характеристики достигаются именно при такой концентрации. Превышение этого показателя будет нецелесообразно и не даст лучшего эффекта.
Метод дорнования с помощью ударных импульсов является наиболее совершенным и распространенным, по сравнению с другими схемами деформации внутренней поверхности детали.
Чем смазывать обрабатываемы детали
Веретенное масло
В качестве смазочной жидкости используют веретенное масло с добавлением олеиновой кислоты. Состав имеет хорошие эксплуатационные характеристики, такие как текучесть и проникающая способность, необходимые для контактирующих поверхностей. Олеиновая кислота является разновидностью поверхностно-активных веществ и при воздействии на металлическое покрытие, снижает твердость металла, силу трения, возникающую при контакте дорна и поверхности отверстия.
Температура нагрева контактирующих тел уменьшается, в результате обрабатываемая покрытие получается менее шероховатым и на кромке деформирующего дорна не остается никаких наростов.
Количество кислоты в составе смазочного средства не должно превышать 10 процентов. Прекрасные качественные характеристики достигаются именно при такой концентрации. Превышение этого показателя будет нецелесообразно и не даст лучшего эффекта.
Метод дорнования с помощью ударных импульсов является наиболее совершенным и распространенным, по сравнению с другими схемами деформации внутренней поверхности детали.
Технологический процесс дорнования
Особенность процесса дорнирования технически будет зависеть от выбора схемы обработки металла, которых бывает три:
- когда применяют растяжение;
- используют сжатие;
- комбинируют процесс сжатия и растяжения.
При использовании любой из двух первых схем воздействие на изделие проходит на конкретном отрезке. Дорнирование по комбинированному принципу предполагает, что нагрузка будет распределена по всей поверхности детали с внутренней стороны ствола.
Если нужно обработать ствол детали в объемном виде, технологические схемы выбирают следующие:
- нейтральное противонатяжение;
- активное;
- пассивное.
Применение этих схем связано с использованием осевого напряжения, и нужны дополнительные элементы – опоры подвижного типа, чтобы укорачивание изделия не выходило за допустимые пределы.
Использование разных типов дорнов в любом случае предполагает, что инструмент будет двигаться внутри канала ствола под воздействием специального протяжного механизма или суппорта вибрационного на гидроприводе. При этом происходит постоянная смазка канала с целью уменьшения трения о слой металла и более плавного прохода.
Технология и виды дорнирования отверстий
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.
Описание процесса
Дорнование — это специальная технология обработки материалов, которая позволяет увеличить прочность его поверхностей. На практике большое распространение получило дорнование отверстий (трубы, запирающие механизмы). Осуществляется с помощью специальных инструментов, которые называют дорнами — они представляют собой жесткий рабочий инструмент (обычно с зубцами).
При обработке дорн двигается в отверстии с натягом, происходит уплотнение внешней поверхности материала. За счет этого у детали формируется специальный твердый слой, который обладает повышенными параметрами твердости
Обратите внимание, что дорнование выполняется в холодном виде — для обработки не требуется ни нагрев целиком, ни локальное повышение температуры. Помимо улучшения физических свойств поверхности технология решает некоторые вспомогательные задачи:
- Коррекция диаметра сечения. Инструмент-дорн во время обработки может срезать поверхностный слой полностью или частично — благодаря этому можно увеличивать диаметр сечения отверстия до нужных значений. Также рекомендуется использовать дорн только для небольшой коррекции — в случае серьезного отклонения от нормы следует использовать какие-либо другие методы обработки (пример — сверление).
- Устранение шероховатостей, мелких дефектов. При дорновании происходит полноценная зачистка и выравнивание поверхности. Если на детали были какие-либо дефекты (выступы, шероховатые элементы, маленькие выемки), то дорн во время обработки их срежет полностью. Поэтому дорнование можно использовать в качестве вспомогательного метода шлифовки.
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.
Технологический процесс дорнования
Такой процесс получил название благодаря инструменту, которое называется дорном. Конструктивно он выполнен в форме стержня с одним или несколькими зубьями. В зависимости от способа применения дорны подразделяются на инструменты скольжения и качения.
Технологический процесс заключается в холодном деформировании (уплотнении) поверхности детали посредством движения дорна. Обычно такой технологией производят дорнование отверстий. В этом случае инструмент перемещается вдоль канала ствола. За счёт созданного усилия он обеспечивает:
- уплотнение внутреннего поверхностного слоя вдоль всего отверстия;
- повышение качества обрабатываемой детали (удаляются оставшиеся шероховатости);
- увеличивается диаметр отверстия с повышением его класса точности.
Оценка качества технологического процесса осуществляется за счёт контроля следующих параметров:
- величины создаваемого натяга;
- скорости движения инструмента внутри отверстия;
- значения созданной силы;
- параметров возникающей деформации.
Величина первого параметра сказывается на качестве получаемой поверхности. Он рассчитывается как разница между внутренним диаметром обрабатываемой детали и диаметром применяемого дорна. Если разница будет слишком большой – это не позволит получить качественное уплотнение и избавиться от шероховатости.
На практике максимальный натяг при дорновании втулки ВГШ необходим для получения требуемого качества поверхности шатуна.
Слишком маленькая величина натяга снижает скорость проведения работ, приводит к лишней деформации обрабатываемой поверхности, появлению излишних внутренних напряжений. Поэтому величина этого параметра рассчитывается с учётом показателей пластичности детали и дорна.
Сила, необходимая для проведения работ, делится на две составляющие:
- осевую (направленную вдоль линии движения);
- радиальную (воздействует перпендикулярно осевой).
Первая обеспечивает движение инструмента вдоль отверстия, и тем самым увеличивает внутренний диаметр. Вторая определяет качество поучаемой поверхности (класс точности после обработки)
В отдельных случаях для снижения силы трения, особенно в зоне неконтактной деформации используют дорнование с противодавлением смазки.
Методом дорнования производят доводку сварных труб. При обработке сварных швов необходимо учитывать физические свойства металла и толщину стенок. Такие трубы применяются, например, для гидроцилиндров. Поэтому после проведения дорнования обязательно проводят испытания на прочность. В качестве показателя можно использовать показатель предельной прочности или степень экспандирования.
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.
Параметры дорнования
Процесс деформации заготовки сопровождается следующими показателями:
- обычным и относительным натягом;
- скоростью протекания процесса деформирования;
- силой, с которой выполняется деформация;
- относительной деформацией.
Натяг – основной показатель дорнования обрабатываемого отверстия. Его определяют разницей между диаметром отверстия детали и величиной поперечного сечения применяемого инструмента. Если значение параметра слишком большое, то дальнейшее обрабатывание изделия будет нецелесообразным. Покрытие может получиться с недостаточной степенью шероховатости.
Схема работы натяга
При выборе натяга учитывают прочность и пластичность рабочей заготовки. Значение относительного натяга дорнования получают методом деления размера отверстия на обычный натяг.
Чтобы результат обработки изделия получился нормальным, допуск на размер отверстия детали сравнивают с величиной натяга. Половина от этой величины должна превышать значение допуска на размер отверстия.
Силой дорнирования является то усилие, которое создает дорн при воздействии на стенки трубы или гильзы в направлениях как радиальном, так и осевом. При давлении дорна в радиальном направлении на отверстие, площадь поперечного сечения трубы будет увеличиваться. Если инструмент оказывает усилие в направлении оси – удаляются мелкие шероховатости и неровности на внутренней стенке трубы.
Относительная деформация показывает изменение по результатам дорнования наружного диаметра обрабатываемой заготовки. Данный показатель измеряется в процентах.
Виды процесса дорнования
Обработка дорнованием классифицируется по следующим признакам:
- виду обработки (объёмное и поверхностное);
- технологическим особенностям (свободное и несвободное);
- методу воздействия на внутреннюю поверхность (растяжение, сжатие, комбинированное воздействие);
- количеству и расположению зубьев на поверхности инструмента.
Выбор метода и вида такой обработки зависит от характерных особенностей деталей. Так для получения качественной поверхности стволов или труб с неравножёсткой втулкой применяют метод с обеспечением разного воздействия на отдельные участки внутренней стенки.
Для обработки не осесимметричных заготовок применяют дорны с специально расположенными зубьями.
С помощью свободного дорнования обрабатывают поверхности бесшовных и электросварных труб. Толщина стенок может достигать средних размеров.
Объёмное и поверхностное дорнование
Объёмная обработка производится давлением по всему внутреннему периметру. Для улучшения требуемого качества применяются многозубчатые дорны. Они позволяют добиться высокой точности обработки вплоть до 11 класса. Степень шероховатости Ra получается равной от 0,63 до 0,04 микрон.
Поверхностное дорнование относится к методам поверхностной пластической деформации.
Оно позволяет получить следующие показатели точности: IT от 6 до 9 единиц, шероховатость Ra в пределах 0,32-0,04 микрон. Объемным дорнованием осуществляют обработку сварных прямошовных труб.
Пластическое деформирование и калибровка
Такой способ обработки предполагает воздействие на поверхность металла инструмента, создающего давление в точке соприкосновения. В этом случае происходит последовательное изменение внутренней структуры металла. Благодаря процессам скольжения и двойникования происходит изменение структуры слоёв на уровне атомной решётки. Такое воздействие приводит не только к изменению внешней формы детали, но и его физических и механических свойств. При правильно разработанном способе пластического деформирования удаётся получить поверхностный слой с улучшенными характеристиками
Особенно это обстоятельство важно, когда нельзя подвергать металлическую деталь термической обработке, например, изготовленную из аустенитных или ферритных материалов
Методом калибрования обрабатывают отверстия у заготовок, имеющих небольшую длину. Для обработки применяют калибрующие шарики, дорны, другой калибровочный инструмент. В этом случае его проталкивают сквозь отверстие для получения ожидаемого эффекта.
В этом случае основным параметром оценки технологического воздействия является натяг. Он создаётся благодаря разнице внутреннего диаметра отверстия и диаметра инструмента. В зависимости от решаемой задачи калибровка выполняется с малым или большим натягом.
При калибровании с малым натягом воздействию подвергается только поверхностный слой. Такой обработке подвергают трубы, втулки, вкладыши имеющие толстые стенки. Наиболее приемлемым считается отношение величины стенки к радиусу отверстия более 0,5.
Применение большого натяга приводит к увеличению глубины воздействия и может распространяться на всю толщину обрабатываемого изделия. Это приводит к увеличению внутреннего диаметра, изменению внешних размеров, снижению качества обработки, возникновению неравномерных внутренних напряжений (изменение физико-механических свойств).
Для проведения калибровки необходимо провести качественную предварительную обработку. В результате последующего калибрования точность обработки повышается на 30%. Например, для стали класс точности повышается на две единицы, для бронзы на 3, для чугуна на один класс.
Метод ударных импульсов
Он основан на измерении параметров деформации металла после воздействия импульсного механического воздействия. В момент кратковременного удара возникают ультразвуковые колебания, которые вызывают уплотнение поверхности обрабатываемой детали.
Такой метод успешно применяется при производстве изделий большой длины. Например, дорнование труб осуществляется методом ударных импульсов.
Применение различных методов дорнования позволяет обрабатывать внутренние поверхности изделий различной длины и произвольного диаметра. В результате обработки удаётся получить высокое качество поверхностного слоя, без нагрева и механического воздействия (фрезеровки, зенкования и так далее).
Цилиндрические пробойники для кожи
Профессиональные инструменты, которые используют для пробивки отверстий в кожевенной промышленности или в шорно-седельном производстве, конечно же, отличаются от бытовых инструментов как своими качественными характеристиками, так и прочностью используемых материалов, но и самодельный вариант может быть тоже хорошим.
Если вам необходимо сделать отверстие большого диаметра (для люверсов, заклепок) стоит использовать дырокол в форме металлической трубы с острым краем. У него может быть резиновая или пластмассовая рукоятка, и вы можете дополнительно оснастить его технологическим отверстием, чтобы удалять выбитые кожаные круги. Выбрав разный диаметр трубок от 1,5 до 18,8 миллиметров, вы сможете делать разные по размерам отверстия.
Для выполнения отверстия на кожаном изделии, его нужно будет уложить на ровную твердую поверхность, сделать разметку, пробойник поставить вертикально, и прижать рукой трубку, слегка провернув её. В результате вы получите аккуратное, с ровными краями отверстие, которое сделал ваш цилиндрический пробойник.
